磁共振成像在眼科常見疾病患者腦功能與結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用△

汪 莎 孫 偉 畢愛玲 畢宏生

在人類胚胎發(fā)育過程中，視網(wǎng)膜和視神經(jīng)從間腦延伸出來，因此被認為是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一部分[1]。視網(wǎng)膜感光細胞在接收到視覺刺激信號后將其傳遞到視覺通路，最終投射到大腦視皮層，期間任何異常都可能導致大腦相應(yīng)區(qū)域功能和結(jié)構(gòu)的改變[2]。磁共振成像(MRI)可以無創(chuàng)性地反映眼病對大腦的影響。本文對MRI在弱視、青光眼、年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)、視網(wǎng)膜色素變性和近視患者腦功能與結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用做一綜述。

1 MRI的主要特點及其在眼科領(lǐng)域中應(yīng)用的優(yōu)勢

MRI具有無創(chuàng)、軟組織分辨力高、病灶檢出率高、敏感性強，多序列、多參數(shù)、多方位成像等特點。因其具有獨特的優(yōu)勢，在眼科疾病的診斷及治療中發(fā)揮重要的作用。功能MRI(fMRI)具有良好的時空分辨率，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于眼病患者視皮層的功能研究中。fMRI也是評價患者殘存視皮層功能的一種適合的手段。

2 MRI在常見眼病患者腦功能與結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

2.1 MRI與弱視弱視是一種與神經(jīng)發(fā)育相關(guān)的視覺障礙[3]。研究發(fā)現(xiàn)，弱視患者存在多腦區(qū)功能的損傷，而且損傷不僅僅存在于初級視皮層[4-6]、背側(cè)及腹側(cè)視覺通路[5]，還存在于視覺注意、視覺認知相關(guān)的高級腦區(qū)[6]。腦區(qū)功能損傷不僅表現(xiàn)為多個獨立腦區(qū)的變化，還表現(xiàn)為這些腦區(qū)間的功能連接變化。王浩然等[7]探索了弱視兒童靜息狀態(tài)下腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能連接的變化，發(fā)現(xiàn)了弱視兒童的默認網(wǎng)絡(luò)與額頂控制網(wǎng)絡(luò)及背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)之間的靜息態(tài)功能連接減弱，提出“靜息態(tài)功能連接的多變量模式分析”可以將弱視兒童識別出來。

屈光參差性弱視患者和斜視性弱視患者亦存在腦功能的異常。Liang等[4]采用靜息態(tài)fMRI基于體素鏡像同倫連接的方法，探討了屈光參差性弱視患者和斜視性弱視患者大腦半球間的相互作用，發(fā)現(xiàn)了屈光參差性弱視和斜視性弱視患者腦區(qū)間的功能連接存在差異，弱視患者在靜息狀態(tài)下視覺相關(guān)腦區(qū)的功能協(xié)調(diào)性受損。Tang等[8]采用靜息態(tài)fMRI中的低頻振幅測量方法，發(fā)現(xiàn)斜視性弱視患者腦功能存在的異常變化是代償視覺運動協(xié)調(diào)和視覺空間成像缺陷所產(chǎn)生。值得一提的是，弱視患者除了存在多腦區(qū)功能異常外，還可能存在白質(zhì)結(jié)構(gòu)及灰質(zhì)形態(tài)的改變。Liang等[9]利用表面形態(tài)學方法，發(fā)現(xiàn)屈光參差性弱視患者的大腦結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，其中初級視皮層的結(jié)構(gòu)變化是雙側(cè)的，而次級和高級視皮層的結(jié)構(gòu)變化是單側(cè)的，表明了弱視患者視皮層高級區(qū)域的發(fā)育可能存在偏側(cè)性。

應(yīng)用MRI技術(shù)對弱視患者神經(jīng)損傷機制的深入研究，不僅對臨床治療具有指導意義，而且有助于探索新的弱視治療方法。這對進一步理解視覺神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和信息處理機制具有重要意義。

2.2 MRI與青光眼青光眼是全球范圍內(nèi)導致不可逆性盲的首要原因，以進行性視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞及其軸突丟失為主要特征，患者視野會出現(xiàn)漸進性損害，最終導致完全失明。盡管視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞及其軸突漸進性丟失是其主要的病理特征，但越來越多的組織學及影像學研究證實整個視覺通路均可能受累。

青光眼是利用MRI技術(shù)對腦功能和結(jié)構(gòu)研究較多的眼科疾病之一。通過影像學檢查人們發(fā)現(xiàn)，青光眼患者的視神經(jīng)直徑和視交叉高度都明顯小于正常人。Murphy等[10]通過fMRI測量青光眼患者的視皮層功能和視野缺損情況，發(fā)現(xiàn)患者腦功能和結(jié)構(gòu)的變化比眼部臨床癥狀發(fā)生得更早。另外，有學者發(fā)現(xiàn)，青光眼患者的腦功能和結(jié)構(gòu)的神經(jīng)影像學表現(xiàn)與其視野缺損的嚴重程度相關(guān)[11-12]。在臨床中使用彌散張量成像(DTI)的參數(shù)可以靈敏地定量青光眼患者的神經(jīng)軸突和髓鞘損傷[13]，而且DTI參數(shù)可以作為青光眼嚴重程度的量化指標[14]。

由于正常眼壓性青光眼患者在疾病早期沒有明顯的癥狀，因此，大腦功能和結(jié)構(gòu)的評估對于正常眼壓性青光眼的早期診斷和疾病進展的監(jiān)測更有意義。Wang等[15]應(yīng)用DTI研究表明，正常眼壓性青光眼患者在出現(xiàn)可檢測到的視野缺損之前，視覺相關(guān)功能區(qū)域的白質(zhì)就已經(jīng)產(chǎn)生了損傷，視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維厚度變薄。此外，Wu等[16]利用靜息態(tài)fMRI研究發(fā)現(xiàn)，新生血管性青光眼患者大腦的視覺和認知相關(guān)區(qū)域與初級視皮層均存在異常的功能聯(lián)系。

青光眼若能早診斷、早治療，其導致的失明是可預(yù)防的。因此，探究青光眼患者腦功能和結(jié)構(gòu)的MRI變化將有助于我們了解青光眼患者視力喪失的神經(jīng)病理機制和疾病進展情況，并有望為青光眼后期的治療監(jiān)測提供一定幫助。

2.3 MRI與AMDAMD是一種主要影響視網(wǎng)膜黃斑區(qū)進而導致視力進行性喪失的疾病[17-18]。近年來，多項MRI相關(guān)研究表明，AMD患者不僅存在腦功能的變化，亦存在大腦結(jié)構(gòu)的異常。

在有關(guān)腦功能的研究中，Whitson等[19]對7例AMD患者靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)與健康個體相比，AMD患者的語言流暢性相關(guān)腦區(qū)中的功能連接增強，提示這可能是由于患者視力喪失導致大腦產(chǎn)生代償性功能變化所致。此外，Ramano?l等[20]探討了AMD患者在不同視覺場景中腦功能變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，AMD患者對高空間頻率的視覺場景微小細節(jié)的處理功能受到了損害，而低空間頻率的形狀處理功能相對較好地保留，通過增加對比度能改善患者對高空間頻率信息的處理能力并且也能增強枕葉皮質(zhì)的激活作用。而在對大腦結(jié)構(gòu)的研究中，人們發(fā)現(xiàn)，AMD患者大腦的灰質(zhì)密度降低區(qū)域主要位于枕極附近，尤其是在距狀溝后部，并且隨著時間的推移，不同程度的視野缺損會造成視皮層出現(xiàn)不同程度的萎縮，之后伴隨而來的是患者視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層變薄和腦白質(zhì)發(fā)生改變[21-26]。

2.4 MRI與視網(wǎng)膜色素變性視網(wǎng)膜色素變性是一組以視桿細胞和視錐細胞退化為特征的遺傳性視網(wǎng)膜變性疾病。MRI的DTI測量可作為視網(wǎng)膜色素變性患者視神經(jīng)病變中軸突和髓鞘損傷的生物標志物，并且可以用來評估視網(wǎng)膜色素變性患者在病情早期的視神經(jīng)狀態(tài)[27]。Castaldi等[28]對8例僅有微弱光感且視覺誘發(fā)電位或視網(wǎng)膜電圖反應(yīng)微弱(或缺失)的視網(wǎng)膜色素變性患者進行了fMRI檢測，發(fā)現(xiàn)微弱亮度的閃光能在視網(wǎng)膜色素變性患者的視皮層區(qū)域引起顯著的血氧水平依賴的MRI信號，證實了fMRI比起視覺誘發(fā)電位和視網(wǎng)膜電圖更能顯示患者的殘余視覺反應(yīng)。研究報道，視網(wǎng)膜色素變性患者腦功能異常主要表現(xiàn)為初級視皮層區(qū)域神經(jīng)活動同步性降低，空間視覺和立體視覺功能受損[29-30]。另外，Huang等[31]利用靜息態(tài)fMRI的度中心度方法對視網(wǎng)膜色素變性患者進行研究發(fā)現(xiàn)，患者周邊視野的長期缺損不僅會導致視皮層功能異常還會引起大腦結(jié)構(gòu)重組。視網(wǎng)膜色素變性患者大腦結(jié)構(gòu)重組區(qū)域主要集中在枕葉皮層、視皮層腹側(cè)通路和背側(cè)通路的固有視覺網(wǎng)絡(luò)[30-31]。

目前視網(wǎng)膜色素變性尚無治愈方法，未來的治療策略旨在恢復(fù)或替代視網(wǎng)膜信息輸入[32]。有學者探索了這一問題，Lunghi等[33]研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜色素變性患者的短期眼部神經(jīng)可塑性可以保留。人們利用MRI檢測發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過長時間的視網(wǎng)膜假體訓練，視網(wǎng)膜色素變性患者的視皮層對閃光的刺激反應(yīng)增強[34-35]。

2.5 MRI與近視隨著視頻終端設(shè)備使用的日益增多，近視已成為世界范圍內(nèi)主要的公共衛(wèi)生問題。近視是屈光不正的一種，其發(fā)病機制是平行光線通過眼的屈光作用后，不能在視網(wǎng)膜上形成清晰的物像，進而改變從視網(wǎng)膜到視皮層的信號。

Mirzajani等[36]研究表明，誘導性近視對個體視皮層的活動有相當大的影響，屈光度+1 D的變化足以改變fMRI的檢測結(jié)果，因此即使是低度近視在進行視覺功能的MRI研究之前，矯正近視也非常必要。MRI中的度中心度方法可用作大腦活動差異的生物標志物。Cheng等[37]采用度中心度方法對高度近視和低度近視患者腦功能的差異進行了研究，他們發(fā)現(xiàn)高度近視組患者右側(cè)小腦、腦干、右側(cè)海馬旁回和左側(cè)尾狀核的度中心度值明顯高于低度近視組，而高度近視組患者左側(cè)額內(nèi)側(cè)回、右側(cè)額下回、左側(cè)額中回和左頂下小葉的度中心度值明顯低于低度近視組，并且高度近視和低度近視患者的視覺神經(jīng)功能可能存在差異。需要關(guān)注的是，在不同程度的近視個體中都可能存在異常的腦活動，特別是在高度近視患者中更容易出現(xiàn)[38]。Holden等[39]使用基于體素的形態(tài)學測量方法對高度近視患者進行研究發(fā)現(xiàn)，在患者視覺傳導通路區(qū)域和邊緣系統(tǒng)都出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的改變。此外，高度近視所屬的腦功能網(wǎng)絡(luò)之間也顯示出明顯的功能連接降低，因此可以認為，高度近視患者異常的視覺體驗會導致患者腦結(jié)構(gòu)和功能的異常[40]。Holden等[39]應(yīng)用動脈自旋標記成像技術(shù)檢測到高度近視患者雙側(cè)小腦存在異常血流灌注，這也許能從不同的角度更好地理解高度近視患者腦功能和結(jié)構(gòu)的異常。但是，近視與大腦異常改變之間的因果關(guān)系仍需要進一步研究。

3 總結(jié)與展望

MRI能顯示出常見眼病患者(弱視、青光眼、AMD、視網(wǎng)膜色素變性和近視)大腦功能和結(jié)構(gòu)的異常變化。它不僅可用于臨床輔助診斷以及確定潛在的治療過程和療效，還有望成為常規(guī)視覺評估的實用工具，并且能提高人們對眼科疾病視覺生理機制的理解。相信在不久的將來，隨著國內(nèi)外對眼科疾病腦功能與結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，MRI能為眼科疾病的研究提供更有價值的幫助。