彌散張量成像評估腦卒中運動功能預后的研究進展

宋杰 王大明?

腦卒中患者康復治療耗時長、費用高、恢復慢，如何能早期有效評估、預測療效，一直是神經病學、康復醫學研究的重點和熱點。目前，較多學者對如何能預測腦卒中患者運動功能感興趣，尤其是通過應用神經影像學技術，以促進腦卒中運動功能康復的新型治療方法和預測模型的發展。然而，對于哪種技術能最有價值的預測運動功能并未達成共識［1］。隨著彌散張量成像（DTI）技術的發展，越來越多的應用于神經系統疾病的研究，發現DTI對腦卒中的預后和判斷神經功能康復具有重要意義。本文對DTI評估腦卒中運動功能作如下綜述。

1 DTI概述

DTI是無創磁共振成像技術，應用水分子在人體組織中彌散時的各向異性原理，依據彌散內在方向性探尋組織的微觀結構，從而定量分析病變和組織的彌散特性，獲得皮質脊髓束（corticospinal tract，CST）定性、定量數據，可反映出軸突、髓鞘和微管等腦白質微結構的方向性及完整性。在此基礎上的彌散張量纖維束成像（Diffusion tensor tractography，DTT），是目前唯一可無創體內跟蹤白質纖維束三維結構的方法，能直觀三維顯示白質束的走行方向。

DTI可用于評估的參數有平均擴散系數（average diffusion coefficient，DCavg）、各向異性（fractional anisotropy，FA）、表觀擴散系數（apparent dimlsion coemcient，ADC）和平均彌散率（medial diffusivity，MD）和相對各向異性（relative anisotropy，RA）等。ADC宏觀反映水分子的擴散運動能力。其值越大水分子的擴散能力越強，信號下降越明顯。ADC僅代表擴散梯度磁場施加方向上水分子的擴散特點，不能評價組織各向異性的特點。MD值是各個方向彌散大小的平均值，能更全面反映彌散運動的快慢［2］。DCavg值是指水分子在各個方向彌散的平均值，比ADC值更能表示組織內水分子整體的彌散能力，其值越大意味著彌散的程度越大。FA值反映水分子彌散受限的程度，細胞膜等超微結構的影響對水分子產生影響，造成垂直于白質纖維束方向上的水分子運動程度要低于纖維束平行方向，FA值的范圍為0～1，FA值越高即水分子在各個方向上彌散程度越低［3］。另外，在某些中樞神經系統的疾病中，由于腦組織微觀結構遭破壞，可以通過DTI特征值DCavg值及FA值定量分析疾病的病理過程。

2 DTI在腦卒中的應用

2.1 DTI在腦梗死的應用 應用DTI技術可對腦梗死患者的病情進行評估，同時對患者預后進行判斷，為腦梗死患者的康復策略的制定提供依據。首先，對于每種參數在每個時期變化研究，有助于推斷腦梗死患者所處的時期。腦梗死超急性期和急性期，將FA值、DCavg值的變化結合，可對其病理生理過程進行分析。研究表明超急性期，因細胞毒性水腫，髓鞘腫脹，白質纖維束間隙縮小致使細胞外間隙產生變化，白質纖維束紊亂，使水分子在垂直于纖維走行方向上的彌散運動受限，繼而使FA值增加［4］。急性期和亞急性早期，FA值開始逐漸持續降低，這時由于血管內皮細胞受損局部形成血管源性水腫，神經元、神經軸突及膠質細胞完整性開始遭到破壞，導致FA值進行性降低［5］。而超急性期和急性期 DCavg值較病灶對側減少顯著，在亞急性期和慢性期，細胞外含水量增加，水分子彌散提高，DCaVg值增加，呈現假正常化。雖然DCavg值恢復，但局部病理生理過程的演變卻并未停止，當梗死灶壞死的腦組織發生溶解、液化時，由于局部水分含量進一步增加，DCavg值將升高并可能超過對側正常腦組織［6］。

Puig等［7］觀察皮層、半卵圓區、放射冠、內囊后肢等的纖維束圖和橋腦感興趣區的FA值與梗死病灶的關系，發現無論梗死體積有大多，卒中后12h內囊后肢纖維的損害程度與患者3個月運動功能恢復程度最為緊密。應用DTI技術發現腦梗死病灶近端和遠端纖維束的FA值，3個月內隨病程的延長而逐步減低，并發現FA值減低與神經功能評分呈負相關，這表明神經纖維發生順行性及逆行性的變性，這可能會推遲功能的恢復［8］。Kwon等［9］分析CST的完整性并依據DTI掃描的時間預測放射冠（corona radiata，CR）腦梗死患者的運動功能預后。首次講明若要準確預測患者預后，需進行評估的時間。依據DTI掃描時間分為早期掃描組（發病后＜14d）和后期掃描組（發病后15～28d）。結果發現后期掃描組比早期掃描組的預測性更好。原因可能為：（1）由于早期梗塞周圍水腫造成假陰性結果，即發病后前2周比發病后4周更易導致假陰性結果［10］。另外，可能隨著時間發生病理生理的改變，如Wallerian變性（發病后2～3周）［11］。這是常規MRI較難顯示這種繼發性變性現象。（2）最近的DTI研究表明，腦梗死后完全受損的CST在發病后9d開始退化，且在發病16d觀察到CST退化最快速［12］。（3）受損后的CST隨著時間不斷自我恢復。Maeda等［13］對幕上腦梗死患者發病后2周測量大腦腳的rFA值（病灶側的值除以病灶對側的值，rFA）進行研究，結果提示，rFA值＞0.8，患者3個月后臨床預后較好，而rFA值＜0.8，患者3個月后臨床預后較差。這些研究表明DTI在腦梗死患者的病情評估及預后判斷應用中具有重要作用。

2.2 DTI在腦出血的應用 近年來也有較多研究者將DTI應用于腦出血患者病情變化的研究。Jang等［14］描述1例腦出血患者卒中后CST毀損后的重塑過程，發現CST受損后最初的修復為自頂葉皮層至初級運動皮層的正常化；患側手功能的恢復則與CR水平的纖維束重建有關。Wang等［15］報道幕上腦出血后早期（起病＜3d）大腦腳（內囊后肢以外CST最為集中的區域）的rFA值（反映纖維束的完整性）改變與起病28d時、＞6個月的運動結局均顯著相關，獨立于NIHSS缺損程度分值和昏迷程度。另外，作為小腦最大的傳入纖維，位于小腦中腳的橋小腦束在對側幕上卒中后常發生繼發性變性（可用DTI測量證實）改變，令人感興趣的是，與大腦腳的繼發性變性相比，橋小腦束的DTI改變與下肢運動結局關系更為密切［16］。這些表明DTI通過評估腦出血患者CST在密集區域的完整性能更好預測、評價患者運動功能恢復情況。

3 CST的解剖結構及DTT在腦卒中的應用

3.1 CST的解剖結構 CST起源于初級運動皮層，被認為是人腦運動系統中關鍵的傳導纖維［17］。CST是連接運動皮層和脊髓中樞核團的主要神經纖維，是錐體束中最大的下行纖維束，主要支配肢體運動功能。主要起源于第一軀體運動皮層（4區）、輔助運動皮質和前運動皮層（6區）的神經元，及中央前回上中部和中央旁小葉前部。匯集其他皮層區域錐體細胞的軸突，經內囊后肢下行至大腦腳底，后至腦橋基底部，分散成大小不等纖維束，繼續下行至延髓錐體束，從而聚攏為一束，多數CST在延髓錐體處交叉，交叉的即皮質脊髓側束，并向下走行。不交叉的CST則為皮質脊髓前束。可以看出中央前回部、基底節、腦橋、延髓等部位損傷，均可造成CST損傷。

3.2 DTT在腦卒中的應用 腦卒中患者的運動功能與CST的損傷程度和殘留完整性密切相關［18］。了解腦卒中患者CST的精確狀態，有助于更準確地預測運動恢復情況。DTT來源于DTI，因其可在三維空間內顯示CST的結構和完整性而具有優勢，且常規MRI不能實現［19］。DTT的信度和效度在一些文獻中也有證明［20］。研究常用纖維追蹤算法，分為概率性算法和確定性算法。概率性算法通過使用蒙特卡羅（MonteCarlo）模擬，從種子點創建多條曲線產生纖維追蹤成像。確定性算法中的一種是連續追蹤（continuous tracking，FACT）算法。FACT算法可以以連續的方式改變離散體素信息。追蹤線以離散坐標在像素的向量方向上傳播，且可以更準確地跟蹤實際路徑。FACT算法比概率算法更易使用［21］。

回顧國內外文獻發現主要是通過使用DTT半定量或定性分析病灶側CST的方法預測運動功能恢復［22-23］。Cho等［24］應用DTT對55例發病后7～30 d的放射冠梗死患者進行研究，發現CST有4型：CST完整（A型）；CST起源于皮質，而不是運動皮質（B型）；CST斷裂（C型）；CST由于變性而未及梗死灶（D型）。結果表明6個月后運動功能的恢復與DTT分型關系密切。其中A型恢復最好，D型恢復最差。Lindenberg等［25］研究慢性期腦梗死患者，根據皮質脊髓前束及側束的完整性分為3組：皮質脊髓前束及側束存在，運動功能輕度受損，且恢復最好；皮質脊髓側束存在，前束受損，運動功能中度受損，可部分恢復；皮質脊髓前束及側束均消失，運動功能嚴重受損，恢復最差。這種分類方法對評價腦梗死患者的預后及神經康復的選擇均有幫助。Kim等［26］使用FACT算法和三維纖維束重建算法PRIDE軟件（Philips Medical Systems，Best，the Netherlands）的纖維束分配評估CST的纖維連接。CST重建過程中使用兩個感興趣區，計算rFA值和纖維數比［27］。結果發現病灶側可見CST的患者在早期階段比不可見CST患者運動恢復較好。病灶側可見CST患者的參數與腦卒中后3個月的上肢運動功能顯著相關，而在早期階段相關不明顯。這表明腦卒中患者的運動恢復與殘留的病灶側CST完整性相關。在卒中早期階段，殘留的病灶側CST完整性是卒中后3個月進一步運動功能增加的基礎。發現病灶側CST的DTT參數和下肢運動功能間無相關性。這原因可能是其他運動纖維比如延髓皮質和紅核皮質束，也參與腦卒中后患者下肢運動功能的恢復［28］。Kim研究也發現FA和纖維數與腦卒中后3個月患者上肢功能的恢復無明顯相關性。但以前在中風患者中的研究報道，DTT纖維數量在慢性期與運動功能明顯相關［25］。因此，不能斷定纖維數量是否具有卒中患者運動恢復的預測價值。這些研究表明DTT技術對預測腦卒中患者的運動功能具有重要作用。

對于腦卒中好發部位的研究，發現基底節區的病變多數是高血壓腦出血導致，其中血腫占位效應、血細胞分解后釋放的有害物質、自由基及水腫效應等致內囊神經纖維束被推移、破壞；特別對CST影響直接關乎患者運動功能障礙的程度。Jellison［29］研究CST保持完整的基底節區出血患者，根據CST來源分為A中央前回、B中央后回、C后頂葉皮層、D運動前區皮質4型，6個月后發現A型M1區患者預后最好，其FA比值也呈正相關，而ADC比值及纖維數量無相關性。腦干內CST分布復雜，導致腦干梗死灶與CST的空間關系較其他部位更加復雜。對正常人研究發現，支配手部運動功能的CST主要位于腦橋腹內側，支配足部運動功能的纖維束主要位于腦橋背外側［30］。因此，全面評價腦干梗死患者的預后情況，還需結合梗死灶的部位、范圍等多種因素進行綜合分析。

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