擴散張量成像評價頸總動脈交感神經網剝脫術治療兒童腦癱的價值

董雙君，王云玲，王紅，鄧佳敏，賈文霄

新疆醫科大學第二附屬醫院影像中心，烏魯木齊 830000

腦性癱瘓(cerebral palsy，CP)是指出生前至嬰兒期內各種原因所致的非進行性腦損傷或發育缺陷所致的運動障礙及姿勢異常為主要表現的綜合征[1]。臨床可分為痙攣型、不隨意運動型、共濟失調型、肌張力低下型、混合型[2]，其中最常見的類型為痙攣型，占腦癱患兒的70%～75%[3]。偏癱型腦癱是痙攣型腦癱的類型之一，約占其14.4%～38.0%[4]，以單側肢體受累為主要表現。由于腦癱是造成兒童殘疾的主要疾病之一，因此早期實施有效的手術和康復治療可以在很大程度上減輕患兒的殘疾程度，使其能夠生活自理，回歸社會。頸總動脈交感神經網剝脫術是治療痙攣型腦癱的一個重要手術方法，但常規MRI所提供的信息不足以滿足臨床對該手術治療痙攣型單側腦性癱瘓的療效進行評估。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種無創并能定量評價白質纖維束的磁共振技術，對腦白質的損傷部位及損傷程度敏感，其聯合擴散張量纖維束成像(diffusion tensor tracking，DTT)，能夠清晰、完整地顯示白質纖維束的形態及走行[5]。目前國內對痙攣型單側腦癱的DTI研究資料缺乏手術治療療效方面的影像學評價，本研究旨在運用DTI技術對行頸總動脈交感神經網剝脫術后的腦癱患兒腦白質恢復情況進行評價，以期為輔助臨床治療和預后評估提供客觀依據。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

選取從2016年4月至2017年5月在新疆醫科大學第二附屬醫院腦癱中心擇期進行頸總動脈交感神經網剝脫術治療的腦癱患兒30例。納入標準：(1)歐洲腦性癱瘓監測組織(surveillance of cerebral palsy in europe，SCPE)臨床分型中年齡4～12歲的生產時因缺氧缺血導致的痙攣型單側腦性癱瘓患兒；(2)無明顯智力障礙和嚴重的臟器功能障礙，可以配合臨床檢查和耐受全麻手術；(3)術后恢復良好，無并發癥及相關的臨床處置經過；(4)能配合完成 MRI檢查。排除標準：(1)年齡4～12歲的非缺氧缺血導致的單側痙攣型腦性癱瘓及其他類型的腦癱患兒；(2)不能配合臨床及MRI檢查和耐受全麻手術；(3)術后有并發癥，并針對并發癥進行相應臨床處置。男16例，女14例，左側偏癱17例，右側偏癱13例。所有患兒監護人均簽署知情同意書，且本研究通過醫院倫理委員會審查。

運動功能評價參照粗大運動功能分級系統(gross motor function classification system，GMFCS)[6]，由2名康復科主治醫師在術前及術后對患兒進行粗大運動功能評估，其觀察指標包括患兒的豎頭、翻身、獨坐、爬行、站立和行走。GMFCS是目前臨床評估腦癱患兒粗大運動功能水平的常用指標，其中GMFCSⅠ、Ⅱ級為輕度運動功能障礙，Ⅲ級為中度運動功能障礙，Ⅳ、Ⅴ級為重度運動功能障礙[7]。手術治療前后患兒粗大運動功能分級情況見表1。

1.2 檢查方法

采用 Philips 3.0 T型磁共振掃描儀，16通道頭頸聯合線圈，30例患兒手術前后均行常規MRI及DTI序列掃描。患兒較小不能配合者，給予口服10%水合氯醛(0.5 ml/kg)，待其熟睡后行MRI檢查并用海綿墊固定頭部。行常規MRI的T1WI、T2WI、T2-FLAIR掃描和DTI掃描，掃描參數：T1WI：TR 487 ms，TE 15 ms；T2WI：TR 3642 ms，TE 100 ms；T2-FLAIR：TR 8500 ms，TE 104 ms；層厚5 mm，層間距1 mm。DTI采用SS-SE-EPI序列，TR 3386 ms，TE 82 ms，FOV 224 mm×224 mm，矩陣128×128，反轉角90o，層厚2 mm，層間距0 mm，激勵次數2次，擴散梯度編碼方向15個，擴散梯度b值分別為0、800 s/mm2，掃描范圍從顱底到頭頂，共60層。

表1 30例腦癱患兒手術治療前后GMFCS分級結果Tab. 1 The results of GMFCS grading before and after operation of 30 children with cerebral palsy

1.3 圖像處理

將采集到的DTI數據傳輸到工作站，由Philips公司提供的專用fiber trak軟件包進行DTI圖像分析處理，先對圖像進行運動校正，然后閾值調節，得到各向異性分數(fractional anisotropy，FA)圖、彩色FA圖及三維彩色編碼張量圖。在三維彩色編碼張量圖上(圖中藍色為上下方向走行，紅色為左右方向走行，綠色為前后方向走行)，雙側皮質脊髓束經過內囊后肢及大腦腳層面手工繪制感興趣區(regions of interest，ROI)，測量各部位的FA值。ROI的定位見圖1，2。術前和術后各層面ROI設置的位置及大小基本相同，ROI大小約(10±2)mm2，每個興趣區測量3次，取平均值。最后運用擴散張量纖維束成像對選定ROI進行白質纖維束三維重建。

1.4 手術方法

氣管插管全身麻醉，患兒取仰臥位，肩胛骨之間墊圓枕，使頭后仰。在甲狀軟骨外緣頸動脈搏動處沿胸鎖乳突肌做2～3 cm斜切口，切開頸闊肌，分開頸動脈鞘角處約3 cm頸動脈并以橡皮條牽引，剪開頸動脈外膜輕輕剝離外膜約2.0～2.5 cm，環形切除。同時將頸動、靜脈之間的網狀結構纖維組織切除。創面止血，關閉傷口，術中保護迷走神經，避免刺激頸動脈竇。

1.5 統計學處理

采用SPSS 17.0統計學軟件，FA值數據均以x±s來表示測量結果。患兒術前術側和對側、術前和術后不同部位腦白質纖維束FA值比較采用配對樣本t檢驗，術前不同白質纖維束FA值與GMFCS相關性采用Spearman相關分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 術前患兒術側和對側FA值比較

術側不同部位白質纖維束FA值較對側顯著降低(P＜0.01) (表2)。

2.2 患兒手術前后FA值比較

與術前相比，術后6個月腦癱患兒術側相應部位白質纖維束FA值均顯著增加(P＜0.01)。術后6個月腦癱患兒對側相應部位白質纖維束FA值與術前相比無顯著差異(P＞0.05；表3)。

表2 患兒術前術側和對側各興趣區FA值比較Tab. 2 The comparison of the FA values for the regions in the preoperative operation side and the opposite side

表3 手術前后各興趣區白質纖維素FA值比較Tab. 3 Comparison of the FA values of white matter in the interest areas before and after operation

表4 患兒術前不同部位FA值與臨床GMFCS分級的Spearman相關分析Tab. 4 Spearman relativity analysis between the FA values of different parts and clinical GMFCS grading of children before operation

2.3 白質纖維束三維重建

對側腦白質纖維束比較密集、走形良好(圖3～5)，術側腦白質纖維束明顯稀疏，且部分區域甚至消失(圖6～8)。

2.4 患兒DTI參量與運動功能的相關分析

術前患兒臨床GMFCS與內囊后肢及大腦腳FA值均呈負相關(P＜0.01)，且相關程度都較高(r=-0.933，P＜0.01；r=-0.873，P＜0.01)，隨著腦癱患兒分級越嚴重(Ⅰ～Ⅴ級)，各部位FA值逐漸降低(表4)。

3 討論

3.1 腦癱患兒病例和測量層面的選擇

本研究選擇痙攣型單側腦癱患兒作為研究對象，是由于此型為臨床分型中最常見的類型，其次，痙攣型單側腦癱患兒臨床上表現為一側的肢體運動功能障礙，且常規MRI多表現為單側的大腦半球損傷，兩側表現不一致，易于進行對比。本研究中腦癱病例常規MRI檢查均發現異常，以單側病變為主。再次，通過手術病例總結和文獻查閱結果顯示頸總動脈交感神經網剝脫術可有效降低肢體的肌張力，緩解和消除肢體痙攣狀態，對痙攣型單側腦癱患兒受益顯著。選擇內囊后肢、大腦腳作為感興趣區，是由于這兩個部位是白質纖維走行的區域，解剖結構明確清晰。在白質纖維束中最重要的是皮質脊髓束(corticospinal tract，CST)，它是人體最粗的投射纖維，其起始于原始運動皮層中央前回中上部和中央旁小葉前部，下行通過內囊的后肢，中腦的大腦腳，腦橋的基底部，在錐體交叉附近大多數纖維相互交叉組成皮質脊髓側束和皮質脊髓前束，再繼續下行至脊髓前角運動神經元。作為主要的下行運動傳導束，皮質脊髓束被廣泛認為與肢體運動功能相關[8]。痙攣型單側腦癱患兒臨床表現為單側肢體運動、功能障礙，主要是由于皮質脊髓束的損傷。

3.2 DTI技術及其參數

圖1 ，2 示三維彩色編碼張量圖上雙側皮質脊髓束經過內囊后肢及大腦腳層面ROI放置位置 圖3～5 女，10歲，右側偏癱，右側肢體粗大運動功能低下，行左側頸總動脈交感神經網剝脫術。圖3為T2WI，示左側大腦半球腦發育不良；圖4為三維彩色編碼張量圖，示左側部分大腦半球無明顯白質信號；圖5為DTT圖，示左側皮質脊髓束較右側稀疏 圖6～8 女，4歲，左側偏癱，左側肢體粗大運動功能明顯低下，行右側頸總動脈交感神經網剝脫術。圖6為T2WI，示右側額，顳，頂葉局限性腦發育不良；圖7為彩色FA圖，示右側額、顳、頂葉無明顯白質信號；圖8為DTT圖，示右側皮質脊髓束幾近消失Fig. 1 , 2 The opposition of ROI of the bilateral cortical spinal cord passes through the internal capsule and cerebral peduncle in three-dimensional colorcoded tensor graph. Fig. 3 —5 10-year-old children of right hemiplegia and the right side of the limb movement lower for the left cervical perivascular sympathectomy. Fig.3: T2WI showed poor brain development in the left hemisphere. Fig.4: Three-dimensional color coding tensor graph displayed there was no obvious white matter signal in the left part of the brain. Fig.5: The DTT diagram illustrated the left cortical spinal cord was sparsely to the right. Fig.6—8 4-year-old children of left hemiplegia and the left side of the limb movement lower for the right cervical perivascular sympathectomy. Fig.6: T2WI showed poor brain development in the right frontal, temporal, parietal lobe of the brain. Fig.7: The right frontal, temporal, parietal lobe showed no obvious white matter signal in the color FA diagram. Fig.8: The DTT diagram illustrated the right cortical spinal cord had disappeared.

擴散是自然界最為普遍的現象，也是人體重要的生理活動，分子的擴散運動表現為隨機平移運動，即布朗運動。DTI即是以水分子布朗運動為理論基礎，在磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術的基礎上發展起來的一種新的功能磁共振成像技術，其可以在三維空間內定量地分析組織內水分子擴散特性，利用組織內水分子擴散各向異性的特征進行成像。擴散各向異性的研究起始于Basser等[9]引入的擴散張量成像的概念，從三維立體的角度分解、量化了擴散各向異性的信號數據，使組織細微結構的顯示更加精細準確。用來定量分析大腦白質纖維各向異性的參數有：各向異性指數(anisotropy index，AI)、相對各向異性(relative anisotropy，RA)、各向異性分數或稱部分各向異性(FA)，其中最常用的參數是FA，FA反映的是水分子擴散各向異性成分與整個擴散張量的比值，數值為0～1，0為最小各向異性，即最大各向同性，1為最大各向異性。由于各向異性在大腦白質纖維束中表現最為明顯，水分子沿纖維走行平行方向擴散速度至少是沿垂直方向的兩倍[10]，因此白質纖維束的FA值尤其是在皮質脊髓束部位可以在一定程度上評估患兒運動功能障礙的情況。痙攣型單側腦癱患兒腦白質纖維束受到不同程度的損傷，應用DTI技術對痙攣型單側腦癱患兒的FA值進行測定并比較，具有一定的臨床意義。

3.3 DTI參數變化的意義

兒童腦白質纖維髓鞘化發育是腦組織成熟的一個重要標志，FA值隨髓鞘化的發展而升高，所以FA值是判斷腦白質成熟的重要指標，即隨著年齡的增加，FA值增高，神經的傳導能力增強[11]。然而，如果白質纖維束損傷導致髓鞘斷裂或缺失時，則FA值減低。本研究結果顯示患兒術側腦白質纖維束FA值低于對側，差異有統計學意義，提示痙攣型單側腦癱患兒患側白質纖維素的完整性受到破壞。經頸總動脈交感神經網剝脫術治療后，患兒術側內囊后肢、大腦腳FA值較術前升高，粗大運動功能得到改善，表明該手術可能通過改善腦部運動區血供使皮質脊髓束豐富從而改善腦癱患兒的運動功能。患兒對側不同部位FA值較術前無明顯變化，差異無統計學意義，進一步說明患兒術后FA值的升高是由于手術的治療作用而非其自身腦白質纖維髓鞘化發育的發展進程。本研究中30例腦癱患兒術前根據粗大運動功能分級系統分為5級3組，即Ⅰ～Ⅱ級輕度組13例，Ⅲ級中度組7例，Ⅳ～Ⅴ級重度組10例，研究發現患兒粗大運動功能分級越重，FA值越低，患兒臨床GMFCS與內囊后肢及大腦腳FA值呈負相關且相關程度都較高，與Trivedi等[12]的研究結果相一致。腦癱患兒術后腦白質的恢復是一個連續變化的過程，因而需要較大的樣本量及較長的時間進行隨訪觀察，此外，本研究采用手工繪制ROI，有一定測量誤差，有待進一步改進。

綜上所述，DTI對于痙攣型單側腦癱患兒頸總動脈交感神經網剝脫術后的腦白質恢復具有一定的評估作用，通過FA值的量化分析，對腦癱患兒的運動功能障礙做出客觀評價，為其預后判斷提供了客觀依據。臨床上可以用內囊后肢及大腦腳的FA值作為痙攣型單側腦癱患兒術后康復的一項監測指標。相信隨著磁共振功能成像的不斷發展，未來DTI技術在腦白質纖維束的活體微細結構研究中必將有更為廣闊的前景。

參考文獻 [References]

[1] Shevell M, Dagenais L, Oskoui M. The epidemiology of cerebral palsy: new perspectives from a Canadian registry. Semin Pediatr Neurol, 2013, 20(2): 60-64.

[2] Chen XJ, Li SC. De finition, classi fication and diagnosis of cerebral palsy in children. Chin J Physic Med Rehabilitat, 2007, 29(5): 309.陳秀杰, 李樹春. 小兒腦性癱瘓的定義、分型和診斷條件. 中華物理醫學與康復雜志, 2007, 29(5): 309.

[3] Tamnes CK, ?stby Y, Walhovd KB, et a1. Intellectual abilities and white matter microstructure in development: a diffusion tensor imaging study. Hum Brain Mapp, 2010, 31(10): 1609-1625.

[4] He L, Xu KS, Qiu SH, et a1. Research on the reliability of Carroll upper limb function test in children with spastic hemiplegia. Chin J Rehabilit Med, 2011, 26(9): 822-825.何璐, 徐開壽, 邱曬紅, 等. Carroll上肢功能試驗在痙攣型偏癱兒童中的信度研究. 中國康復醫學雜志, 2011, 26(9): 822-825.

[5] Wang S, Fan GG, Xu K, et al. Altered microstructural connectivity of the superior and middle cerebellar peduncles are related to motor dysfunction in children with diffuse periventricular leucomalacia born preterm: a DTI tractography study. Eur J Radiol, 2014, 83(6): 997-1004.

[6] Jiang HX, Song Y, Qi NX, et al. The application value of MR diffusion tensor imaging in the diagnosis of spastic cerebral palsy. J Pract Radiol, 2014, 30(2): 283-287.蔣昊翔, 宋旸, 齊乃新, 等. MR擴散張量成像在痙攣型腦癱診斷中的應用價值. 實用放射學雜志, 2014, 30(2): 283-287.

[7] Kim JH, Kwon YM, Son SM, et al. Motor function outcomes of pediatric patients with hemiplegic cerebral palsy after rehabilitation treatment: a diffusion tensor imaging study. Neural Regeneration Research, 2015, 10(4): 624-630.

[8] Trivedi R, Anuradha H, Agarwal A, et a1. correlation of quantitative diffusion tensor tractography with clinical grades of subacute sclerosing panencephalitis. AJNR Am J Neuroradiol, 201l, 32(4): 714-720.

[9] Basser PJ, Mattiello J, Le Bihan D. MR diffusion tensor spectroscopy and imaging. Biophys, 2002, 66(1): 259-267.

[10] Pagnozzi AM, Fiori S, Boyd RN, et al. Optimization of MRI-based scoring scales of brain injury severity in children with unilateral cerebral palsy. Pediatr Radiol, 2016, 46(2): 270-279.

[11] Narchi H, Mahmoud-Ghoneim D, Skinner A, et al. Texture analysis of periventricular echogenicity on neonatal cranial ultrasound predicts periventricular leukomalacia. J Neonatal Perinatal Med,2013, 6(2): 117-124.

[12] Trivedi R, Agarwal S, shah V, et al. Correlation of quantitative sensorimotor tractography with clinical grade of cerebral palsy.Neuroradiology, 2010, 52(8): 759-765.