磁共振擴散張量成像在不同時期急性缺血性腦梗死鑒別中的應用價值研究

吳艷梅，張德智，沈松柏，葉軍

本文創(chuàng)新點：

（1）本研究比較了不同時期急性缺血性腦梗死（AICI）患者磁共振擴散張量成像（DTI）各參數(shù)及其相對值，利用相對量化數(shù)據(jù)信息從分子層面及微觀角度研究腦結構、功能變化；（2）通過DTT三維顯示腦白質神經(jīng)纖維束的形態(tài)、方向及數(shù)量，直觀顯示不同時期AICI患者神經(jīng)纖維損傷的部位及嚴重程度，能將腦白質纖維損傷真實體現(xiàn)出來，有別于傳統(tǒng)的診斷方法。

急性缺血性腦梗死（acute ischemic cerebral infarction，AICI）是由于腦部供血動脈病變致使局部腦組織缺血壞死，從而引發(fā)的一系列腦神經(jīng)功能障礙綜合征［1］，其致殘率和死亡率均較高，可嚴重影響人們的生命健康和生活質量［2-3］。目前，不同時期AICI的治療方案不同，特別是超急性期AICI，容易受到溶栓時間窗的限制，故精準診斷對AICI選擇治療方案尤為重要，但臨床鑒別不同時期AICI仍缺乏客觀依據(jù)。磁共振擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前唯一可活體觀察腦白質纖維束的成像方法［4］，已逐漸用于缺血性腦梗死的診斷及預后判斷，但鑒別超急性期、急性期及亞急性期AICI的研究報道較少。本研究旨在比較不同時期AICI患者磁共振DTI中平均彌散系數(shù)（average diffusion coefficient，DCavg）、各向異性指數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、各向同性（isotropic image，ISO）、容積比各向異性（volume ratio anisotropy，VRA）及衰減指數(shù)（exponential attenuation，Exat）的差異，以為臨床醫(yī)生合理制定個體化治療方案提供參考依據(jù)。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2018年3月至2021年8月在中國人民解放軍海軍安慶醫(yī)院神經(jīng)內科就診的AICI患者52例，主要臨床表現(xiàn)為單側肢體無力、言語不清、口角歪斜、頭暈頭痛等，并經(jīng)顱腦MRI及DTI檢查確診。所有患者中男28例，女24例；年齡48～94歲，平均（67.1±13.1）歲。根據(jù)發(fā)病時間將AICI患者分為超急性期（＜6 h）13例、急性期（≤3 d）25例和亞急性期（4～10 d）14例。本研究獲得中國人民解放軍海軍安慶醫(yī)院倫理委員會審核批準（編號：HY2017017）。

1.2 納入與排除標準 納入標準：（1）單側AICI；（2）患者發(fā)病后未進行任何治療。排除標準：（1）發(fā)病時間＞10 d者；（2）合并腦腫瘤、腦出血等其他顱腦疾病者；（3）影像學圖像質量不佳者。

1.3 檢查方法 使用GE公司MR 750 3.0T磁共振儀，8通道高分辨頭線圈。常規(guī)MRI掃描參數(shù)：軸位T1-FLAIR（TR 1 750 ms/TE 25 ms，TI 780 ms）、T2WI（TR 6 800 ms/TE 110 ms）、T2-FLAIR（TR 8 400 ms/TE 122 ms，TI 2 100 ms）、DWI（TR 3 000 ms/TE 66 ms，b值為0、1 000 s/mm2），F(xiàn)OV為240 mm×240 mm，層厚5 mm/層間距6.5 mm；矢狀位T1-FLAIR（TR 1 750 ms/TE 25 ms，TI 780 ms），F(xiàn)OV為240 mm×240 mm，層厚5 mm/層間距6 mm。DTI采用單次激發(fā)平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，彌散敏感梯度方向為25個，b值分別為0、1 000 s/mm2。掃描范圍從顱頂至枕骨大孔，參數(shù)：TR 4 600 ms/TE mininum，層厚 4.0 mm，層間距0.0 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣128×130，NEX為2，掃描時間4′4″。

1.4 圖像處理及分析 將DTI原始數(shù)據(jù)上傳至GE ADW4.6工作站，運用Functool DTI后處理軟件進行分析，由兩位高年資的影像科醫(yī)師分別在DTI參數(shù)圖上梗死灶中心及梗死灶旁選取感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），梗死灶旁ROI為DTI上不是高信號區(qū)但緊靠梗死灶，由軟件鏡像自動生成對側相應區(qū)域，記錄各ROI及對側相應區(qū)域的DCavg、FA、ISO、VRA及Exat。并計算梗死灶與梗死灶對側、梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比值，即得到各參數(shù)的相對值。病灶ROI選擇應在梗死灶最大層面，如單側腦組織內多個梗死灶，則選取最大梗死灶進行測量。并以梗死灶及梗死灶對側 ROI為種子點，重建擴散張量纖維束（diffusiontensor tractography，DTT）圖。

1.5 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 25.0統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)處理。符合正態(tài)分布或近似正態(tài)分布的計量資料以（±s）表示，自身平行比較采用配對t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Bonferroni法。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 不同時期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較超急性期、急性期及亞急性期AICI患者，梗死灶DCavg分別低于梗死灶對側，ISO、Exat分別高于梗死灶對側，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；超急性期AICI患者，梗死灶與梗死灶對側FA、VRA比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；但急性期及亞急性期AICI患者，梗死灶FA、VRA分別低于梗死灶對側，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1～3。

表1 超急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=13）Table 1 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

表1 超急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=13）Table 1 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

注：DCavg=平均彌散系數(shù)，F(xiàn)A=各向異性指數(shù)，ISO=各向同性，VRA=容積比各向異性，Exat=衰減指數(shù)

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 4.36±1.33 0.28±0.11 1 399.81±285.60 0.14±0.09 0.59±0.08梗死灶對側 6.58±1.84 0.31±0.12 1 073.70±557.17 0.17±0.09 0.48±0.08 t配對值 -3.67 -0.97 2.79 -1.93 4.18 P值 0.003 0.353 0.016 0.078 0.001

表2 急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=25）Table 2 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with acute stage AICI

表2 急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=25）Table 2 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with acute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 4.92±1.23 0.19±0.07 1 573.65±402.80 0.04±0.03 0.59±0.09梗死灶對側 8.57±0.81 0.34±0.09 784.65±254.95 0.14±0.07 0.43±0.03 t配對值 -12.82 -7.65 11.55 -6.23 9.58 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表3 亞急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=14）Table 3 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with subacute stage AICI

表3 亞急性期AICI患者梗死灶與梗死灶對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=14）Table 3 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with subacute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 5.52±0.77 0.22±0.11 1 615.80±414.76 0.07±0.06 0.58±0.04梗死灶對側 8.86±0.90 0.31±0.08 711.19±148.22 0.14±0.08 0.42±0.03 t配對值 -9.21 -4.51 10.18 -3.74 9.71 P值 ＜0.001 0.001 ＜0.001 0.002 ＜0.001

2.2 不同時期AICI患者梗死灶旁及梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較 超急性期AICI患者梗死灶旁、梗死灶旁對側DCavg和ISO比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）；但急性期、亞急性期AICI患者梗死灶旁 DCavg分別低于梗死灶旁對側，ISO分別高于梗死灶旁對側，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。不同時期AICI患者的梗死灶旁Exat分別高于梗死灶旁對側，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；但不同時期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側FA、VRA比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表4～6。

表4 超急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=13）Table 4 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

表4 超急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=13）Table 4 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

部位 D C a v g F A I S O V R A E x a t梗死灶旁 6.6 9±2.5 5 0.4 0±0.1 9 8 4 2.9 3±2 0 0.7 4 0.2 0±0.1 7 0.4 5±0.0 6梗死灶旁對側 8.4 4±0.9 9 0.4 3±0.1 6 7 7 8.9 7±1 6 7.7 6 0.2 0±0.1 6 0.4 2±0.0 4 t配對值 -2.0 4 -1.2 1 1.0 3 0.2 9 2.2 6 P值 0.0 6 4 0.2 4 9 0.3 2 3 0.7 7 4 0.0 4 4

表5 急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=25）Table 5 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with acute stage AICI

表5 急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=25）Table 5 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with acute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶旁 7.15±1.66 0.34±0.12 866.37±173.02 0.14±0.08 0.46±0.05梗死灶旁對側 8.62±0.81 0.34±0.10 753.62±152.25 0.14±0.07 0.44±0.04 t配對值 -3.97 -0.20 5.73 -0.33 4.20 P值 0.001 0.844 ＜0.001 0.747 ＜0.001

表6 亞急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=14）Table 6 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with subacute stage AICI

表6 亞急性期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側DTI各參數(shù)比較（±s，n=14）Table 6 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with subacute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶旁 7.14±1.95 0.35±0.09 900.34±156.13 0.13±0.07 0.46±0.05梗死灶旁對側 7.63±1.99 0.35±0.08 782.45±195.50 0.15±0.09 0.44±0.04 t配對值 -2.53 -0.06 3.43 -1.06 2.43 P值 0.025 0.950 0.005 0.307 0.030

2.3 不同時期AICI患者DTI各參數(shù)相對值比較 不同時期AICI患者梗死灶FA、ISO、VRA相對值比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；其中急性期、亞急性期AICI患者梗死灶FA、VRA相對值低于超急性期AICI患者，ISO相對值高于超急性期AICI患者，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。不同時期AICI患者梗死灶DCavg、Exat相對值及梗死灶旁DCavg、FA、ISO、VRA、Exat相對值比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表7。

表7 不同時期AICI患者梗死灶、梗死灶旁DTI各參數(shù)相對值比較（±s）Table 7 Comparison of relative values of DTI parameters of infarct focus and near infarct focus in patients with AICI in different stages

表7 不同時期AICI患者梗死灶、梗死灶旁DTI各參數(shù)相對值比較（±s）Table 7 Comparison of relative values of DTI parameters of infarct focus and near infarct focus in patients with AICI in different stages

注：a表示與超急性期AICI患者相比，P＜0.05

梗死灶Exat相對值超急性期 13 0.71±0.25 0.99±0.47 1.55±0.57 0.83±0.31 1.25±0.22急性期 25 0.58±0.15 0.57±0.24a2.07±0.49a0.37±0.35a1.39±0.21亞急性期 14 0.63±0.13 0.70±0.25a2.29±0.40a0.45±0.36a1.38±0.16 F值 2.40 7.77 8.07 8.05 2.29 P值 0.101 0.001 0.001 0.001 0.112時期 例數(shù) 梗死灶DCavg相對值梗死灶FA相對值梗死灶ISO相對值梗死灶VRA相對值時期 梗死灶旁DCavg相對值梗死灶旁FA相對值梗死灶旁VRA相對值梗死灶旁ISO相對值梗死灶旁Exat相對值超急性期 0.82±0.32 0.92±0.23 1.13±0.36 1.29±0.91 1.07±0.12急性期 0.84±0.20 1.08±0.66 1.16±0.14 1.40±2.04 1.06±0.07亞急性期 0.94±0.08 1.01±0.31 1.18±0.19 1.07±0.68 1.05±0.08 F值 1.44 0.46 0.20 0.21 0.23 P值 0.246 0.634 0.821 0.814 0.799

2.4 不同時期AICI患者梗死灶DTT圖表現(xiàn) 圖1A為DTI原始圖，圖1B為DCavg參數(shù)圖。超急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg圖上顯示信號減低（見圖1C），在DTT FA圖上顯示信號無明顯改變（見圖1D）；急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg圖及FA圖上顯示信號均減低，白質纖維束破壞、中斷（見圖2A、2B）；亞急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg圖及FA圖上可見白質纖維束明顯中斷、減少（見圖3A、3B）。

圖1 超急性期AICI患者DTT表現(xiàn)Figure 1 DTT manifestations of hyperacute stage AICI patients

圖2 急性期AICI患者DTT表現(xiàn)Figure 2 DTT manifestations of acute stage AICI patients

圖3 亞急性期AICI患者DTT表現(xiàn)Figure 3 DTT manifestations of subacute stage AICI patients

3 討論

AICI起病急驟，應根據(jù)發(fā)病時間、適應證等迅速采取如靜脈溶栓、血管內治療等特定的治療方案［5］。AICI患者如能得到及時治療則可以有效解除梗阻、恢復腦組織血供，促進患者腦神經(jīng)功能恢復［6］。但臨床上有時無法準確判斷起病時間，如意識不清、語言障礙患者。目前，臨床常根據(jù)DWI診斷AICI，但缺乏對AICI進一步分期（如超急性期、急性期、亞急性期）。DTI可以反映AICI發(fā)生后隨時間變化腦組織微結構的異常，可能有助于判斷AICI的發(fā)病時間［7］。

3.1 DTI各參數(shù)的意義 DTI是BASSER等［8］于1994 年基于DWI的基本原理提出的一種新的成像技術，其可以從分子層面評價三維空間方向上水分子彌散情況，從而從微觀角度研究腦結構、功能變化［9］。DTI參數(shù)很多，本研究選取DCavg、FA、ISO、VRA、Exat等常用參數(shù)來評估不同時期AICI的變化，以期能找出DTI各參數(shù)在AICI不同時期的差異。

DCavg可以反映水分子彌散速度，與方向無關，其值越小提示水分子彌散能力越受限。與表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）不同，DCavg是成像體素內各方向彌散幅度的均值［10］，包含了空間水分子彌散信息，而ADC僅代表DWI相應層面水分子擴散信息。正常腦白質含有不同組織結構（軸突、髓鞘等），水分子在不同方向上的擴散程度不同，即各向異性［11］。FA是反映組織各向異性的指標，其變化范圍為0～1，1為最大各向異性，0為最小各向異性［12］。FA對于腦白質纖維的微結構損傷很敏感，其值降低說明腦白質纖維完整性破壞及不可逆的細胞損傷。VRA與FA相同，也可以反映組織各向異性，其對較高的各向異性敏感［13］。ISO可以反映組織擴散的ISO程度，與DWI的圖像信號相似。Exat即指數(shù)ADC，與DCavg一樣可以反映組織彌散特性，但變化方向相反［14］。

3.2 不同時期AICI病理基礎與DTI各參數(shù)的關系 本研究結果顯示，超急性期、急性期及亞急性期AICI患者，梗死灶DCavg分別低于梗死灶對側，ISO、Exat分別高于梗死灶對側，分析其病理基礎如下：AICI早期腦組織缺氧致細胞能量代謝異常，細胞膜上鈉-鉀泵轉運障礙，大量水分子進入細胞內，致細胞毒性水腫，同時細胞外間隙變小、曲度增大，使水分子擴散受限，因而使反映水分子自由運動的DCavg值減低，與其方向相反的Exat值增高，而ISO可反映組織擴散的ISO，當組織擴散受限時其信號增高。

本研究結果顯示，超急性期AICI患者，梗死灶與梗死灶對側FA、VRA比較無統(tǒng)計學差異；但急性期及亞急性期AICI患者，梗死灶FA、VRA分別低于梗死灶對側，與ALEGIANI等［15］研究結果相似，即FA、VRA在超急性期AICI變化不明顯。分析其病理基礎如下：AICI超急性期腦組織因缺血缺氧而引起細胞毒性水腫，而神經(jīng)纖維束微結構尚未出現(xiàn)破壞，直至AICI急性期、亞急性期由于血管源性水腫出現(xiàn)，梗死區(qū)髓鞘脫失、軸突崩解等病理改變而導致神經(jīng)纖維束完整性破壞，白質纖維束空間增加，進而降低了水分子沿髓鞘垂直方向的彌散限制［16］，導致反映腦組織各向異性的FA、VRA減低。

既往研究表明，AICI患者梗死灶旁DWI顯示正常腦組織也存在異常灌注現(xiàn)象，且有復發(fā)風險［17］。本研究結果顯示，超急性期AICI患者梗死灶旁、梗死灶旁對側DCavg和ISO比較無統(tǒng)計學差異；但急性期、亞急性期AICI患者梗死灶旁 DCavg分別低于梗死灶旁對側，ISO分別高于梗死灶旁對側，表明AICI急性期、亞急性期梗死灶旁水分子也存在擴散受限；不同時期AICI患者梗死灶旁與梗死灶旁對側FA、VRA比較無統(tǒng)計學差異，推測與各時期AICI梗死灶旁腦組織神經(jīng)纖維束微結構尚未破壞有關。

本研究結果顯示，急性期、亞急性期AICI患者梗死灶FA、VRA相對值低于超急性期AICI患者，ISO相對值高于超急性期AICI患者，與張軍等［1］研究結果相似；但不同時期AICI患者梗死灶DCavg、Exat相對值及梗死灶旁DCavg、FA、ISO、VRA、Exat相對值比較無統(tǒng)計學差異，與梁志鵬等［18］報道的腦梗死急性期梗死灶與梗死灶對側DCavg相對值低于超急性期的結果不同，分析其原因可能與兩個研究的患者梗死位置、梗死灶大小、樣本量、影像技術及后處理技術存在差異有關。

3.3 不同時期AICI患者DTT的診斷價值分析 DTT是基于腦白質的各向異性成像，可以通過三維成像直觀地顯示神經(jīng)纖維的形態(tài)、走向及數(shù)量，有利于觀察纖維束在不同腦區(qū)的聯(lián)系［19］。本研究結果顯示，超急性期、急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg圖均可見白質纖維束破壞、信號減低，亞急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg圖上可見白質纖維束明顯中斷、減少；急性期AICI患者梗死灶在DTT FA圖上顯示信號減低、纖維束破壞，亞急性期AICI患者梗死灶在DTT FA圖上可見白質纖維明顯中斷、減少，而超急性期AICI患者梗死灶在DTT FA圖上顯示信號無明顯改變，提示腦白質纖維在AICI超急性期存在細胞毒性水腫，但無明顯纖維束結構破壞。

綜上所述，DCavg、FA、VRA、ISO及 Exat在不同時期AICI中存在一定變化規(guī)律，在AICI急性期、亞急性期梗死灶旁腦組織水分子擴散受限，F(xiàn)A、ISO、VRA相對值對超急性期與急性期、亞急性期AICI具有一定鑒別診斷價值，DTI有助于臨床判斷發(fā)病時間不明確的AICI患者，以為臨床醫(yī)生合理制定個體化治療方案提供參考依據(jù)。此外，還有研究表明，DTI對AICI患者預后判斷具有一定價值［9，14］。但本研究為單中心、回顧性研究，樣本量較小，且缺乏治療后復查DTI的數(shù)據(jù)，尚無法進行預后判斷。

作者貢獻：吳艷梅進行文章的構思與設計，結果分析與解釋，負責撰寫、修訂論文，并負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責、監(jiān)督管理；吳艷梅、葉軍進行研究的實施與可行性分析；吳艷梅、張德智、沈松柏進行數(shù)據(jù)收集、整理、分析。

本文無利益沖突。