輕度創傷性顱腦損傷患者丘腦擴散峰度成像研究*

汪麗娜 肖 勇

1 江蘇醫藥職業學院醫學影像學院,江蘇省鹽城市 224005; 2 徐州醫科大學鹽城臨床學院 鹽城市第一人民醫院

輕度創傷性顱腦損傷(mild traumatic brain injury,mTBI)已成為常見的公共衛生問題之一。不同于中、重度腦損傷因癥狀體征明顯受到臨床醫生的重視,mTBI患者的診斷與治療往往被忽視。認知功能減退是mTBI患者傷后常見的癥狀,雖然約85%的mTBI患者能夠從創傷后認知損害中恢復,但仍有約15%的mTBI患者長期伴有認知功能減退的癥狀[1]。早期的干預治療能夠顯著減輕mTBI患者個人、家庭以及社會的心理和經濟負擔。以往對認知功能減退的檢測主要依賴于臨床神經心理學測試評分,但是這些檢測方法對預測認知結果準確性并不理想,而傳統的磁共振成像序列對并無腦內宏觀結構損害的mTBI患者腦部異常的檢測價值甚微。有研究表明[2],mTBI患者除了腦白質中存在損傷外,丘腦損傷在mTBI患者傷后認知損害中發揮重要作用。擴散峰度成像(Diffusional kurtosis imaging,DKI)作為擴散張量成像(Diffusion tensor imaging,DTI)的延伸,有效彌補了DTI無法解決的纖維交叉和對灰質檢測不敏感的缺陷。DKI技術可檢測組織內水分子偏離高斯分布的程度,從而反映組織微結構復雜程度。目前,DKI技術已廣泛應用于全身多系統疾病的研究[3],但關于mTBI患者丘腦的研究并不多見。本研究旨在探究DKI成像技術能否檢出mTBI患者丘腦異常改變,并分析DKI各參數值與臨床神經心理學評分間的相關性。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2019年6月—2021年10月在鹽城市第一人民醫院就診治療的mTBI患者27例作為mTBI組。入組標準：右利手;受教育年限>12年;符合美國康復醫學大會輕度創傷性腦損傷跨學科小組制定的mTBI診斷標準[4];蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment,MoCA)評分<26分;腦外傷后意識喪失持續時間≤30min,記憶缺失持續時間≤24h;常規影像學檢查陰性。排除標準包括：其他類型腦損傷,有中樞神經系統疾病史;有全身系統性疾病史;酒精或藥物依賴者;有磁共振檢查禁忌證。另選擇與mTBI組患者年齡、性別以及受教育年數相匹配的22名健康志愿者作為健康對照組(HC組)。入組標準：MoCA評分≥26分;右利手;既往無系統性及中樞性疾病史;無酒精或藥物依賴;常規影像學檢查陰性。本研究得到鹽城市第一人民醫院醫學倫理委員會批準,所有入組人員檢查測試前均簽署知情同意書。

1.2 神經心理學測試 在被試者進行MRI掃描當天完成神經心理學測試。由一名接受過培訓的神經科副主任醫師在不知被測試者影像結果的情況下進行,使用MoCA量表進行認知功能測試,并參考現有的標準,將測試評分轉換為Z分數,以更準確地進行組間數據比較。MoCA評分總分為30分,主要包括視空間與執行能力、記憶力、注意力、語言能力、抽象能力及定向能力。被試者受教育年限≤12年者,MoCA評分總分加1分,以矯正受教育年限對評分的影響?？傇u分≤26分被確定為認知異常。

1.3 磁共振數據采集 所有被試者的MRI圖像采集均通過西門子Skyra 3.0T超導磁共振掃描儀以及20通道相控陣頭頸聯合線圈完成。為減少外來干擾對被試者的影響,檢查時被試者均佩戴眼罩耳塞,用柔性泡沫加塞固定頭兩側。先后完成軸位T2FLAIR、矢狀位T1WI結構像和軸位DKI。T2FLAIR序列掃描具體參數：重復時間(TR)=6 000ms,回波時間(TE)= 85ms,視野(FOV) 245mm×245mm,矩陣 256×256,層厚5.0mm,層間距1mm,層數22,激勵次數(NEX)1,掃描時間(TA)1min38s。

用三維快速擾相梯度回波(three dimensional fast spoiled gradient echo,3D MPRAGE)采集T1WI結構像,包括頭皮在內的全腦掃描。具體參數：TR/TE=89ms/2 300ms,反轉時間(TI)= 900ms,翻轉角(FA)9°,FOV 256mm×256mm,矩陣 256×256,層厚1.0mm,層間距0mm,層數176,層內體素大小1mm×1mm×1mm,NEX 1,TA 5min20s。

用單次激發自旋平面回波EPI序列采集DKI圖像,包含全腦掃描。掃描基線平行于AC-PC線。具體參數：TR/TE=95ms/13 700ms,層厚2mm,層間距0mm,層數70,FOV 240mm×240mm,矩陣128×128,取0、1 000、2 000s/mm2三個b值,擴散梯度方向數分別為1、30、30,NEX 1,TA 14min38s。

1.4 磁共振數據處理及分析

1.4.1 數據預處理：DKI數據基于軟件MATLAB的腳本進行處理。首先將采集的DKI原始DICOM格式圖像經MRICRON軟件“dcm2n2gui”工具包轉換為NIfTI格式,并逐層檢查轉換后的圖像質量,再行頭動及渦流矯正,然后行剝腦處理去除腦外組織信號得到全腦的數據圖像。

1.4.2 雙側丘腦DKI指標計算： 預處理后的全腦圖像數據經DKE軟件處理生成AK、RK、MK、MD、FA等參數圖。然后將標準丘腦圖譜(MNI_Thalamus_Template.n2.gz)配準到個體參數圖,再提取每個被試雙側丘腦的MK、AK、RK、FA、MD均值。

2 結果

2.1 mTBI組和HC組人口學資料和臨床指標間比較 兩組間性別(χ2=0.78,P=0.47)、年齡(t=0.67,P=0.35)及受教育年限(t=0.92,P=0.56)差異無統計學意義;27例mTBI患者中85.2%(23例)有空間與執行能力障礙,74.1%(20例)有記憶力損害,66.7%(18例)有注意力損害。mTBI組MoCA總評分、視空間與執行能力、記憶力、注意力、語言能力及抽象能力評分均低于對照組,差異均有統計學意義(P<0.05)。兩組間定向能力評分差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 兩組間人口學資料和臨床指標比較

2.2 mTBI組和HC組兩側丘腦各參數值比較 mTBI組雙側丘腦MK、AK、RK值均低于HC組,MD值高于HC組,差異均有統計學意義(P<0.05);與HC組比較,mTBI雙側組丘腦FA值略有降低,但組間差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 mTBI組和HC組MK、AK、RK、FA、MD比較

2.3 mTBI組兩側丘腦各參數值與MoCA總評分及其子項相關性 Spearman相關性分析顯示,mTBI組兩側MK、AK、RK值與MoCA總評分、視空間與執行能力、記憶力、注意力及語言能力評分呈正相關(P<0.05);MD值與MoCA總評分、視空間與執行能力、記憶力、注意力評分呈負相關(P<0.05);FA值與MoCA總評分及各子項評分間均無明顯相關性(P>0.05)。見表3。

表3 mTBI組兩側丘腦MK、AK、RK、FA、MD值與MoCA總評分及各子項相關性分析

3 討論

神經心理學測試作為目前臨床通用的認知評估方法,在評估mTBI患者認知損害程度上具有其他檢測方法難以替代的作用。本研究中mTBI組與健康對照組比較,MoCA總評分及各子項評分均有降低,提示mTBI患者存在多項認知功能減退。27例mTBI患者中,85.2%(23例)有空間與執行能力障礙,74.1%(20例)有記憶力損害,66.7%(18例)有注意力損害。這印證了MoCA量表對認知損害檢測的敏感性。但神經心理學測試易受被檢者和測試者的雙重主觀因素影響,其結果可重復性欠佳[5]。故而,本研究嘗試用不受主觀因素影響的DKI成像技術檢測mTBI患者腦內存在的結構損傷性改變,為臨床提供較為客觀的指標,以便更準確地反映mTBI患者腦內的損傷程度。

常規的醫學影像技術無法檢測出mTBI患者腦內的異常改變,更無法預測和度量mTBI患者傷后存在的永久性認知障礙的程度。雖然DTI對彌漫性軸索損傷(DAI)患者腦內的損傷病變檢出敏感[6],但對于沒有明顯軸索損傷的mTBI患者而言,DTI顯然是非常局限的。DKI作為DTI技術的進一步發展,其檢測參數包含DTI的參數,同時自身特有的參數MK值在反映腦內微結構改變的能力尤為突出。本研究結果也驗證了這一結論。本研究發現,與HC組比較,mTBI組丘腦的MK、AK、RA值均顯著減低,組間差異有統計學意義,而兩組間FA值無統計學差異。也因為FA值反映的是組織的各向異性,而本研究選取的丘腦為灰質核團,其組織結構趨向各向同性。這一發現也表明,DKI比DTI更有可能揭示mTBI的病理生理學機制,而DKI參數有可能成為腦損傷的嚴重程度和認知損害程度評估的預測因子。

相關研究認為左側大腦半球、丘腦以及額葉與認知功能緊密相關[7],而丘腦在mTBI患者傷后認知功能損害的發展中發揮關鍵作用[8]。本研究顯示,mTBI組丘腦的MK、AK、RA值均低于HC組,提示mTBI患者丘腦微結構存在一定的破壞。由此引出一個重要問題,即mTBI患者丘腦損傷是由創傷性損傷直接引起,還是繼發于相關白質損傷的連鎖反應?以往的實驗模型表明[9],這兩種機制都參與了mTBI患者丘腦的損傷。mTBI患者最大的剪切力損傷位于丘腦和中腦。mTBI繼發性損傷模型研究顯示,連接大腦皮層和丘腦的白質纖維因損傷斷裂,那么這兩個區域的靶細胞都可能發生凋亡。本研究中,mTBI患者丘腦的DKI參數與患者認知評分之間的相關性間接說明了丘腦損傷的存在。而在其他疾病的研究中也已經證實[10-11],患者丘腦的功能與認知功能存在相關性,這與本研究結果一致。

本研究存在幾個潛在的局限性：(1)影像學表現缺乏組織學結果證實。這可在以后的動物實驗中加以補充。(2)納入病例數量較少。擴大病例數量肯定會提高研究結果的可靠性,這將在后續的研究中得到解決。(3)為了確定DKI參數的預測效能,需進一步縱向研究來評估各參數值隨時間的變化情況,并更精確地確定各參數值與認知結果的相關性。

綜上所述,mTBI患者傷后存在不同程度的認知功能減退,其雙側丘腦MK值降低的幅度與認知功能減退程度存在正相關。由此可見,DKI有望成為早期預測mTBI患者認知損害的有效方法,并為早期干預治療提供可靠的依據。