磁共振成像在腦癱患兒中的應(yīng)用進(jìn)展

張雅清 李 紅 胡 爽

(三峽大學(xué) 附屬仁和醫(yī)院 放射科， 湖北 宜昌 443001)

腦性癱瘓簡(jiǎn)稱腦癱(cerebral palsy，CP)，即發(fā)育中的胎兒或嬰幼兒腦部持續(xù)存在的非進(jìn)行性及退變性損傷，導(dǎo)致患兒活動(dòng)姿勢(shì)受限和運(yùn)動(dòng)發(fā)育障礙的一組癥候群[1-3]。CP是全世界兒童慢性殘疾的主要原因之一，在我國(guó)發(fā)病率約為1.8%～4.0%[4,5]。隨著醫(yī)療水平的提高，危重患兒、早產(chǎn)兒、低出生體重兒的存活率提高，CP的發(fā)病率持續(xù)上升，給家庭及社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。因此，提高CP的早期診出率、降低發(fā)病率成為我國(guó)新生兒疾病面臨的臨床挑戰(zhàn)。

一般認(rèn)為病變的嚴(yán)重程度與運(yùn)動(dòng)功能障礙密切相關(guān)，按照運(yùn)動(dòng)障礙的性質(zhì)，CP分為五大類[3]：痙攣型、不隨意運(yùn)動(dòng)型、共濟(jì)失調(diào)型、肌張力低下型及混合型，其中痙攣型最為多見(jiàn)，病變損傷在顱腦，最常見(jiàn)的損傷部位是錐體系。近年來(lái)，隨著磁共振成像技術(shù)(magnetic resonance imaging，MRI)的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)正在不斷被運(yùn)用于CP患兒的研究中，運(yùn)用最廣泛的是彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)，DTI能清楚顯示腦神經(jīng)纖維的完整性和走形，是否異常、異常程度等。依據(jù)患兒的行為、運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言表達(dá)，國(guó)際上制定了粗大運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定表(88項(xiàng))及粗大運(yùn)動(dòng)分級(jí)系統(tǒng)，傳統(tǒng)CP患兒的診斷依據(jù)此系統(tǒng)，但此系統(tǒng)有賴于臨床醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，且醫(yī)生主觀意識(shí)強(qiáng)，有時(shí)容易漏診、誤診。2017年，Novak等[6]通過(guò)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)粗大運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定表聯(lián)合MRI新技術(shù)診斷CP的準(zhǔn)確率可超過(guò)95%。且國(guó)內(nèi)外研究表明，對(duì)CP患兒治療后，其大腦結(jié)構(gòu)及神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)有所改變，這些改變均能通過(guò)MRI動(dòng)態(tài)觀察[7,8]。

1 CP的發(fā)病機(jī)制及特征

CP是多因素共同作用的結(jié)果，病因繁雜[9]。早期CP患兒的診斷多依靠病史及臨床癥狀，根據(jù)患兒認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)障礙及行為姿勢(shì)異常等來(lái)診斷。但單純依靠臨床表現(xiàn)及病史診斷CP，對(duì)醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)要求較高，易發(fā)生誤診和漏診。同時(shí)，CP病變?cè)谀X部，這就需要借助影像學(xué)方法協(xié)助臨床診斷。Meyns[10]等學(xué)者認(rèn)為，多種腦損傷聯(lián)合作用及其對(duì)原發(fā)性運(yùn)動(dòng)功能障礙的影響，可解釋CP患者步態(tài)異常的病理發(fā)生機(jī)制。有研究表明80%以上的CP患兒在頭顱CT和MRI上可見(jiàn)腦部異常改變[11]，但MRI作為一種無(wú)創(chuàng)成像技術(shù)較CT可更早發(fā)現(xiàn)病變，診斷率明顯高于CT[12]。且MRI在顯示CP患兒腦白質(zhì)發(fā)育情況、病變的嚴(yán)重程度及研究潛在發(fā)病機(jī)制等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。神經(jīng)系統(tǒng)具有可塑性，即腦損傷后可以恢復(fù)和替代，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)固有特性。隨著腦損傷的神經(jīng)修復(fù)，信號(hào)通路被重新激活，功能得到恢復(fù)，因此各種神經(jīng)影像學(xué)和功能學(xué)技術(shù)逐漸應(yīng)用于研究神經(jīng)可塑性，在CP的早期診斷、臨床干預(yù)及遠(yuǎn)期預(yù)后中具有重要意義[13,14]。

2 MRI在CP中的應(yīng)用

2.1 常規(guī)MRI在CP中的應(yīng)用

MRI軟組織對(duì)比度高，對(duì)腦部疾病的診斷優(yōu)于其他檢查手段，常用于CP的輔助診斷、評(píng)估療效及預(yù)后。黃勝等[15]對(duì)772例早產(chǎn)兒頭顱MRI檢查數(shù)據(jù)行Meta分析，結(jié)果表明MRI可以用來(lái)預(yù)測(cè)CP的發(fā)生，MRI表現(xiàn)陽(yáng)性的嬰幼兒發(fā)生CP概率更高，MRI平掃對(duì)CP的診出率為90%左右。多數(shù)CP患兒常規(guī)MRI檢查陽(yáng)性，病情不同MRI的表現(xiàn)也有所不同。CP早期腦室周圍白質(zhì)可見(jiàn)囊腔，伴有髓鞘形成延遲、腦室擴(kuò)大、腦室壁不規(guī)則等表現(xiàn)；進(jìn)展期腦室周圍白質(zhì)T2WI信號(hào)多增高，且胼胝體菲薄、腦室壁不規(guī)則、腦室增大、腦溝與腦池異常[16]。Crichton等[17]研究發(fā)現(xiàn)，早期磁共振可以識(shí)別出有認(rèn)知/運(yùn)動(dòng)缺陷風(fēng)險(xiǎn)的兒童，并動(dòng)員早期干預(yù)以優(yōu)化兒童的活動(dòng)和參與結(jié)果。該研究認(rèn)為基底節(jié)和丘腦合并或單獨(dú)基底節(jié)的局灶性病變與雙手功能低下相關(guān)；局灶性病變與特定的執(zhí)行功能密切相關(guān)；額葉病理學(xué)改變可以預(yù)測(cè)注意力控制和認(rèn)知靈活性[17]。Galli等[18]研究發(fā)現(xiàn)，部分有臨床癥狀的CP患兒常規(guī)MRI表現(xiàn)為范圍較小的腦白質(zhì)異常信號(hào)，而常規(guī)MRI檢查陰性的患兒并不能排除CP可能。因此，常規(guī)MRI無(wú)法對(duì)隱匿性CP作出精準(zhǔn)判斷，易出現(xiàn)假陰性，不能全面分析微觀結(jié)構(gòu)的變化，在定量評(píng)估運(yùn)動(dòng)功能損傷方面受限。

MRI新技術(shù)是在傳統(tǒng)MRI基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的可以用來(lái)檢測(cè)組織結(jié)構(gòu)、功能及相互作用的技術(shù)，可對(duì)神經(jīng)結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)纖維可視化，在CP患兒的早期診斷、治療及預(yù)后中應(yīng)用廣泛。

2.2 磁共振波譜在CP患兒中的應(yīng)用

磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是一種利用磁共振化學(xué)位移現(xiàn)象來(lái)測(cè)定組成物質(zhì)分子成分的檢測(cè)方法，反映活體組織的生物代謝及變化特征，可用于研究?jī)和X發(fā)育情況。Kulak等[19]和Carlson等[20]研究認(rèn)為，CP患兒的代謝低于正常兒童，圍產(chǎn)期腦卒中患兒的運(yùn)動(dòng)功能與皮質(zhì)化合物的代謝物濃度、CP的類型和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)顯著相關(guān)，較高的肌酸與增強(qiáng)的認(rèn)知功能有關(guān)，對(duì)神經(jīng)有保護(hù)作用，代謝物的差異還能反映細(xì)胞代謝和組織結(jié)構(gòu)的變化、完整性及組織發(fā)育情況。MRS量化代謝物濃度指示潛在的神經(jīng)健康和代謝，對(duì)研究CP患者神經(jīng)可塑性及神經(jīng)生理學(xué)有一定的價(jià)值。但關(guān)于MRS在CP中的應(yīng)用相關(guān)研究不多，代謝物與CP患兒相關(guān)性還未達(dá)成共識(shí)，有待更多的臨床數(shù)據(jù)支持。

2.3 功能磁共振成像在CP患兒中的應(yīng)用

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)通過(guò)磁共振信號(hào)測(cè)定血氧飽和度及血流量，從而間接反映腦的能量消耗。fMRI在CP患兒中的應(yīng)用主要集中在與CP感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能障礙直接相關(guān)的體感、運(yùn)動(dòng)和語(yǔ)言上,是目前認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中神經(jīng)成像的支柱，是了解大腦功能的最佳工具[21,22]。腦神經(jīng)主要分布于腦白質(zhì)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。fMRI通過(guò)脫氧血紅蛋白延遲T2弛豫時(shí)間來(lái)檢測(cè)腦功能活動(dòng)，主要優(yōu)勢(shì)在于它的非侵入性、可用性及高時(shí)空分辨率，能展示整個(gè)大腦區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，檢測(cè)白質(zhì)活動(dòng)信號(hào)，利用fMRI客觀評(píng)估中樞神經(jīng)系統(tǒng)，特別是腦白質(zhì)束變化有助于評(píng)估CP患兒臨床干預(yù)療效及預(yù)后[23]。既往研究表明，腦白質(zhì)的神經(jīng)激活信號(hào)通過(guò)血氧水平可以被檢測(cè)，從而追蹤白質(zhì)活動(dòng)，fMRI不僅可用于研究感覺(jué)處理或行為控制，還能用于研究關(guān)于認(rèn)知和記憶能力的神經(jīng)機(jī)制[24,25]。此外，fMRI能分析CP患兒腦功能損害情況，為臨床分型及腦組織功能的判斷提供相應(yīng)的影像學(xué)依據(jù)[26]。然而，fMRI信號(hào)的強(qiáng)度不能被量化以精確反映不同大腦區(qū)域之間的差異，神經(jīng)調(diào)節(jié)也可能影響到信號(hào)的時(shí)空分辨率。fMRI在CP患兒中的研究成為近年來(lái)的熱點(diǎn)，尤其是在CP患兒認(rèn)知障礙的診斷、療效評(píng)價(jià)及預(yù)后評(píng)估方面具有重要意義。

2.4 DTI在CP中的應(yīng)用

DTI通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)體水分子運(yùn)動(dòng)的各向異性來(lái)成像，可靈敏地檢測(cè)微觀結(jié)構(gòu)的白質(zhì)變化，在CP的診斷、分級(jí)及預(yù)后評(píng)估中取得了一定進(jìn)展。DTI的基本原理是利用水分子在空間各個(gè)方向上的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所致的信號(hào)衰減強(qiáng)度，定量記錄描述空間擴(kuò)散的三維軌跡，實(shí)現(xiàn)組織纖維結(jié)構(gòu)的三維重建和可視化，描繪神經(jīng)束在大腦和脊髓的分布和形態(tài)，以獲得更多的組織微觀結(jié)構(gòu)信息，協(xié)助臨床診斷、外科干預(yù)評(píng)估和放射治療評(píng)價(jià)[27]。不同神經(jīng)纖維各向異性也有所差別，彌散各向異性與多種因素有關(guān)，包括腦白質(zhì)內(nèi)神經(jīng)纖維的直徑及密度、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的密度、神經(jīng)纖維的方向等[28]。

DTI技術(shù)是一種常用的白質(zhì)定量檢查方法，可通過(guò)探測(cè)組織中彌散的水分子各向異性來(lái)反映組織的微觀結(jié)構(gòu)。研究腦白質(zhì)纖維束和中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)束的彌散各向異性，其不僅能準(zhǔn)確鑒別灰質(zhì)和白質(zhì)，并能對(duì)白質(zhì)纖維束走行產(chǎn)生較好的成像效果，能夠檢測(cè)、定位和量化在常規(guī)MRI上可能看不到的細(xì)微腦白質(zhì)異常[29]。將雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束、后丘腦輻射、胼胝體膝部、胼胝體體部和胼胝體壓部的彌散指標(biāo)進(jìn)行量化，通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以準(zhǔn)確且有效了解神經(jīng)纖維的狀態(tài)，明確病變?cè)斐傻陌踪|(zhì)纖維束的移位、破壞與浸潤(rùn)情況。Nemanich等[30]研究認(rèn)為，DTI可能揭示與運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性質(zhì)，在表征大腦結(jié)構(gòu)和發(fā)育方面具有一定的潛力。

DTI最常用的彌散參數(shù)為分?jǐn)?shù)各向異性(fractional anisotraphy，F(xiàn)A)，是判斷腦白質(zhì)成熟的重要指標(biāo)，與白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性顯著相關(guān)。FA值大小與神經(jīng)白質(zhì)纖維的直徑、走向和致密性等也有密切關(guān)系[31]。Jiang等[32]對(duì)504名痙攣性CP患兒的一項(xiàng)Meta分析認(rèn)為，F(xiàn)A值的大小與神經(jīng)髓鞘化程度呈正相關(guān)。FA的取值范圍在0～1，越無(wú)限接近于0，越表示水分子在各個(gè)方向上的彌散趨于相同，即彌散最大各向同性，提示神經(jīng)纖維束發(fā)育異?；蚱茐?，即神經(jīng)傳導(dǎo)功能較差。CP患兒的腦部損傷病理表現(xiàn)形式較多，例如原發(fā)性神經(jīng)纖維發(fā)育不良者，亦或神經(jīng)元損傷后繼發(fā)性神經(jīng)纖維Wallerian變性等。常規(guī)T1WI、T2WI MRI成像可顯示髓鞘發(fā)育不良或損傷，無(wú)法顯示大腦白質(zhì)纖維內(nèi)的分子彌散特征和走行方向，以及相互之間的關(guān)系。DTI對(duì)神經(jīng)纖維的分布和形態(tài)敏感，可在病變?cè)缙诙棵枋錾窠?jīng)纖維束的病理變化。

3 展望

綜上所述，聯(lián)合磁共振新技術(shù)應(yīng)用于CP的診斷、評(píng)價(jià)治療及預(yù)后是可行的。臨床常根據(jù)語(yǔ)言及步態(tài)分析來(lái)判斷CP情況，兩者聯(lián)合應(yīng)用逐漸成為一種趨勢(shì)，同時(shí)也是近年來(lái)學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。隨著磁共振新技術(shù)在CP患兒中的研究越來(lái)越多，有望在CP的診斷、分級(jí)、治療及預(yù)后評(píng)估中進(jìn)一步發(fā)展并逐漸達(dá)成一定共識(shí)。已有研究將臨床量化評(píng)估表與磁共振新技術(shù)相結(jié)合運(yùn)用于臨床，但臨床數(shù)據(jù)偏少，仍需深入研究，為MRI相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到CP的早期診斷與預(yù)后判斷提供更多證據(jù)。