小腦共濟失調型多系統萎縮腦干白質定量DTT研究

何冠勇，劉遠健，馮飛，劉漢橋，劉陽，劉鵬程

·中樞神經影像學·

小腦共濟失調型多系統萎縮腦干白質定量DTT研究

何冠勇，劉遠健，馮飛，劉漢橋，劉陽，劉鵬程

目的探討小腦共濟失調型多系統萎縮(MSA-C)患者腦干相關白質纖維的定量擴散張量纖維束成像特征。方法搜集MSA-C型患者11例(MSA-C組)及健康志愿者11例(對照組)，行常規MRI及擴散張量成像(DTI)檢查，利用纖維束追蹤成像法重建小腦上、中、下腳及錐體束，并測量其FA值和纖維條數。結果MSA-C組小腦中腳、下腳及錐體束的FA值(0.458±0.019，0.372±0.010，0.494±0.016)較對照組(0.476±0.016、0.405±0.023、0.524±0.012)降低(P<0.05)；小腦中腳、下腳及錐體束的纖維條數(373±76、72±23、173±35)較對照組(1544±156、116±37、311±94)降低(P<0.05)。MSA-C組小腦上腳的FA值(0.481±0.010)與對照組(0.474±0.012)比較差異無統計學意義(P>0.05)；MSA-C組小腦上腳纖維條數(634±50)與對照組(686±117)比較差異無統計學意義(P>0.05)。結論小腦中、下腳及錐體束的FA值和纖維條數的測量能從一個側面反映MSA的病變特征。

多系統萎縮；小腦腳；錐體束；擴散張量成像；磁共振成像

多系統萎縮(multiple system atrophy，MSA)是一種少見的成年人進展性神經變性疾病，表現為小腦共濟失調、帕金森綜合征、自主神經紊亂等[1]；神經病理學研究可見膠質細胞出現包涵體、膠質增生、皮質橋腦小腦束的脫髓鞘、軸突丟失及橋腦、豆狀核、黑質神經核的神經元細胞丟失[2]。本文采用擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)研究小腦共濟失調型多系統萎縮(multiple system atrophy-cerebellar ataxia,MSA-C)小腦上、中、下腳及錐體束，旨在探討MSA-C型患者腦干相關白質纖維的DTI成像特征。

材料與方法

1.研究對象

搜集MSA-C型患者11例(患者組)，11例均為右利手，其中男6例，女5例，平均年齡56歲(47～64歲)。搜集健康志愿者11例(對照組)，年齡性別均與患者組相匹配。本組研究MSA-C的臨床診斷按照統一的標準[1]，MSA-C型患者的病程為(3.4±1.5)年，11例患者皆為MSA-C型。

2.檢查方法

MRI檢查采用Siemens Magnetom Avanto型1.5T磁共振成像儀及Siemens AG 2008工作站完成數據收集和后處理。

軸面T2WI掃描參數：TR 4000 ms，TE 89 ms，激勵次數1，視野230 mm×230 mm，層厚5 mm，層間距1.5 mm，軸面掃描層面平行于前后聯合線。

多平面重組圖像(mutiplanar reformation，MPR)掃描參數：TR 1900 ms，TE 3.37 ms，TI 1100 ms，激勵次數1，視野256 mm×256 mm，體素為1.0mm×1.0 mm×1.0 mm，采集時間235 s。

DTI掃描參數: 對所有受試對象采用自旋-平面回波序列進行掃描，采用20個擴散敏感梯度方向，b值=0、1000 s/m2，TR 5100 ms，TE 100 ms，視野250 mm×250 mm，體素2.0 mm×2.0 mm×3.0 mm，激勵次數2，層間距0.9 mm，采集時間231 s。

3.DTI后處理

將采集的DTI數據傳至工作站(SIEMENS AG 2008 workstation)，利用Siemens纖維束跟蹤軟件tractography技術進行處理，參數如下：①小腦上腳連接纖維，角度閾值10°，FA 閾值0.15，步長1 mm，每體素內采樣數目4；②小腦中腳，角度閾值30°，FA 閾值0.2，步長0.55 mm，每體素內采樣數目2；③小腦下腳，角度閾值45°，FA 閾值0.15，步長0.4 mm，每體素內采樣數目2；④錐體束：角度閾值30°，FA 閾值0.2，步長0.55 mm，每體素內采樣數目2。

圖1 MSA-C型患者。a) T2WI示小腦半球及腦橋不同程度萎縮伴腦橋類似“十”字形的長T2信號改變(箭)；b) 冠狀面MPR解剖圖與Tensor圖融合成像示小腦上腳(短箭)及小腦下腳(長箭)的感興趣區；c) 橫軸面MPR解剖圖與Tensor圖融合成像示小腦中腳(短箭)及錐體束(長箭)的感興趣區。圖2 MSA-C型患者經纖維追蹤重建后的纖維束。a) MPR圖與重建的小腦上腳融合成像示小腦上腳(箭)起源于齒狀核門，經過橋腦、中腦，部分延伸至同側丘腦區；b) MPR圖與重建的小腦中腳融合成像示明顯稀疏的連接橋腦及雙側小腦半球的小腦中腳(箭)；c) MPR圖與重建的小腦下腳融合成像示纖細的小腦下腳(箭)起源于延髓背側，經過橋腦并在上橋腦水平延伸至小腦前葉的蚓部；d) MPR圖與重建的錐體束融合成像示錐體束(箭)經過腦干一直上升到內囊、放射冠，最后達大腦皮層。

4.常規MRI及DTI圖像評價

在工作站中打開Neuro3D任務卡，裝載MPR解剖圖像數據，后加載DTI掃描自動生成的Tensor圖，兩者融合成像。再激活纖維束成像模式，使用工作站提供的兩種成像方法，即單個播散點(開始區域)的纖維束成像和在兩個不同播散點(開始區域和目標區域)之間的纖維束成像。最后分別對MSA-C型患者及健康志愿者小腦上、中、下腳及錐體束行纖維束成像，并記錄相應纖維束FA值及纖維條數。

全部MRI及DTI纖維束追蹤成像圖像由一位有經驗的放射科醫師進行3次盲法重建并評價，取平均值。

統計學分析采用SPSS Statistics17.0統計軟件，對MSA-C型患者組及對照組的小腦上腳、中腳、下腳、錐體束的FA值及纖維條數首先進行正態性檢驗，符合正態分布后行方差齊性檢驗；若方差齊則行獨立樣本t檢驗，若方差不齊則行近似t檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

結果

在常規T1WI圖上，7例患者表現出不同程度的小腦半球、小腦中腳、腦橋萎縮，且在T2WI圖上可見腦橋中部出現“十字征樣”的高信號(圖1a)。通過軸面或冠狀面可設定小腦上、中、下腳及錐體束的感興趣區(圖1b、c)，經纖維束追蹤可清楚探測到三對小腦腳及錐體束的解剖結構通路(圖2)，記錄相應FA值及纖維條數(圖3、4)。組間比較發現，MSA-C組小腦中腳、下腳及錐體束的FA值(0.458±0.019、0.372±0.010，0.494±0.016)較健康對照組(0.476±0.016、0.405±0.023、0.524±0.012)減低(t1=-2.23，t2=-4.332、t3=-4.849，P<0.05)；小腦中腳、下腳及錐體束的纖維條數(373±76、72±23、173±35) 較健康對照組(1544±156、116±37、311±94)降低(t1=-22.363、t2=-3.415、t3=-4.562、P<0.05)。MSA-C組小腦上腳的FA值(0.481±0.010)與健康對照組(0.474±0.012)比較差異無統計學意義(t=1.40，P>0.05)；MSA-C組小腦上腳纖維條數(634±50) 與健康對照組(686±117)比較差異無統計學意義(t1=-1.366，P>0.05)。

圖3 MSA-C型患者組與健康對照組腦干相關白質的FA值比較。圖4 MSA-C型患者組與健康對照組腦干相關白質的纖維條數比較。

討論

MSA是一組成人發病、散發性神經系統變性疾病，臨床上常分為兩個亞型，分別為MSA-P帕金森樣型和MSA-C小腦共濟失調型，MSA-C型臨床表現為進行性步態和肢體共濟失調，伴構音障礙和眼球震顫，主要宏觀病理改變為嚴重的小腦、小腦中腳、橋腦腹側以及橄欖核萎縮。

為了提高MSA的檢出率，許多學者通過不同的量化方法來探討具有診斷價值的影像征象。宏觀上，有研究發現腦橋的橫徑縮短可以客觀反映MSA患者腦橋的萎縮，且MSA-C型患者更易出現第四腦室的擴大和小腦中腳萎縮[3]。陸菁菁等[4]應用DTI技術發現MSA患者在黑質紋狀體投射局部的FA值較正常人下降，從而可定量研究MSA的改變。還有研究應用擴散張量纖維束追蹤成像(diffusion tensor tractography，DTT)技術研究發現MSA-C型患者中與小腦相關的白質網絡拓撲組織結構破壞與臨床共濟失調嚴重程度相關[5]。

DTT首先設定感興趣種子點區，然后按照一定的步長根據最大特征向量從正反兩個方向逐步延長，顯示纖維束行走的方向和數目改變[6]。值得注意的是，重建圖像的纖維條數并不是真正的白質纖維，而是連接張量模型最大特征向量方向所形成的流線型框架，這與腦白質纖維內部水分子擴散狀態類似。測量重建纖維束的纖維條數在一定程度上反映了腦白質纖維數目，從而能對腦白質改變情況做出直觀評價。雖然DTI張量模型本身具有不確定性，以及隨機噪聲影響出現追蹤方向估計的誤差，但它是目前唯一能在活體近似顯示腦白質纖維束的無創成像方法，可定量計算出目標纖維束的擴散特性，描繪出纖維束的輪廓形態[7]。

本研究通過擴散張量纖維束追蹤成像重建MSA-C型患者腦干內小腦上、中、下腳及錐體束。為了能精確定位在腦部特定區域，筆者采用了MPR序列三維T1WI解剖結構圖，該序列不僅能增加灰白質對比，提高T1WI的信噪比，而且能確保感興趣區設定在標準的解剖位置上，因而能獲得較好的重復性。根據小腦上、中、下腳及錐體束的走行特點[8，9]，筆者采用了不同的重建條件以去除與目標解剖結構不相關的白質纖維。首先，小腦上腳及錐體束形態走行趨于直線，分支纖維較少，角度閾值設定可較低；而小腦中腳及下腳白質纖維走行角度大，角度閾值設定可較大。其次，根據所研究纖維束的大小，通過提高體素內采樣數目以更好地顯示較小纖維束的走行，如小腦上腳。最后，當纖維束在一個感興趣區內很難與其他白質纖維分離時，通過只顯示穿過兩個感興趣播散區(開始區域和目標區域)之間的白質纖維來成像，如小腦中腳需聯合冠狀面及矢狀面兩處感興趣區來重建。

臨床上常用FA值來評價MSA纖維束髓鞘損傷的形態改變[10]，因為MSA-C是累及全身的神經變性疾病，病變程度基本兩側對稱，所以在評價時可取其雙側纖維束DTI參數的平均值。筆者發現MSA-C型患者的雙側小腦上腳纖維條數及FA值與健康志愿者差異無統計學意義，這與以往MSA-C型患者病變未累及小腦上腳的報道一致[11]。MSA-C型患者的雙側小腦中腳的FA值及纖維條數較健康志愿者減少，且橋腦腹側白質纖維多出現中斷破壞改變，反映了MSA-C型患者皮質腦橋小腦功能聯系的障礙；另外小腦中腳的纖維條數比FA值下降幅度更明顯，提示小腦中腳纖維條數可能是早期病變的敏感指標。MSA-C型患者的雙側小腦下腳及錐體束的FA值和纖維條數都較健康志愿者有所下降，反映脊髓小腦前束、紅核小腦束及頂蓋小腦束存在損害；而上述FA值及纖維條數的改變可能與因髓磷脂缺乏造成軸突損傷的脫髓鞘改變有關[11]。

本研究采用FA值及纖維條數值探討MSA-C型患者腦干白質的影像特征，充分發揮了DTI在腦白質纖維成像中的優勢。本研究仍存在一些不足：MSA-C組病例數量較少；在后處理中，纖維束成像方法仍存在問題有待解決，如DTI成像序列的限制、部分容積效應難以避免，這些都會影響纖維束追蹤方向的判斷。為盡量減少部分容積效應的影響，本研究在掃描過程中增加了掃描層數，在測量過程對所選擇的感興趣區的上下層面都要求避開鄰近腦脊液，并同時重復測量3次取平均值。

綜上所述，本文采用DTT評價MSA-C型患者腦干及小腦相關白質改變，發現MSA-C型患者小腦下腳及錐體束的纖維條數及FA值有下降趨勢，小腦中腳的纖維條數下降明顯，DTT可對MSA-C型患者腦干白質病理改變進行評價。

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QuantitativediffusiontensorimagingofMSA-Cchangesinbrainstemwhitematter

HE Guang-yong,LIU Yuan-jian,FENG fei,et al.

Department of Radiology,Peking University Shenzhen Hospital,Guangdong 518036,P.R.China

Objective：To study the changes of quantitative diffusion tensor tractography (DTT) values of brainstem white matter in patients with multiple system atrophy-cerebellar ataxia (MSA-C).MethodsConventional T2WI MRI and DTI were performed in 11 clinically proved MSA patients and 11 healthy volunteers.The superior cerebellar peduncle (SCP),the middle cerebellar peduncle (MCP),the inferior cerebellar peduncle (ICP) and pyramidal tracts (PT) were reconstructed.The fractional anisotropy (FA),number of streamlines of SCP/MCP/ICP and PT were compared between groups.ResultsIn comparison with the control group，MSA-C decreased significantly in FA value of MCP (0.458±0.019 and 0.476±0.016 respectively),ICP(0.372±0.010 and 0.405±0.023 respectively),PT (0.494±0.016 and 0.524±0.012 respectively) and also decreased in the number of streamlines of MCP(373±76 and 1544±156 respectively),ICP (72±23 and 116±37 respectively)and PT (173±35 and 311±94 respectively，P<0.05).There were no significant differences in FA value of SCP (0.481±0.010 and 0.474±0.012 respectively) and in the number of streamlines of SCP (634±50 and 686±117 respectively) between MSA-C group and the control group (P>0.05).ConclusionThe FA value and number of streamlines can sensitively reflect MCP、ICP and PT neural fiber pathological changes in MSA-C patients.

Multiple system atrophy；Cerebellar peduncle；Corticospinal tract；Diffusion tensor imaging；Magnetic resonance imaging

518036 廣東，北京大學深圳醫院醫學影像中心

何冠勇(1987-)，男，廣東廣州人，碩士研究生，住院醫師，主要從事腦功能成像研究工作。

劉遠健，Email：healthl@163.com

深圳市科技研發資金資助項目(JCYJ20130402114019 655)

R742; R445.2

A

1000-0313(2014)05-0517-04