磁共振擴散張量成像在視神經(jīng)疾病上的研究進展

趙朋波，郭鵬德，周　劍

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·文獻綜述·

磁共振擴散張量成像在視神經(jīng)疾病上的研究進展

趙朋波1，郭鵬德2，周劍2

視神經(jīng)疾病是一類嚴重影響視功能的疾病。近年來，磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)廣泛應用于視神經(jīng)疾病領(lǐng)域。較之于光學相干斷層成像術(shù)、視覺誘發(fā)電位、視野等眼科檢查，該方法具有明顯優(yōu)勢，它可以直觀顯示視神經(jīng)、視覺通路和視皮層的形態(tài)改變，定量分析視神經(jīng)、視覺通路、視皮層的形態(tài)及病理改變。本文對DTI的成像原理、在視神經(jīng)病變的臨床研究進展及發(fā)展前景予以綜述。

磁共振擴散張量成像；視神經(jīng)疾病；成像原理；臨床研究

引用：趙朋波，郭鵬德，周劍.磁共振擴散張量成像在視神經(jīng)疾病上的研究進展.國際眼科雜志2016;16(11):2036-2038

0　引言

視神經(jīng)疾病是神經(jīng)眼科疾病范疇內(nèi)一類最常見的、可導致視力嚴重受損甚至失明的眼病。視神經(jīng)疾病的共同臨床表現(xiàn)是視力下降、視野缺損和對顏色辨別能力下降。近些年，常用評估視神經(jīng)疾病的方法較多，如眼底照相、視野檢查、熒光素眼底血管造影(fluorescein fundus angiography，F(xiàn)FA)、光學相干斷層成像術(shù)(optical coherence tomography，OCT)、視覺誘發(fā)電位(visual evoked potential，VEP)等，但均存在多方面的局限性，尤其是缺少監(jiān)測視神經(jīng)疾病變化的生物學參數(shù)的定量分析。近年來，隨著功能磁共振技術(shù)的發(fā)展，磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)檢查逐漸進入眼科領(lǐng)域，且得到廣泛應用。該方法可以運用纖維追蹤技術(shù)和統(tǒng)計參數(shù)圖分別顯示視神經(jīng)、視覺通路和視皮層的形態(tài)改變并計算相應影像學生物標記物的定量參數(shù)，定量分析視神經(jīng)、視覺通路、視皮層的形態(tài)及病理改變。因此，探討DTI在視神經(jīng)疾病的臨床研究，成為當今的科研熱點。

1　DTI的成像原理

DTI是在擴散加權(quán)成像DWI技術(shù)的基礎上發(fā)展而來的磁共振成像技術(shù),它是利用組織內(nèi)水分子的布朗運動在不同方向上信號差異的一種成像方法。DTI技術(shù)反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)水分子的擴散特征，當水分子擴散與纖維束走向一致時運動最快、受限最小；與纖維束垂直方向時運動最慢、受限最大，因此通過測量活體中水分子擴散的方向和強度，可以定量和從方向上顯示腦白質(zhì)纖維的形態(tài)改變及病理變化。在病理狀態(tài)下，視神經(jīng)的白質(zhì)結(jié)構(gòu)受到破壞時，視神經(jīng)的髓鞘和軸突遭到破壞，視神經(jīng)中原有水分子的彌散特性發(fā)生改變，DTI的各參數(shù)值也會發(fā)生相應的改變。常用定量參數(shù)包括反應某一時刻某一方向的擴散特點的ADC、反映組織內(nèi)水分子擴散特性的MD、反映各向異性成分與整個擴散張量的比值的FA、RA及反映水分子擴散運動與軸突平行的λ∥、λ┴等。

傳統(tǒng)的T1WI、T2WI并不能檢測中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變微觀結(jié)構(gòu)改變[1]，而DTI既可以定量分析大腦的微細結(jié)構(gòu),也可用于大腦白質(zhì)纖維的成像。目前，DTI技術(shù)在腦部腫瘤、外傷、梗死、腦白質(zhì)病變診斷中已被廣泛地應用[2-4]。視神經(jīng)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)比較有代表性的白質(zhì)纖維傳導束，視神經(jīng)DTI成像可以提供定量的測量參數(shù)以研究影響視覺功能的各種視神經(jīng)疾病。

2　DTI在視神經(jīng)疾病方面的應用研究

2.1青光眼青光眼是以視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞逐漸凋亡并繼發(fā)視神經(jīng)纖維丟失為主要特征的漸進性發(fā)展的神經(jīng)變性疾病,是不可逆致盲眼病的主要原因之一。目前,青光眼在DTI方面的研究報道，主要集中在DTI對青光眼的早期診斷價值及其定量參數(shù)與視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(retinal nerve fiber layer，RNFL)厚度的相關(guān)性研究方面。

通過對青光眼患者尸檢和神經(jīng)影像學研究表明，青光眼患者的病變不是局限于眼球及視神經(jīng)，而更像是整個視路(視神經(jīng)、視交叉、視束、外側(cè)膝狀體、視放射、視皮層)的綜合癥候群，這在動物實驗[5]和功能磁共振成像也得到進一步的證實[6]。Garaci等[7]對青光眼患者視神經(jīng)和視放射進行了DTI檢查,結(jié)果表明：與對照組相比，青光眼患者視神經(jīng)、視放射的MD值明顯升高,FA值明顯降低，且視神經(jīng)的MD值和青光眼的分級具有明顯的相關(guān)性，即兩者呈明顯負相關(guān)。進一步研究表明：DTI的檢測參數(shù)MD值、FA值可以作為青光眼嚴重程度的一個補充指標。Zhang等[8]在青光眼模型的實驗動物的視束研究中發(fā)現(xiàn),FA 值降低可以更好地提示視束的微觀變化，表明了視束的FA值與青光眼的嚴重程度有一定相關(guān)性。而且，在視束的 DTI 檢測中雖 FA 值和 ADC 值均可作為檢測指標,但其中 FA 值為最佳監(jiān)測指標。程沛林[9]在對可疑青光眼、原發(fā)性開角型青光眼患者和正常人各20例的視路，包括視神經(jīng)、視束、視放射、外側(cè)膝狀體，分別進行了DTI檢查，結(jié)果顯示：可疑青光眼組和原發(fā)性開角型青光眼組視神經(jīng)、視束、視放射的FA 值均降低，且原發(fā)性開角型青光眼組的FA值較可疑青光眼組明顯降低;同時外側(cè)膝狀體體積大小與視神經(jīng)萎縮的嚴重程度呈負相關(guān)。從而表明：DTI可以定量檢測青光眼患者視路形態(tài)的早期變化，為青光眼早期診斷提供臨床依據(jù)。吳珂[10]通過對25例46眼原發(fā)性慢性閉角性青光眼患者進行了視神經(jīng)的DTI研究，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，病變組視神經(jīng)的FA值降低，MD、λ⊥、λ∥升高；與健康對照組比較，視神經(jīng)FA值與RNFL上方、下方的平均厚度均呈正相關(guān)。因此，DTI可以定量評價原發(fā)性慢性閉角型青光眼視神經(jīng)擴散異常，為青光眼的臨床診斷及病理機制的深入研究提供了新的方法，F(xiàn)A可能作為反映青光眼嚴重程度的一個指標。

2.2視神經(jīng)炎視神經(jīng)炎是指由于多發(fā)性硬化、B族維生素缺乏、藥物中毒、感染性疾病、眼內(nèi)感染、梅毒等全身性疾病引起眶內(nèi)段、管內(nèi)段或者顱內(nèi)段視神經(jīng)的炎癥。目前的研究主要集中于不同病程時DTI各定量參數(shù)的變化。李靜等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，特發(fā)性脫髓鞘性視神經(jīng)炎急性期主要表現(xiàn)為FA降低和λ⊥升高，緩解期則為FA值降低，MD、λ⊥、λ∥升高，進一步研究表明以上各定量參數(shù)的變化與不同時期視神經(jīng)組織的病理特點及脫髓鞘程度密切相關(guān)，可以作為反映IDON病理變化的無創(chuàng)性生物標記物。Trip等[12]對單側(cè)視神經(jīng)炎患者的研究顯示：與同一患者健側(cè)視神經(jīng)和正常對照組相比，受累視神經(jīng)的平均MD和λ⊥升高，平均FA降低，λ∥與健側(cè)視神經(jīng)相比顯著升高，但與對照組相比無顯著性差異，受累視神經(jīng)的臨床視覺功能與DTI的參數(shù)間無明顯相關(guān)性，但在全視野視覺誘發(fā)電位波幅與彌散系數(shù)及λ⊥之間有明顯的相關(guān)性，表明視神經(jīng)DTI的定量參數(shù)與軸突結(jié)構(gòu)完整性一致。Wheeler-Kingshott等[13]通過測量視神經(jīng)炎患者的平均ADC值,證實病變側(cè)視神經(jīng)與對側(cè)正常視神經(jīng)的ADC值之間存在統(tǒng)計學差異，且病變側(cè)視神經(jīng)ADC值與同側(cè)視力呈明顯正相關(guān)，病變側(cè)視神經(jīng)ADC值與中心視野視覺誘發(fā)電位的振幅呈明顯負相關(guān)，并且認為ADC值可反映慢性炎癥后視神經(jīng)軸突損傷的程度。Iwasawa等[14]測量視神經(jīng)炎患者ADC值發(fā)現(xiàn)：急性期ADC值變化不明顯，而慢性期ADC值升高，推測可能的原因是急性期炎性細胞的浸潤和水腫限制了水分子的彌散能力。

2.3缺血性視神經(jīng)病變前部缺血性視神經(jīng)病變是由于睫狀后動脈循環(huán)障礙造成視神經(jīng)乳頭供血不足，引起視乳頭急性缺氧、水腫的病變，后期視乳頭水腫消退，逐漸視神經(jīng)萎縮。目前，DTI在缺血性視神經(jīng)病變的研究主要集中在不同病程時期DTI參數(shù)變化與VEP檢查的相關(guān)性分析方面。Song等[15]和Sun等[16]對大鼠視網(wǎng)膜缺血后視神經(jīng)損傷進行了DTI研究,結(jié)果表明，在缺血早期，λ┴正常，λ∥下降；隨著時間延長，λ┴逐漸升高；與對照組相比，第14d時高達220%～240%。由于λ┴的升高反映髓鞘的脫失，λ∥的下降則反映軸突的損傷，從而表明視神經(jīng)缺血后首先出現(xiàn)軸突損傷，繼而為髓鞘的變性和脫失，與病理結(jié)果一致。進一步研究表明，DTI不僅能夠評估神經(jīng)退行性變的過程，而且可以無創(chuàng)性顯示不同程度的Wallerian變性[17]。Wang等[18]認為，在視網(wǎng)膜暫時性缺血過程中，不僅λ┴、λ∥發(fā)生改變，RA也出現(xiàn)明顯的漸進性下降。祁佩紅等[19-20]對26例缺血性視神經(jīng)病變的患者進行了DTI檢查，研究發(fā)現(xiàn)：與健側(cè)視神經(jīng)相比，患側(cè)視神經(jīng)的FA、RA值下降，λ∥、λ┴升高，λ┴值與P-VEP振幅呈中等負相關(guān)，F(xiàn)A和P-VEP的P100潛伏期呈明顯負相關(guān)，F(xiàn)A和P-VEP振幅呈弱正相關(guān)。因此，認為DTI能夠敏感發(fā)現(xiàn)AION擴散障礙，可以作為該病的一個臨床評價手段；DTI參數(shù)和視覺誘發(fā)電位參數(shù)有良好的相關(guān)性，兩種方法在診斷缺血性視神經(jīng)病變時可以互補，提高診斷正確率。

2.4壓迫性視神經(jīng)病變壓迫性視神經(jīng)病變是由于眶內(nèi)或顱內(nèi)腫瘤或轉(zhuǎn)移癌直接壓迫或浸潤視神經(jīng)所致。目前，DTI在壓迫性視神經(jīng)病變上的研究報道較少。Tao等[21]用DTI研究7例眼眶腫瘤伴視力下降的患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者的視神經(jīng)在常規(guī)MRI成像中表現(xiàn)正常，但DTI卻顯示了視神經(jīng)異常，表明DTI的方法可早期發(fā)現(xiàn)視神經(jīng)的損害。上述文獻不僅描述了DTI定量參數(shù)在視神經(jīng)疾病早期診斷上的可行性和優(yōu)勢，并對不同的定量參數(shù)及與眼科檢查的相關(guān)性方面進行了不同程度的研究報道。因此，DTI作為近年發(fā)展迅猛的一種腦成像新技術(shù)，較適合于視神經(jīng)、視覺通路的功能檢測和研究，能較好地顯示視覺通路的完整性、功能改變情況以及腦結(jié)構(gòu)細微的形態(tài)學改變。

3　DTI在視神經(jīng)疾病方面的發(fā)展前景

視神經(jīng)疾病是由于各種原因?qū)е碌囊暽窠?jīng)變性，最終失去其正常的神經(jīng)傳導功能。其病理損害表現(xiàn)為視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞進行性丟失，最終導致視神經(jīng)萎縮。眾所周知，視神經(jīng)損害是不可逆的，這就決定了該類疾病的早發(fā)現(xiàn)、早診斷在其預防和治療中的重要性。DTI技術(shù)的出現(xiàn)，為人類視覺中樞的研究和疾病的早期診治、病理機制研究提供了依據(jù)和可能性，因此，DTI技術(shù)在視神經(jīng)疾病應用方面的研究前景是相當遠大和重要的。目前該技術(shù)已經(jīng)逐漸被應用于青光眼、視神經(jīng)炎、缺血性視神經(jīng)病變等眼科領(lǐng)域，并取得一定的成果。但是這些成果都屬于初步的零散的探索，尚缺乏統(tǒng)一的標準和歸納性見解，數(shù)據(jù)的可信性仍需要繼續(xù)考證，有待于進一步地開展大樣本、多中心的臨床調(diào)查研究。而且，DTI在外傷性視神經(jīng)病變、遺傳性視神經(jīng)病變等其他視神經(jīng)疾病領(lǐng)域研究較少或尚無研究。因此，DTI在視神經(jīng)疾病的研究方面仍有很長的路有待探索。

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Progress in diffusion tensor imaging in the optic nerve disease

Peng-Bo Zhao1, Peng-De Guo2, Jian Zhou2

National Natural Science Foundation of China(No.81173307)

Jian Zhou. East Hospital Affiliated to Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100048, China. zhj9667@126.com

2016-08-15Accepted：2016-10-10

?The optic nerve disease is a kind of diseases that seriously affect the visual function. In recent years, magnetic resonance diffusion tensor imaging(DTI) technology has been widely applied in the field of optic nerve diseases. Compared with the ophthalmic testing, such as optical coherence tomography imaging, visual evoked potential, field of vision, this method has obvious advantages. It not only can directly show the morphology changes of the optic nerve, visual pathway and visual cortex, but also can quantitatively analyze the morphological and pathological changes of the optic nerve, visual pathway and the visual cortex. This article reviews the imaging principle of diffusion tensor imaging, the progress and development prospect of diffusion tensor imaging in the study of the optic nerve diseases.

magnetic resonance diffusion tensor imaging; optic nerve diseases; imaging principle; clinical studies

國家自然科學基金資助(No.81173307)

1(100048)中國北京市，北京中醫(yī)藥大學第二臨床醫(yī)學院；2(100048)中國北京市，北京中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院東方醫(yī)院

趙朋波，女，在讀博士研究生，研究方向：白內(nèi)障、視神經(jīng)疾病。

周劍，男，畢業(yè)于北京中醫(yī)藥大學，主任醫(yī)師，教授，科主任，博士研究生導師，研究方向：白內(nèi)障、視神經(jīng)疾病.zhj9667@126.com

2016-08-15

2016-10-10

Zhao PB, Guo PD, Zhou J. Progress in diffusion tensor imaging in the optic nerve disease.GuojiYankeZazhi(IntEyeSci) 2016;16(11):2036-2038

10.3980/j.issn.1672-5123.2016.11.13

1Second Clinical Medical College, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100048, China;2East Hospital Affiliated to Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100048, China