彌散張量成像對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病腦白質(zhì)各向異性的研究進(jìn)展

劉 澍，趙 寧

彌散張量成像對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病腦白質(zhì)各向異性的研究進(jìn)展

劉 澍，趙 寧

磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在彌散加權(quán)成像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，是磁共振成像的一種特殊形式。磁共振彌散張量成像利用組織水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)存在各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)相關(guān)參數(shù)，可以檢查到神經(jīng)系統(tǒng)病理腦白質(zhì)改變的信號(hào)及變化，從而可以更好地協(xié)助臨床判斷疾病的嚴(yán)重程度及預(yù)后。目前已逐漸運(yùn)用于神經(jīng)科、康復(fù)科、老年科等多種科室?，F(xiàn)就DTI對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病多個(gè)疾病病變部位腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究來闡述DTI中FA值的運(yùn)用現(xiàn)狀及其發(fā)揮的作用。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾??；彌散張量成像；各向異性

彌散張量成像是由Basser等在1994年首次提出[1]，它是彌散加權(quán)成像的發(fā)展和深化，并且成為目前神經(jīng)系統(tǒng)功能研究的一大熱點(diǎn)。所謂彌散，是指分子隨機(jī)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是人體重要的生理功能，是體內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式之一，又稱之為布朗運(yùn)動(dòng)，其過程是一個(gè)三維過程，根據(jù)分子空間某一方向彌散的距離相同或不同，可以將運(yùn)動(dòng)方式分為兩種，如同純水中水分子的彌散即為各向同性彌散，在人腦組織中，腦脊液及大腦灰質(zhì)中水分子的彌散近似各向同性彌散。另一種彌散具有方向依賴性，在按一定方向排列的組織中，分子向各個(gè)方向彌散的距離不相等，則稱為各向異性(anisotropic)彌散，通過布朗運(yùn)動(dòng)傳遞的信號(hào)來進(jìn)行追蹤，從在MR中測(cè)量的物理過程[2]。因此，磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在此基礎(chǔ)上發(fā)展，可以通過腦部水分子運(yùn)動(dòng)來顯示大腦組織結(jié)構(gòu)的不同條件下的動(dòng)態(tài)變化，協(xié)助臨床判斷疾病嚴(yán)重程度及預(yù)后。 關(guān)于DTI的研究有很多影像學(xué)參數(shù)，其中包括各項(xiàng)同性的平均彌散率(mean diffusivity，MD)和各向異性程度的部分各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、相對(duì)各向異性(relative anisotropic，RA)及表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient ，ADC)、纖維束追蹤技術(shù)(fiber tractography，F(xiàn)T)[3-4]。雖然各個(gè)參數(shù)都可以在一定程度方面顯示腦部組織結(jié)構(gòu)，但國(guó)內(nèi)外眾多研究均將FA作為主要參數(shù)來反映腦白質(zhì)纖維束成像的指標(biāo)[5-7]。 FA是水分子各向異性成分占整個(gè)彌散張量的比例，范圍為0～1。在腦白質(zhì)中，其值越接近1，表明纖維束細(xì)胞膜、髓鞘以及軸索完整性良好，如果接近于0，則表明纖維束被破壞或者發(fā)育不成熟，細(xì)胞膜、髓鞘以及軸索方向一致性不完整[8]。除了其測(cè)量值較準(zhǔn)確外，不隨坐標(biāo)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方向的改變而改變，且 FA 值是組織的物理特性，在同一對(duì)象不同時(shí)間、不同成像設(shè)備及不同對(duì)象間獲得的數(shù)值具有可比性。目前，已有運(yùn)用DTI研究正常人腦白質(zhì)發(fā)育變化，不僅發(fā)現(xiàn)嬰幼兒時(shí)期FA值較低，隨著年齡的增長(zhǎng)，其值逐漸升高，反映了腦白質(zhì)纖維組織逐漸發(fā)育完善[9-10]。而且發(fā)現(xiàn)除去各種因素差別，語言表達(dá)和動(dòng)手操作能力等一些行為能力與相關(guān)腦白質(zhì)FA值有較大聯(lián)系，F(xiàn)A越高，能力越高[11-12]。這為運(yùn)用DTI研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病受損程度及進(jìn)展提供了預(yù)后判斷的依據(jù)。

DTI中FA值目前在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中診斷及療效評(píng)價(jià)中，主要運(yùn)用于腦癱、阿爾茨海默病、癲癇、肌萎縮側(cè)索硬化、腦卒中等方面的疾病，并取得了一定的研究成果，現(xiàn)綜述如下。

1 腦 癱

腦癱為嬰兒出生前到出生后1個(gè)月內(nèi)，由于各種原因?qū)е碌姆沁M(jìn)行性腦損害綜合征，其發(fā)病率高，由于患兒身體出于發(fā)育起始階段，其語言、動(dòng)作、視覺、聽覺的表現(xiàn)都缺乏特異性，在早期很難與其他疾病鑒別。因此磁共振對(duì)于診斷腦癱具有非常重要的意義，常規(guī)的MRI雖然對(duì)腦癱病人有很高的特異性，但對(duì)于腦白質(zhì)的異常改變?cè)诔上裆先杂胁蛔?，而DTI可以很好地反映出腦白質(zhì)改變程度。目前研究表明DTI發(fā)現(xiàn)腦癱患兒纖維異常及FA變化范圍要大于常規(guī)MRI掃描，不僅異常區(qū)域，正常區(qū)域也顯示出異常，且FA對(duì)輕度隱蔽性損傷更為敏感[13-15]。如圖1所示[13]。

常規(guī)MRI未見異常 左側(cè)FA值降低 DT1圖像

除此之外，還發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行物理、作業(yè)等康復(fù)治療后，研究所選擇的感興趣區(qū)域FA值有不同程度的增高[15-16]，提示外界的刺激可促進(jìn)大腦白質(zhì)再生和修復(fù)。腦白質(zhì)損害早期為細(xì)胞毒性水腫，影響水分子擴(kuò)散，其有髓纖維束間間隙縮小，限制水分子沿神經(jīng)纖維方向運(yùn)動(dòng)，從而各向異性減低，所以FA值降低表明白質(zhì)損傷部位纖維可能被破壞，影響大腦信息的傳遞，導(dǎo)致各種功能缺失。嬰幼兒大腦功能仍在不斷地完善，其自我修復(fù)能力比較強(qiáng)大，因此運(yùn)用DTI的FA值進(jìn)行檢測(cè)，可以早期診斷及早期干預(yù)和治療，Chaturvedi等[17]就曾用DTI中FA值用來比較物理療法聯(lián)合或不聯(lián)合肉毒素治療腦癱患兒的差別，發(fā)現(xiàn)兩種方法都促進(jìn)了FA值的改變，但兩種方式差異不大，可以避免過度治療。

2 阿爾茨海默病

阿爾茨海默(Alzheimer’s disease，AD)包括AD癡呆、前驅(qū)性AD和潛伏性AD[18-20]，其臨床表現(xiàn)主要為記憶障礙、認(rèn)知障礙(語言功能障礙、視空間功能受損、失認(rèn)及失用、計(jì)算力障礙)、精神障礙(抑郁或焦慮等)。其特征性病理表現(xiàn)為老年斑、神經(jīng)元纖維纏結(jié)、神經(jīng)氈細(xì)絲和基底前腦膽堿能神經(jīng)元丟失[21]。然而由于其臨床表現(xiàn)復(fù)雜，通過癥狀及神經(jīng)心理學(xué)檢測(cè)的判斷，往往錯(cuò)過最佳治療時(shí)期，導(dǎo)致疾病預(yù)后較差，死亡率也高[22]。影像學(xué)上已經(jīng)有很多文獻(xiàn)證明AD病人腦灰白質(zhì)和結(jié)構(gòu)功能的改變[23-24]，但卻在研究腦白質(zhì)纖維是否對(duì)AD有關(guān)方面一直存在欠缺?，F(xiàn)如今，國(guó)內(nèi)外越來越多引用DTI研究AD，并且取得了一定成果。Mielke等[25]研究中表明利用DTI成像發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組中AD病人中腦白質(zhì)出現(xiàn)異常，且感興趣區(qū)大多數(shù)在雙側(cè)扣帶束前、后部，胼胝體膝部、體部、壓部，內(nèi)囊前后部等，其FA水平比對(duì)照組降低[26-27]。AD在雙側(cè)扣帶束前、后部、連合系(胼胝體膝部、體部及壓部)、投射系(內(nèi)囊前、后肢)的感興趣區(qū)FA值較對(duì)照組均減低胼胝體壓部FA值降低[28-29]，F(xiàn)A值降低意味著白質(zhì)纖維破壞，進(jìn)而破壞大腦特定區(qū)域，與AD的發(fā)生是有關(guān)聯(lián)的，為提高AD診斷率提供更加可靠的理論依據(jù)。

3 癲 癇

關(guān)于癲癇最常見的病理是海馬硬化，它既可能是癲癇反復(fù)發(fā)作的結(jié)果，也可能是導(dǎo)致癲癇反復(fù)發(fā)作的病因。研究發(fā)現(xiàn)通過DTI可以檢測(cè)到癲癇病人海馬區(qū)FA的異常，提示其值的降低。除此之外，還發(fā)現(xiàn)其他腦區(qū)域的改變。有文獻(xiàn)表明在雙側(cè)丘腦、島葉、枕葉、扣帶回等部位有FA值改變[30-32]，F(xiàn)ocke等[33-34]證實(shí)在腦干、小腦存在著FA值減少的區(qū)域。同時(shí)Liang[35]、Whelan[36]和Widjaja等[37]還發(fā)現(xiàn)在胼胝體膝部FA值的下降，這些區(qū)域的改變，可能是由于長(zhǎng)期癲癇發(fā)作，引起神經(jīng)元變性，髓鞘缺失和軸突膜退化導(dǎo)致的腦白質(zhì)纖維束變性，導(dǎo)致各向異性降低[38]。在康復(fù)治療上不能只局限在海馬區(qū)，DTI可以提供其他區(qū)域的病變，擴(kuò)大治療范圍，減少病人痛苦的時(shí)間和提高療效。

4 肌萎縮側(cè)索硬化(ALS)

肌萎縮側(cè)索硬化是一個(gè)累積上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行性變性病。目前依靠肌電圖、神經(jīng)等相關(guān)檢查可以查出下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(LMN)的損害，但由于上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元(UMN)改變臨床表現(xiàn)診斷誤差較大，易給ALS的診斷造成一定的困擾。DTI可檢測(cè)到MRI無法顯示的微觀病變，各種組織結(jié)構(gòu)完整性，有助于ALS的早期UMN損害的辨識(shí)和完善診斷。徐艷煒等[39]和唐梅麗等[40]發(fā)現(xiàn)處在無UMN癥狀或早期擬診后期確診的病人中DTI報(bào)告顯示，內(nèi)囊后肢、大腦腳、延髓錐體處FA值降低，反映了這些區(qū)域限制水分子自由運(yùn)動(dòng)的屏障被破壞[39]。除了中樞運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)系統(tǒng)外，Senda等[41-42]發(fā)現(xiàn)ALS病人腦部非運(yùn)動(dòng)區(qū)及錐體束以外的白質(zhì)已有變化，有研究也顯示病人中央后回皮質(zhì)下白質(zhì)和胼胝體的FA值均明顯減低[43-44]，Liu等[45]發(fā)現(xiàn)ALS病人皮質(zhì)脊髓束FA值顯著降低，這說明DTI不僅可以幫助檢測(cè)UMN病變，而且還可以檢測(cè)到更廣泛的標(biāo)志損害，提示ALS不單純損害運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，而是損傷范圍更廣泛的系統(tǒng)性疾病，給疾病的治療提供了更為廣闊的思路。

5 腦卒中

腦卒中發(fā)病后大腦存在自我修復(fù)能力，包括軸突生長(zhǎng)、突觸形成等神經(jīng)重建，或者原有白質(zhì)恢復(fù)。卒中后因白質(zhì)重塑具體方式不明確，從而使得病情評(píng)估、預(yù)后療效的判斷產(chǎn)生一定局限性。DTI的使用提供了一個(gè)很好的方法去評(píng)估腦卒中病人的大腦狀況。王凱等[47]曾收集過17例中重度急性腦卒中病人康復(fù)前后梗死灶FA值變化，發(fā)現(xiàn)發(fā)病1周梗死灶區(qū)平均FA值較健側(cè)明顯降低，其他文獻(xiàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)?？祻?fù)治療后病灶部位的FA升高，且在一定范圍內(nèi)，病灶區(qū)健患側(cè)FA差值越大，治療效果越明顯，提示發(fā)病早期的FA值可在一定程度上預(yù)測(cè)其康復(fù)治療療效。關(guān)于腦卒中引起的運(yùn)動(dòng)功能障礙，與皮質(zhì)脊髓束(CST)完整性有很大關(guān)系，F(xiàn)A可以很好地反應(yīng)CST是否完整，是軸突完整性較敏感指標(biāo)[48-49]。

有研究得出DTI顯示CST較完整，則腦卒中病人肢體肌力恢復(fù)預(yù)后較好[49-52]，在測(cè)量FA值前，都會(huì)選擇感興趣區(qū)域(regions of interest，ROI)，以求提高對(duì)CST的FA取值準(zhǔn)確性，最常見的有大腦腳、內(nèi)囊后肢區(qū)和放射冠。Koyama等[53-55]發(fā)現(xiàn)大腦腳區(qū)域FA值對(duì)評(píng)估腦出血病人運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況的準(zhǔn)確性更高。因此，可以根據(jù)FA值的改變來評(píng)價(jià)疾病的嚴(yán)重程度及康復(fù)治療的效果。

隨著科技的進(jìn)步，各種各樣運(yùn)用于幫助病人康復(fù)的儀器誕生，其中重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(rTMS)可用于腦卒中，改善病人癥狀。通過Demirtas-Tatlidede等[56-58]研究體現(xiàn)了不同頻率的rTMS，對(duì)于腦卒中病人促進(jìn)其相應(yīng)大腦區(qū)域(額葉、胼胝體等)FA值增高，且FA值的提高與運(yùn)動(dòng)改善有著正線性關(guān)系，恢復(fù)腦白質(zhì)的完整性，改善病人功能障礙。

通過DTI的觀察發(fā)現(xiàn)，中國(guó)傳統(tǒng)治療針灸在對(duì)腦梗死也能促進(jìn)腦白質(zhì)纖維束的形成。運(yùn)用“醒腦開竅”刺法針刺上星、百會(huì)、印堂及雙側(cè)內(nèi)關(guān)，患側(cè)三陰交，并加以輔穴患肢極泉、尺澤和委中，每日1次，2周1個(gè)療程，進(jìn)行為期3個(gè)療程的治療后FA值得到改善。為針灸在康復(fù)治療中提高了一個(gè)有力的證據(jù)。除此之外，陸建霞等[59]通過操作性肌電生物反饋療法幫助腦卒中病人恢復(fù)運(yùn)動(dòng)功能，其DTI結(jié)果顯示病灶周圍的FA值上升。

6 結(jié) 語

因DTI非侵入性大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，除了以上介紹的幾種運(yùn)用DTI測(cè)定神經(jīng)系統(tǒng)疾病FA值得改變外，在腦腫瘤、脊髓型頸椎病等其他方面有著廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可，通過FA值得改變，不僅可以得出常見病灶腦白質(zhì)的改變情況，發(fā)現(xiàn)其他區(qū)域腦白質(zhì)的改變情況，從而對(duì)疾病可進(jìn)行更為精確的認(rèn)識(shí)、診斷及對(duì)預(yù)后的評(píng)估，也可以成為對(duì)診療手段的有效性進(jìn)行評(píng)估，為選擇最佳治療方法提供一個(gè)客觀的數(shù)據(jù)，為病人病情恢復(fù)爭(zhēng)取時(shí)間。常規(guī)的核磁檢查只能客觀表達(dá)解剖結(jié)構(gòu)的改變，而DTI既保留了原有的解剖成像特點(diǎn)，又可同時(shí)獲得生理學(xué)信息，且能更加精準(zhǔn)的判斷不同治療方法的療效，比如可以通過DTI的FA值檢測(cè)多種物理因子聯(lián)用治療腦卒中運(yùn)動(dòng)功能受損病人，其效果是否比單一治療有效，從而縮短治療周期，幫助病人改善運(yùn)動(dòng)功能。雖然對(duì)于數(shù)據(jù)的采集和處理仍有不理想之處，但隨著DTI在臨床研究進(jìn)入系統(tǒng)化和微觀化，其運(yùn)用的前景將更為廣闊。

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(本文編輯王雅潔)

深圳市第六人民醫(yī)院(廣東深圳 518052)

趙寧，E-mail：298360561@qq.com

信息：劉澍，趙寧.彌散張量成像對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病腦白質(zhì)各向異性的研究進(jìn)展[J].中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志，2017，15(15)：1850-1853.

R743 R255

A

10.3969/j.issn.1672-1349.2017.15.012

1672-1349(2017)15-1850-04

2016-03-17)