擴散張量成像在兒童痙攣性雙癱中的應(yīng)用價值

葉文宏

張 黎1ZHANG Li

干蕓根2GAN Yungen

孫龍偉2SUN Longwei

何 玲1HE Ling

作者單位

1. 重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科，兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室，兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地，兒科學(xué)重慶市重點實驗室 重慶 400014

2. 深圳市兒童醫(yī)院放射科 廣東深圳518038

擴散張量成像在兒童痙攣性雙癱中的應(yīng)用價值

葉文宏1YE Wenhong

張 黎1ZHANG Li

干蕓根2GAN Yungen

孫龍偉2SUN Longwei

何 玲1HE Ling

作者單位

1. 重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科，兒童發(fā)育疾病研究教育部重點實驗室，兒童發(fā)育重大疾病國家國際科技合作基地，兒科學(xué)重慶市重點實驗室 重慶 400014

2. 深圳市兒童醫(yī)院放射科 廣東深圳518038

目的探討3.0T MR擴散張量成像（DTI）在痙攣性雙癱（SD）定量分析的應(yīng)用價值，為臨床診斷及治療提供依據(jù)。資料與方法對43例SD患兒的DTI進行前瞻性分析，同時期收集41例健康兒童（對照組）的DTI數(shù)據(jù)，選擇皮質(zhì)脊髓束經(jīng)過雙側(cè)大腦腳、雙側(cè)內(nèi)囊后肢及胼胝體膝部、壓部為感興趣區(qū)，測量表觀擴散系數(shù)（ADC）、各向異性分數(shù)（FA）、容積再現(xiàn)（VR）；同時使用粗大運動功能分級系統(tǒng)（GMFCS）對SD患兒進行臨床分級。結(jié)果43例SD患兒中，按GMFCS臨床分級，I級12例，II級17例，III級10例，IV級3例，V級1例。MRI檢查異常率91%，DTI顯示均有不同程度的白質(zhì)纖維束稀疏和缺失。胼胝體壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)大腦腳ADC值較對照組偏高，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；其FA值、1－VR值較對照組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；胼胝體膝部ADC值較對照組高，F(xiàn)A值和1－VR值均較對照組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。不同部位的FA值與GMFCS臨床分級呈負相關(guān)（胼胝體膝部：r=－0.44，P<0.05；胼胝體壓部：r=－0.39，P<0.05；右側(cè)內(nèi)囊后肢：r=－0.76，P<0.05；左側(cè)內(nèi)囊后肢： r=－0.68，P<0.05；右側(cè)大腦腳：r=－0.66，P<0.05；左側(cè)大腦腳：r=－0.60，P<0.05），以內(nèi)囊后肢相關(guān)性明顯。結(jié)論DTI能客觀地評價SD患兒白質(zhì)纖維束受損的程度，為臨床早期診斷、早期干預(yù)和準確評估預(yù)后提供可靠的影像信息。

腦性癱瘓；磁共振成像；擴散張量成像；兒童

痙攣性雙癱（spastich diplegia，SD）是腦癱臨床分型中最常見的一種，主要表現(xiàn)為雙下肢痙攣及功能障礙要明顯重于雙上肢，約占全部腦癱的1/3[1]。偏癱、四肢癱等分型的研究報道較多，關(guān)于MR擴散張量成像（diffusion tensor image，DTI）技術(shù)對SD的研究報道較少。通過DTI技術(shù)可立體呈現(xiàn)和多參數(shù)量化評測腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束。粗大運動功能分級系統(tǒng)（gross motor function classification system，GMFCS）是目前廣泛應(yīng)用的腦癱粗大運動功能評估（gross motor function measure，GMFM）的方法，具有較高的可信度和穩(wěn)定性[1]。本研究通過DTI和臨床GMFM，探討SD白質(zhì)纖維束特點及其與粗大運動功能之間的相關(guān)性，為臨床診斷及治療提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2014年1月－2015年10月深圳市兒童醫(yī)院經(jīng)臨床確診的43例SD患兒（SD組）。其中男27例，女16例；早產(chǎn)兒37例，足月兒6例；年齡6～49個月，平均（28±8）個月，其中≤2歲19例，>2歲24例。所有患兒均符合《中國腦性癱瘓康復(fù)指南》（2015）SD診斷標準[1]，排除感染性腦病、遺傳代謝性疾病及外傷等。對照組：選擇41例常規(guī)顱腦MRI表現(xiàn)正常，臨床上無神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及病史的兒童。其中早產(chǎn)兒16例，足月兒25例；年齡6～53個月，平均（32±10）個月。對照組和SD 組年齡均數(shù)和性別差異無統(tǒng)計學(xué)意義（t=0.695，P>0.05；χ2=0.019，P>0.05）。臨床分級：按照年齡將SD組分成分為≤2歲組和>2歲組。康復(fù)科副主任醫(yī)師根據(jù)每個年齡組患兒在日常環(huán)境中粗大運動功能的表現(xiàn)，按照中文版GMFCS進行I～V級的分級，I級為最高，V級為最低。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，受檢患兒家長知情并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Skyra 3.0T MR掃描儀。不能配合的受檢者掃描前給予10%水合氯醛灌腸或口服鎮(zhèn)靜劑，劑量0.5 ml/kg，熟睡后掃描。先行常規(guī)頭顱MR掃描，包括橫斷位T1WI、T2WI、FLAIR和矢狀位T1WI，然后再行橫斷位擴散加權(quán)成像（DWI）掃描，DTI選用單次激發(fā)SE-EPI成像，TR 4400 ms，TE 95 ms，層厚3.0 mm，層間距0.6 mm，矩陣128×128，視野22 cm×22 cm，在20個方向上施加彌散梯度，其中b值取800 s/mm2。掃描范圍自橋延溝到頭頂部。

1.3 圖像分析 使用Siemens的圖像處理工作站對原始數(shù)據(jù)進行處理，先行圖像運動校正，選擇閾值。生成三維彩色擴散張量纖維束成像圖（diffusion tensor tractography，DTT）及各向異性分數(shù)（FA）圖。由2名副高級以上職稱的醫(yī)師進行分析，觀察圖像上神經(jīng)纖維束的走行、數(shù)量及密度。感興趣區(qū)（ROI）選擇皮質(zhì)脊髓束走行所經(jīng)過的內(nèi)囊后肢、大腦腳及胼胝體膝部、壓部，ROI的定位設(shè)置參照FA彩圖，大小為（10±1）mm2（圖1）。采用雙盲法測量各ROI的表觀擴散系數(shù)（ADC）值、FA值及容積再現(xiàn)（VR）值，為在數(shù)值上與FA保持一致，取1－VR值，兩次測值后取平均值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 16.0軟件。兩組ROI的ADC值、FA值及1－VR值數(shù)據(jù)采用兩獨立樣本t檢驗。SD組ROI的FA值與GMFCS相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 SD的臨床分級 所有SD患兒均表現(xiàn)出不同程度的粗大運動功能發(fā)育障礙，分級結(jié)果見表1。

表1 SD患兒的GMFCS 分級

2.2 常規(guī)MRI表現(xiàn) 對照組顱腦形態(tài)、結(jié)構(gòu)及信號未見異常（圖2）。SD組39例表現(xiàn)異常，其中36例腦室旁腦白質(zhì)軟化（早產(chǎn)兒33例，足月兒3例），大腦皮質(zhì)萎縮、皮層下腦軟化及胼胝體受累各1例；4例正常表現(xiàn)者GMFCS臨床分級I級、II級各2例。

2.3 DTI表現(xiàn) 對照組所有顱腦彩色編碼FA圖、VR圖和ADC圖均顯示雙側(cè)大腦結(jié)構(gòu)基本對稱，DTT圖顯示雙側(cè)白質(zhì)纖維束形態(tài)及走行未見異常（圖2）。SD組均表現(xiàn)為雙側(cè)白質(zhì)纖維束局部不同程度顏色缺失，且混雜不均勻，尤其是上下走行及左右走行的纖維束；其中4例患兒常規(guī)MRI檢查為陰性，而彩色FA圖顯示異常（圖3）；DTT圖示SD患兒白質(zhì)纖維束不同程度稀疏，部分缺失，左右不對稱（圖4）。對照組和SD組各測量層面ROI的ADC值、FA值、1－VR值見表2。SD組的胼胝體壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)大腦腳ADC值較正常對照組略高，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；其FA值、1－VR值較對照組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）；SD組的胼胝體膝部ADC值較對照組高，F(xiàn)A值和1－VR值均較對照組低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。

圖1 男，18個月。黃點代表ROI定位設(shè)置范圍；彩色FA示圖雙側(cè)大腦腳ROI測量位置（A）；雙側(cè)內(nèi)囊后肢ROI測量位置（B）；胼胝體膝部、壓部ROI測量位置（C）

圖2 女，2歲。彩色FA圖示雙側(cè)大腦腳層面，大腦腳形態(tài)、大小對稱，白質(zhì)纖維束顏色均勻?qū)ΨQ（A）；彩色FA圖示雙側(cè)內(nèi)囊后肢層面，雙側(cè)內(nèi)囊后肢白質(zhì)纖維束顏色均勻、對稱，胼胝體膝、壓部白質(zhì)纖維束顏色均勻（B）；DTT圖示雙側(cè)大腦白質(zhì)纖維束形態(tài)、大小及走行基本對稱（C）

圖3 女，27個月，SD患兒。T1WI圖示內(nèi)囊后肢層面（A）；T2WI圖示雙大腦半球結(jié)構(gòu)對稱，腦白質(zhì)形態(tài)、大小對稱，未見異常信號（B）；彩色FA圖示左側(cè)內(nèi)囊后肢白質(zhì)纖維束較右側(cè)稀少，顏色不對稱（C）

圖4 女，9個月，SD患兒。T1WI圖示內(nèi)囊后肢層面（A）；T2WI圖示雙側(cè)側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)呈多發(fā)片狀T1WI低信號和T2WI高信號表現(xiàn)，雙側(cè)側(cè)腦室后角稍擴大（B）；彩色FA圖示雙側(cè)側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)呈不同程度顏色缺失，左側(cè)內(nèi)囊前后肢白質(zhì)纖維束均較右側(cè)稀少，顏色不對稱（C）；DTT圖示雙側(cè)白質(zhì)纖維束均較稀疏，大小及顏色不對稱（D）

2.4 SD組所測ROI FA值和GMFCS臨床分級的關(guān)系胼胝體膝部及壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)大腦腳感興趣區(qū)FA值與GMFM相關(guān)性結(jié)果顯示：SD組患兒所測ROI FA值與GMFCS臨床分級呈負相關(guān)（胼胝體膝部：r=－0.44，P<0.05；胼胝體壓部：r=－0.39，P<0.05；右側(cè)內(nèi)囊后肢：r=－0.76，P<0.05；左側(cè)內(nèi)囊后肢：r=－0.68，P<0.05；右側(cè)大腦腳：r=－0.66，P<0.05；左側(cè)大腦腳：r=－0.60，P<0.05），其中以內(nèi)囊后肢相關(guān)性最明顯。

表2 對照組和SD組各層面感興趣區(qū)ADC、FA及1－VR值比較

3 討論

3.1 DTI對SD的評估價值 本研究顯示SD組內(nèi)91%的患兒常規(guī)MRI掃描發(fā)現(xiàn)異常，其中腦室旁腦白質(zhì)軟化最多見，與Sugiura等[2]報道一致。SD組內(nèi)仍有部分患兒常規(guī)MRI檢查為陰性，而彩色FA圖發(fā)現(xiàn)異常，這就需要新的檢查技術(shù)以發(fā)現(xiàn)更細微的病理改變。DTI是在DWI的基礎(chǔ)上發(fā)展的無創(chuàng)性觀察活體腦白質(zhì)的新技術(shù)。擴散是物質(zhì)分子的自由運動，也稱布朗運動，張量是指固體內(nèi)三維排列的向量張力[3]。利用水分子擴散運動存在各向異性來反映活體組織的細微結(jié)構(gòu)和功能改變，可較敏感地顯示腦白質(zhì)變化和白質(zhì)纖維束的復(fù)雜走行，更準確地反映白質(zhì)纖維的損傷，有助于臨床預(yù)測運動功能損害[4]。DWI和DTI可研究早期腦性癱瘓（cerebral palsy，CP）白質(zhì)纖維束的改變[5]，之所以可用于早期CP研究是因為得出的ADC值、FA值可評價白質(zhì)纖維束發(fā)育，常用來描述水分子彌散的指標有ADC、FA及VR。ADC表示不同方向分子彌散的速度和范圍，體現(xiàn)了水分子的布朗運動，ADC值反映腦組織水分子的含量和彌散狀況，游離水分子含量越多，彌散越快，ADC值越高。FA、1－VR代表彌散的各向異性，前者是水分子各向異性彌散占整個彌散張量的比值，兩者值的大小受髓鞘的完整性、纖維致密性及平行性的影響，范圍為0～1，0代表最小各向異性彌散，即最大各向同性彌散。上述參數(shù)相結(jié)合，可更加準確地反映腦白質(zhì)發(fā)育及其髓鞘化過程中的變化，了解腦白質(zhì)病變的發(fā)生機制。白質(zhì)纖維束受損，造成髓鞘化異常，軸突生長障礙及數(shù)量減少，引起水分子擴散運動異常，ADC值升高，F(xiàn)A值和1－VR值減少。Min等[6]報道4位觀察者對78例因腦室旁腦白質(zhì)軟化引起的痙攣型CP進行測量，得出測量ROI的FA值是可靠的。本研究顯示SD組所測ROI的FA值和1－VR值均明顯低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），與既往研究結(jié)果一致[5,7-8]。有關(guān)CP的ADC值研究與既往報道并非一致，Chang等[9]報道CP患者的ADC值較對照組升高。本研究顯示SD組所測的ROI ADC值均較對照組低，胼胝體壓部、雙側(cè)內(nèi)囊后肢及雙側(cè)大腦腳兩組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。但本研究中胼胝體膝部兩組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），以往研究表明胼胝體壓部在言語任務(wù)上主要表現(xiàn)出更明顯的雙側(cè)表征，胼胝體膝部在運動任務(wù)上更趨于雙側(cè)表征[10]，可能是雙側(cè)肢體運動障礙，引起胼胝體膝部發(fā)育異常，從而導(dǎo)致ADC值增加明顯。

3.2 SD患兒FA值與GMFCS的關(guān)系 GMFCS是根據(jù)腦癱兒童運動功能受限隨年齡變化的規(guī)律所設(shè)計，該系統(tǒng)將腦癱患兒分為5個年齡組（≤2歲、2歲<年齡≤4歲、4歲<年齡≤6歲、6歲<年齡≤12歲、12歲<年齡≤18歲），每個年齡組根據(jù)患兒運動功能從高至低分為I～V級。本研究根據(jù)GMFCS對SD患兒在日常環(huán)境的表現(xiàn)進行評級，結(jié)果顯示43例SD患兒中39例為I～III級，與陳玉萍等[11]研究結(jié)果相似。4例常規(guī)MRI表現(xiàn)正常，僅表現(xiàn)為輕度運動功能障礙，GMFCS臨床分級I級、II級各2例。以往研究證實兒童皮質(zhì)脊髓束損傷的DTI參數(shù)和運動功能障礙的程度有相關(guān)性，有助于預(yù)測CP運動功能[12]。本研究發(fā)現(xiàn)SD組患兒所測ROI的FA值與GMFCS臨床分級呈負相關(guān)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），其中以內(nèi)囊后肢相關(guān)性最明顯，與Yoshida等[13]報道一致。說明SD患兒雙側(cè)肢體運動通路障礙可引起病灶遠端皮質(zhì)脊髓束發(fā)生華勒變性，產(chǎn)生髓鞘溶解和軸突崩解，損傷結(jié)構(gòu)完整性，降低軸索的致密性，白質(zhì)纖維束髓鞘減少，甚至缺失，改變了水分子在神經(jīng)纖維中的彌散FA，導(dǎo)致FA值下降；FA值越低，白質(zhì)纖維束損傷越明顯，肢體功能障礙越嚴重，GMFCS臨床分級越高。同時在所測的部位中，雙側(cè)內(nèi)囊后肢的FA值與GMFCS臨床分級相關(guān)性最明顯，證明運動功能障礙與內(nèi)囊后肢的白質(zhì)纖維束損傷關(guān)系密切。

總之，DTI能早期發(fā)現(xiàn)白質(zhì)纖維束細微受損及客觀量化評估受損程度，其FA值與GMFCS臨床分級呈負相關(guān)，一定程度上反映運動功能的發(fā)育情況，有助于臨床預(yù)后判斷，為臨床診斷、早期預(yù)防和準確評估提供可靠的影像學(xué)依據(jù)。

[1] 中國康復(fù)醫(yī)學(xué)會兒童康復(fù)專業(yè)委員會, 中國殘疾人康復(fù)協(xié)會小兒腦性癱瘓康復(fù)專業(yè)委員會, 《中國腦性癱瘓康復(fù)指南》編委會. 中國腦性癱瘓康復(fù)指南（2015）：第一部分.中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志, 2015, 30(7): 747-754.

[2] Sugiura T, Goto T, Ueda H, et al. Periventricular leukomalacia is decreasing in Japan. Pediatr Neurol, 2012, 47(1): 35-39.

[3] 劉秀香, 高思佳, 袁逍, 等. 3.0T MR擴散張量成像在脊髓型頸椎病診斷中的應(yīng)用. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2011, 19(8): 569-574.

[4] 陳錦佳, 曾洪武, 干蕓根, 等. 磁共振彌散張量成像在兒童偏癱型腦癱中的應(yīng)用. 中國CT和MRI雜志, 2013, 11(5): 10-13, 41.

[5] Lennartsson F, Holmstr?m L, Eliasson AC, et al. Advanced fiber tracking in early acquired brain injury causing cerebral palsy. Am J Neuroradiol, 2015, 36(1): 181-187.

[6] Min K, Yu SJ, Lee JH, et al. Reliability of fractional anisotropy measurement for children with cerebral palsy. Neuropediatrics, 2014, 45(2): 84-92.

[7] Rha DW, Chang WH, Kim J, et al. Comparing quantitative tractography metrics of motor and sensory pathways in children with periventricular leukomalacia and different levels of gross motor function. Neuroradiology, 2012, 54(6): 615-621.

[8] Scheck SM, Pannek K, Raffelt DA, et al. Structural connectivity of the anterior cingulate in children with unilateral cerebral palsy due to white matter lesions. Neuroimage Clin, 2015, 9: 498-505.

[9] Chang MC, Jang SH, Yoe SS, et al. Diffusion tensor imaging demonstrated radiologic differences between diplegic and quadriplegic cerebral palsy. Neurosci Lett, 2012, 512(1): 53-58.

[10] Joseph JE, Willingham DB. Effect of sex and joystick experience on pursuit tracking in adults. J Mot Behav, 2000, 32(1): 45-56.

[11] 陳玉萍, 吳德, 唐久來, 等. 腦癱患兒粗大運動與高危因素及頭顱MRI表現(xiàn)的相關(guān)分析. 安徽醫(yī)學(xué), 2014, 35(1): 1-4.

[12] Kim JH, Kwon YM, Son SM. Motor function outcomes of pediatric patients with hemiplegic cerebral palsy after rehabilitation treatment: a diffusion tensor imaging study. Neural Regen Res, 2015, 10(4): 624-630.

[13] Yoshida S, Hayakawa K, Yamamoto A, et al. Quantitative diffusion tensor tractography of the motor and sensory tract in children with cerebral palsy. Dev Med Child Neurol, 2010, 52(10): 935-940.

（本文編輯 張曉舟）

Application of Diffusion Tensor Image in Spastic Diplegia

PurposeTo explore the application of diffusion tensor imaging (DTI) in quantitative analysis of spastic diplegia, and provide objective basis for clinical diagnosis and treatment.Materials and MethodsDTI data of 43 spastic diplegia cases and 41 healthy cases were collected and prospectively analyzed. Regions of interests (ROIs) were set along bilateral corticospinal tract (CST) on cerebral peduncle level, internal capsule level, as well as corpus callosum (genu and splenium). Apparent diffusion coefficient (ADC), fractional anisotropy (FA), volume ratio (VR) were calculated. Gross motor function classification system (GMFCS) was applied to measure diplegia patients' motor function.ResultsAccording to GMFCS results, 43 diplegia cases were divided into five grades: Grade I 12 cases, Grade II 17 cases, Grade III 10 cases, Grade IV 3 cases, Grade V 1 case. The MRI positive rate was 90%, DTI showed white matter fiber tracts had different degrees of sparse or missing. The ADC values of corpus callosum splenium, internal capsule, cerebral peduncle in diplegiapatients were slightly higher than those in healthy patients, but without statistically significant difference (P>0.05); on the contrary, the same regions' FA values and 1－VR values in diplegia patients were significantly lower than those in healthy patients (P<0.05). Indiplegia group, the ADC values of corpus callosum genu was higher; FA values and 1－VR values in the same region were lower (P<0.05 vs.control group). In diplegia group, there was statistically negative correlation between FA values and GMFM scores, especially in the posterior limb of internal capsule (genu of corpus callosum: r=－0.44,P<0.05; splenium of corpus callosum: r=－0.39,P<0.05; right posterior limb of internal capsule: r=－0.76,P<0.05; left posterior limb of internal capsule: r=－0.68,P<0.05; right cerebral peduncle: r=－0.66,P<0.05; left cerebral peduncle: r=－0.60,P<0.05).ConclusionDTI can objectively evaluate the white matter fiber tracts' damage in diplegia children, which can provide reliable imaging information for clinical early diagnosis, intervention and accurately prognosis evaluation.

Cerebral palsy; Magnetic resonance imaging; Diffusion tensor imaging; Child

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.11.003

何 玲

2016-04-06

2016-05-17

Department of Radiology, Chongqing Children's Hospital, Ministry of Education Key Laboratory of China Development and Disorders, China International Science and Technology Cooperation Base of China Development and Critical Disorders, Chongqing Key Laboratory of Pediatrics, Chongqing 400014, China

Address Correspondence to:HE Ling

E-mail: heling508@sina.com

重慶市衛(wèi)計委醫(yī)學(xué)科研計劃面上項目

（2015MSXM033）；重慶醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院臨床研究項目（lcyj2014-4）；深圳市科技局項目（201102072）。

R445.2；R742.3

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第11期：810-814

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 (11): 810-814