DTI對腦白質疏松癥的相關研究

周世維　張健

摘要：腦白質疏松癥（leukoaraiosis，LA）是近年來腦白質病變中極為常見的一種，是導致老年人群認知障礙、步態異常、吞咽困難、進行性癡呆的典型因素，目前缺乏有效的治療手段，一旦得病將增加很多家庭負擔。所以，盡早發現病情與及時干預防治成了現在的熱點。磁共振彌散擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）作為一種新型檢查技術，可以無創性地觀察腦白質在大腦內的走形及形態。本文就LA的特征及DTI對LA的作用及意義進行論述。

關鍵詞：腦白質疏松;認知障礙;步態異常;磁共振彌散張量成像

【Abstract】 leukoaraiosis （LA） is a very common white matter disease in recent years. It is a typical factor leading to cognitive impairment， abnormal gait， dysphagia and progressive dementia in the elderly. At present， there is a lack of effective treatment， which will increase the burden of many families in case of illness. Therefore， early detection of the disease and timely intervention and prevention have become hot spots. Magnetic resonance diffusion tensor imaging （DTI）， as a new examination technique， can noninvasively observe the shape and shape of white matter in the brain. This paper discusses the characteristics of La and the function and significance of DTI to LA.

【Key words】 leukoaraiosis; Cognitive impairment; Abnormal gait; Magnetic resonance diffusion tensor imaging

隨著人口老齡化的增加，老年性疾病逐漸被人們重視起來，其中腦白質病以腦白質疏松癥（leukoaraiosis，LA）最為常見。LA是一個影像學診斷術語，它由各種原因引起的以斑點或斑片狀彌漫性腦缺血為典型代表的神經脫髓鞘疾病，雖然最早由Hachinski在1987年提出來[1]，但現在仍是世界研究的熱點，尤其是其發生機制及預后防治。LA患者典型的表現為慢性、進行性癡呆，認知功能下降，思維加工速度減慢，步態異常等。彌散加權張量成像（DTI）作為傳統擴散加權成像（DWI）進一步發展的新型成像技術，可以有效、無創地追蹤腦內白質纖維束。本文就LA的發生機制及DTI的診斷優勢進行論述。

1、LA的臨床概述

1.1、LA的發病機制

作為腦白質病變的典型代表，LA的診斷率在老年人群中逐漸增加，并且有年輕化的趨勢。病人在患病后出現認知功能障礙的機制非常復雜，汪蘭等認為是皮層-皮層環路和額葉-皮層下環路神經纖維受損; 病灶累及額葉-皮層聯絡纖維、額葉深部白質纖維及杏仁核、海馬、扣帶回等神經環路，從而造成產生信息提取延遲、錯誤信息增加[2]。LA的發病機制諸多，在腦白質疏松區域，主要的病理表現為血管周圍間隙增大，免疫組化顯示LA的病理變化主要是以神經元丟失、少突膠質細胞凋亡、枝狀突變性星形細胞增生、脫髓鞘、軸突破壞和膠質增生為特征[3、4]。目前也有研究表明，LA的形成與頸動脈粥樣硬化斑塊有關，其中不穩定斑塊破裂脫落后，通過顱內Willis動脈環易在遠端形成血管的微栓塞，最終形成LA[5]。由于腦血管缺血缺氧所致發病在LA中是否擔任重要原因還未可知，也有人認為，血腦屏障的破壞和內皮損傷也是其發病的原因。許多關于血腦屏障的研究證明，輕度認知障礙患者腦脊液中tau蛋白、炎癥介質和C反應蛋白水平顯著升高，與認知損傷的嚴重程度呈正相關[6]。這也進一步說明關于血腦屏障的假說是有證可循的。LA被認為是血管認知障礙的最常見原因，也有較高的梗死、運動功能障礙和殘疾風險。

1.2、LA的臨床表現

LA在臨床的表現主要是認知功能出現不同程度的障礙，比如對情感表達不確切、思維加工速度減慢、判斷能力下降、記憶力減退等。LA的認知障礙病情程度似乎與病變部位、大小、程度息息相關。一項使用彌散張量纖維束成像技術研究年齡對長白質束的影響的研究表明，前束的FA值與后束的FA值分別主要與執行任務能力和視覺記憶任務能力有關，此外，連接額葉區域的白質束與執行功能任務的表現高度相關，而更多連接后部區域的束與視覺記憶測試的表現有明顯關系[7]。LA也會致患者有步態異常、跌倒、行動緩慢的傾向。這可能是由于腦內傳導運動感覺的白質束遭到破壞，無論是視覺，還是體感和運動輸入都依賴于完整的腦神經網絡，這對于人體維持平衡是至關重要的[8]。Tekin S等人通過研究證明額葉-皮質通過5條平行的額葉-皮質下回路投射到基底節、丘腦和紋狀體，白質束完整性的喪失導致皮質下-皮質投射的中斷，從而影響人類的運動和感覺，進一步導致人們摔倒[9]。WeiYi Zhang等人利用DTI檢查技術，使用FA值來量化白質束的完整性，研究發現LA病人大腦內胼胝體、扣帶回、內囊前肢、腦腳、前冠和額枕束的FA值顯著降低，之前的研究想要確定影響平衡和步態功能的特定白質束[8]。LA的臨床表現會隨病情嚴重程度有不同的體現，其中還包括感情淡漠、尿失禁、各種慢性疾病、吞咽困難等。0ACE735E-D86E-4B72-842D-147C7533B9DC

2、DTI概述

2.1、DTI原理

DTI作為一種比較新穎的檢查方式，屬于MRI的特殊形式，可以根據體內水分子的移動方向進行繪圖，在診斷腦白質病變中比常規MRI更具權威性。彌散是一種三維運動過程，可以按彌散運動方式的不同將彌散分為兩種：一種是指在完全均勻的介質中，分子的運動由于沒有不受阻礙，向各個方向運動的距離是相等的，此種彌散方式稱為各向同性（isotropic）彌散，例如在純水中水分子的彌散即為各向同性彌散，在人腦組織中，腦脊液及大腦灰質中水分子的彌散近似各向同性彌散。另一種彌散具有方向依賴性，在按一定方向排列的組織中，分子向各個方向彌散的距離不相等，則稱為各向異性（anisotropic）彌散。DTI通過量化腦內水分子定向擴散，能無創地顯示出人體腦白質神經纖維束的解剖位置、走形、微觀結構的變化[10]。

2.2、DTI參數

平均彌散率（mean diffusivity，MD）：MD反映分子整體的彌散水平（平均橢球的大小）和彌散阻力的整體情況。MD只用來表示水分子彌散的大小，而與水分子彌散的方向無關。MD值與組織內所含自由水分子成正比，因此MD對細胞數量、壞死程度及水腫及其敏感。各向異性分數（fractional anisotropy，FA）：是水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例，是DTI中最常用的標量單位，它的變化范圍從0～1。0代表彌散不受限制，比如腦脊液的FA值接近0;對于非常規則的具有方向性的組織，其FA值大于0，例如大腦白質纖維FA值接近1[11]。FA值標志著軸突完整性，它假定變性可以改變擴散橢球的形狀，使它對纖維的微觀結構完整性高度敏感[12]。正因FA值對纖維結構有高度敏感性，能夠影響其的主要因素包括白質纖維髓鞘結構的完整性、腦白質纖維密度、腦白質纖維束方向的一致性、平行性以及白質纖維束的直徑[13]。

2.3、彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）

隨著科學技術的進步和發展，DTT成為了DTI的進一步延伸，它能夠清楚地顯示大腦內白質如何連接、其空間結構及完整性，通過對細胞外水分子的擴散變化表現出神經纖維束的走行，可以直觀地對比分析病變情況。基于計算DTI每個體素中的方向信息，纖維束成像可用于重建與三維空間中已知神經解剖學相對應的白質纖維束軌跡[14]。這也是相對于常規DTI而言，DTT更適用于評估神經束的原因。

3、DTI對LA診斷價值

腦內信息傳遞主要通過腦神經纖維束，而DTT技術可以將腦內神經纖維三維立體地展現出來。Zhao等人的實驗證明，LA組與健康對照組相比，LA患者的MD值升高，而FA值降低，同時，LA程度越重，MD值越高，兩者呈正相關;LA等級越重，FA值越低，且呈負相關，LA患者腦白質DTI參數的變化與LA的發病機制和病理基礎密切相關[15]。這一實驗也說明了LA患者由于細胞結構損傷和組織微結構的喪失，各向異性顯著降低，致使FA值降低。軸突是自由水分子擴散的屏障，軸突若缺失，腦內屏障功能可能受到損害，從而導致組織內水分子的增加，引起DTI測量數值的變化。目前，人們普遍認為執行功能障礙與前額葉紋狀體通路損傷有關[16]。 前額葉-紋狀體通路損傷可能導致前額葉自上而下的控制受損，導致執行功能障礙綜合征[17]，其特征是執行控制、工作記憶、顯性反應抑制以及精神運動遲緩異常。一些研究表明，WML主要影響前額葉紋狀體通路的結構和功能[18]，擾亂神經元之間以及前額葉皮質和皮質下中樞之間的信號轉導，最終導致執行功能障礙[19]。

結論

LA是腦小血管病的典型表現之一，其引起的認知障礙、運動功能障礙是比較棘手的難題，造成許多家庭負擔，影響百姓生活。目前對LA的發生機制已經比較確定，但還是有不同的假說提起。傳統MRI對于檢測LA的特征性病變不夠深入，DTI作為一門新技術，利用DTT可以完美呈現腦內神經纖維束的立體空間結構及其完整性，目前已有很多研究證明DTI對于LA的診斷價值。早期診斷、早期防治LA是我們日后應該關注的熱點。

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