磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像和血氧水平依賴腦功能成像在視路病變中的研究進(jìn)展

張雪萍，白巖，王梅云，王上，陳傳亮

視路是視覺(jué)信息傳導(dǎo)的通路，為大腦的一部分，是研究神經(jīng)的不錯(cuò)選擇，雖然視路這部分研究很多，但是都是以單一病種進(jìn)行研究，比較零散。為了系統(tǒng)掌握視路病變的認(rèn)識(shí)，本文旨在對(duì)視路病變的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像(dif f usion weight ed image，DWI)和腦功能成像相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行綜述。

1 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)簡(jiǎn)介

DWI是通過(guò)檢測(cè)活體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，從分子運(yùn)動(dòng)水平上分析病變內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組織成分的無(wú)創(chuàng)性功能成像方法；擴(kuò)散張量成像(dif f usion t ensor imaging，DTI)是在常規(guī)DWI基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的，是基于水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)獲取不同組織各向異性信息的一種磁共振成像方法，擴(kuò)散張量成像的參數(shù)有各向異性(f ract ional anisotr opy，F(xiàn)A)、平均擴(kuò)散率(mean dif f usion，MD)、軸向擴(kuò)散速率(axial dif f usion，AD)、徑向擴(kuò)散(r adial dif f usion，RD)；活體組織水分子擴(kuò)散實(shí)際上是在細(xì)胞間隙、細(xì)胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)必然不是自由運(yùn)動(dòng)，因此真實(shí)的水分子擴(kuò)散的運(yùn)動(dòng)位移是非高斯分布的。水分子擴(kuò)散受周圍環(huán)境限制程度越大，體素內(nèi)組織成分越混雜，擴(kuò)散的非高斯性越顯著，因此，為了定量擴(kuò)散偏離高斯分布的程度，Jensen等[1]在2005年提出峰度成像(dif f usion kur t osis imaging，DKI)模型，DKI掃描不僅可得到DTI參數(shù)，還包括平均峰度(mean kur t osis，MK)、橫向峰度(axial kur t osis，RK)、徑向峰度(r adial kurt osis，RK)。

1.1 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)在視網(wǎng)膜病變中的研究進(jìn)展

視網(wǎng)膜病變常見(jiàn)原因有視網(wǎng)膜血管病、黃斑病變、遺傳性視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良等；視網(wǎng)膜血管病變包括糖尿病性視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈阻塞、視網(wǎng)膜中央靜脈阻塞。我國(guó)糖尿病患者日漸增多，糖尿病患者中糖尿病性視網(wǎng)膜病變的患病率達(dá)44%～51.3%。糖尿病性視網(wǎng)膜病變會(huì)引起視神經(jīng)乳頭改變，患者視神經(jīng)乳頭表觀擴(kuò)散系數(shù)較正常人明顯增大，黃斑水腫的糖尿病性視網(wǎng)膜病變患者比沒(méi)有黃斑水腫的糖尿病性視網(wǎng)膜病變的視神經(jīng)乳頭表觀擴(kuò)散系數(shù)明顯增大[2]，患者視覺(jué)腦區(qū)的表觀擴(kuò)散系數(shù)也明顯增加[3]。視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈阻塞發(fā)病突然，回顧性分析發(fā)現(xiàn)患者視網(wǎng)膜擴(kuò)散受限[4]。年齡相關(guān)性黃斑變性是一種老年人致盲的主要原因，研究發(fā)現(xiàn)白質(zhì)特性的差異是白質(zhì)束投射到初級(jí)視覺(jué)皮層的位置與視網(wǎng)膜損傷的位置相對(duì)應(yīng)，視輻射FA值相對(duì)健康人下降，這可能與黃斑變性損傷視網(wǎng)膜有關(guān)，可以用視路中腦白質(zhì)預(yù)測(cè)視網(wǎng)膜的損傷[5]。視網(wǎng)膜色素變性是遺傳性視網(wǎng)膜營(yíng)養(yǎng)不良的一種，至今尚無(wú)有效治療方法，探究其病理改變時(shí)找出新治療方法的突破口，色素變性視網(wǎng)膜炎患者視神經(jīng)磁共振擴(kuò)散張量成像研究。研究結(jié)果顯示患者ADC、AD、RD值較健康志愿者增高，F(xiàn)A值較健康志愿者減低[6]；其視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的損傷，會(huì)使后視路擴(kuò)散特性顯著改變[7-8]。視網(wǎng)膜是視路的起始，是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化成神經(jīng)信號(hào)的關(guān)鍵部位，弄清視網(wǎng)膜病變產(chǎn)生和引起的病理變化，給臨床干預(yù)提供方向。

1.2 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)在視神經(jīng)病變中的研究進(jìn)展

視神經(jīng)病變常見(jiàn)原因有視神經(jīng)炎、缺血性視神經(jīng)病變、眼眶炎性病變、眼眶腫瘤等。雖然視神經(jīng)炎種類較多，但是因?yàn)樘匕l(fā)性視神經(jīng)炎原因不明，而且對(duì)全身影響較大，所以特發(fā)性視神經(jīng)炎研究較多，特發(fā)性視神經(jīng)炎以多發(fā)性硬化相關(guān)性視神經(jīng)炎(mul t ipl e scl erosis rel at ed opt ic neur it is，MS-ON)和視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病相關(guān)性視神經(jīng)炎(neur omvel it is optica spectrum disease rel ated optic neuritis，NMOSD-ON)為主，多發(fā)硬化性相關(guān)視神經(jīng)炎可以被常規(guī)磁共振檢測(cè)到，但常規(guī)MRI無(wú)法檢測(cè)早期MS-ON的變化，這可以解釋磁共振發(fā)現(xiàn)的病變嚴(yán)重程度與多發(fā)性硬化患者的臨床殘疾程度之間的不一致性。利用DTI技術(shù)，發(fā)現(xiàn)患者受累側(cè)和對(duì)側(cè)視神經(jīng)和視輻射FA值較正常減低，MD、AD、RD值較正常增加[9-11]，提示DTI對(duì)于多發(fā)性硬化癥的早期診斷、治療和管理可能是一個(gè)有用的工具。NMOSD主要累及視神經(jīng)和脊髓的中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性脫髓鞘疾病，Pache等[12]利用擴(kuò)散張量對(duì)視神經(jīng)脊髓炎的患者腦成像，并納入年齡與性別相匹配的健康人，發(fā)現(xiàn)患者視放射的FA值較健康人減低6.9%，這有可能是繼發(fā)性華勒變性。MS-ON和NMOSD-ON臨床上是很難鑒別的，有學(xué)者研究DKI發(fā)現(xiàn)NMOSD組的MK、RK、MD、ADC明顯低于MS-ON組，以MK＜0.843作為神經(jīng)脊髓炎相關(guān)性急性O(shè)N的診斷標(biāo)準(zhǔn)，敏感度最高(90.5%)，而以RK＜0.784作為診斷標(biāo)準(zhǔn)，特異度最高(91.3%)[13]，DKI有助于鑒別MS-ON和NMOSD-ON。利用DTI技術(shù)研究缺血性視神經(jīng)病，結(jié)果顯示患側(cè)神經(jīng)ADC、RD值相比對(duì)側(cè)和健康人增加，F(xiàn)A值相比對(duì)側(cè)和健康人減低[14]，可能是缺血造成的髓鞘損傷。眼眶炎性病變常見(jiàn)的是甲狀腺眼病，增粗的眼內(nèi)肌，眶尖區(qū)壓迫視神經(jīng)，影響突觸的傳遞和血液循環(huán)，影響視神經(jīng)的代謝，加重視神經(jīng)損傷，研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺眼病患者視神經(jīng)FA值減低[15]。有趣的是另一研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺眼病視神經(jīng)的FA值卻是增加的[16]，增加的機(jī)制有待研究。眼眶是一個(gè)固定的骨性結(jié)構(gòu)，腫瘤的生長(zhǎng)占據(jù)一定的空間，尤其體積大的腫瘤對(duì)視神經(jīng)會(huì)產(chǎn)生一定的壓迫，導(dǎo)致視神經(jīng)髓鞘受損，水分子受髓鞘的限制減低，表現(xiàn)為患側(cè)視神經(jīng)FA值顯著減低[17-19]。綜上所述，不管是視神經(jīng)本身的病變還是眼眶內(nèi)病變視神經(jīng)的損傷，擴(kuò)散加權(quán)磁共振成像在視神經(jīng)的臨床研究中都有一定價(jià)值。希望以后能發(fā)現(xiàn)更有意義的病理機(jī)制。

1.3 磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像技術(shù)在視交叉及以上病變的研究進(jìn)展

視交叉及以上病變常見(jiàn)的原因是腫瘤、血管性病變等，腫瘤如垂體瘤、顱咽管瘤、鞍結(jié)節(jié)腦膜瘤、枕葉腫瘤。垂體位于鞍區(qū)，與顱內(nèi)視神經(jīng)和視交叉解剖關(guān)系近，垂體增大，很容易損傷到視神經(jīng)或視交叉，并對(duì)后視路產(chǎn)生繼發(fā)性影響。研究發(fā)現(xiàn)垂體腺瘤患者初級(jí)視覺(jué)皮層厚度減低，視束和視輻射FA值減低，視輻射MD增加，擴(kuò)散指數(shù)與眼科檢查結(jié)果具有顯著相關(guān)[20]。利用DTI可以定量評(píng)估視神經(jīng)微觀結(jié)構(gòu)的改變以及垂體瘤切除后視力恢復(fù)程度的預(yù)測(cè)，研究結(jié)果顯示術(shù)后FA值增加越大，MD值下降越多，視覺(jué)恢復(fù)越好[21]。枕葉腫瘤會(huì)損傷視輻射，Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)，相對(duì)健康對(duì)照組，枕葉腫瘤患者瘤周的FA降低、MD增加；擴(kuò)散張量纖維束成像(dif f usion t ensor tr actogr aphy，DTT)結(jié)果顯示纖維有移位的、中斷的、浸潤(rùn)的。血管性病變?nèi)缒X卒中，枕葉腦卒中后，中心腦梗死區(qū)血流急劇減少的細(xì)胞迅速死亡，梗死灶內(nèi)膝距束纖維FA值減低、MD值增高，表明軸突衰減和排列的改變[23]。綜上所述，后視路區(qū)域的病變時(shí)，后視路神經(jīng)纖維的FA值都減低、MD增加，F(xiàn)A值和MD值有成為評(píng)估后視路生物標(biāo)志物的潛能。

2 血氧水平依賴功能磁共振成像技術(shù)簡(jiǎn)介

血氧水平依賴(bl ood oxygen l evel dependent，BOLD)功能磁共振成像是利用脫氧血紅蛋白作為體內(nèi)的天然對(duì)比劑，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腦內(nèi)的血氧，血氧的改變間接反映局部神經(jīng)元活動(dòng)的無(wú)創(chuàng)性成像方法。血氧水平依賴的功能磁共振成像包括任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)功能MRI。任務(wù)態(tài)需要精細(xì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及相關(guān)的刺激設(shè)備，靜息態(tài)功能磁共振成像不需要做特殊的任務(wù)、復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，只需要被檢查者安靜的躺在檢查床上，目前常用的研究是局部一致性(regional homogeneity，ReHo)、低頻振蕩波幅(ampl it ude of l ow f r equency f l uct uat ion，ALFF)、功能連接(f unction connect ion，F(xiàn)C)。

2.1 腦功能成像技術(shù)在視網(wǎng)膜病變的研究進(jìn)展

視網(wǎng)膜靜脈阻塞是世界上第二大致盲性視網(wǎng)膜血管疾病，其發(fā)病率僅次于糖尿病視網(wǎng)膜病變。視網(wǎng)膜靜脈阻塞患者靜息狀態(tài)下腦自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)發(fā)生改變，視網(wǎng)膜靜脈組雙側(cè)小腦、右側(cè)腦干、左側(cè)島葉的f ALFF值較對(duì)照組明顯升高，右側(cè)距狀溝、丘腦及左側(cè)舌回f ALFF值較對(duì)照組降低[24]，小腦參與軀體平衡、視覺(jué)空間構(gòu)想的調(diào)控，視網(wǎng)膜靜脈阻塞患者視力下降，小腦代償性活動(dòng)增加，島葉活動(dòng)增加可能與患者異常緊張焦慮情緒有關(guān)，距狀溝、丘腦等的減低可能與光信號(hào)輸入減少，產(chǎn)生的神經(jīng)沖動(dòng)減弱。視網(wǎng)膜接收外界光源，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)，當(dāng)視網(wǎng)膜色素出現(xiàn)病變時(shí)，光信號(hào)不能很好地轉(zhuǎn)化成神經(jīng)沖動(dòng)，視覺(jué)皮質(zhì)區(qū)域內(nèi)和區(qū)域間功能連接性會(huì)發(fā)生改變[25]，與健康組相比，色素性視網(wǎng)膜炎患者雙側(cè)舌回/小腦后葉的ReHo值明顯降低。舌回位于初級(jí)視覺(jué)皮層，負(fù)責(zé)接收來(lái)自視網(wǎng)膜的信號(hào)，色素性視網(wǎng)膜炎使初級(jí)視覺(jué)皮層發(fā)生重組；與健康組相比，色素性視網(wǎng)膜炎組雙側(cè)舌回/小腦后葉和雙側(cè)舌回/楔葉的正性功能連接明顯降低，可能是視網(wǎng)膜信號(hào)輸入減少，導(dǎo)致視覺(jué)皮層正性功能連接減少。視網(wǎng)膜脫離時(shí)，視覺(jué)相關(guān)腦區(qū)會(huì)出現(xiàn)異常自發(fā)的腦活動(dòng)[26]，和健康人相比，枕葉和額中回的低頻振幅的幅度減低，枕葉是處理視覺(jué)信號(hào)的重要部位，枕葉出現(xiàn)異常可能是視網(wǎng)膜神經(jīng)上皮細(xì)胞從視網(wǎng)膜色素上皮脫離，視覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)化障礙，視覺(jué)皮層的功能受損；與健康人相比，顳下回和眶額上ALFF值增加，顳下回是背部視覺(jué)通路的重要組成部分，參與視覺(jué)處理的過(guò)程，背部視覺(jué)通路有關(guān)功能障礙可能與視網(wǎng)膜脫離有關(guān)。綜上所述，視網(wǎng)膜病變是會(huì)影響到部分腦區(qū)功能的。

2.2 腦功能成像技術(shù)在視神經(jīng)病變的研究進(jìn)展

Sacco等[27]研究MS-ON發(fā)現(xiàn)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的FC的改變與MS患者的認(rèn)知功能相關(guān)，視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)的FC的改變與視神經(jīng)炎的恢復(fù)狀況有關(guān)；NMOSD靜息態(tài)腦功能研究發(fā)現(xiàn)患者視覺(jué)腦區(qū)同步性高于健康人[28]；韓永良等[29]利用靜息態(tài)腦功能連接密度的方法研究視神經(jīng)脊髓炎和健康人之間的變化，結(jié)果顯示功能連接密度增加以左側(cè)小腦半球?yàn)橹?，減低主要包括雙側(cè)額葉、左側(cè)舌回、雙側(cè)小腦半球，這些增加或減低的腦區(qū)可能與患者肢體、認(rèn)知功能障礙有關(guān)。非動(dòng)脈炎性視前部缺血性視神經(jīng)病變患者靜息態(tài)腦功能成像，與健康人相比，患者額中回ALFF值減低、Reho增高，患者島葉、右側(cè)額下回ALFF值減低，楔前葉ALFF值增高，左側(cè)扣帶中回、左側(cè)顳上回和左側(cè)頂下小葉的ReHo值增高，右側(cè)舌回、左側(cè)殼核/扁豆?fàn)詈撕妥髠?cè)頂上小葉的ReHo值降低[30-31]，異常的ALFF提示這些區(qū)域功能受損；同時(shí)患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中的部分腦區(qū)Reho升高或降低，降低的區(qū)域可能是由非動(dòng)脈炎視前部缺血導(dǎo)致默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的損傷，而增高的區(qū)域可能是補(bǔ)償?shù)撵o息狀態(tài),維護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。綜上所述，視神經(jīng)病變不僅會(huì)影響到視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)還會(huì)影響到默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。

2.3 腦功能成像技術(shù)在視交叉及以上病變的研究進(jìn)展

這部分腦功能研究較少，主要以垂體瘤損傷視力對(duì)腦功能影響的研究[32-33]，垂體瘤患者的部分區(qū)域自發(fā)腦活動(dòng)的Reho發(fā)生改變，與視覺(jué)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)模式也發(fā)生改變[33]，視交叉解除壓迫后，隨著視力的恢復(fù)，局部腦功能連接強(qiáng)度增加[32]，說(shuō)明術(shù)后視力的恢復(fù)與相鄰神經(jīng)元連接增加有關(guān)；在全腦網(wǎng)絡(luò)水平，左V5為種子點(diǎn)，V5與左側(cè)V1、右側(cè)眶額回和左側(cè)后緣上回功能連接強(qiáng)度較術(shù)前明顯增加[32]，超出視覺(jué)皮層區(qū)域功能連接增強(qiáng)，有可能與視覺(jué)恢復(fù)、人的溝通能力增加所致。

總之，為了與世界有效的互動(dòng)，大腦需要微調(diào)其結(jié)構(gòu)和功能，也就是所謂可塑性，Binda等[34]利用7.0 T磁共振機(jī)器掃描高分辨血氧水平依賴磁共振功能成像，用不透光的布?jí)K遮住成年人單眼2 h，然后行腦功能掃描，結(jié)果顯示同側(cè)的視覺(jué)皮質(zhì)興奮性增高，通過(guò)增加活動(dòng)來(lái)彌補(bǔ)輸入的不足；Col l ins等[35]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)幾周到幾個(gè)月的視覺(jué)剝奪后，這些大腦區(qū)域中對(duì)被剝奪的眼睛做出反應(yīng)的神經(jīng)元數(shù)量和整體活動(dòng)都有所減少，這些由剝奪引起的變化在剝奪的眼睛恢復(fù)正常感覺(jué)經(jīng)歷數(shù)年后依然存在。這些研究發(fā)現(xiàn)對(duì)指導(dǎo)兒童視覺(jué)障礙盡早進(jìn)行矯正和治療提供理論依據(jù)。

3 總結(jié)與展望

視覺(jué)是人類感受外界環(huán)境的重要條件，視覺(jué)通路是一個(gè)有機(jī)整體，任何部位出現(xiàn)病變都會(huì)影響視物，要用整體的思維研究視物障礙。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)檢查設(shè)備不斷改進(jìn)，功能磁共振檢查也快速發(fā)展，為研究視路提供條件，磁共振擴(kuò)散成像和腦功能成像檢查無(wú)創(chuàng)、客觀；功能磁共振成像有望挖掘更多視路病變的病理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)更多的預(yù)測(cè)生物標(biāo)志物，在患者有臨床癥狀之前作出診斷，提高有效精準(zhǔn)治療。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。