輕度創(chuàng)傷性顱腦損傷患者丘腦擴(kuò)散峰度成像研究*

汪麗娜 肖 勇

1 江蘇醫(yī)藥職業(yè)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院,江蘇省鹽城市 224005; 2 徐州醫(yī)科大學(xué)鹽城臨床學(xué)院 鹽城市第一人民醫(yī)院

輕度創(chuàng)傷性顱腦損傷(mild traumatic brain injury,mTBI)已成為常見的公共衛(wèi)生問題之一。不同于中、重度腦損傷因癥狀體征明顯受到臨床醫(yī)生的重視,mTBI患者的診斷與治療往往被忽視。認(rèn)知功能減退是mTBI患者傷后常見的癥狀,雖然約85%的mTBI患者能夠從創(chuàng)傷后認(rèn)知損害中恢復(fù),但仍有約15%的mTBI患者長期伴有認(rèn)知功能減退的癥狀[1]。早期的干預(yù)治療能夠顯著減輕mTBI患者個(gè)人、家庭以及社會(huì)的心理和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。以往對(duì)認(rèn)知功能減退的檢測主要依賴于臨床神經(jīng)心理學(xué)測試評(píng)分,但是這些檢測方法對(duì)預(yù)測認(rèn)知結(jié)果準(zhǔn)確性并不理想,而傳統(tǒng)的磁共振成像序列對(duì)并無腦內(nèi)宏觀結(jié)構(gòu)損害的mTBI患者腦部異常的檢測價(jià)值甚微。有研究表明[2],mTBI患者除了腦白質(zhì)中存在損傷外,丘腦損傷在mTBI患者傷后認(rèn)知損害中發(fā)揮重要作用。擴(kuò)散峰度成像(Diffusional kurtosis imaging,DKI)作為擴(kuò)散張量成像(Diffusion tensor imaging,DTI)的延伸,有效彌補(bǔ)了DTI無法解決的纖維交叉和對(duì)灰質(zhì)檢測不敏感的缺陷。DKI技術(shù)可檢測組織內(nèi)水分子偏離高斯分布的程度,從而反映組織微結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。目前,DKI技術(shù)已廣泛應(yīng)用于全身多系統(tǒng)疾病的研究[3],但關(guān)于mTBI患者丘腦的研究并不多見。本研究旨在探究DKI成像技術(shù)能否檢出mTBI患者丘腦異常改變,并分析DKI各參數(shù)值與臨床神經(jīng)心理學(xué)評(píng)分間的相關(guān)性。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇2019年6月—2021年10月在鹽城市第一人民醫(yī)院就診治療的mTBI患者27例作為mTBI組。入組標(biāo)準(zhǔn)：右利手;受教育年限>12年;符合美國康復(fù)醫(yī)學(xué)大會(huì)輕度創(chuàng)傷性腦損傷跨學(xué)科小組制定的mTBI診斷標(biāo)準(zhǔn)[4];蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(Montreal cognitive assessment,MoCA)評(píng)分<26分;腦外傷后意識(shí)喪失持續(xù)時(shí)間≤30min,記憶缺失持續(xù)時(shí)間≤24h;常規(guī)影像學(xué)檢查陰性。排除標(biāo)準(zhǔn)包括：其他類型腦損傷,有中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史;有全身系統(tǒng)性疾病史;酒精或藥物依賴者;有磁共振檢查禁忌證。另選擇與mTBI組患者年齡、性別以及受教育年數(shù)相匹配的22名健康志愿者作為健康對(duì)照組(HC組)。入組標(biāo)準(zhǔn)：MoCA評(píng)分≥26分;右利手;既往無系統(tǒng)性及中樞性疾病史;無酒精或藥物依賴;常規(guī)影像學(xué)檢查陰性。本研究得到鹽城市第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn),所有入組人員檢查測試前均簽署知情同意書。

1.2 神經(jīng)心理學(xué)測試 在被試者進(jìn)行MRI掃描當(dāng)天完成神經(jīng)心理學(xué)測試。由一名接受過培訓(xùn)的神經(jīng)科副主任醫(yī)師在不知被測試者影像結(jié)果的情況下進(jìn)行,使用MoCA量表進(jìn)行認(rèn)知功能測試,并參考現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn),將測試評(píng)分轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù),以更準(zhǔn)確地進(jìn)行組間數(shù)據(jù)比較。MoCA評(píng)分總分為30分,主要包括視空間與執(zhí)行能力、記憶力、注意力、語言能力、抽象能力及定向能力。被試者受教育年限≤12年者,MoCA評(píng)分總分加1分,以矯正受教育年限對(duì)評(píng)分的影響?？傇u(píng)分≤26分被確定為認(rèn)知異常。

1.3 磁共振數(shù)據(jù)采集 所有被試者的MRI圖像采集均通過西門子Skyra 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀以及20通道相控陣頭頸聯(lián)合線圈完成。為減少外來干擾對(duì)被試者的影響,檢查時(shí)被試者均佩戴眼罩耳塞,用柔性泡沫加塞固定頭兩側(cè)。先后完成軸位T2FLAIR、矢狀位T1WI結(jié)構(gòu)像和軸位DKI。T2FLAIR序列掃描具體參數(shù)：重復(fù)時(shí)間(TR)=6 000ms,回波時(shí)間(TE)= 85ms,視野(FOV) 245mm×245mm,矩陣 256×256,層厚5.0mm,層間距1mm,層數(shù)22,激勵(lì)次數(shù)(NEX)1,掃描時(shí)間(TA)1min38s。

用三維快速擾相梯度回波(three dimensional fast spoiled gradient echo,3D MPRAGE)采集T1WI結(jié)構(gòu)像,包括頭皮在內(nèi)的全腦掃描。具體參數(shù)：TR/TE=89ms/2 300ms,反轉(zhuǎn)時(shí)間(TI)= 900ms,翻轉(zhuǎn)角(FA)9°,FOV 256mm×256mm,矩陣 256×256,層厚1.0mm,層間距0mm,層數(shù)176,層內(nèi)體素大小1mm×1mm×1mm,NEX 1,TA 5min20s。

用單次激發(fā)自旋平面回波EPI序列采集DKI圖像,包含全腦掃描。掃描基線平行于AC-PC線。具體參數(shù)：TR/TE=95ms/13 700ms,層厚2mm,層間距0mm,層數(shù)70,FOV 240mm×240mm,矩陣128×128,取0、1 000、2 000s/mm2三個(gè)b值,擴(kuò)散梯度方向數(shù)分別為1、30、30,NEX 1,TA 14min38s。

1.4 磁共振數(shù)據(jù)處理及分析

1.4.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理：DKI數(shù)據(jù)基于軟件MATLAB的腳本進(jìn)行處理。首先將采集的DKI原始DICOM格式圖像經(jīng)MRICRON軟件“dcm2n2gui”工具包轉(zhuǎn)換為NIfTI格式,并逐層檢查轉(zhuǎn)換后的圖像質(zhì)量,再行頭動(dòng)及渦流矯正,然后行剝腦處理去除腦外組織信號(hào)得到全腦的數(shù)據(jù)圖像。

1.4.2 雙側(cè)丘腦DKI指標(biāo)計(jì)算： 預(yù)處理后的全腦圖像數(shù)據(jù)經(jīng)DKE軟件處理生成AK、RK、MK、MD、FA等參數(shù)圖。然后將標(biāo)準(zhǔn)丘腦圖譜(MNI_Thalamus_Template.n2.gz)配準(zhǔn)到個(gè)體參數(shù)圖,再提取每個(gè)被試雙側(cè)丘腦的MK、AK、RK、FA、MD均值。

2 結(jié)果

2.1 mTBI組和HC組人口學(xué)資料和臨床指標(biāo)間比較 兩組間性別(χ2=0.78,P=0.47)、年齡(t=0.67,P=0.35)及受教育年限(t=0.92,P=0.56)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;27例mTBI患者中85.2%(23例)有空間與執(zhí)行能力障礙,74.1%(20例)有記憶力損害,66.7%(18例)有注意力損害。mTBI組MoCA總評(píng)分、視空間與執(zhí)行能力、記憶力、注意力、語言能力及抽象能力評(píng)分均低于對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。兩組間定向能力評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表1。

表1 兩組間人口學(xué)資料和臨床指標(biāo)比較

2.2 mTBI組和HC組兩側(cè)丘腦各參數(shù)值比較 mTBI組雙側(cè)丘腦MK、AK、RK值均低于HC組,MD值高于HC組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05);與HC組比較,mTBI雙側(cè)組丘腦FA值略有降低,但組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表2。

表2 mTBI組和HC組MK、AK、RK、FA、MD比較

2.3 mTBI組兩側(cè)丘腦各參數(shù)值與MoCA總評(píng)分及其子項(xiàng)相關(guān)性 Spearman相關(guān)性分析顯示,mTBI組兩側(cè)MK、AK、RK值與MoCA總評(píng)分、視空間與執(zhí)行能力、記憶力、注意力及語言能力評(píng)分呈正相關(guān)(P<0.05);MD值與MoCA總評(píng)分、視空間與執(zhí)行能力、記憶力、注意力評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(P<0.05);FA值與MoCA總評(píng)分及各子項(xiàng)評(píng)分間均無明顯相關(guān)性(P>0.05)。見表3。

表3 mTBI組兩側(cè)丘腦MK、AK、RK、FA、MD值與MoCA總評(píng)分及各子項(xiàng)相關(guān)性分析

3 討論

神經(jīng)心理學(xué)測試作為目前臨床通用的認(rèn)知評(píng)估方法,在評(píng)估m(xù)TBI患者認(rèn)知損害程度上具有其他檢測方法難以替代的作用。本研究中mTBI組與健康對(duì)照組比較,MoCA總評(píng)分及各子項(xiàng)評(píng)分均有降低,提示mTBI患者存在多項(xiàng)認(rèn)知功能減退。27例mTBI患者中,85.2%(23例)有空間與執(zhí)行能力障礙,74.1%(20例)有記憶力損害,66.7%(18例)有注意力損害。這印證了MoCA量表對(duì)認(rèn)知損害檢測的敏感性。但神經(jīng)心理學(xué)測試易受被檢者和測試者的雙重主觀因素影響,其結(jié)果可重復(fù)性欠佳[5]。故而,本研究嘗試用不受主觀因素影響的DKI成像技術(shù)檢測mTBI患者腦內(nèi)存在的結(jié)構(gòu)損傷性改變,為臨床提供較為客觀的指標(biāo),以便更準(zhǔn)確地反映mTBI患者腦內(nèi)的損傷程度。

常規(guī)的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)無法檢測出mTBI患者腦內(nèi)的異常改變,更無法預(yù)測和度量mTBI患者傷后存在的永久性認(rèn)知障礙的程度。雖然DTI對(duì)彌漫性軸索損傷(DAI)患者腦內(nèi)的損傷病變檢出敏感[6],但對(duì)于沒有明顯軸索損傷的mTBI患者而言,DTI顯然是非常局限的。DKI作為DTI技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,其檢測參數(shù)包含DTI的參數(shù),同時(shí)自身特有的參數(shù)MK值在反映腦內(nèi)微結(jié)構(gòu)改變的能力尤為突出。本研究結(jié)果也驗(yàn)證了這一結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn),與HC組比較,mTBI組丘腦的MK、AK、RA值均顯著減低,組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而兩組間FA值無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。也因?yàn)镕A值反映的是組織的各向異性,而本研究選取的丘腦為灰質(zhì)核團(tuán),其組織結(jié)構(gòu)趨向各向同性。這一發(fā)現(xiàn)也表明,DKI比DTI更有可能揭示mTBI的病理生理學(xué)機(jī)制,而DKI參數(shù)有可能成為腦損傷的嚴(yán)重程度和認(rèn)知損害程度評(píng)估的預(yù)測因子。

相關(guān)研究認(rèn)為左側(cè)大腦半球、丘腦以及額葉與認(rèn)知功能緊密相關(guān)[7],而丘腦在mTBI患者傷后認(rèn)知功能損害的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[8]。本研究顯示,mTBI組丘腦的MK、AK、RA值均低于HC組,提示mTBI患者丘腦微結(jié)構(gòu)存在一定的破壞。由此引出一個(gè)重要問題,即mTBI患者丘腦損傷是由創(chuàng)傷性損傷直接引起,還是繼發(fā)于相關(guān)白質(zhì)損傷的連鎖反應(yīng)?以往的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅砻鱗9],這兩種機(jī)制都參與了mTBI患者丘腦的損傷。mTBI患者最大的剪切力損傷位于丘腦和中腦。mTBI繼發(fā)性損傷模型研究顯示,連接大腦皮層和丘腦的白質(zhì)纖維因損傷斷裂,那么這兩個(gè)區(qū)域的靶細(xì)胞都可能發(fā)生凋亡。本研究中,mTBI患者丘腦的DKI參數(shù)與患者認(rèn)知評(píng)分之間的相關(guān)性間接說明了丘腦損傷的存在。而在其他疾病的研究中也已經(jīng)證實(shí)[10-11],患者丘腦的功能與認(rèn)知功能存在相關(guān)性,這與本研究結(jié)果一致。

本研究存在幾個(gè)潛在的局限性：(1)影像學(xué)表現(xiàn)缺乏組織學(xué)結(jié)果證實(shí)。這可在以后的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中加以補(bǔ)充。(2)納入病例數(shù)量較少。擴(kuò)大病例數(shù)量肯定會(huì)提高研究結(jié)果的可靠性,這將在后續(xù)的研究中得到解決。(3)為了確定DKI參數(shù)的預(yù)測效能,需進(jìn)一步縱向研究來評(píng)估各參數(shù)值隨時(shí)間的變化情況,并更精確地確定各參數(shù)值與認(rèn)知結(jié)果的相關(guān)性。

綜上所述,mTBI患者傷后存在不同程度的認(rèn)知功能減退,其雙側(cè)丘腦MK值降低的幅度與認(rèn)知功能減退程度存在正相關(guān)。由此可見,DKI有望成為早期預(yù)測mTBI患者認(rèn)知損害的有效方法,并為早期干預(yù)治療提供可靠的依據(jù)。