磁共振擴散加權成像和血氧水平依賴腦功能成像在視路病變中的研究進展

張雪萍，白巖，王梅云，王上，陳傳亮

視路是視覺信息傳導的通路，為大腦的一部分，是研究神經的不錯選擇，雖然視路這部分研究很多，但是都是以單一病種進行研究，比較零散。為了系統掌握視路病變的認識，本文旨在對視路病變的磁共振擴散加權成像(dif f usion weight ed image，DWI)和腦功能成像相關文獻進行綜述。

1 磁共振擴散加權成像技術簡介

DWI是通過檢測活體組織內水分子的擴散運動，從分子運動水平上分析病變內部結構及組織成分的無創性功能成像方法；擴散張量成像(dif f usion t ensor imaging，DTI)是在常規DWI基礎上延伸出來的，是基于水分子的擴散運動獲取不同組織各向異性信息的一種磁共振成像方法，擴散張量成像的參數有各向異性(f ract ional anisotr opy，FA)、平均擴散率(mean dif f usion，MD)、軸向擴散速率(axial dif f usion，AD)、徑向擴散(r adial dif f usion，RD)；活體組織水分子擴散實際上是在細胞間隙、細胞內運動，其運動必然不是自由運動，因此真實的水分子擴散的運動位移是非高斯分布的。水分子擴散受周圍環境限制程度越大，體素內組織成分越混雜，擴散的非高斯性越顯著，因此，為了定量擴散偏離高斯分布的程度，Jensen等[1]在2005年提出峰度成像(dif f usion kur t osis imaging，DKI)模型，DKI掃描不僅可得到DTI參數，還包括平均峰度(mean kur t osis，MK)、橫向峰度(axial kur t osis，RK)、徑向峰度(r adial kurt osis，RK)。

1.1 磁共振擴散加權成像技術在視網膜病變中的研究進展

視網膜病變常見原因有視網膜血管病、黃斑病變、遺傳性視網膜營養不良等；視網膜血管病變包括糖尿病性視網膜病變、視網膜中央動脈阻塞、視網膜中央靜脈阻塞。我國糖尿病患者日漸增多，糖尿病患者中糖尿病性視網膜病變的患病率達44%～51.3%。糖尿病性視網膜病變會引起視神經乳頭改變，患者視神經乳頭表觀擴散系數較正常人明顯增大，黃斑水腫的糖尿病性視網膜病變患者比沒有黃斑水腫的糖尿病性視網膜病變的視神經乳頭表觀擴散系數明顯增大[2]，患者視覺腦區的表觀擴散系數也明顯增加[3]。視網膜中央動脈阻塞發病突然，回顧性分析發現患者視網膜擴散受限[4]。年齡相關性黃斑變性是一種老年人致盲的主要原因，研究發現白質特性的差異是白質束投射到初級視覺皮層的位置與視網膜損傷的位置相對應，視輻射FA值相對健康人下降，這可能與黃斑變性損傷視網膜有關，可以用視路中腦白質預測視網膜的損傷[5]。視網膜色素變性是遺傳性視網膜營養不良的一種，至今尚無有效治療方法，探究其病理改變時找出新治療方法的突破口，色素變性視網膜炎患者視神經磁共振擴散張量成像研究。研究結果顯示患者ADC、AD、RD值較健康志愿者增高，FA值較健康志愿者減低[6]；其視網膜神經節細胞的損傷，會使后視路擴散特性顯著改變[7-8]。視網膜是視路的起始，是把光信號轉化成神經信號的關鍵部位，弄清視網膜病變產生和引起的病理變化，給臨床干預提供方向。

1.2 磁共振擴散加權成像技術在視神經病變中的研究進展

視神經病變常見原因有視神經炎、缺血性視神經病變、眼眶炎性病變、眼眶腫瘤等。雖然視神經炎種類較多，但是因為特發性視神經炎原因不明，而且對全身影響較大，所以特發性視神經炎研究較多，特發性視神經炎以多發性硬化相關性視神經炎(mul t ipl e scl erosis rel at ed opt ic neur it is，MS-ON)和視神經脊髓炎譜系疾病相關性視神經炎(neur omvel it is optica spectrum disease rel ated optic neuritis，NMOSD-ON)為主，多發硬化性相關視神經炎可以被常規磁共振檢測到，但常規MRI無法檢測早期MS-ON的變化，這可以解釋磁共振發現的病變嚴重程度與多發性硬化患者的臨床殘疾程度之間的不一致性。利用DTI技術，發現患者受累側和對側視神經和視輻射FA值較正常減低，MD、AD、RD值較正常增加[9-11]，提示DTI對于多發性硬化癥的早期診斷、治療和管理可能是一個有用的工具。NMOSD主要累及視神經和脊髓的中樞神經系統炎性脫髓鞘疾病，Pache等[12]利用擴散張量對視神經脊髓炎的患者腦成像，并納入年齡與性別相匹配的健康人，發現患者視放射的FA值較健康人減低6.9%，這有可能是繼發性華勒變性。MS-ON和NMOSD-ON臨床上是很難鑒別的，有學者研究DKI發現NMOSD組的MK、RK、MD、ADC明顯低于MS-ON組，以MK＜0.843作為神經脊髓炎相關性急性ON的診斷標準，敏感度最高(90.5%)，而以RK＜0.784作為診斷標準，特異度最高(91.3%)[13]，DKI有助于鑒別MS-ON和NMOSD-ON。利用DTI技術研究缺血性視神經病，結果顯示患側神經ADC、RD值相比對側和健康人增加，FA值相比對側和健康人減低[14]，可能是缺血造成的髓鞘損傷。眼眶炎性病變常見的是甲狀腺眼病，增粗的眼內肌，眶尖區壓迫視神經，影響突觸的傳遞和血液循環，影響視神經的代謝，加重視神經損傷，研究發現甲狀腺眼病患者視神經FA值減低[15]。有趣的是另一研究發現甲狀腺眼病視神經的FA值卻是增加的[16]，增加的機制有待研究。眼眶是一個固定的骨性結構，腫瘤的生長占據一定的空間，尤其體積大的腫瘤對視神經會產生一定的壓迫，導致視神經髓鞘受損，水分子受髓鞘的限制減低，表現為患側視神經FA值顯著減低[17-19]。綜上所述，不管是視神經本身的病變還是眼眶內病變視神經的損傷，擴散加權磁共振成像在視神經的臨床研究中都有一定價值。希望以后能發現更有意義的病理機制。

1.3 磁共振擴散加權成像技術在視交叉及以上病變的研究進展

視交叉及以上病變常見的原因是腫瘤、血管性病變等，腫瘤如垂體瘤、顱咽管瘤、鞍結節腦膜瘤、枕葉腫瘤。垂體位于鞍區，與顱內視神經和視交叉解剖關系近，垂體增大，很容易損傷到視神經或視交叉，并對后視路產生繼發性影響。研究發現垂體腺瘤患者初級視覺皮層厚度減低，視束和視輻射FA值減低，視輻射MD增加，擴散指數與眼科檢查結果具有顯著相關[20]。利用DTI可以定量評估視神經微觀結構的改變以及垂體瘤切除后視力恢復程度的預測，研究結果顯示術后FA值增加越大，MD值下降越多，視覺恢復越好[21]。枕葉腫瘤會損傷視輻射，Zhang等[22]發現，相對健康對照組，枕葉腫瘤患者瘤周的FA降低、MD增加；擴散張量纖維束成像(dif f usion t ensor tr actogr aphy，DTT)結果顯示纖維有移位的、中斷的、浸潤的。血管性病變如腦卒中，枕葉腦卒中后，中心腦梗死區血流急劇減少的細胞迅速死亡，梗死灶內膝距束纖維FA值減低、MD值增高，表明軸突衰減和排列的改變[23]。綜上所述，后視路區域的病變時，后視路神經纖維的FA值都減低、MD增加，FA值和MD值有成為評估后視路生物標志物的潛能。

2 血氧水平依賴功能磁共振成像技術簡介

血氧水平依賴(bl ood oxygen l evel dependent，BOLD)功能磁共振成像是利用脫氧血紅蛋白作為體內的天然對比劑，實時監測腦內的血氧，血氧的改變間接反映局部神經元活動的無創性成像方法。血氧水平依賴的功能磁共振成像包括任務態和靜息態功能MRI。任務態需要精細的實驗設計及相關的刺激設備，靜息態功能磁共振成像不需要做特殊的任務、復雜的實驗設計，只需要被檢查者安靜的躺在檢查床上，目前常用的研究是局部一致性(regional homogeneity，ReHo)、低頻振蕩波幅(ampl it ude of l ow f r equency f l uct uat ion，ALFF)、功能連接(f unction connect ion，FC)。

2.1 腦功能成像技術在視網膜病變的研究進展

視網膜靜脈阻塞是世界上第二大致盲性視網膜血管疾病，其發病率僅次于糖尿病視網膜病變。視網膜靜脈阻塞患者靜息狀態下腦自發神經活動發生改變，視網膜靜脈組雙側小腦、右側腦干、左側島葉的f ALFF值較對照組明顯升高，右側距狀溝、丘腦及左側舌回f ALFF值較對照組降低[24]，小腦參與軀體平衡、視覺空間構想的調控，視網膜靜脈阻塞患者視力下降，小腦代償性活動增加，島葉活動增加可能與患者異常緊張焦慮情緒有關，距狀溝、丘腦等的減低可能與光信號輸入減少，產生的神經沖動減弱。視網膜接收外界光源，將光信號轉化為神經信號，當視網膜色素出現病變時，光信號不能很好地轉化成神經沖動，視覺皮質區域內和區域間功能連接性會發生改變[25]，與健康組相比，色素性視網膜炎患者雙側舌回/小腦后葉的ReHo值明顯降低。舌回位于初級視覺皮層，負責接收來自視網膜的信號，色素性視網膜炎使初級視覺皮層發生重組；與健康組相比，色素性視網膜炎組雙側舌回/小腦后葉和雙側舌回/楔葉的正性功能連接明顯降低，可能是視網膜信號輸入減少，導致視覺皮層正性功能連接減少。視網膜脫離時，視覺相關腦區會出現異常自發的腦活動[26]，和健康人相比，枕葉和額中回的低頻振幅的幅度減低，枕葉是處理視覺信號的重要部位，枕葉出現異?？赡苁且暰W膜神經上皮細胞從視網膜色素上皮脫離，視覺信號轉化障礙，視覺皮層的功能受損；與健康人相比，顳下回和眶額上ALFF值增加，顳下回是背部視覺通路的重要組成部分，參與視覺處理的過程，背部視覺通路有關功能障礙可能與視網膜脫離有關。綜上所述，視網膜病變是會影響到部分腦區功能的。

2.2 腦功能成像技術在視神經病變的研究進展

Sacco等[27]研究MS-ON發現默認網絡的FC的改變與MS患者的認知功能相關，視覺網絡的FC的改變與視神經炎的恢復狀況有關；NMOSD靜息態腦功能研究發現患者視覺腦區同步性高于健康人[28]；韓永良等[29]利用靜息態腦功能連接密度的方法研究視神經脊髓炎和健康人之間的變化，結果顯示功能連接密度增加以左側小腦半球為主，減低主要包括雙側額葉、左側舌回、雙側小腦半球，這些增加或減低的腦區可能與患者肢體、認知功能障礙有關。非動脈炎性視前部缺血性視神經病變患者靜息態腦功能成像，與健康人相比，患者額中回ALFF值減低、Reho增高，患者島葉、右側額下回ALFF值減低，楔前葉ALFF值增高，左側扣帶中回、左側顳上回和左側頂下小葉的ReHo值增高，右側舌回、左側殼核/扁豆狀核和左側頂上小葉的ReHo值降低[30-31]，異常的ALFF提示這些區域功能受損；同時患者默認網絡中的部分腦區Reho升高或降低，降低的區域可能是由非動脈炎視前部缺血導致默認網絡的損傷，而增高的區域可能是補償的靜息狀態,維護內部網絡的穩定性。綜上所述，視神經病變不僅會影響到視覺網絡還會影響到默認網絡。

2.3 腦功能成像技術在視交叉及以上病變的研究進展

這部分腦功能研究較少，主要以垂體瘤損傷視力對腦功能影響的研究[32-33]，垂體瘤患者的部分區域自發腦活動的Reho發生改變，與視覺相關的網絡模式也發生改變[33]，視交叉解除壓迫后，隨著視力的恢復，局部腦功能連接強度增加[32]，說明術后視力的恢復與相鄰神經元連接增加有關；在全腦網絡水平，左V5為種子點，V5與左側V1、右側眶額回和左側后緣上回功能連接強度較術前明顯增加[32]，超出視覺皮層區域功能連接增強，有可能與視覺恢復、人的溝通能力增加所致。

總之，為了與世界有效的互動，大腦需要微調其結構和功能，也就是所謂可塑性，Binda等[34]利用7.0 T磁共振機器掃描高分辨血氧水平依賴磁共振功能成像，用不透光的布塊遮住成年人單眼2 h，然后行腦功能掃描，結果顯示同側的視覺皮質興奮性增高，通過增加活動來彌補輸入的不足；Col l ins等[35]研究發現經過幾周到幾個月的視覺剝奪后，這些大腦區域中對被剝奪的眼睛做出反應的神經元數量和整體活動都有所減少，這些由剝奪引起的變化在剝奪的眼睛恢復正常感覺經歷數年后依然存在。這些研究發現對指導兒童視覺障礙盡早進行矯正和治療提供理論依據。

3 總結與展望

視覺是人類感受外界環境的重要條件，視覺通路是一個有機整體，任何部位出現病變都會影響視物，要用整體的思維研究視物障礙。隨著科學技術的發展，醫學檢查設備不斷改進，功能磁共振檢查也快速發展，為研究視路提供條件，磁共振擴散成像和腦功能成像檢查無創、客觀；功能磁共振成像有望挖掘更多視路病變的病理機制，發現更多的預測生物標志物，在患者有臨床癥狀之前作出診斷，提高有效精準治療。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。