彌散張量成像在缺血性腦卒中的應用研究進展

邵晨蘭 綜述，余 茜審校

SHAO Chen-lan，YU Qian

(1.瀘州醫學院，四川 瀘州646000 ;2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院川港康復中心，四川 成都610072)

核磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種水彌散成像技術，通過水分子的彌散定量反映大腦白質及深部灰質的微結構改變。DTI 可以無創地跟蹤腦內白質纖維并顯示腦內病變對白質纖維形態結構直接或間接的影響，目前在腦血管意外診斷、判斷預后等方面的研究中取得了一定進展。本文主要分析DTI 基本原理及其在缺血性腦卒中的應用研究進展。

1 DTI 的基本原理及常用參數

DTI 是在磁共振彌散加權成像(DWI)基礎上發展起來的一種成像方法，通過在DWI 的基礎上施加多個線性方向的敏感彌散梯度而測量水分子在各個方向上彌散的程度。人體內的水分子同體外水分子的運動不同，它受組織細胞本身特征和細胞內部結構的影響。在均勻介質中，水分子任何方向的彌散系數都相等，稱為各向同性彌散(isotropic diffusion)，即彌散不受方向的限制。平均彌散率(mean diffusivity，MD)可反映彌散張量的各向同性。在大腦白質中由于神經纖維束具有固定排列順序，水分子在各個方向的彌散是不同的，通常更傾向于沿著神經纖維束走行的方向進行彌散，而很少沿著垂直于神經纖維束走行的方向進行彌散，這稱為各向異性彌散(anisotropic diffusion)。DTI 成像的基本原理就是水分子在不均勻介質中的彌散具有各向異性特征。定量評價彌散張量各向異性的指標有:各向異性分數(fractional anisotropy，FA)、相對各向異性(relative anisotropy，RA)、容積比(volume ratio，VA)等，其中FA 是描述彌散張量各向異性特征的最常用參數之一，其范圍在0 ～1，0 代表最大各向同性彌散，1 代表最大各向異性彌散，臨床上主要用來反映發育過程中腦白質的髓鞘化程度或變性病中纖維束的破壞。其大小與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性有密切關系，能夠反映白質纖維是否完整。FA 值越大，神經傳導功能越強［1］。

2 DTI 在缺血性腦卒中的應用研究

2.1 缺血性腦卒中認知障礙 大腦認知功能障礙是缺血性腦卒中患者最常見的功能障礙之一，以往影像學研究者對認知障礙的研究多集中在大腦皮質的改變，如血氧水平依賴性功能磁共振成像(BOLDfMRI)技術對認知障礙在大腦皮層的功能定位，但認知功能不僅基于大腦皮層的激活，更重要的是基于這些功能區之間白質纖維束的連接，有研究發現認知障礙的患者腦白質區存在廣泛的微結構改變［2］。Gold 等［3］研究發現皮層小梗塞和腦室周圍白質脫髓鞘病變可明顯影響認知功能。徐群等［4］發現皮質下缺血性腦血管病患者的語言功能和視空間功能與MD 或FA 值之間沒有相關，提示這兩項認知功能不主要依賴于皮質下結構的完整性。劉中華等［5］對單側腦室旁輻射冠區和(或)半卵圓中心的腦梗死患者進行研究發現腦梗后1 周、2 月、6 月病灶側海馬區FA 值下降，認為皮層下腦梗死患者存在病變同側海馬相關神經纖維的繼發性遠隔損害，并可能影響認知功能的恢復。Reijmer 等［6］研究17 例腔隙性腦梗死患者，發現傳統磁共振顯示出的腔梗灶向上2 cm 處的白質FA 值下降，這部分受影響的白質可能和皮質下腦梗死患者認知障礙有關。Williamson 等［7］對發病后3 ～6 個月的缺血性腦卒中患者行DTI 檢查，同時評估患者工作記憶、注意力、言語功能、視空間功能、情緒等，發現大腦額葉和頂葉白質與認知和情緒更密切相關。另外也有學者對老年腦卒中患者行DTI 檢查發現認知加工速度、注意力與額葉白質有關，記憶障礙和顳葉白質有關［8，9］。

2.2 缺血性腦卒中運動障礙 腦梗死后約3/4 以上的患者會殘留不同程度的肢體功能障礙，運動功能的恢復直接影響到患者的生活質量。磁共振彌散張量成像可以有效觀察腦梗死后白質纖維束損傷變性、梗死灶和纖維束的關系及判斷療效、評估運動功能預后等。Koyama 等［10］對發病后14 ～18 天的輻射冠區腦梗死患者進行DTI 檢查，1 個月后采用Brunnstrom 量表評估患者上肢、下肢和手功能分級，發現大腦腳FA 值與上肢和下肢運動功能分級都存在相關。梁志堅等［11］研究發現腦梗死后遠端神經纖維繼發性損害可以發展到頸髓部位，這種繼發性損害在腦梗后12 周內逐漸加重，并且頸髓皮質脊髓束的繼發性損害可能延緩患者運動功能的恢復。Liu 等［12］對缺血性腦卒中患者在發病后不同時期測大腦腳皮質脊髓束FA 值、ADC 值，并取患側與健側比值rFA、rADC，8 個月后對患者運動功能進行評分，發現腦梗死2 周后的FA 值、rFA 值和遠期運動功能恢復有關。Lindenberg 等［13］研究35 例慢性腦卒中患者，發現患側大腦所有下行運動纖維束的數量和FA 值與錐體束相比能更好預測運動功能障礙。因此，DTI 在腦梗死后可通過對梗死側皮質脊髓束FA 的計算判斷其變性程度，并預測患者的運動功能轉歸。彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年來MRI 技術的一項重大進展，它是利用彌散張量的數據，來重建大腦白質纖維束的三維圖像，可顯示纖維束的立體形態，也可顯示梗死灶與纖維束的關系，如接近、穿行(部分、完全)、中斷等。Nelles 等［14］研究脈絡膜前動脈梗死的患者，發現皮質脊髓束穿過梗死灶和中斷的患者3 個月后運動功能評分差，而梗死灶大小與運動評分無相關。劉樹榮等［15］通過腦梗死后皮質脊髓束分級與肢體運動功能評分(FMS)進行分析發現患者運動功能恢復與皮質脊髓束的DTT 分級呈負相關，DTT 分級越高，治療后FMS 評分越低，腦梗死后纖維束中斷的患者運動恢復不佳。

2.3 缺血性腦卒中診斷 DWI 對超急性及急性腦缺血的定性、定位診斷的臨床價值已被公認。聯合運用DTI 腦梗死分期可以更準確［16］。劉青蕊等［17］發現不同時期腦梗死病灶其FA、ADC 值有一定規律變化，FA 值在超急性期無明顯變化，在急性期、亞急性期及慢性期逐漸降低，ADC 值在超急性期、急性期明顯減低，亞急性期逐漸恢復接近于健側，慢性期再度增高。也有學者研究在腦梗死超急性期FA值是升高的。超急性期FA 值增高的原因［20］可能是由于腦組織處于細胞毒性水腫期，髓鞘纖維腫脹，纖維束間隙變小、細胞外間隙迂曲，垂直纖維走形的水分子彌散受限，相對應的FA 值升高。Bhagat等［18］研究13 例缺血性腦卒中患者，分別在發病超急性期(2.5 ～7 h)和急性(21.5 ～29 h)測患者大腦梗死區域FA 值、MD 值，發現在超急性期13 例患者中有9 例FA 值在深部白質、皮質下白質、深部灰質、皮質灰質的至少一個組織中是增大的;急性期13 例患者中有11 例FA 值在至少一個組織中是降低的;發病24 小時以后rFA 降低穩定。Puig 等［19］分析48 例發病(﹤12 h)缺血性腦卒中患者，分別測大腦兩側皮質灰質、深部灰質、皮層下白質和深部白質皮質脊髓束的FA 值、MD 值、ADC 值，取大腦患側與健側比值rFA、rMD、rADC，發現其中深部白質皮質脊髓束的rFA 對分辨發病小于4.5 小時的腦梗死最可靠。DTI 也有助于確定半暗帶及其治療時間窗。腦梗灶中心壞死區的神經損傷是不可逆的，但圍繞在壞死區周圍的缺血半暗帶組織損傷是可逆的。鐘進等［20］應用MR 擴散張量成像技術對急性腦梗死行動態觀察，認為在缺血的超急性期，急性期病灶的邊緣區存在半暗帶組織，其治療的時間窗可擴展為24 小時。因此超急性腦梗塞快速的診斷和治療對患者預后有重大影響，當腦梗塞由超急性期過度到急性期，腦細胞開始壞死，治療效果不理想。

3 DTI 的不足與展望

DTI 作為一種新的影像學技術，在腦梗死中的研究還處于早期階段，有其不可忽視的局限性，主要有掃描和采集數據的方法不同、部分容積效應的影響、噪聲及偽影問題、圖像分辨率低，較小的纖維束顯示不清或不能顯示等，但是相信隨著影像學技術的發展，這些缺點會得到解決。未來DTI 與fMRI、腦電圖等的有效結合，在研究腦結構和功能之間的關系、神經認知等方面應該可以有更大的發展空間。

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