彌散張量成像在腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后評(píng)估中的研究進(jìn)展

謝運(yùn)娟，廖伶藝，高強(qiáng),2

1.四川大學(xué)，四川成都市610041；2.四川大學(xué)華西醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心，四川成都市610041

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一種先進(jìn)的非侵入性磁共振成像技術(shù)，可用于表征水分子擴(kuò)散過(guò)程的取向特性，能有效觀察和追蹤腦白質(zhì)纖維束[1-3]。目前DTI廣泛應(yīng)用于科研和臨床領(lǐng)域，用來(lái)探索大腦疾病，如多發(fā)性硬化、腦癱、腦卒中、精神分裂癥等[4]。

腦卒中位居我國(guó)死亡原因首位，其高發(fā)病率、高死亡率和高致殘率給患者及社會(huì)帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。腦卒中患者的功能預(yù)后對(duì)患者的日常生活質(zhì)量尤為重要[5]。本文對(duì)DTI應(yīng)用于腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的評(píng)估進(jìn)行綜述。

1 DTI參數(shù)與運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后

1.1 DTI參數(shù)

彌散分為各向同性彌散和各向異性彌散。各向同性彌散指在完全均勻的介質(zhì)中，運(yùn)動(dòng)沒有障礙，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的距離相等。在腦組織中，彌散受許多因素影響，如組織細(xì)胞膜通透性、細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。在按一定方向排列的組織，如鞘膜、細(xì)胞膜、白質(zhì)纖維束等中，彌散具有方向依賴性。分子向各個(gè)方向彌散的距離不相等，稱為各向異性彌散[6-7]。

各向異性程度反映分子在空間中的位移程度，且與結(jié)構(gòu)的方向有關(guān)。很多參數(shù)可定量分析各向異性，如各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、相對(duì)各向異性(relative anisotropy,RA)、容積比指數(shù)(volume ratio,VR)等。目前，F(xiàn)A已廣泛應(yīng)用于臨床[8]，主要因?yàn)榛野踪|(zhì)對(duì)比較好，測(cè)量的FA較準(zhǔn)確；其次，F(xiàn)A是組織的物理屬性，不隨坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)而變化；再者，同一對(duì)象在不同時(shí)間、不同成像設(shè)備和不同物體上得到的值可比較。

1.2 FA

FA能預(yù)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后情況[9-10]。測(cè)量FA可提供組織微結(jié)構(gòu)的信息[11]。FA是水分子優(yōu)先沿主要軸突通路軸方向彌散特性的指標(biāo)，表示水分子各向異性成分占整個(gè)彌散張量的比例，取值范圍0～1。越接近0，代表彌散越不受限制，例如腦脊液的FA接近0；越接近1代表彌散受限越大[12-13]。

FA在臨床應(yīng)用較廣，不同感興趣區(qū)FA差異較大。感興趣區(qū)的選擇很大程度取決于操作者。大腦腳、內(nèi)囊后肢、紋狀體，以及鄰近或遠(yuǎn)離梗死灶的測(cè)量結(jié)果各有差異。

Werring等[14]發(fā)現(xiàn)，腦梗死區(qū)和患側(cè)大腦腳FA均下降。Thomalla等[15]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A與美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale,NIHSS)存在負(fù)相關(guān)，F(xiàn)A越低，神經(jīng)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)越差。Wang等[16]發(fā)現(xiàn)，急性紋狀體梗死患者患側(cè)大腦腳FA下降，表明纖維結(jié)構(gòu)完整性受損；皮質(zhì)脊髓束(corticospinal tract,CST)FA顯著下降，提示可能出現(xiàn)華勒變性。

發(fā)病后不同時(shí)間FA有所差異。Ma等[10]發(fā)現(xiàn)，發(fā)病當(dāng)天患側(cè)CST的FA(截點(diǎn)0.45)可以預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后，敏感性和特異性都在88%以上。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)預(yù)后好的患者，發(fā)病當(dāng)天FA顯著高于運(yùn)動(dòng)預(yù)后差的患者；運(yùn)動(dòng)預(yù)后差的患者發(fā)病后，F(xiàn)A逐漸下降，而運(yùn)動(dòng)預(yù)后好的患者FA逐漸提高。

Schaechter等[9]發(fā)現(xiàn)，患者雙側(cè)CST FA升高與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)程度相關(guān)。隨著患者運(yùn)動(dòng)功能改善，患側(cè)FA升高，但仍小于健側(cè)FA[17]。Meta分析結(jié)果表明，F(xiàn)A是缺血性腦卒中患者亞急性期上肢功能恢復(fù)的有效預(yù)測(cè)指標(biāo)[1]。

1.3 患側(cè)和健側(cè)的FA比(ratios of fractional anisotropy,rFA)

rFA指患側(cè)與健側(cè)相應(yīng)部位的FA比。有學(xué)者認(rèn)為[15,18-21]，rFA比FA更適合成為腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)預(yù)測(cè)指標(biāo)；Puig等[20]提出，rFA是唯一預(yù)測(cè)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)。研究表明，腦卒中亞急性或慢性期CST rFA越低，運(yùn)動(dòng)損傷越大，3個(gè)月后運(yùn)動(dòng)恢復(fù)越差[15,18]。Puig等[20]發(fā)現(xiàn)，患側(cè)腦橋CST發(fā)病后30 d的FA下降與隨訪2年后運(yùn)動(dòng)缺陷增加一致，且卒中30 d后的rFA界限值可預(yù)測(cè)2年后的運(yùn)動(dòng)結(jié)果，敏感性和特異性均＞80%，因此認(rèn)為發(fā)病30 d腦橋的rFA是唯一預(yù)測(cè)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的獨(dú)立指標(biāo)。

王旭等[19]發(fā)現(xiàn)，急性腦干梗死患者患側(cè)大腦腳rFA與NIHSS評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，而梗死灶FA與運(yùn)動(dòng)功能的預(yù)后無(wú)相關(guān)性，推測(cè)僅部分梗死灶位于CST走行區(qū)域，對(duì)患者的運(yùn)動(dòng)功能影響較小。大腦腳rFA有助于臨床早期評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)急性腦干梗死患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。Koyama等[21]的研究表明，大腦腳rFA對(duì)出血性腦卒中患者的功能預(yù)后同樣有效。

2 CST的損傷程度與運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后

2.1 CST的作用

CST支配骨骼肌自主運(yùn)動(dòng)，與前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元共同構(gòu)成自主運(yùn)動(dòng)的傳導(dǎo)通路。CST是上肢運(yùn)動(dòng)功能最重要的神經(jīng)束[4]。CST的損傷會(huì)限制運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[22-23]。DTI在CST的可視化觀察方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。鑒于CST行經(jīng)放射冠、內(nèi)囊后肢和大腦腳，目前大多數(shù)DTI的感興趣區(qū)均在這些部位選取。

2.2 判斷CST損傷程度的方法

2.2.1 彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography,DTT)

測(cè)量CST完整性可預(yù)測(cè)腦卒中患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)[24-25]。DTT通過(guò)DTI獲得的參數(shù)進(jìn)行后期圖像處理，呈現(xiàn)神經(jīng)纖維束的走行。DTT可顯示CST的纖維走向?？筛鶕?jù)DTT的結(jié)果對(duì)CST損傷程度進(jìn)行分級(jí)，預(yù)測(cè)患者的運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后：梗死灶靠近但沒有覆蓋CST的患者，肌力可以完全恢復(fù)；梗死灶覆蓋CST的患者，肌力不一定會(huì)有好的改善或改善持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)[26]。急性腦缺血患者的DTT可以評(píng)估CST的損傷程度，其結(jié)果與運(yùn)動(dòng)評(píng)分密切相關(guān)[27]。

對(duì)于急性腦出血患者，DTT所示的CST損傷程度分級(jí)同樣適用。Cho等[28]發(fā)現(xiàn)，血腫沒有累及CST的患者運(yùn)動(dòng)評(píng)分最高，而CST已經(jīng)發(fā)生變性的患者運(yùn)動(dòng)評(píng)分最低。提示腦出血患者早期DTT中CST的變化可作為運(yùn)動(dòng)功能結(jié)局的預(yù)測(cè)指標(biāo)。

2.2.2 纖維數(shù)量不對(duì)稱及比值

Lindenberg等[29]發(fā)現(xiàn)，慢性腦卒中患者可通過(guò)纖維數(shù)量(fiber number,FN)不對(duì)稱進(jìn)行CST損傷程度分級(jí)。FN不對(duì)稱=(健側(cè)FN-患側(cè)FN)/(健側(cè)FN+患側(cè)FN)。雙側(cè)CST受損時(shí)，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)較差；腦橋后部纖維未受損時(shí)，運(yùn)動(dòng)恢復(fù)較好。Bigourdan等[30]發(fā)現(xiàn)，患/健側(cè)FN比值可以較好表示CST的完整性，并預(yù)測(cè)患者1年后運(yùn)動(dòng)功能，尤其是嚴(yán)重?fù)p傷的患者；但FN的具體值與運(yùn)動(dòng)預(yù)后的關(guān)系尚無(wú)明確的定論。回顧性研究發(fā)現(xiàn)[31]，慢性腦卒中患者健側(cè)皮質(zhì)脊髓前束纖維數(shù)量與卒中后運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)。

2.2.3 CST損傷負(fù)荷

Zhu等[32]結(jié)合病變定位技術(shù)與來(lái)自年齡匹配的健康個(gè)體的概率域，發(fā)現(xiàn)梗死大小與運(yùn)動(dòng)分?jǐn)?shù)相關(guān)，但不能預(yù)測(cè)損害情況，而CST損傷負(fù)荷比梗死大小能更好地預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)缺陷。Doughty等[33]指出，相比遠(yuǎn)離損傷區(qū)域的感興趣區(qū)FA不對(duì)稱性，急性期CST損傷負(fù)荷能夠更好預(yù)測(cè)3個(gè)月后的運(yùn)動(dòng)結(jié)局。

CST的完整性與患者的運(yùn)動(dòng)功能密不可分，但目前對(duì)CST的損傷程度、損傷大小以及梗死灶體積對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的影響尚無(wú)定論。雖然關(guān)于CST的研究主要納入病變部位在大腦中動(dòng)脈區(qū)的病例，但每項(xiàng)研究并未將具體部位分開討論，預(yù)后時(shí)間選擇也各不相同，從1個(gè)月到1年后。

3 與其他技術(shù)相結(jié)合

單獨(dú)使用臨床量表預(yù)測(cè)嚴(yán)重?fù)p傷患者的運(yùn)動(dòng)結(jié)局存在局限性，需要多種方法相結(jié)合[34]。將DTI參數(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合，能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)功能結(jié)局。Stinear等[34]提出，結(jié)合經(jīng)顱磁刺激運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位和FA不對(duì)稱性的算法程序，能預(yù)測(cè)患者上肢運(yùn)動(dòng)功能的預(yù)后，敏感性73%，特異性88%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值88%，陰性預(yù)測(cè)值83%。Maraka等[35]發(fā)現(xiàn)，急性期NIHSS評(píng)分和患/健側(cè)FN比能預(yù)測(cè)慢性上肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分，結(jié)合初始FN比率和NIHSS可以預(yù)測(cè)90 d后運(yùn)動(dòng)功能情況。

Yang等[36]發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合Fugl-Meyer評(píng)定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)和灰質(zhì)容量測(cè)量，比單獨(dú)應(yīng)用一種技術(shù)可以更好預(yù)測(cè)腦卒中患者長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)障礙情況。Buch等[37]發(fā)現(xiàn)，卒中后第1周結(jié)合FMA和DTI能夠準(zhǔn)確區(qū)分卒中恢復(fù)典型和非典型患者。

4 小結(jié)

綜上所述，DTI能夠預(yù)測(cè)患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況，有利于判斷患者功能恢復(fù)潛力，一定程度上可幫助臨床工作者為患者制定個(gè)體化的康復(fù)治療方案。但目前DTI對(duì)腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后仍停留在定性階段，且DTI各參數(shù)的選擇存在一定爭(zhēng)議。運(yùn)動(dòng)功能取決于運(yùn)動(dòng)纖維的完整性，CST的損傷程度會(huì)限制運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)和恢復(fù)，但目前對(duì)于CST損傷程度、損傷負(fù)荷或損傷區(qū)域?qū)τ谀X卒中患者運(yùn)動(dòng)功能的預(yù)后尚不明確。需要更多高質(zhì)量的研究進(jìn)一步探索。