腦干華勒氏變性的DTI研究

楊麗娟，孟志華，程 英(汕頭大學醫學院附屬粵北人民醫院影像科，韶關 512025;通訊作者，E-mail:zhihua_meng@163.com)

華勒變性是一種最常見的原發性腦損傷后繼發遠隔部位神經元變性，在腦卒中患者中多見，對患者的運動、感覺、語言及智能等造成不同程度的功能障礙［1］。近年來隨著功能性MRI技術的發展，磁共振彌散張量成像的臨床應用對腦梗死定量研究、神經纖維損傷及判斷臨床預后等方面有了更深入的研究，可以早期檢測到華勒氏變性，為臨床醫生提供重要的信息，以便對患者進行早期診斷、早期治療，降低患者致殘率、致死率。了解皮質脊髓束受損后華勒氏變性的過程，將有助于改善腦梗死患者的運動功能，提高日常活動和社會生活的能力［2］。雖然常規MRI和彌散加權成像對急性腦梗死可作出早期診斷，但對腦組織神經纖維損傷的評估缺乏特異性。DTI是在DWI基礎上發展起來的一種新型磁共振成像技術，可在三維空間內定量分析組織內水分子的彌散運動，清晰勾畫腦內主要白質纖維束的走行及空間分布，顯示腦內病變對白質纖維束形態結構的直接或間接影響，是目前唯一無創性活體研究腦白質纖維形態結構的方法［3］。腦梗死是一種常見的老年性疾病，具有較高的致殘率和致死率，而腦梗死后腦干華勒氏變性是一種最常見的原發性腦損傷后繼發遠隔部位神經元變性。對于腦梗死后在梗死灶遠端白質纖維是否發生繼發性變性研究，已在動物實驗和尸體解剖的病理檢查上得到證實［4］。本研究中利用彌散張量成像對腦干神經纖維彌散程度及皮質脊髓束的改變進行研究，為腦梗死定量研究、判斷預后提供重要依據，以往文獻對梗死后腦干的華勒氏變性的報道較少;近年來許多學者通過動物實驗研究腦梗死后華勒氏變性的病理生理過程，但缺乏可視性。聯合運用多種MR成像技術研究華勒氏變性，可使其病程變化變得可視化。本研究主要利用彌散張量成像進一步了解非腦干梗死引起腦干FA值、ADC值變化情況及其規律，以期對華勒氏變性有更深入的了解。

1 材料和方法

1.1 臨床資料與分組

選擇2013-02-01～2013-11-24非腦干梗死患者54例，年齡33-89歲。入選標準:①病灶在大腦半球及(或)小腦，腦干本身沒有明確病灶;②符合1995年第四屆全國腦血管病學術會議通過的《各類腦血管病診斷要點》中腦梗死的診斷標準，并經頭顱CT或MRI檢查證實，并且頭顱CT或MRI顯示的責任病灶與臨床癥狀相符。排除標準:①腦干病變者;②中樞神經系統其他病變，包括腫瘤、癲癇、神經精神病變等;③有腦部手術史者等。非腦干梗死組包括急性期16例、亞急性期16例、慢性期16例、陳舊梗死再發急性期6例，而非腦干梗死組中初發腦梗死按照病程分為三期，即急性期(n=16)、亞急性期(n=16)、慢性期(n=16);腔隙性梗死組(病灶直徑＜1.5 cm，n=27)和梗死面積較大組(病灶直徑＞1.5 cm，n=27)。另選40例同時間段及年齡段的對照組(體檢者或健康志愿者)，入選標準:①腦實質未見病變;②沒有其他器質性病變。

1.2 MRI檢查序列及參數

所有檢查均采用美國GE1.5T(Signa HDxt)磁共振對所選94例受試者進行腦部常規MRI及DTI成像，DTI采用 EPI序列，TR=8 000.0 ms，TE=98.3 ms，層厚5 mm，層間距 0 mm，矩陣 128 ×128，FOV=240 mm，NEX=1，b=1 000 s/mm2，15 個擴散敏感梯度方向，掃描范圍為全腦。

1.3 圖像分析

檢查完成后，將所有數據傳輸至AW 4.5工作站，將感興趣區分別置于3個平面，即延髓上端﹑腦橋腹側兩側及中腦兩側大腦腳，ROI大小約91-96 mm2，應用 FUNCTOOL重建 ADC圖及 FA圖，獲得皮質脊髓束形態圖，同時測量其ADC值和FA值，進行定量分析。

1.4 數據統計分析

使用SPSS18.0軟件包對數據進行統計學分析。非腦干梗死組中初發腦梗死不同時期的FA值、ADC值比較，采用多個獨立樣本檢驗，即單因素ANOVA檢驗，先進行總體檢驗，有差異時，再進行兩兩對比檢驗;對照組與非腦干梗死組以及腔隙性梗死組(梗死灶直徑＜1.5 cm)與梗死面積較大組(梗死灶直徑＞1.5 cm)的ADC值和FA值的比較，采用兩獨立樣本t檢驗，計量資料以±s表示，P＜0.05為差異有統計學意義，取95%可信區間。

2 結果

2.1 非腦干梗死組與對照組FA值、ADC值比較

非腦干梗死組腦干FA值、ADC值明顯降低，與對照組比較，差異有統計學意義(P＜0.000 1，見表1)。

表1 非腦干梗死組與對照組FA值及ADC值對比Table 1 Comparison of FA and ADC values between control group and non-brainsteminfarction group

2.2 梗死面積不同的FA值及ADC值比較

腔隙性梗死灶與梗死面積較大患者的FA值及ADC值對比，均差異有統計學意義(P＜0.05，見表2)。

表2 梗死面積不同FA值及ADC值對比Table 2 Com parison of FA and ADC values among patients with different infarction area

2.3 非腦干梗死組中初發腦梗死不同期FA值、ADC值對比

非腦干梗死組不同病程ADC值和FA值比較，差異有統計學意義(均P＜0.05)。①急性期、亞急性期及慢性期腦干FA值組間比較，差異有統計學意義(P＜0.05)。②急性期、亞急性期及慢性期腦干ADC值組間比較，差異有統計學意義(P＜0.05)。③急性期、亞急性期、慢性期FA值呈逐步降低的趨勢，而急性期及亞急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高趨勢(見表3)。

表3 初發性非腦干梗死不同期FA值、ADC值對比Table 3 Comparison of FA value and ADC value among primary non-brainsteminfarction patients at different stages

2.4 影像學表現

急性期、亞急性期、慢性期非腦干梗死及腦干皮質脊束來形態及信號變化在不同重建圖上的典型表現見圖 1-3(見第248，249，250 頁)。

圖1 左側大腦半球(左側額顳葉)腦梗死急性期在不同重建圖的表現Figure 1 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(the left frontal temporal lobe)at acute phase

圖2 右側大腦半球(右側基底節區及右側枕葉)腦梗死亞急性期在不同重建圖表現Figure 2 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the right cerebral hemisphere(the right side of basal ganglia and right occipital lobes)at subacute stage

圖3 左側大腦半球(左側顳葉)腦梗死慢性期在不同序列表現示意圖Figure 3 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(left temporal lobe)at chronic stage

3 討論

彌散張量成像提供有關水擴散的性能，擴散各向異性的程度和方向，這使得它可以被用來重建三維圖像的白質纖維束的信息。彌散張量成像可活體檢測組織內水分子的隨機運動，提供關于細胞完整性和病理變化的信息［5］。在中樞神經系統，走行方向高度一致的腦白質纖維束的水分子擴散具有各向異性，表現為沿神經纖維走行方向的水分子擴散速度明顯快于垂直方向，原因是軸突膜和髓鞘阻礙水分子在垂直于神經纖維走向上的擴散［6］。這兩個動作之間的區別(平行和垂直于纖維，也稱為擴散各向異性)是彌散張量成像的基礎［7］。各向異性分數(FA)，主要是以沿著軸索途徑的水分子的擴散特性作為指標，可用于測量纖維束的完整性［8］。ADC值為各個方向彌散運動的平均值，反映了彌散運動的快慢，但未考慮彌散的各向異性［5］。

本研究結果顯示，非腦干部位腦梗死后會引起腦干本身的改變，也就是說腦干形態和信號發生了一定程度的改變，不同腦梗死期腦干發生不同程度的華勒氏變性。一般所說的華勒氏變性是指周圍神經切斷后其遠側段所發生的變性，即軸索和髓鞘完全解體，最后消失。彌散張量成像在彌散加權成像技術的基礎上發展而來，不但可以顯示華勒變性的微小變化，還可以量化變性的程度。中樞神經系統的華勒氏變性指中樞神經纖維被切斷后其遠端也發生軸索和髓鞘的變性。腦梗死發生后，該部位的皮層或皮層下白質因缺血而壞死，錐體細胞與其軸突的聯系被切斷，錐體束失去了營養來源，即發生華勒氏變性。錐體束包括皮質脊髓束、皮質延髓束、皮質腦橋束等神經纖維，分別下行止于腦干腦神經運動核和脊髓前角運動細胞，途經內囊膝部或內囊后肢的前半部、大腦腳和橋腦基底部、延髓錐體、脊髓側索、前索。錐體束華勒氏變性在不同階段有不同的組織、化學和新陳代謝特征，各階段MR信號不同［9］。腦梗死后，遠離梗死灶的錐體束遠端神經纖維發生華勒氏變性，已被動物實驗及尸體解剖的病理檢查所證實［10］。本研究中發現，非腦干梗死引起腦干FA值、ADC值的變化，并且其與梗死灶內的FA值、ADC值變化規律相似;而且不同梗死時期FA值、ADC值變化規律與梗死原位變化規律相仿，這就給臨床醫生提供了重要的影像學信息，有利于指導臨床治療，并判斷預后。

FA值、ADC值是DTI最常用的參數，是反映腦梗死后華勒氏變性病理生理變化的兩個重要指標。①FA值即彌散各向異性與整個彌散的比值，其數值在0-1，1表示整個彌散運動的最大各向異性，0表示最小各向異性即最大各向同性［11，12］。從病理生理學角度看，腦梗死早期，細胞水腫導致纖維束腫脹、纖維束之間空間縮小以及纖維束扭曲，致水分子沿著纖維束方向的彌散紊亂，表現為彌散的各向異性程度降低，所以FA值降低。腦梗死晚期，髓鞘逐漸脫失，軸突崩解，壞死組織液化以及膠質增生，導致纖維束的完整性破壞，所以 FA值進行性下降［12］。與本研究結果較為一致，表現為初發性非腦干梗死的急性期、亞急性期、慢性期FA值進行性降低。②ADC值:活體腦組織內的水分子運動受各種生物膜的影響，其自由度用ADC(一個水分子在單位時間內的彌散運動的平均范圍)表示，其值能反映水分子的擴散運動能力(值越大，水分子擴散能力越強，信號越高;反之，值越小，水分子擴散能力越弱，信號越低)。從病理生理學角度看，腦梗死后缺血缺氧使腦內ATP耗盡，細胞膜鈉泵功能障礙致細胞毒性水腫。由于細胞外大量水分子進入細胞內，造成細胞外間隙減少，曲度增大，加之細胞腫脹，導致水分子的受限加重，ADC值降低。隨后，細胞內鈣超載、氧自由基及興奮性氨基酸釋放，加重腦細胞和腦微血管內皮細胞損傷，引起血管源性腦水腫，細胞外間隙水分增加，細胞受損程度進一步加重，膜性結構崩解，導致水分子彌散的受限因素減少而自由彌散增加，ADC值增大甚至超過正常范圍［12］。與我們所得數據較為一致，表現為初發性非腦干梗死的急性期和亞急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高的趨勢。總之，不同時期的非腦干梗死灶引起腦干的FA、ADC值有一定的規律變化，由此可為臨床分期、制定治療方案及判斷預后提供了重要的影像學信息。

研究發現，非腦干梗死時，腦干皮質脊髓束華勒氏變性程度與梗死面積的大小有關，腔隙性腦梗死時，皮質脊髓束受損程度較輕或只有推壓、移位改變，華勒氏變性較輕，治療效果較好，預后較好;梗死面積越大，皮質脊髓束受損越嚴重，華勒氏變性越嚴重，治療效果較差，預后越差。所以臨床醫生對大面積腦梗死病人的及時治療是關鍵。正常人腦干皮質脊髓束走行規律，形態正常，而腦梗死后就會引起腦干皮質脊髓束發生不同程度的變化，如缺失、受壓推移、信號異常等，所以只要腦干神經纖維束形態或/和信號發生改變，一定程度上說明腦干發生了華勒氏變性。

彌散張量成像可以定量測出腦梗死后引起梗死灶內的神經纖維束發生了華勒氏變性，已被許多學者證實;本研究發現非腦干梗死引起了腦干皮質脊髓束發生華勒氏變性。本研究例數相對不多，還需今后增加例數，努力找出更多切入點作更深入的研究，以期對華勒氏變性的了解更深，爭取給臨床提供更重要的影像學信息。隨著DTI技術的發展與進步，將對華勒氏變性的研究得更加深入，進而為臨床判斷患者預后、評價療效等方面發揮更大作用。

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