彌散張量成像在周?chē)窠?jīng)損傷中的應(yīng)用進(jìn)展

尹露，嚴(yán)雋陶，陳霄，伍丹丹

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院推拿科，上海市 200437

周?chē)窠?jīng)損傷(peripheral nerve injury,PNI)是臨床常見(jiàn)病，通常由創(chuàng)傷、疾病或手術(shù)引起，往往導(dǎo)致嚴(yán)重甚至永久性功能障礙。損傷修復(fù)的關(guān)鍵在于明確損傷部位和嚴(yán)重程度，常用的評(píng)估方式有臨床評(píng)估、電診斷和常規(guī)成像等。臨床評(píng)估和電診斷對(duì)急性損傷程度的判斷和早期自發(fā)恢復(fù)不敏感：僅有少數(shù)運(yùn)動(dòng)單元重新受神經(jīng)支配時(shí)，可能無(wú)法檢測(cè)到肌肉或肢體運(yùn)動(dòng)。常規(guī)成像僅限于觀察神經(jīng)直徑和信號(hào)變化的異常，無(wú)法確定嚴(yán)重神經(jīng)病變的連續(xù)性。彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)在PNI修復(fù)中有潛在的應(yīng)用價(jià)值，能準(zhǔn)確反映神經(jīng)損傷的嚴(yán)重程度和恢復(fù)潛力。

1 概述

DTI 是一種磁共振成像技術(shù)，通過(guò)在體內(nèi)無(wú)創(chuàng)測(cè)量水分子的彌散運(yùn)動(dòng)，獲取不同組織的各向異性信息，從而定量測(cè)量組織的結(jié)構(gòu)完整性，明確損傷部位，指導(dǎo)適當(dāng)?shù)幕颊吖芾韀1-2]。DTI 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病評(píng)估中已得到廣泛研究，如腫瘤、退行性病變、脫髓鞘疾病和癲癇等[3-5]。由于周?chē)窠?jīng)存在直徑小、質(zhì)子密度低、成像偽影等方面挑戰(zhàn)，DTI 評(píng)估仍處于初期階段，多應(yīng)用于科研中。隨著磁共振成像技術(shù)不斷進(jìn)步，DTI近年在周?chē)窠?jīng)領(lǐng)域中越來(lái)越受到關(guān)注。

DTI 是由磁共振彌散加權(quán)成像發(fā)展而來(lái)，基于水分子的布朗運(yùn)動(dòng)非侵入性探測(cè)組織的微觀結(jié)構(gòu)。在均勻介質(zhì)中，水分子在各個(gè)方向無(wú)障礙均勻擴(kuò)散，稱(chēng)為各向同性擴(kuò)散；在有一定排列規(guī)律的組織中，由于細(xì)胞膜和大分子等的阻礙，導(dǎo)致水分子各個(gè)方向擴(kuò)散不等，稱(chēng)為各向異性擴(kuò)散。周?chē)窠?jīng)有良好的組織結(jié)構(gòu)和沿肢體方向的縱行軸索束，故具有高度各向異性[5]。通過(guò)在自旋回波序列180o脈沖前后施加擴(kuò)散敏感梯度磁場(chǎng)，可檢測(cè)水分子運(yùn)動(dòng)，獲得擴(kuò)散系數(shù)。通常把水分子在組織中特定擴(kuò)散梯度磁場(chǎng)方向上的水分子位移強(qiáng)度稱(chēng)作表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)。DTI 通過(guò)在至少6 個(gè)非共線方向上應(yīng)用擴(kuò)散敏化梯度實(shí)現(xiàn)，可以顯示反映沿X、Y和Z軸擴(kuò)散和各向異性三維特征的矩陣模型，從而評(píng)價(jià)組織各向異性程度[2,6-7]。各向異性程度常用各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)、ADC、軸向擴(kuò)散率(axial diffusion rate,AD)和徑向擴(kuò)散率(radial diffusion rate,RD)表示。FA 是最常用的參數(shù)，反映組織向異性部分占整個(gè)擴(kuò)散值的比例，F(xiàn)A為0表示在組織中擴(kuò)散不受限，F(xiàn)A 越趨向1 表示擴(kuò)散沿組織方向排列越規(guī)則、緊密。ADC 只代表擴(kuò)散梯度磁場(chǎng)施加方向上水分子的彌散特點(diǎn)；AD反映沿主神經(jīng)方向的水?dāng)U散，被認(rèn)為是軸漿流完整性的替代生物標(biāo)志物；RD反映垂直神經(jīng)軸內(nèi)的水?dāng)U散，由于髓鞘的存在，水在垂直神經(jīng)軸上的擴(kuò)散非常有限[8]。

PNI 通常由創(chuàng)傷、疾病或手術(shù)引起，其中創(chuàng)傷性PNI 最多見(jiàn)，包括臂叢和腰叢神經(jīng)損傷。臂叢神經(jīng)損傷主要涉及橈神經(jīng)和正中神經(jīng)，腰骶部創(chuàng)傷所致神經(jīng)損傷較少見(jiàn)[9-10]。PNI還可能與慢性壓迫有關(guān)，如腕管和肘管綜合征、外傷擠壓和腫瘤等。周?chē)窠?jīng)DTI可以快速全面提供神經(jīng)微結(jié)構(gòu)信息，評(píng)估神經(jīng)損傷的部位和嚴(yán)重程度。現(xiàn)有研究多聚焦于卡壓性周?chē)窠?jīng)損傷疾病。

2 壓迫性神經(jīng)損傷

2.1 腕管綜合征

Skorpil 等[11]首次在周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)中的應(yīng)用DTI 技術(shù)。其后該技術(shù)評(píng)估PNI 的研究主要集中在腕正中神經(jīng)[12-19]。腕管綜合征(carpal tunnel syndrome,CTS)是慢性正中神經(jīng)壓迫最常見(jiàn)的原因，Brienza 等[12]觀察30 例CTS 患者，發(fā)現(xiàn)FA 和ADC 與神經(jīng)電圖參數(shù)顯著相關(guān)；與健康人相比，CTS 患者FA 降低，ADC 升高。Schmid 等[13]在高分辨率DTI 下觀察到正中神經(jīng)和淺表橈神經(jīng)單束，以及腕管內(nèi)的屈肌腱和腱鞘等結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)FA 和RD 與癥狀嚴(yán)重程度相關(guān)。比較DTI參數(shù)和電生理學(xué)參數(shù)發(fā)現(xiàn)[14]，AD 反映軸突完整性，F(xiàn)A 和RD 則可能反映髓鞘完整性。平均FA 比最大FA 敏感性更高，但特異性較低[15]。也有研究提出[1,16]，F(xiàn)A 和AD 反映軸索損傷，RD 增加可能提示髓鞘退化。Lindberg 等[17]對(duì)復(fù)發(fā)性CTS 進(jìn)行DTI 研究，發(fā)現(xiàn)患者正中神經(jīng)ADC、AD 和RD 下降，可能與神經(jīng)內(nèi)纖維化和較慢的神經(jīng)傳導(dǎo)有關(guān)。在DTI參數(shù)測(cè)定位置的選擇上，有人測(cè)量遠(yuǎn)端橈尺關(guān)節(jié)、豌豆骨和鉤骨3 個(gè)水平，發(fā)現(xiàn)接受皮質(zhì)類(lèi)固醇注射CTS 患者的癥狀緩解與豌豆骨水平正中神經(jīng)的ADC 有關(guān)[18]。以前也有研究提示[19]，在腕管入口處測(cè)量FA 具有最高的診斷準(zhǔn)確度。

2.2 肘管綜合征

肘部周?chē)窠?jīng)也容易受到卡壓和損傷，肘管綜合征是第二常見(jiàn)的外周卡壓性神經(jīng)病?；贒TI數(shù)據(jù)和纖維跟蹤后處理方法，可實(shí)現(xiàn)肘部周?chē)窠?jīng)的立體顯示[20]。Breitenseher 等[21]發(fā)現(xiàn)，在肘溝處和通過(guò)深屈肌筋膜時(shí)，尺神經(jīng)FA顯著降低；DTI纖維束成像中，65%患者尺神經(jīng)完全或部分不連續(xù)。

2.3 坐骨神經(jīng)損傷

坐骨神經(jīng)由于位置深、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常規(guī)超聲或電生理學(xué)研究評(píng)估腰骶叢的價(jià)值有限。Bernabeu 等[22]的研究表明，與常規(guī)磁共振相比，DTI 檢測(cè)坐骨神經(jīng)損傷敏感性更高，纖維束成像能準(zhǔn)確顯示神經(jīng)受壓、神經(jīng)炎癥區(qū)域和纖維化形成，橫斷面可觀察到炎癥相關(guān)區(qū)域坐骨神經(jīng)直徑增加；損傷的坐骨神經(jīng)FA較低，ADC 較高。Wada 等[23]發(fā)現(xiàn)，坐骨神經(jīng)痛患者患側(cè)坐骨神經(jīng)FA 降低，ADC 升高。腓骨肌萎縮癥Ⅰ型患者坐骨神經(jīng)橫截面積明顯增大，F(xiàn)A 降低，RD 和平均彌散率(mean diffusivity,MD)升高，評(píng)定者間信度較高，表明坐骨神經(jīng)DTI評(píng)估具有可重復(fù)性[24]。

臂叢神經(jīng)損傷后，DTI 參數(shù)明顯異常，可作為早期評(píng)價(jià)神經(jīng)修復(fù)與再生的量化指標(biāo)[25]。DTI 和纖維束成像發(fā)現(xiàn)的主要異常，包括臂叢內(nèi)或沿著臂叢的腫瘤引起的纖維束移位、變形、浸潤(rùn)，破壞和纖維解體[26]。直接或間接創(chuàng)傷后，臂叢神經(jīng)根由于纖維組織喪失而導(dǎo)致RD增加，臂叢神經(jīng)根萎縮將顯示FA降低。這些參數(shù)變化可作為臨床神經(jīng)損傷評(píng)估的有效工具[27]。

3 周?chē)窠?jīng)腫瘤

在良性腫瘤中，DTI 纖維束成像僅顯示纖維移位或纖維置換和腫瘤包裹；惡性腫瘤中可見(jiàn)纖維破壞或完全解體[26]。常規(guī)MRI可能無(wú)法評(píng)估病變的組織學(xué)特征，而利用DTI和纖維束成像可提供纖維移位或破壞的三維影像，提高診斷性能。Mobbs等[28]的研究提示，DTI 可顯示惡性肘部尺神經(jīng)鞘腫瘤的特征。與良性病變相比，惡性病變時(shí)ADC、FA 和MD 均降低，可能表明神經(jīng)結(jié)構(gòu)中的惡性擴(kuò)展[29]。DTI 能精確描繪周?chē)窠?jīng)與腫瘤之間的位置關(guān)系，方便完全切除腫瘤，最大限度減少神經(jīng)損傷[30]。

4 其他周?chē)窠?jīng)疾病

骨間前神經(jīng)綜合征患者，與正常束相比，正中神經(jīng)損傷束FA 減少，MD、RD 和AD 增加；與健康人相比也顯示同樣趨勢(shì)。提示DTI有較好的診斷準(zhǔn)確性，能量化單個(gè)分支的神經(jīng)結(jié)構(gòu)[31]。Kronlage 等[32]發(fā)現(xiàn)，慢性炎癥性脫髓鞘多發(fā)性神經(jīng)病患者，F(xiàn)A 與電生理參數(shù)相關(guān)性最高，F(xiàn)A 和RD 均與脫髓鞘的電生理學(xué)參數(shù)強(qiáng)相關(guān)，而AD 與軸突的參數(shù)無(wú)關(guān)。在糖尿病周?chē)窠?jīng)病患者中，脛神經(jīng)和腓總神經(jīng)FA 降低，DTI 參數(shù)與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度間存在中等程度相關(guān)性，DTI 參數(shù)評(píng)價(jià)者間信度較好[33]。

DTI 檢測(cè)神經(jīng)橫斷傷，可以防止延誤手術(shù)，也是評(píng)估神經(jīng)修復(fù)和確定翻修手術(shù)有價(jià)值的工具。但也應(yīng)參考臨床、電生理、常規(guī)成像等檢查，提高診斷準(zhǔn)確性。

5 DTI在基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用

由于周?chē)窠?jīng)直徑小、質(zhì)子密度低、成像存在偽影等[34]，DTI 在急性PNI 中的應(yīng)用大都側(cè)重于基礎(chǔ)研究，動(dòng)物模型通常涉及神經(jīng)擠壓、橫斷或牽拉傷，其中坐骨神經(jīng)模型使用最多。

陳鏡聰?shù)萚35]發(fā)現(xiàn)，纖維示蹤成像可清晰、直觀、早期顯示兔坐骨神經(jīng)牽拉傷的異常改變，損傷早期牽拉段和遠(yuǎn)段神經(jīng)纖維無(wú)法顯示，F(xiàn)A 下降，病理學(xué)改變可能是髓鞘板層疏松、崩解、軸索崩解；損傷1～6周纖維束逐漸增多，F(xiàn)A升高，提示髓鞘、軸索再生。FA 可作為監(jiān)測(cè)坐骨神經(jīng)牽拉傷后退變及再生的敏感指標(biāo)。Boyer 等[36]對(duì)急性坐骨神經(jīng)損傷大鼠的研究也提示，F(xiàn)A 是神經(jīng)損傷高度敏感和特異的標(biāo)志物；纖維束成像顯示，損傷部位擴(kuò)散變異性加大，受損神經(jīng)近端軸突直徑增大與神經(jīng)損傷嚴(yán)重程度相關(guān)，可能反映軸突膜損傷后細(xì)胞毒性水腫。大鼠坐骨神經(jīng)擠壓傷后第1 天，遠(yuǎn)端神經(jīng)RD 增加，并持續(xù)增加至第4天，在第6周時(shí)逐漸恢復(fù)正常；AD 和MD 無(wú)顯著性差異[37]。還有研究提示[38-39]，DTI 參數(shù)的改變與神經(jīng)腫脹、軸突喪失、脫髓鞘和神經(jīng)纖維化等多種病理變化相關(guān)，其中FA 和RD 主要受軸突變性和脫髓鞘影響，ADC 增加歸因于水腫，AD 減少主要來(lái)源于收縮和纖維化。應(yīng)用9.4 T DTI 觀察大鼠坐骨神經(jīng)損傷后4 周感興趣區(qū)，發(fā)現(xiàn)近端殘端AD 減少，提示DTI可以檢測(cè)損傷神經(jīng)的整個(gè)區(qū)域，而不僅局限于遠(yuǎn)端神經(jīng)殘端[40]。

多項(xiàng)基礎(chǔ)研究將DTI參數(shù)與行為學(xué)、電生理、組織學(xué)、常規(guī)磁共振等技術(shù)進(jìn)行比較，以確定干預(yù)方法對(duì)神經(jīng)再生修復(fù)的有效性，并評(píng)估DTI應(yīng)用的價(jià)值[39,41-43]。有研究發(fā)現(xiàn)[44]，人類(lèi)羊水液干細(xì)胞和聚乳酸神經(jīng)導(dǎo)管結(jié)合，可加速坐骨神經(jīng)損傷修復(fù)，復(fù)合肌肉動(dòng)作電位與DTI參數(shù)有一定相關(guān)性。電生理、熒光逆行示蹤劑和DTI 評(píng)估發(fā)現(xiàn)[41]，軸突融合劑聚乙二醇可迅速恢復(fù)坐骨神經(jīng)橫斷傷大鼠的軸突連續(xù)性，軸突數(shù)量與行為結(jié)果間存在相關(guān)性，DTI 能量化評(píng)估軸突完整性和脫髓鞘，且能預(yù)測(cè)融合術(shù)后成功率。與磁共振T2序列相比，DTI 是評(píng)估PNI 更敏感和準(zhǔn)確的方法，F(xiàn)A和RD可能是監(jiān)測(cè)PNI的定量指標(biāo)[42]。

以上部分研究是在離體坐骨神經(jīng)進(jìn)行的，尚無(wú)相關(guān)研究比較離體與體內(nèi)神經(jīng)DTI參數(shù)。

6 影響周?chē)窠?jīng)DTI參數(shù)的因素

DTI 參數(shù)應(yīng)滿足信噪比高、采集時(shí)間短、空間分辨率高和偽影少等要求，高信噪比提高FA 和擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，采集時(shí)間短可減少運(yùn)動(dòng)偽影。DTI 受擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)強(qiáng)度和方向影響，前者可通過(guò)設(shè)置b值優(yōu)化，但增加b值使信噪比降低；增加方向數(shù)可減少噪聲，但增加成像時(shí)間[1,5]。高分辨率DTI信噪比高，但偽影增強(qiáng)，采集時(shí)間增加[2]。在保持診斷準(zhǔn)確性的同時(shí)，能檢測(cè)出更小直徑的神經(jīng)，是今后研究方向之一。有研究比較臂叢神經(jīng)叢多切片讀出分段和傳統(tǒng)單射回波平面成像技術(shù)的圖像質(zhì)量，前者圖像質(zhì)量更高，偽影增加，但更高程度的偽影并未太多惡化圖像質(zhì)量[43]。Manoliu 等[45]在腰神經(jīng)根功能評(píng)估中也驗(yàn)證了此結(jié)論。Kronlage 等[32]研究健康人的坐骨神經(jīng)、脛神經(jīng)、尺神經(jīng)和橈神經(jīng)，發(fā)現(xiàn)FA 與身高、體質(zhì)量和體質(zhì)量指數(shù)負(fù)相關(guān)，所有神經(jīng)平均FA 隨年齡增加而下降，可能反映隨年齡增長(zhǎng)的亞臨床纖維丟失和脫髓鞘。根據(jù)作者所提出的校正公式，調(diào)整體質(zhì)量后性別間FA 差異可以忽略，有助于周?chē)窠?jīng)DTI 的進(jìn)一步研究。有人在坐骨神經(jīng)研究中發(fā)現(xiàn)FA和ADC 隨測(cè)量神經(jīng)位置水平的變化有所不同[7]。另外不同磁共振供應(yīng)商間定量DTI測(cè)量存在掃描間差異[46]。

輕度周?chē)窠?jīng)病變可能只導(dǎo)致DTI 參數(shù)微小改變，故DTI最佳技術(shù)設(shè)置和序列規(guī)范至關(guān)重要。DTI 后處理和準(zhǔn)確參數(shù)量化均需要由有經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行，在研究中應(yīng)控制磁共振掃描儀，避免供應(yīng)商之間的差異。

7 小結(jié)

PNI 修復(fù)的關(guān)鍵在于明確神經(jīng)損傷部位和嚴(yán)重程度，開(kāi)發(fā)識(shí)別軸索損傷和早期再生的非侵入性檢測(cè)手段意義重大。DTI能早期識(shí)別嚴(yán)重神經(jīng)損傷，促進(jìn)適合患者早期手術(shù)探索[1]；能通過(guò)DTI 參數(shù)識(shí)別輕微神經(jīng)病變；量化的DTI 參數(shù)有助于PNI嚴(yán)重程度分級(jí)，與經(jīng)典Sunderland(病理生理學(xué)角度)神經(jīng)損傷程度分級(jí)方法如出一轍[47-48]。DTI 在神經(jīng)腫瘤的診斷和治療中已顯示出重要作用。在基礎(chǔ)研究中，神經(jīng)損傷模型高度依賴(lài)于行為測(cè)試和組織學(xué)，DTI 可以實(shí)時(shí)無(wú)創(chuàng)跟蹤周?chē)窠?jīng)退行性和再生變化，減少感興趣時(shí)間點(diǎn)犧牲的動(dòng)物數(shù)量，且DTI參數(shù)具有客觀性和可重復(fù)性。

然而DTI 仍有一定局限性。DTI 參數(shù)受技術(shù)設(shè)置和序列規(guī)范等多種因素影響，提高分辨率、時(shí)間效率和圖像質(zhì)量有助于彌合研究和臨床應(yīng)用之間的差距[30]；肢體功能、病理特征與DTI 參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系仍需大樣本多中心試驗(yàn)進(jìn)行更深入研究。DTI 作為一種非侵入性評(píng)估手段，有望成為早期識(shí)別神經(jīng)損傷嚴(yán)重程度和神經(jīng)再生的測(cè)量工具。