兒童腦性癱瘓彌散張量成像研究進展

虎玉龍，商立民 綜述 王 宏 審校

兒童腦性癱瘓彌散張量成像研究進展

虎玉龍1,2，商立民3綜述 王 宏1審校

腦癱；磁共振；彌散張量成像

腦性癱瘓(cerebral palsy，CP)，簡稱腦癱，一般是指自受孕起始至嬰兒期內(nèi)各種非進行性腦損傷所致的，以運動障礙和姿勢異常為主要特點的綜合征。腦癱患兒常伴有感覺、認知、語言、視覺、行為等方面的障礙，及癲癇發(fā)作、繼發(fā)性骨骼肌及關(guān)節(jié)的發(fā)育異常[1]。腦癱發(fā)病率為2.0‰～2.5‰，早產(chǎn)、新生兒窒息、低出生體重等是引發(fā)腦癱的常見高危因素[2-4]。腦癱的臨床分型包括痙攣型、不隨意運動型、共濟失調(diào)型、肌張力低下型、混合型，其中痙攣型為最常見類型[5]。腦癱是導(dǎo)致兒童持久性發(fā)育障礙、活動受限以及肢體殘疾的主要原因，多數(shù)腦癱患兒經(jīng)過早期干預(yù)后，癥狀均有顯著的改善，所以早期診斷、早期治療是腦癱患兒能否預(yù)后良好的關(guān)鍵[6]。

1 腦癱的常規(guī)MRI表現(xiàn)

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有安全無創(chuàng)、較高的軟組織分辨率、多方位成像等優(yōu)勢，現(xiàn)已成為腦癱影像學檢查的首選方法。有70%～90%腦癱患兒在常規(guī)MRI中有異常表現(xiàn)，其影像學表現(xiàn)可分為4種類型。(1)早產(chǎn)兒型：主要表現(xiàn)為腦室旁白質(zhì)軟化，多見于痙攣型雙癱或四肢癱的早產(chǎn)兒，其發(fā)生率約占所有腦癱患兒的30%～40%；(2)足月兒型：包括皮質(zhì)、皮質(zhì)下梗死、多發(fā)囊性腦軟化等，病變部位可發(fā)生于基底節(jié)區(qū)、大腦皮質(zhì)、丘腦等；(3)先天性發(fā)育畸形：包括無腦回畸形、無腦裂畸形、腦穿通性囊腫和皮質(zhì)發(fā)育不良等；(4)無法分類型：包括腦萎縮、大腦中動脈梗死、半側(cè)腦萎縮等[7-10]。大多數(shù)腦癱患兒在常規(guī) MRI中有陽性表現(xiàn)，但在實際工作中發(fā)現(xiàn)，仍有部分腦癱患兒常規(guī)MRI可未見異常。此外，部分臨床癥狀較重的腦癱患兒，其常規(guī)MRI僅表現(xiàn)為范圍較小的腦白質(zhì)異常信號，上述情況使得常規(guī)MRI檢查結(jié)果與腦癱患兒臨床癥狀之間很難建立一個穩(wěn)定的聯(lián)系。常規(guī)MRI在腦癱的診斷及預(yù)后判斷中尚存在一定局限性，所以國內(nèi)外學者把彌散張量成像技術(shù)(diffusion tensor imaging，DTI)應(yīng)用于腦癱的研究，并取得了一定進展。

2 DTI的臨床應(yīng)用

在體外液體中，水分子在各方向運動的速率是一致的，其運動軌跡近似球體，稱為各項同性。但在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，水分子的自由擴散受到細胞結(jié)構(gòu)及細胞膜特性的限制，使其在各方向的擴散速率產(chǎn)生差異，其運動軌跡近似橢球體，稱為各項異性。DTI是一種非創(chuàng)傷性檢查方法，能夠定量測量水分子彌散的各項異性，經(jīng)過計算后可以清晰的顯示大腦白質(zhì)纖維形態(tài)，使得DTI技術(shù)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。

2.1 評估正常兒童大腦發(fā)育 嬰幼兒大腦灰、白質(zhì)在常規(guī)MRI上的對比度與成人相反。例如，在T1加權(quán)像上(T1WI)，成人表現(xiàn)為腦白質(zhì)信號高于腦灰質(zhì)，但嬰幼兒腦白質(zhì)信號要低于腦灰質(zhì)。組織學研究已證實，嬰幼兒隨著大腦發(fā)育成熟，白質(zhì)纖維髓鞘化逐漸完成，可以導(dǎo)致上述大腦灰、白質(zhì)對比度發(fā)生改變[11]。影像學上將大腦灰、白質(zhì)對比度的改變作為判斷嬰幼兒大腦發(fā)育成熟的指標，但上述方法存在一定主觀性，缺乏量化標準，給進一步研究帶來困難。

在大腦的發(fā)育過程中，白質(zhì)纖維髓鞘化逐漸完善，細胞排列更加緊密，細胞內(nèi)含水量減少等因素導(dǎo)致大腦白質(zhì)纖維中水分子在垂直于軸突長軸方向上的彌散能力受限。DTI能夠反映水分子在各矢量方向上彌散能力的改變，從而提示大腦白質(zhì)纖維在成熟過程中微觀結(jié)構(gòu)改變的信息[12]，即隨著年齡增長，表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)逐漸降低，各項異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)逐漸增高，F(xiàn)A、ADC值可作為判斷大腦發(fā)育狀況的有效指標[13，14]。肖江喜等[15]研究正常兒童腦白質(zhì)發(fā)育規(guī)律，結(jié)果顯示正常兒童腦白質(zhì)FA值隨年齡增加，并與年齡呈對數(shù)正相關(guān)。此外，該研究發(fā)現(xiàn)胼胝體FA值最高，腦灰質(zhì)最低，余依次為內(nèi)囊后肢、小腦中腳、半卵圓中心、內(nèi)囊前肢、視放射、額頂葉白質(zhì)、丘腦等。Won-jin等[16]選取了87名健康兒童及青少年作為受試對象研究其大腦白質(zhì)各感興趣區(qū)FA值、ADC值隨年齡的變化規(guī)律，并得出了與上述相似的結(jié)論。

2.2 評估早產(chǎn)兒大腦發(fā)育 早產(chǎn)、低出生體重、極低出生體重均是造成嬰幼兒腦白質(zhì)損傷的高危因素，有極大的可能會導(dǎo)致運動發(fā)育遲緩，嚴重者會導(dǎo)致腦癱。Arzoumanin等[17]對137例早產(chǎn)兒進行18～24個月的追蹤隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中3例發(fā)展為腦性癱瘓，10例表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育異常。DTI掃描顯示該13例受試者較余神經(jīng)發(fā)育正常受試者的內(nèi)囊后肢FA值顯著降低。Bru?ne等[18]使用粗大運動分級系統(tǒng)(gross motor function classification system，GMFCS)和貝利嬰幼兒發(fā)展量表(bayley scales of infant development version 3，BSID-Ⅲ)評估64名早產(chǎn)兒2年內(nèi)的生長發(fā)育情況。該研究認為GMFCS分級高于Ⅱ級者考慮為腦癱，BSID評分低于規(guī)范標準者考慮為神經(jīng)運動功能發(fā)育遲緩。DTI掃描結(jié)果表明：根據(jù)BSID-Ⅲ考慮為神經(jīng)運動功能發(fā)育遲緩的早產(chǎn)兒，在內(nèi)囊后肢的FA值較其他受試對象降低、ADC值升高；根據(jù)GMFCS考慮為患有腦癱的早產(chǎn)兒內(nèi)囊后肢FA也表現(xiàn)為降低，結(jié)果具有統(tǒng)計學意義。DTI可早期發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)纖維的異常改變，可以做到對早產(chǎn)兒運動功能發(fā)育的預(yù)測，從而指導(dǎo)臨床早期干預(yù)治療。

2.3 腦癱診斷 DTI在腦癱中的應(yīng)用價值最重要體現(xiàn)在診斷方面。王欣欣等[19]發(fā)現(xiàn)，42例臨床確診為腦癱的患兒中有36例在常規(guī)MRI中表現(xiàn)異常，包括腦室周圍白質(zhì)軟化，腦萎縮、腦裂畸形等， 6例患兒顱腦常規(guī)MRI未見異常。該6例患兒與性別、年齡相匹配的健康兒童對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn),腦癱患兒半卵圓中心FA值降低、ADC值增高，差異有統(tǒng)計學意義。DTI可為常規(guī)MRI表現(xiàn)正常的腦癱患兒提供更多的診斷信息。Arrigoni 等[20]對比研究25例腦癱患兒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在以小腦腳、皮質(zhì)脊髓束、丘腦后輻射、胼胝體壓部、外囊、視神經(jīng)及視輻射等為感興趣區(qū)域的FA值顯著低于健康對照組。應(yīng)用DTI定量分析腦癱患兒腦白質(zhì)纖維的改變，有助于診斷常規(guī)MRI表現(xiàn)未見異常的“隱匿性”腦癱，對于診斷腦癱具有較高的應(yīng)用價值[6]。

2.4 評估腦癱嚴重程度 腦癱的定義強調(diào)了患兒以活動受限和姿勢障礙為特征，但并不包含其癥狀嚴重程度的描述。精確的病情分級對患者治療方案的制定及預(yù)后判斷有重要的指導(dǎo)意義。在GMFCS被廣泛應(yīng)用之前，臨床醫(yī)師只能根據(jù)腦癱患兒的認知能力、行走能力等來進行大致推測或根據(jù)臨床經(jīng)驗進行簡單的輕度、中度、重度的分級。該分級缺乏一定的客觀性和統(tǒng)一標準，因此難以進行深入性研究[21]。GMFCS是基于腦癱患兒運動能力隨年齡變化規(guī)律所設(shè)計的一套分級系統(tǒng)，能夠客觀反映腦癱患兒粗大運動功能的發(fā)育情況[22]。粗大運動功能被評為I 級的腦癱患兒，其運動能力表現(xiàn)與同年齡的健康兒童表現(xiàn)一致，但在完成速度、平衡能力、協(xié)調(diào)能力方面存在一定欠缺，粗大運動為IV級的患兒多數(shù)不能控制其頭部不自主運動，并在多數(shù)情況下存在軀體姿勢異常和自主運動障礙。

粗大運動功能分級系統(tǒng)只能根據(jù)腦癱患兒的典型運動表現(xiàn)進行分級，并不能定量的對腦癱患兒嚴重程度進行評估。DTI聯(lián)合GMFCS可以定量對腦癱患兒嚴重程度進行評估。李同歡等[23]對痙攣型腦癱患兒嚴重程度與DTI參數(shù)的相關(guān)性進行研究，發(fā)現(xiàn)45例痙攣性腦癱患兒內(nèi)囊后肢、大腦腳腹側(cè)、腦橋FA值較健康對照組降低，ADC值不同程度升高，差異具有統(tǒng)計學意義；研究者將45例痙攣型腦癱患兒根據(jù)其GMFCS等級進行分組，對比其組間差異，結(jié)果顯示：隨著粗大運動功能分級加重，各部位ADC值逐漸升高，F(xiàn)A值逐漸降低，差異具有統(tǒng)計學意義，攣型腦癱患兒運動功能障礙程度與DTI檢查結(jié)果有相關(guān)性。

2.5 評估腦癱康復(fù)療效 Jin等[24]將DTI技術(shù)應(yīng)用于腦癱患兒康復(fù)治療后上肢運動功能的評估中。研究收集了36例偏癱型腦癱患兒，在治療前、后對比患兒雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束的纖維束數(shù)量(fiber number，F(xiàn)N)及FA值。結(jié)果表明：治療前、后患側(cè)與對側(cè)皮質(zhì)脊髓束FN、FA均有一定程度增高，且患側(cè)增高程度顯著高于對側(cè)。治療前后DTI參數(shù)的變化量與偏癱上肢功能分級評分(functional level of hemiplegia scale，F(xiàn)xL)變化量進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，治療前、后FN、FA值的改變量與評分改變存在顯著正相關(guān)性。張曉凡等[25]運用DTI和彌散張量纖維束示蹤成像對腦癱患兒早期診斷及康復(fù)評價進行研究。研究從300例腦癱患兒中隨機追蹤隨訪治療1年后的90例腦癱患兒并行DTI掃描，自身對比發(fā)現(xiàn)有78例隨訪患兒治療前、后同感興趣區(qū)FA值有不同程度升高；經(jīng)單因素方差分析，右側(cè)大腦腳、兩側(cè)內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部、左側(cè)弓狀束、右側(cè)扣帶回、雙側(cè)內(nèi)囊前肢、雙側(cè)內(nèi)囊膝、左側(cè)丘腦后輻射康復(fù)前、后差異具有統(tǒng)計學意義。此外，對比該90例隨訪腦癱患兒大腦纖維，69例腦癱患兒大腦纖維束可直觀顯示有不同程度增多和走行方向的改善。應(yīng)用DTI可為評估腦癱患兒預(yù)后及治療效果提供直觀的參考信息。

綜上所述，DTI已經(jīng)在臨床工作中得到廣泛應(yīng)用，但缺乏大樣本研究的報道，多數(shù)研究只能進行自身或與健康對照組對比，仍然缺乏定量的標準值。此外，在以感興趣區(qū)(region of interest，ROI)為基礎(chǔ)的研究中，所選取的ROI數(shù)量也較為有限，存在一定局限性。期望在以后的研究中，進行大樣本量的研究得出各個感興趣區(qū)FA等參考量的標準值，可以定量評估腦白質(zhì)纖維的損傷程度。

[1] 李曉捷, 唐久來, 馬丙祥, 等. 腦性癱瘓的定義、診斷標準及臨床分型[J]. 中華實用兒科臨床雜志, 2014,29(19): 1520.

[2] Herskind A, Greisen G, Nielsen J B. Early identification and intervention in cerebral palsy[J]. Dev Med Child Neurol, 2015,57(1): 29-36.

[3] 盧曉妹, 卜笑松, 盧曼曼, 等. 小兒腦性癱瘓危險因素研究[J]. 中華疾病控制雜志, 2010, 14(5): 386-388.

[4] Shang Q, Ma C Y, Lv N,etal. Clinical study of cerebral palsy in 408 children with periventricular leukomalacia[J]. Exp Ther Med, 2015,9(4): 1336-1344.

[5] 史 惟, 楊 紅, 施炳培, 等. 國內(nèi)外腦性癱瘓定義、臨床分型及功能分級新進展[J]. 中國康復(fù)理論與實踐, 2009, 15(9): 801-803.

[6] 穆學濤, 馬 林. 磁共振對腦癱的診斷價值及應(yīng)用前景[J]. 武警醫(yī)學, 2013, 24(3): 267-270.

[7] Robinson M N, Peake L J, Ditchfield M R,etal. Magnetic resonance imaging findings in a population-based cohort of children with cerebral palsy[J]. Dev Med Child Neurol, 2009, 51(1): 39-45.

[8] 韓秉艷, 王 皓, 鄧佳敏. 小兒腦性癱瘓危險因素與MRI檢查結(jié)果分析[J]. 中國臨床醫(yī)學影像雜志, 2016, 27(2): 87-89.

[9] 于 榮, 候 梅, 孫殿榮, 等. 痙攣型腦性癱瘓MRI研究[J]. 中國康復(fù)理論與實踐, 2007, 13(4): 386-388.

[10] Najar B A, Kachroo A, Gattoo I A,etal.Cerebral palsy: risk factor, comorbidities and associated MRI findings, a hospital based observational study[J]. Int J Contemp Pediatr, 2015,2(2): 90-95.

[11] Yoshida S, Oishi K, Faria A V,etal. Diffusion tensor imaging of normal brain development.[J]. Pediatr Radiol, 2013,43(1): 15-27.

[12] 李鳳鵬, 于生元. 偏頭痛患者磁共振彌散張量成像的初步探討[J]. 武警醫(yī)學, 2013,24(7): 588-590.

[13] Eluvathingal T J, Hasan K M, Kramer L,etal. Quantitative diffusion tensor tractography of association and projection fibers in normally developing children and adolescents[J]. Cereb Cortex, 2007,17(12): 2760-2768.

[14] 候 欣, 楊 健, 魚博浪. 磁共振擴散張量成像在新生兒腦發(fā)育的應(yīng)用及展望[J]. 磁共振成像, 2012, 03(1): 74-78.

[15] 肖喜江, 郭雪梅, 謝 晟, 等. 應(yīng)用擴散張量成像對正常兒童腦白質(zhì)發(fā)育的初步研究[J]. 中華放射學雜志，2005, 39(12): 1252-1255.

[16] Moon W J, Provenzale J, Sarikaya B,etal. Diffusion tensor imaging assessment of white matter maturation in childhood and adolescence[J]. AJR Am J Roentgenol,2011, 197(3): 704-712.

[17] Arzoumanian y, Mirmiran M, Barnes P D,etal. Diffusion tensor brain imaging findings at term-equivalent age may predict neurologic abnormalities in low birth weight pretern infants[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2003,24(8): 1646-1653.

[18] De Bru?ne F T, Wezel-Meijler G V, Leijser L M,etal. Tractography of white-matter tracts in very preterm infants: a 2-year follow-up study[J]. Dev Med Child Neurol,2013,55(5): 427-433.

[19] 王欣欣, 丁中祥, 袁建華, 等. 磁共振擴散張量成像在兒童腦性癱瘓診斷中的價值[J]. 醫(yī)學研究雜志, 2011,40(11): 54-57.

[20] Arrigoni F, Peruzzo D, Gagliardi C,etal. Whole-Brain DTI assessment of white matter damage in children with bilateral palsy: evidence of involvement beyond the primary target of the anoxic insult[J]. AJNR Am J Neuroradiol, 2016,37(7): 1347-1353.

[21] Reid S M, Carlin J B, Reddihough D S. Using the gross motor function classification system to describe patterns of motor severity in cerebral palsy[J]. Dev Med Child Neurol, 2011,53(11): 1007-1012.

[22] Gray L, Ng H, Bartlett D. The gross motor function classification system: an update on impact and clinical utility[J]. Pediatr Phys Ther, 2010,22(3): 315-321.

[23] 李同歡, 宋贛軍, 畢曉軍, 等. 痙攣型腦癱嚴重程度與磁共振彌散張量成像的相關(guān)性分析[J]. 中國婦幼保健, 2015, 30(12): 1859-1861.

[24] Kim J K, Kwon Y M, Son S M. Motor function outcomes of patients with hemiplegic cerebral palsy after rehabilition treatment: a diffusion tensor imaging study[J]. Neural Regen Res, 2015, 10(4): 624-630.

[25] 張曉凡, 范國光, 王志偉,等. 磁共振擴散張量成像/擴散張量纖維束示蹤成像(DTI/DTT)對小兒腦癱早期診斷及康復(fù)評價的臨床意義[J]. 中國CT和MRI雜志, 2011,9(2):1-6.

(2016-08-23收稿 2016-09-28修回)

(責任編輯 郭 青)

虎玉龍，碩士研究生。

1.100039 北京，武警總醫(yī)院磁共振科；2.121000，錦州醫(yī)科大學；3.116013，武警遼寧總隊醫(yī)院大連分院外科

王 宏，E-mail:wanghongmri@sina.com

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