磁共振擴(kuò)散張量成像量化參數(shù)在創(chuàng)傷性腦白質(zhì)損傷中的聯(lián)合應(yīng)用

朱艷清 張 靜 王明泉 童林軍 葉德寶 陳慶豐

1.上海市上海永慈康復(fù)醫(yī)院放射科 (上海 201100)

2.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院放射科 (上海 200025)

3.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科 (上海 200127)

隨著社會(huì)的發(fā)展，創(chuàng)傷性腦白質(zhì)損傷(traumatic white matter injury，TWMI)發(fā)病率一直呈上升趨勢(shì)，也是引起人類致殘和死亡的重要原因。多年來，CT檢查是目前我國醫(yī)院普遍使用的最常用、最有效的檢查方法，但是顱腦CT對(duì)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)所受外傷的病情有很大局限性，而隨著磁共振的普遍應(yīng)用，對(duì)于在這方面的價(jià)值越來越受重視。其中磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)作為磁共振功能成像新興技術(shù)，對(duì)人體組織器官的水分子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，顯示大腦纖維束的走行及分布。通過聯(lián)合應(yīng)用該成像的幾種參數(shù)，擬明確參數(shù)的變化與TWMI的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集我院2020年1月至2022年4月20例TWMI患者為試驗(yàn)組，其中男15例，女5例，年齡20-64歲，平均年齡38歲，受傷原因有車禍傷、墜落傷、打擊傷等。記錄所有患者的具體損傷情況，分類管理。并選取20例健康人作為對(duì)照，入選者無腦外傷史、精神病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病史。所有患者及自愿者均可以安全的進(jìn)行MRI檢查，體內(nèi)沒有鐵磁性物質(zhì)，配合不佳或圖像不清晰者均剔除試驗(yàn)組，以保證試驗(yàn)質(zhì)量。

1.2 設(shè)備及掃描方法使用聯(lián)影uMR770 3T超導(dǎo)磁共振。主磁場(chǎng)梯度3T，最大磁場(chǎng)強(qiáng)度500T/m。梯度場(chǎng)切換率(slew rate，SR) 250mT/m/s，最大梯度容量50mT/m。所有試驗(yàn)組先行常規(guī)MRI檢查，T2WI主要參數(shù)：TR4679ms、TE104.4ms、THK5mm；T1WI主要參數(shù)TR2153ms、1.2ms、THK5mm；平掃FOV220×240。根據(jù)平掃圖像確定DTT掃描層面，層面數(shù)20層，采用平面回波echo planar imaging序列，主要參數(shù)TR5865ms、TE80.2ms、THK4mm，F(xiàn)OV230×250。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)果及分析原始數(shù)據(jù)傳至工作站后進(jìn)行后處理，先對(duì)產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校正，然后經(jīng)過工作站自帶軟件計(jì)算，經(jīng)過融合后，得到各種參數(shù)圖，包括表觀彌散系數(shù)圖(apparent diffusion coefficient，ADC圖)、部分各向異性圖(fractional anisotropy，F(xiàn)A圖)，然后選取兩側(cè)對(duì)稱的丘腦-基底節(jié)區(qū)作種子點(diǎn)，獲得三維纖維束的圖像3D diffusion tensor tractography，3D-DTT圖)。所有研究對(duì)象選取5個(gè)點(diǎn)，包括：胼胝體膝部(GCC)、傷側(cè)內(nèi)囊前肢(AIC)、后肢(PIC)、胼胝體壓部(SCC)、與傷側(cè)半卵圓區(qū)(SC)，以上為感興趣區(qū) (region of interest，ROI)，ROI面積均為26.6mm2，逐一計(jì)算ROI區(qū)域FA值、ADC值，選取電腦顯示的平均值。對(duì)照組選用和實(shí)驗(yàn)組同側(cè)的ROI進(jìn)行測(cè)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理所有所得數(shù)據(jù)使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行后處理，計(jì)量資料采用(±s)體現(xiàn)。比較TWMI組和對(duì)照組FA值、ADC值之間差異有無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行兩個(gè)組之間的比較，P＜0.05表示差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

20例TWMI患者中，主要損傷部位有兩側(cè)胼胝體、丘腦、內(nèi)囊、放射冠、半卵圓區(qū)、額/顳葉、腦干等。有挫傷、挫裂傷(伴出血)、血腫、白質(zhì)剪切傷等(見圖1-圖4)。

圖1-圖4 同一患者，女，63歲。圖1-圖2T1WI、T2WFLAIR示：左側(cè)額顳葉、基底節(jié)區(qū)腦挫裂傷，伴出血灶；圖3-圖4二維彩色FA圖、三維纖維束成像圖示：左側(cè)額顳葉、左側(cè)基底節(jié)區(qū)纖維束較右側(cè)缺損、稀疏。

2.1 試驗(yàn)組一般情況分析20例患者中腦損傷包括腦挫傷、挫裂傷、出血及血腫形成等，其中3例伴硬膜下血腫；2例硬膜外血腫；3例腦干損傷；8例顱骨骨折；2例蛛網(wǎng)膜下腔出血；1例白質(zhì)剪切傷；5例患者伴部分纖維束缺失。部分患者DWI圖、FA圖腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)紊亂，邊緣較模糊。

2.2 兩組ADC值比較兩組各部位ADC值通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)表明，TWMI組在4個(gè)ROI部位(包括GCC、AIC、PIC、SCC)ADC值相對(duì)于對(duì)照組均升高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，在半卵圓區(qū)(SC)部位P＞0.05，無顯著性差異。見表1。

表1 試驗(yàn)組和對(duì)照組各部位ADC值比較

2.3 兩組FA值比較同樣通過獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)兩組各部位FA值表明，TWMI組在5個(gè)ROI部位(包括GCC、AIC、PIC、SCC、SC)FA值相對(duì)于對(duì)照組均降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。見表2。

表2 試驗(yàn)組和對(duì)照組各部位FA值比較

3 討論

隨著磁共振成像技術(shù)的不斷發(fā)展，各種功能成像極大促進(jìn)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的診斷，以往的常規(guī)檢查對(duì)于神經(jīng)纖維束來說是無法觀察到的，但是DTI技術(shù)可以完整的觀察活體組織中纖維束的情況，顯示其走行是否完整、扭曲或缺損，對(duì)于各種病理狀態(tài)下纖維束的異常可以很好顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)中樞神經(jīng)纖維精細(xì)成像，其中對(duì)于TWMI患者來說，DTI可以定量、直觀顯示纖維束的受損情況。

水分子的彌散是用彌散系數(shù)(diffusion coefficient，DC)這個(gè)參數(shù)來表示的，因在人體組織中，彌散系數(shù)受組織內(nèi)的多因素影響，故通常用表觀彌散系數(shù)(apparent DC，ADC)來表示。對(duì)于人體組織來說，ADC值與細(xì)胞的數(shù)量和體積的大小有關(guān)。細(xì)胞數(shù)量減少或體積縮小會(huì)造成ADC值升高。應(yīng)用到白質(zhì)纖維束中的話，髓鞘結(jié)構(gòu)以及纖維束出現(xiàn)病變時(shí)會(huì)造成ADC值的異常。當(dāng)完整性被破壞時(shí)，水分子彌散自由度增加，ADC值將相應(yīng)增高。本研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組損傷腦白質(zhì)有4個(gè)感興趣區(qū)(GCC、SCC、AIC、PIC)的ADC值均明顯高于對(duì)照組(P＜0.05)。SC部位P＞0.05，無顯著性差異，分析可能與本組損傷部位有關(guān)，本組患者損傷部位在腦干、基底節(jié)區(qū)居多，位于額頂部的SC區(qū)差異略減低(P略大于0.05)。

在人體各個(gè)部位組織結(jié)構(gòu)不同，水分子的彌散是受顯著影響的，具有各向異性。特別是對(duì)于纖維束這樣的結(jié)構(gòu)來說，只有在纖維束走行方向上水分子彌散是相對(duì)自由的，對(duì)于其它方向明顯受限制，具有較高的各向異性。為從數(shù)學(xué)上描述水分子的空間彌散程度，又引入了張量的概念，二者結(jié)合起來分析，最常用的參數(shù)即部分各向異性指數(shù)(FA)，表示彌散的各向異性部分在彌散張量總值中所占比值，反應(yīng)了各向異性成分在整體彌散程度中的比例，數(shù)值在0～1之間。腦白質(zhì)中FA值與纖維束的完整性呈正相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，腦外傷患者5個(gè)感興趣區(qū)(GCC、SCC、AIC、PIC、SC)的FA值均明顯減低，即表明髓鞘的完整性、纖維的致密性及平行性受到破壞。DTI檢查，能反映其腦組織損傷情況，其中FA值、ADC值在評(píng)估腦損傷程度中具有重要價(jià)值。對(duì)某些輕度顱腦外傷或者輕度神經(jīng)癥患者存在腦白質(zhì)完整性的損害,患者腦器質(zhì)性的損害是產(chǎn)生某些臨床癥狀的基礎(chǔ)，通過研究測(cè)量FA值和ADC值等參數(shù)可以明確患者的大腦組織結(jié)構(gòu)的損害程度，客觀評(píng)價(jià)傷情[1-2]。Sung Ho Jang等[3]指出，DTI在常規(guī)腦部CT或MRI結(jié)果為陰性的頭部創(chuàng)傷后的患者中檢測(cè)外傷性軸索損傷具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本組病例伴彌漫性軸索損傷較少，無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，故以后在彌漫性軸索損傷患者中的參數(shù)的異常變化值得進(jìn)一步研究。

研究表明，DTI成像不僅對(duì)常規(guī)磁共振發(fā)現(xiàn)異常的外傷患者有用，還對(duì)檢測(cè)常規(guī)磁共振檢查陰性的輕度損傷的患者有幫助。廖昆等[4]研究了40例腦外傷患者，證實(shí)FA值可以反映腦外傷患者的異常情況，一方面結(jié)構(gòu)損傷的患者FA值明顯降低，另一方面部分常規(guī)MRI檢查未見結(jié)構(gòu)異常的輕癥患者，F(xiàn)A值也發(fā)現(xiàn)異常改變，表明 通過DTI檢查有助于對(duì)神經(jīng)纖維束微小結(jié)構(gòu)受損進(jìn)行早期發(fā)現(xiàn)，有助于TAI的早期診斷，及早進(jìn)行臨床干預(yù)，防止病情進(jìn)展。葉宏達(dá)等[5]研究了DTI在一組急性期輕度腦外傷患者中的應(yīng)用，認(rèn)為通過測(cè)量急性期輕度外傷患者的FA值及ADC值，有助于發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維束等微觀結(jié)構(gòu)是否有異常，對(duì)后續(xù)的治療提供客觀的證據(jù)支持。陳水斌等[6]研究了一組腦外傷患者，使用DTI技術(shù)用于腦外傷的檢查，明顯好于常規(guī)影像檢查手段，對(duì)于白質(zhì)是否出現(xiàn)損傷以及損傷程度，特別是常規(guī)手段不能發(fā)現(xiàn)的患者，通過測(cè)量FA值可以比較敏感的發(fā)現(xiàn)，防止漏診，更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)患者的情況，指導(dǎo)預(yù)后。

DTI不僅能夠檢測(cè)到TWMI的存在，還可以觀察病變隨著時(shí)間推移的變化。Ana Luiza Zaninotto等[7]對(duì)一組患者腦損傷后2、6和12個(gè)月分別進(jìn)行評(píng)估，和對(duì)照組比較，實(shí)驗(yàn)組胼胝體膝部、體部及壓部的FA值均減低，且隨時(shí)間的推移，F(xiàn)A值進(jìn)行性減低。Brenda Bartnik-Olson等[8]研究了腦外傷后兒童患者在損傷后早期和12個(gè)月時(shí)白質(zhì)損傷的演變，在兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行DTI檢查，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組及受傷伊始的檢查相比，到12個(gè)月時(shí)，實(shí)驗(yàn)組不僅觀察到FA值普遍下降、ADC值增加，且DTI指標(biāo)異常的ROI的總數(shù)也在增加。DTI不僅可以量化、客觀評(píng)價(jià)不同級(jí)別腦損傷程度和分布特點(diǎn)，而且可根據(jù)白質(zhì)損傷程度評(píng)估患者康復(fù)期認(rèn)知功能所處客觀情況。測(cè)量DTI參數(shù)可探究髓鞘、軸索的損傷程度，進(jìn)而確定TBI認(rèn)知障礙的責(zé)任腦區(qū)，為臨床早期干預(yù)提供客觀依據(jù)[9]。

DTI對(duì)腦白質(zhì)纖維束的顯示是一個(gè)巨大的進(jìn)步，但是也有固有的缺陷，除了具有常規(guī)MRI檢查的所有缺點(diǎn)，也具有更多的限制，包括對(duì)設(shè)備功能的要求，操作者人為因素的差異。因此有人在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將血氧水平依賴腦功能成像(BOLD)聯(lián)合運(yùn)用靜息態(tài)DTI評(píng)估腦解剖與腦功能的關(guān)系，通過BOLD對(duì)腦皮質(zhì)功能區(qū)的代謝變化進(jìn)行定位，再通過DTI顯示纖維束，從而將神經(jīng)功能與神經(jīng)解剖結(jié)合在一起，為臨床提供量化可見的病變證據(jù)，指導(dǎo)輕度腦外傷的診治和預(yù)后[10]。

總之，DTI是一種靈活的量化白質(zhì)完整性的方法，當(dāng)常規(guī)成像正常時(shí)，它提供了一種診斷臨床上明顯的白質(zhì)損傷的方法，一方面它可以通過測(cè)量ADC、FA值等參數(shù)的變化，量化的反映纖維束的損傷，另一方面可以通過DTT直觀的顯示纖維束的中斷、分離和缺失等異常。綜合運(yùn)用DTI技術(shù)量化參數(shù)可作為評(píng)估TWMI患者病情嚴(yán)重性與預(yù)后情況的有力工具。