基于DTI對(duì)輕中重度腦創(chuàng)傷白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變及其與康復(fù)期認(rèn)知功能相關(guān)性的量化評(píng)估＊

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 (陜西 西安 710061)2.榆林市第二醫(yī)院影像中心(陜西 榆林 719000)

陳苗苗1,2 李 華2 張玉利1金 超1 楊 健1 李賢軍1

創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)致死致殘率居創(chuàng)傷首位，認(rèn)知障礙是中、重度TBI康復(fù)期(6月后)常見(jiàn)癥狀，嚴(yán)重影響患者康復(fù)訓(xùn)練的療效和日常生活[1]。輕、中、重度TBI可導(dǎo)致腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同程度改變。

本研究應(yīng)用擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)參量，包括各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、平均彌散率(mean diffusivity，MD)、軸向擴(kuò)散張量(axial diffusivity，AD)、垂直擴(kuò)散張量(radial diffusivity，RD)，對(duì)輕、中、重度TBI患者腦白質(zhì)損傷量化分析。采用簡(jiǎn)易智能精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination，MMSE)評(píng)估TBI患者恢復(fù)期認(rèn)知功能，通過(guò)纖維束空間統(tǒng)計(jì)(tract-based spatial statistics，TBSS)及感興趣區(qū)域分析探尋TBI患者腦白質(zhì)損傷程度及其與認(rèn)知障礙的聯(lián)系。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象收集榆林市第二醫(yī)院2016年01月至2018年12月TBI患者，納入標(biāo)準(zhǔn)：①有急性腦外傷且無(wú)顱腦手術(shù)史；②出現(xiàn)昏迷；③外傷后4月內(nèi)行MRI檢查，圖像無(wú)偽影；④外傷后3天內(nèi)行格拉斯昏迷評(píng)分量表(Glasgow coma scale，GCS)評(píng)分；⑤康復(fù)期行MMSE測(cè)評(píng)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①精神疾病史或意識(shí)障礙；②非創(chuàng)傷性病灶；③藥物和乙醇濫用史；④甲狀腺功能、葉酸和維生素B12水平低下；⑤癲癇史。

納入28例TBI患者，同時(shí)招募性別、年齡等與病例組相匹配的健康志愿者28例。所有受試者被告知實(shí)驗(yàn)?zāi)康募白⒁馐马?xiàng)，并簽署知情同意書。本研究獲倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 研究方法

1.2.1 MRI掃描：所有受試者行西門子Spectra 3.0TMRI，采用頭線圈檢查。DTI單次激發(fā)回波平面成像序列、TR=4300ms、TE=103ms、擴(kuò)散梯度磁場(chǎng)方向數(shù)=20、b=1000s/mm2、FOV=220mm×220mm、矩陣=128×128、層厚4mm。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理：①使用FSL[2]實(shí)現(xiàn)渦流校正，并進(jìn)行腦實(shí)質(zhì)提取。②使用FSLDTI程序包進(jìn)行參量計(jì)算。③采用TBSS方法[3]提取腦白質(zhì)纖維束主干(FA閾值：0.2)。④通過(guò)一般線性模型進(jìn)行組間比較，經(jīng)族錯(cuò)誤率校正和無(wú)閾值簇增強(qiáng)后P＜0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。⑤基于約翰霍普金斯大學(xué)腦白質(zhì)圖譜獲得感興趣區(qū)域。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析：應(yīng)用SPSS17.0中的單因素方差分析進(jìn)行多組間比較；兩獨(dú)立樣本比較采用t檢驗(yàn)，DTI參量與MMSE的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。P＜0.05被認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 臨床資料根據(jù)GCS，輕、中、重度TBI分別為12人、9人、7人。與對(duì)照組比較，年齡、性別無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，GCS、MMSE有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，見(jiàn)表1。

表1 研究對(duì)象的基本臨床資料

2.2 組間比較TBSS顯示，與對(duì)照組相比，重度較輕、中度組損傷更嚴(yán)重，AD輕度組升高，而中、重度組胼胝體膝部及壓部降低(見(jiàn)圖1)。

所測(cè)量區(qū)域中各參量均存在組間差異的區(qū)域包括：胼胝體膝部(genu of corpus callosum，GCC)、左側(cè)下額枕束(left inferior fronto-occipital fasciculus，IFOF-L)、右側(cè)下額枕束(right IFOF，IFOF-R)、右側(cè)下縱束(right inferior longitudinal fasciculus，ILF-R)、左側(cè)鉤束(left uncinate fasciculus，UF-L)、右側(cè)鉤束(right UF，UF-R)。與對(duì)照組比較，TBI患者FA降低，MD、AD、RD升高(見(jiàn)圖2、表2)。

表2 感興趣區(qū)域的組間比較

2.3 相關(guān)性分析 所測(cè)感興趣區(qū)域中，ILF-R的FA與MMSE呈正相關(guān)；GCC、IFOF-L、IFOF-R、ILF-R、UF-L的MD與MMSE呈負(fù)相關(guān)；IFOF-L、IFOF-R、UF-L的AD與MMSE呈負(fù)相關(guān)；IFOF-L、ILF-R、UF-L的RD與MMSE呈負(fù)相關(guān)(見(jiàn)表3)。

3 討 論

3.1 腦損傷機(jī)制TBI是一種受傷局部腦皮質(zhì)形狀保留而實(shí)質(zhì)出血和(或)腫脹的閉合性損傷。TBI的生物力學(xué)主要有接觸力和慣性力，接觸力是腦實(shí)質(zhì)在顱腔內(nèi)面滑動(dòng)、摩擦，造成皮層損傷[4]；慣性力是不同力量的瞬間剪切力作用于神經(jīng)纖維，造成軸索結(jié)構(gòu)破壞和小血管斷裂[5]。輕度TBI主要是接觸力，由接觸點(diǎn)向四周分散，拉伸變形是腦損傷的機(jī)制[6]；中重度TBI除了接觸力，還存在慣性力，當(dāng)拉伸力集中部位拉伸變形超過(guò)組織耐受閾值時(shí)，組織結(jié)構(gòu)破壞，而且結(jié)構(gòu)斷裂處的剪切力集中會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)構(gòu)破壞[6]。由此可推測(cè)輕度損傷主要是髓鞘出現(xiàn)問(wèn)題，中重度是髓鞘、軸索不同程度損傷。TBI 4周內(nèi)軸索變性，14周后髓鞘脂質(zhì)逐漸破壞并有神經(jīng)膠質(zhì)增生，神經(jīng)纖維發(fā)生Wallerian變性[7]。

表3 DTI參量與MMSE相關(guān)性

圖1 DTI參量TBSS分析；

圖2 感興趣區(qū)域內(nèi)DTI參量組間比較

3.2 腦白質(zhì)損傷程度與康復(fù)期MMSE的關(guān)系DTI參量中，F(xiàn)A反映白質(zhì)纖維完整性、排列有序性和緊密程度[8]；MD反映水分子擴(kuò)散整體情況；AD反映軸索完整性；RD反映髓鞘完整性[9]。學(xué)者胡梅等[10]發(fā)現(xiàn)輕度TBI患者雙額葉、顳葉及胼胝體膝部FA降低，且與認(rèn)知障礙有關(guān)；學(xué)者郭義君等[11]發(fā)現(xiàn)認(rèn)知障礙患者的兩側(cè)額葉、顳葉內(nèi)側(cè)、胼胝體膝部FA值下降；學(xué)者侯莉莉等[12]研究發(fā)現(xiàn)急、亞急性期TBI患者雙側(cè)內(nèi)囊前后肢、上縱束、下縱束、扣帶束、胼胝體FA減低。本研究中TBI患者認(rèn)知障礙主要以記憶、語(yǔ)言能力受損為主。本研究利用DTI發(fā)現(xiàn)雙側(cè)下額枕束、右側(cè)下縱束、左側(cè)鉤束及胼胝體膝部髓鞘損傷或丟失結(jié)構(gòu)受損，重度組受損更嚴(yán)重。下縱束連接顳葉、梭狀回和枕葉背外側(cè)，其損傷影響視覺(jué)學(xué)習(xí)及記憶力[13-15]，腦外傷后軸索腫脹，局部收縮球形成，神經(jīng)纖維排列紊亂[16]。胼胝體膝部纖維聯(lián)系著雙側(cè)額葉前部，其損傷可導(dǎo)致失語(yǔ)、主動(dòng)語(yǔ)言和自發(fā)活動(dòng)減少、注意力不集中、記憶力下降和反應(yīng)遲鈍[17]。下額枕束參與語(yǔ)言系統(tǒng)，并為視覺(jué)空間注意提供解剖連接,尤其是腹側(cè)視覺(jué)注意系統(tǒng)[18]。鉤束由額葉、顳葉眶回繞過(guò)大腦半球外側(cè)溝深面，靠近島葉的前下部，聯(lián)系運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言區(qū)，其損傷可致認(rèn)知障礙。大腦在外傷1年后仍長(zhǎng)期處于再生和恢復(fù)過(guò)程[19]，本研究中TBI患者FA降低，AD、RD、MD升高可能與髓鞘損傷有關(guān)；重度患者胼胝體膝部、壓部AD降低，可能與軸索膨脹、扭曲、斷裂有關(guān)[14]。中度組FA白質(zhì)損傷范圍低于輕度，可能與樣本量較少有關(guān)。

局限性：本研究各亞組病例數(shù)較少；未對(duì)病例組與認(rèn)知障礙做進(jìn)一步縱向隨訪。

綜上所述，DTI可客觀、量化評(píng)價(jià)不同級(jí)別TBI腦損傷程度及分布特點(diǎn)，且白質(zhì)損傷程度與TBI患者康復(fù)期認(rèn)知功能相關(guān)。通過(guò)測(cè)量DTI參量可探究軸索、髓鞘損傷情況，尋找TBI認(rèn)知障礙責(zé)任腦區(qū)，為臨床干預(yù)提供依據(jù)。