邵晨蘭 綜述，余 茜審校

SHAO Chen-lan，YU Qian

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院，四川 瀘州646000 ;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院川港康復(fù)中心，四川 成都610072)

核磁共振彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種水彌散成像技術(shù)，通過水分子的彌散定量反映大腦白質(zhì)及深部灰質(zhì)的微結(jié)構(gòu)改變。DTI 可以無創(chuàng)地跟蹤腦內(nèi)白質(zhì)纖維并顯示腦內(nèi)病變對白質(zhì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)直接或間接的影響，目前在腦血管意外診斷、判斷預(yù)后等方面的研究中取得了一定進展。本文主要分析DTI 基本原理及其在缺血性腦卒中的應(yīng)用研究進展。

1 DTI 的基本原理及常用參數(shù)

DTI 是在磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種成像方法，通過在DWI 的基礎(chǔ)上施加多個線性方向的敏感彌散梯度而測量水分子在各個方向上彌散的程度。人體內(nèi)的水分子同體外水分子的運動不同，它受組織細胞本身特征和細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。在均勻介質(zhì)中，水分子任何方向的彌散系數(shù)都相等，稱為各向同性彌散(isotropic diffusion)，即彌散不受方向的限制。平均彌散率(mean diffusivity，MD)可反映彌散張量的各向同性。在大腦白質(zhì)中由于神經(jīng)纖維束具有固定排列順序，水分子在各個方向的彌散是不同的，通常更傾向于沿著神經(jīng)纖維束走行的方向進行彌散，而很少沿著垂直于神經(jīng)纖維束走行的方向進行彌散，這稱為各向異性彌散(anisotropic diffusion)。DTI 成像的基本原理就是水分子在不均勻介質(zhì)中的彌散具有各向異性特征。定量評價彌散張量各向異性的指標(biāo)有:各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、相對各向異性(relative anisotropy，RA)、容積比(volume ratio，VA)等，其中FA 是描述彌散張量各向異性特征的最常用參數(shù)之一，其范圍在0 ～1，0 代表最大各向同性彌散，1 代表最大各向異性彌散，臨床上主要用來反映發(fā)育過程中腦白質(zhì)的髓鞘化程度或變性病中纖維束的破壞。其大小與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性有密切關(guān)系，能夠反映白質(zhì)纖維是否完整。FA 值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)功能越強［1］。

2 DTI 在缺血性腦卒中的應(yīng)用研究

2.1 缺血性腦卒中認知障礙 大腦認知功能障礙是缺血性腦卒中患者最常見的功能障礙之一，以往影像學(xué)研究者對認知障礙的研究多集中在大腦皮質(zhì)的改變，如血氧水平依賴性功能磁共振成像(BOLDfMRI)技術(shù)對認知障礙在大腦皮層的功能定位，但認知功能不僅基于大腦皮層的激活，更重要的是基于這些功能區(qū)之間白質(zhì)纖維束的連接，有研究發(fā)現(xiàn)認知障礙的患者腦白質(zhì)區(qū)存在廣泛的微結(jié)構(gòu)改變［2］。Gold 等［3］研究發(fā)現(xiàn)皮層小梗塞和腦室周圍白質(zhì)脫髓鞘病變可明顯影響認知功能。徐群等［4］發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)下缺血性腦血管病患者的語言功能和視空間功能與MD 或FA 值之間沒有相關(guān)，提示這兩項認知功能不主要依賴于皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的完整性。劉中華等［5］對單側(cè)腦室旁輻射冠區(qū)和(或)半卵圓中心的腦梗死患者進行研究發(fā)現(xiàn)腦梗后1 周、2 月、6 月病灶側(cè)海馬區(qū)FA 值下降，認為皮層下腦梗死患者存在病變同側(cè)海馬相關(guān)神經(jīng)纖維的繼發(fā)性遠隔損害，并可能影響認知功能的恢復(fù)。Reijmer 等［6］研究17 例腔隙性腦梗死患者，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)磁共振顯示出的腔梗灶向上2 cm 處的白質(zhì)FA 值下降，這部分受影響的白質(zhì)可能和皮質(zhì)下腦梗死患者認知障礙有關(guān)。Williamson 等［7］對發(fā)病后3 ～6 個月的缺血性腦卒中患者行DTI 檢查，同時評估患者工作記憶、注意力、言語功能、視空間功能、情緒等，發(fā)現(xiàn)大腦額葉和頂葉白質(zhì)與認知和情緒更密切相關(guān)。另外也有學(xué)者對老年腦卒中患者行DTI 檢查發(fā)現(xiàn)認知加工速度、注意力與額葉白質(zhì)有關(guān)，記憶障礙和顳葉白質(zhì)有關(guān)［8，9］。

2.2 缺血性腦卒中運動障礙 腦梗死后約3/4 以上的患者會殘留不同程度的肢體功能障礙，運動功能的恢復(fù)直接影響到患者的生活質(zhì)量。磁共振彌散張量成像可以有效觀察腦梗死后白質(zhì)纖維束損傷變性、梗死灶和纖維束的關(guān)系及判斷療效、評估運動功能預(yù)后等。Koyama 等［10］對發(fā)病后14 ～18 天的輻射冠區(qū)腦梗死患者進行DTI 檢查，1 個月后采用Brunnstrom 量表評估患者上肢、下肢和手功能分級，發(fā)現(xiàn)大腦腳FA 值與上肢和下肢運動功能分級都存在相關(guān)。梁志堅等［11］研究發(fā)現(xiàn)腦梗死后遠端神經(jīng)纖維繼發(fā)性損害可以發(fā)展到頸髓部位，這種繼發(fā)性損害在腦梗后12 周內(nèi)逐漸加重，并且頸髓皮質(zhì)脊髓束的繼發(fā)性損害可能延緩患者運動功能的恢復(fù)。Liu 等［12］對缺血性腦卒中患者在發(fā)病后不同時期測大腦腳皮質(zhì)脊髓束FA 值、ADC 值，并取患側(cè)與健側(cè)比值rFA、rADC，8 個月后對患者運動功能進行評分，發(fā)現(xiàn)腦梗死2 周后的FA 值、rFA 值和遠期運動功能恢復(fù)有關(guān)。Lindenberg 等［13］研究35 例慢性腦卒中患者，發(fā)現(xiàn)患側(cè)大腦所有下行運動纖維束的數(shù)量和FA 值與錐體束相比能更好預(yù)測運動功能障礙。因此，DTI 在腦梗死后可通過對梗死側(cè)皮質(zhì)脊髓束FA 的計算判斷其變性程度，并預(yù)測患者的運動功能轉(zhuǎn)歸。彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年來MRI 技術(shù)的一項重大進展，它是利用彌散張量的數(shù)據(jù)，來重建大腦白質(zhì)纖維束的三維圖像，可顯示纖維束的立體形態(tài)，也可顯示梗死灶與纖維束的關(guān)系，如接近、穿行(部分、完全)、中斷等。Nelles 等［14］研究脈絡(luò)膜前動脈梗死的患者，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)脊髓束穿過梗死灶和中斷的患者3 個月后運動功能評分差，而梗死灶大小與運動評分無相關(guān)。劉樹榮等［15］通過腦梗死后皮質(zhì)脊髓束分級與肢體運動功能評分(FMS)進行分析發(fā)現(xiàn)患者運動功能恢復(fù)與皮質(zhì)脊髓束的DTT 分級呈負相關(guān)，DTT 分級越高，治療后FMS 評分越低，腦梗死后纖維束中斷的患者運動恢復(fù)不佳。

2.3 缺血性腦卒中診斷 DWI 對超急性及急性腦缺血的定性、定位診斷的臨床價值已被公認。聯(lián)合運用DTI 腦梗死分期可以更準(zhǔn)確［16］。劉青蕊等［17］發(fā)現(xiàn)不同時期腦梗死病灶其FA、ADC 值有一定規(guī)律變化，F(xiàn)A 值在超急性期無明顯變化，在急性期、亞急性期及慢性期逐漸降低，ADC 值在超急性期、急性期明顯減低，亞急性期逐漸恢復(fù)接近于健側(cè)，慢性期再度增高。也有學(xué)者研究在腦梗死超急性期FA值是升高的。超急性期FA 值增高的原因［20］可能是由于腦組織處于細胞毒性水腫期，髓鞘纖維腫脹，纖維束間隙變小、細胞外間隙迂曲，垂直纖維走形的水分子彌散受限，相對應(yīng)的FA 值升高。Bhagat等［18］研究13 例缺血性腦卒中患者，分別在發(fā)病超急性期(2.5 ～7 h)和急性(21.5 ～29 h)測患者大腦梗死區(qū)域FA 值、MD 值，發(fā)現(xiàn)在超急性期13 例患者中有9 例FA 值在深部白質(zhì)、皮質(zhì)下白質(zhì)、深部灰質(zhì)、皮質(zhì)灰質(zhì)的至少一個組織中是增大的;急性期13 例患者中有11 例FA 值在至少一個組織中是降低的;發(fā)病24 小時以后rFA 降低穩(wěn)定。Puig 等［19］分析48 例發(fā)病(﹤12 h)缺血性腦卒中患者，分別測大腦兩側(cè)皮質(zhì)灰質(zhì)、深部灰質(zhì)、皮層下白質(zhì)和深部白質(zhì)皮質(zhì)脊髓束的FA 值、MD 值、ADC 值，取大腦患側(cè)與健側(cè)比值rFA、rMD、rADC，發(fā)現(xiàn)其中深部白質(zhì)皮質(zhì)脊髓束的rFA 對分辨發(fā)病小于4.5 小時的腦梗死最可靠。DTI 也有助于確定半暗帶及其治療時間窗。腦梗灶中心壞死區(qū)的神經(jīng)損傷是不可逆的，但圍繞在壞死區(qū)周圍的缺血半暗帶組織損傷是可逆的。鐘進等［20］應(yīng)用MR 擴散張量成像技術(shù)對急性腦梗死行動態(tài)觀察，認為在缺血的超急性期，急性期病灶的邊緣區(qū)存在半暗帶組織，其治療的時間窗可擴展為24 小時。因此超急性腦梗塞快速的診斷和治療對患者預(yù)后有重大影響，當(dāng)腦梗塞由超急性期過度到急性期，腦細胞開始壞死，治療效果不理想。

3 DTI 的不足與展望

DTI 作為一種新的影像學(xué)技術(shù)，在腦梗死中的研究還處于早期階段，有其不可忽視的局限性，主要有掃描和采集數(shù)據(jù)的方法不同、部分容積效應(yīng)的影響、噪聲及偽影問題、圖像分辨率低，較小的纖維束顯示不清或不能顯示等，但是相信隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這些缺點會得到解決。未來DTI 與fMRI、腦電圖等的有效結(jié)合，在研究腦結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系、神經(jīng)認知等方面應(yīng)該可以有更大的發(fā)展空間。

［1］Schaechter JD.Motor rehabilitation and brain plasticity after hemiparetic stroke［J］.Progress in Neurobiology，2004，73(1):61-72.

［2］Correia S，Lee SY，Voorn T，et al.Quantitative tractography metrics of WM integrity in diffusion—tensor MR1［J］. Neuroimage，2008，42(2):568-581.

［3］Gold G，Kovafi E，Herrmann FR，et al. Cognitive consequences of thalamic，basal ganglia and deep white matter lacunes in brain aging and dementia［J］.Stroke，2005，36(6):1184-1188.

［4］徐群，周滟，曹雯煒，等.皮質(zhì)下缺血性血管病患者認知功能的彌散張量磁共振研究［J］. 中國神經(jīng)精神疾病雜志，2012，38(9):537-538.

［5］劉中華，吳文軍，曾進勝，等.彌散張量成像觀察皮層下腦梗死后海馬相關(guān)神經(jīng)纖維繼發(fā)性損害［J］. 中國神經(jīng)精神疾病雜志，2013，39(7):391-395.

［6］Reijmer YD，F(xiàn)reeze WM，Leemans A，et al.The effect of lacunar infarcts on white matter tract integrity［J］.Stroke，2013，44(7):2019-2021.

［7］Williamson J，Nyenhuis D，Stebbins GT，et al.Regional differences in relationships between apparent white matter integrity，cognition and mood in patients with ischemic stroke［J］.J Clin Exp Neuropsychol，2010，32(7):673-681.

［8］van Norden AG，van den Berg HA，de Laat KF，et al. Frontal and temporal microbleeds are related to cognitive function:the Radboud University Nijmgen Diffusion Tensor and Magnetic Resonance Cohort(RUN DMC)Study［J］.Stroke，2011，42(12):3382-3386.

［9］Burton EJ，Kenny RA，OBrien J，et al. White matter memory，attention，and global cognitive Performance in older stroke Patients［J］.Stroke，2004，35:1270-1275.

［10］Koyama T，Marumoto K，Miyake H. Relationship between Diffusion Tensor Fractional Anisotropy and Motor Outcome in Patients with Hemiparesis after Corona Radiata Infarct［J］. J Stroke Cerebrovasc Dis，2013，16(13):60-68.

［11］梁志堅，張中偉，曾進勝，等.DTI 態(tài)觀察腦梗死后頸髓皮質(zhì)脊髓束繼發(fā)性損害［J］. 中國神經(jīng)精神疾病雜志，2010，36(1):10-13.

［12］Liu X，Tian W，Qiu X，et al.Correlation analysis of quantitative diffusion parameters in ipsilateral cerebral peduncle during Wallerian degeneration with motor function outcome after cerebral ischemic stroke［J］.J Neuroimaging，2012，22(3):255-260.

［13］Lindenberg R，Renga V，Zhu LL，et al.Structural integrity of corticospinal motor fibers predicts motor impairment in chronic stroke［J］.Neurology，2010，74(4):280-287.

［14］Nelles M，Gieseke J，F(xiàn)lacke S，et al.Diffusion tensor pyramidal tractography in patients with anterior choroidal artery infarcts ［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2008，29(3):488-493.

［15］劉樹學(xué)，王本國，莫雪玲，等.磁共振彌散張量成像_DTI_在腦梗死皮質(zhì)脊髓束損傷與運動功能轉(zhuǎn)歸相關(guān)性中的應(yīng)用研究［J］.中國CT 和MRI 雜志，2011，9(5):28-31.

［16］宋建波，楊曉棠，彭琨，等.磁共振DTI 在腦梗死診斷中的應(yīng)用價值［J］. 中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志，2010，8(10):1196-1198.

［17］劉青蕊，趙靜國，麗茹，等. 磁共振彌散張量成像在腦梗死中的應(yīng)用［J］.腦與神經(jīng)疾病雜志，2011，19(5):345-346.

［18］Bhagat YA，Hussain MS，Stobbe RW，et al. Elevations of diffusion anisotropy are associated with hyper-acute stroke:a serial imaging study［J］.Magn Reson Imaging，2008，26(5):683-693.

［19］Puig J，Blasco G，Daunis-I-Estadella J，et al.Increased corticospinal tract fractional anisotropy can discriminate stroke onset within the first 4.5 hours［J］.Stroke，2013，44(4):1162-1165.

［20］鐘進，張云亭.MR 擴散張量成像在急性腦梗死的臨床應(yīng)用［J］.中華放射學(xué)雜志，2005，39(7):677-681.