何冠勇，劉遠(yuǎn)健，馮飛，劉漢橋，劉陽，劉鵬程

·中樞神經(jīng)影像學(xué)·

小腦共濟(jì)失調(diào)型多系統(tǒng)萎縮腦干白質(zhì)定量DTT研究

何冠勇，劉遠(yuǎn)健，馮飛，劉漢橋，劉陽，劉鵬程

目的探討小腦共濟(jì)失調(diào)型多系統(tǒng)萎縮(MSA-C)患者腦干相關(guān)白質(zhì)纖維的定量擴(kuò)散張量纖維束成像特征。方法搜集MSA-C型患者11例(MSA-C組)及健康志愿者11例(對照組)，行常規(guī)MRI及擴(kuò)散張量成像(DTI)檢查，利用纖維束追蹤成像法重建小腦上、中、下腳及錐體束，并測量其FA值和纖維條數(shù)。結(jié)果MSA-C組小腦中腳、下腳及錐體束的FA值(0.458±0.019，0.372±0.010，0.494±0.016)較對照組(0.476±0.016、0.405±0.023、0.524±0.012)降低(P<0.05)；小腦中腳、下腳及錐體束的纖維條數(shù)(373±76、72±23、173±35)較對照組(1544±156、116±37、311±94)降低(P<0.05)。MSA-C組小腦上腳的FA值(0.481±0.010)與對照組(0.474±0.012)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；MSA-C組小腦上腳纖維條數(shù)(634±50)與對照組(686±117)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論小腦中、下腳及錐體束的FA值和纖維條數(shù)的測量能從一個側(cè)面反映MSA的病變特征。

多系統(tǒng)萎縮；小腦腳；錐體束；擴(kuò)散張量成像；磁共振成像

多系統(tǒng)萎縮(multiple system atrophy，MSA)是一種少見的成年人進(jìn)展性神經(jīng)變性疾病，表現(xiàn)為小腦共濟(jì)失調(diào)、帕金森綜合征、自主神經(jīng)紊亂等[1]；神經(jīng)病理學(xué)研究可見膠質(zhì)細(xì)胞出現(xiàn)包涵體、膠質(zhì)增生、皮質(zhì)橋腦小腦束的脫髓鞘、軸突丟失及橋腦、豆?fàn)詈恕⒑谫|(zhì)神經(jīng)核的神經(jīng)元細(xì)胞丟失[2]。本文采用擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)研究小腦共濟(jì)失調(diào)型多系統(tǒng)萎縮(multiple system atrophy-cerebellar ataxia,MSA-C)小腦上、中、下腳及錐體束，旨在探討MSA-C型患者腦干相關(guān)白質(zhì)纖維的DTI成像特征。

材料與方法

1.研究對象

搜集MSA-C型患者11例(患者組)，11例均為右利手，其中男6例，女5例，平均年齡56歲(47～64歲)。搜集健康志愿者11例(對照組)，年齡性別均與患者組相匹配。本組研究MSA-C的臨床診斷按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[1]，MSA-C型患者的病程為(3.4±1.5)年，11例患者皆為MSA-C型。

2.檢查方法

MRI檢查采用Siemens Magnetom Avanto型1.5T磁共振成像儀及Siemens AG 2008工作站完成數(shù)據(jù)收集和后處理。

軸面T2WI掃描參數(shù)：TR 4000 ms，TE 89 ms，激勵次數(shù)1，視野230 mm×230 mm，層厚5 mm，層間距1.5 mm，軸面掃描層面平行于前后聯(lián)合線。

多平面重組圖像(mutiplanar reformation，MPR)掃描參數(shù)：TR 1900 ms，TE 3.37 ms，TI 1100 ms，激勵次數(shù)1，視野256 mm×256 mm，體素為1.0mm×1.0 mm×1.0 mm，采集時間235 s。

DTI掃描參數(shù): 對所有受試對象采用自旋-平面回波序列進(jìn)行掃描，采用20個擴(kuò)散敏感梯度方向，b值=0、1000 s/m2，TR 5100 ms，TE 100 ms，視野250 mm×250 mm，體素2.0 mm×2.0 mm×3.0 mm，激勵次數(shù)2，層間距0.9 mm，采集時間231 s。

3.DTI后處理

將采集的DTI數(shù)據(jù)傳至工作站(SIEMENS AG 2008 workstation)，利用Siemens纖維束跟蹤軟件tractography技術(shù)進(jìn)行處理，參數(shù)如下：①小腦上腳連接纖維，角度閾值10°，F(xiàn)A 閾值0.15，步長1 mm，每體素內(nèi)采樣數(shù)目4；②小腦中腳，角度閾值30°，F(xiàn)A 閾值0.2，步長0.55 mm，每體素內(nèi)采樣數(shù)目2；③小腦下腳，角度閾值45°，F(xiàn)A 閾值0.15，步長0.4 mm，每體素內(nèi)采樣數(shù)目2；④錐體束：角度閾值30°，F(xiàn)A 閾值0.2，步長0.55 mm，每體素內(nèi)采樣數(shù)目2。

圖1 MSA-C型患者。a) T2WI示小腦半球及腦橋不同程度萎縮伴腦橋類似“十”字形的長T2信號改變(箭)；b) 冠狀面MPR解剖圖與Tensor圖融合成像示小腦上腳(短箭)及小腦下腳(長箭)的感興趣區(qū)；c) 橫軸面MPR解剖圖與Tensor圖融合成像示小腦中腳(短箭)及錐體束(長箭)的感興趣區(qū)。圖2 MSA-C型患者經(jīng)纖維追蹤重建后的纖維束。a) MPR圖與重建的小腦上腳融合成像示小腦上腳(箭)起源于齒狀核門，經(jīng)過橋腦、中腦，部分延伸至同側(cè)丘腦區(qū)；b) MPR圖與重建的小腦中腳融合成像示明顯稀疏的連接橋腦及雙側(cè)小腦半球的小腦中腳(箭)；c) MPR圖與重建的小腦下腳融合成像示纖細(xì)的小腦下腳(箭)起源于延髓背側(cè)，經(jīng)過橋腦并在上橋腦水平延伸至小腦前葉的蚓部；d) MPR圖與重建的錐體束融合成像示錐體束(箭)經(jīng)過腦干一直上升到內(nèi)囊、放射冠，最后達(dá)大腦皮層。

4.常規(guī)MRI及DTI圖像評價

在工作站中打開Neuro3D任務(wù)卡，裝載MPR解剖圖像數(shù)據(jù)，后加載DTI掃描自動生成的Tensor圖，兩者融合成像。再激活纖維束成像模式，使用工作站提供的兩種成像方法，即單個播散點(diǎn)(開始區(qū)域)的纖維束成像和在兩個不同播散點(diǎn)(開始區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域)之間的纖維束成像。最后分別對MSA-C型患者及健康志愿者小腦上、中、下腳及錐體束行纖維束成像，并記錄相應(yīng)纖維束FA值及纖維條數(shù)。

全部MRI及DTI纖維束追蹤成像圖像由一位有經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師進(jìn)行3次盲法重建并評價，取平均值。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS Statistics17.0統(tǒng)計(jì)軟件，對MSA-C型患者組及對照組的小腦上腳、中腳、下腳、錐體束的FA值及纖維條數(shù)首先進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布后行方差齊性檢驗(yàn)；若方差齊則行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，若方差不齊則行近似t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

在常規(guī)T1WI圖上，7例患者表現(xiàn)出不同程度的小腦半球、小腦中腳、腦橋萎縮，且在T2WI圖上可見腦橋中部出現(xiàn)“十字征樣”的高信號(圖1a)。通過軸面或冠狀面可設(shè)定小腦上、中、下腳及錐體束的感興趣區(qū)(圖1b、c)，經(jīng)纖維束追蹤可清楚探測到三對小腦腳及錐體束的解剖結(jié)構(gòu)通路(圖2)，記錄相應(yīng)FA值及纖維條數(shù)(圖3、4)。組間比較發(fā)現(xiàn)，MSA-C組小腦中腳、下腳及錐體束的FA值(0.458±0.019、0.372±0.010，0.494±0.016)較健康對照組(0.476±0.016、0.405±0.023、0.524±0.012)減低(t1=-2.23，t2=-4.332、t3=-4.849，P<0.05)；小腦中腳、下腳及錐體束的纖維條數(shù)(373±76、72±23、173±35) 較健康對照組(1544±156、116±37、311±94)降低(t1=-22.363、t2=-3.415、t3=-4.562、P<0.05)。MSA-C組小腦上腳的FA值(0.481±0.010)與健康對照組(0.474±0.012)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.40，P>0.05)；MSA-C組小腦上腳纖維條數(shù)(634±50) 與健康對照組(686±117)比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t1=-1.366，P>0.05)。

圖3 MSA-C型患者組與健康對照組腦干相關(guān)白質(zhì)的FA值比較。圖4 MSA-C型患者組與健康對照組腦干相關(guān)白質(zhì)的纖維條數(shù)比較。

討論

MSA是一組成人發(fā)病、散發(fā)性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，臨床上常分為兩個亞型，分別為MSA-P帕金森樣型和MSA-C小腦共濟(jì)失調(diào)型，MSA-C型臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性步態(tài)和肢體共濟(jì)失調(diào)，伴構(gòu)音障礙和眼球震顫，主要宏觀病理改變?yōu)閲?yán)重的小腦、小腦中腳、橋腦腹側(cè)以及橄欖核萎縮。

為了提高M(jìn)SA的檢出率，許多學(xué)者通過不同的量化方法來探討具有診斷價值的影像征象。宏觀上，有研究發(fā)現(xiàn)腦橋的橫徑縮短可以客觀反映MSA患者腦橋的萎縮，且MSA-C型患者更易出現(xiàn)第四腦室的擴(kuò)大和小腦中腳萎縮[3]。陸菁菁等[4]應(yīng)用DTI技術(shù)發(fā)現(xiàn)MSA患者在黑質(zhì)紋狀體投射局部的FA值較正常人下降，從而可定量研究MSA的改變。還有研究應(yīng)用擴(kuò)散張量纖維束追蹤成像(diffusion tensor tractography，DTT)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)MSA-C型患者中與小腦相關(guān)的白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣M織結(jié)構(gòu)破壞與臨床共濟(jì)失調(diào)嚴(yán)重程度相關(guān)[5]。

DTT首先設(shè)定感興趣種子點(diǎn)區(qū)，然后按照一定的步長根據(jù)最大特征向量從正反兩個方向逐步延長，顯示纖維束行走的方向和數(shù)目改變[6]。值得注意的是，重建圖像的纖維條數(shù)并不是真正的白質(zhì)纖維，而是連接張量模型最大特征向量方向所形成的流線型框架，這與腦白質(zhì)纖維內(nèi)部水分子擴(kuò)散狀態(tài)類似。測量重建纖維束的纖維條數(shù)在一定程度上反映了腦白質(zhì)纖維數(shù)目，從而能對腦白質(zhì)改變情況做出直觀評價。雖然DTI張量模型本身具有不確定性，以及隨機(jī)噪聲影響出現(xiàn)追蹤方向估計(jì)的誤差，但它是目前唯一能在活體近似顯示腦白質(zhì)纖維束的無創(chuàng)成像方法，可定量計(jì)算出目標(biāo)纖維束的擴(kuò)散特性，描繪出纖維束的輪廓形態(tài)[7]。

本研究通過擴(kuò)散張量纖維束追蹤成像重建MSA-C型患者腦干內(nèi)小腦上、中、下腳及錐體束。為了能精確定位在腦部特定區(qū)域，筆者采用了MPR序列三維T1WI解剖結(jié)構(gòu)圖，該序列不僅能增加灰白質(zhì)對比，提高T1WI的信噪比，而且能確保感興趣區(qū)設(shè)定在標(biāo)準(zhǔn)的解剖位置上，因而能獲得較好的重復(fù)性。根據(jù)小腦上、中、下腳及錐體束的走行特點(diǎn)[8，9]，筆者采用了不同的重建條件以去除與目標(biāo)解剖結(jié)構(gòu)不相關(guān)的白質(zhì)纖維。首先，小腦上腳及錐體束形態(tài)走行趨于直線，分支纖維較少，角度閾值設(shè)定可較低；而小腦中腳及下腳白質(zhì)纖維走行角度大，角度閾值設(shè)定可較大。其次，根據(jù)所研究纖維束的大小，通過提高體素內(nèi)采樣數(shù)目以更好地顯示較小纖維束的走行，如小腦上腳。最后，當(dāng)纖維束在一個感興趣區(qū)內(nèi)很難與其他白質(zhì)纖維分離時，通過只顯示穿過兩個感興趣播散區(qū)(開始區(qū)域和目標(biāo)區(qū)域)之間的白質(zhì)纖維來成像，如小腦中腳需聯(lián)合冠狀面及矢狀面兩處感興趣區(qū)來重建。

臨床上常用FA值來評價MSA纖維束髓鞘損傷的形態(tài)改變[10]，因?yàn)镸SA-C是累及全身的神經(jīng)變性疾病，病變程度基本兩側(cè)對稱，所以在評價時可取其雙側(cè)纖維束DTI參數(shù)的平均值。筆者發(fā)現(xiàn)MSA-C型患者的雙側(cè)小腦上腳纖維條數(shù)及FA值與健康志愿者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與以往MSA-C型患者病變未累及小腦上腳的報(bào)道一致[11]。MSA-C型患者的雙側(cè)小腦中腳的FA值及纖維條數(shù)較健康志愿者減少，且橋腦腹側(cè)白質(zhì)纖維多出現(xiàn)中斷破壞改變，反映了MSA-C型患者皮質(zhì)腦橋小腦功能聯(lián)系的障礙；另外小腦中腳的纖維條數(shù)比FA值下降幅度更明顯，提示小腦中腳纖維條數(shù)可能是早期病變的敏感指標(biāo)。MSA-C型患者的雙側(cè)小腦下腳及錐體束的FA值和纖維條數(shù)都較健康志愿者有所下降，反映脊髓小腦前束、紅核小腦束及頂蓋小腦束存在損害；而上述FA值及纖維條數(shù)的改變可能與因髓磷脂缺乏造成軸突損傷的脫髓鞘改變有關(guān)[11]。

本研究采用FA值及纖維條數(shù)值探討MSA-C型患者腦干白質(zhì)的影像特征，充分發(fā)揮了DTI在腦白質(zhì)纖維成像中的優(yōu)勢。本研究仍存在一些不足：MSA-C組病例數(shù)量較少；在后處理中，纖維束成像方法仍存在問題有待解決，如DTI成像序列的限制、部分容積效應(yīng)難以避免，這些都會影響纖維束追蹤方向的判斷。為盡量減少部分容積效應(yīng)的影響，本研究在掃描過程中增加了掃描層數(shù)，在測量過程對所選擇的感興趣區(qū)的上下層面都要求避開鄰近腦脊液，并同時重復(fù)測量3次取平均值。

綜上所述，本文采用DTT評價MSA-C型患者腦干及小腦相關(guān)白質(zhì)改變，發(fā)現(xiàn)MSA-C型患者小腦下腳及錐體束的纖維條數(shù)及FA值有下降趨勢，小腦中腳的纖維條數(shù)下降明顯，DTT可對MSA-C型患者腦干白質(zhì)病理改變進(jìn)行評價。

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QuantitativediffusiontensorimagingofMSA-Cchangesinbrainstemwhitematter

HE Guang-yong,LIU Yuan-jian,FENG fei,et al.

Department of Radiology,Peking University Shenzhen Hospital,Guangdong 518036,P.R.China

Objective：To study the changes of quantitative diffusion tensor tractography (DTT) values of brainstem white matter in patients with multiple system atrophy-cerebellar ataxia (MSA-C).MethodsConventional T2WI MRI and DTI were performed in 11 clinically proved MSA patients and 11 healthy volunteers.The superior cerebellar peduncle (SCP),the middle cerebellar peduncle (MCP),the inferior cerebellar peduncle (ICP) and pyramidal tracts (PT) were reconstructed.The fractional anisotropy (FA),number of streamlines of SCP/MCP/ICP and PT were compared between groups.ResultsIn comparison with the control group，MSA-C decreased significantly in FA value of MCP (0.458±0.019 and 0.476±0.016 respectively),ICP(0.372±0.010 and 0.405±0.023 respectively),PT (0.494±0.016 and 0.524±0.012 respectively) and also decreased in the number of streamlines of MCP(373±76 and 1544±156 respectively),ICP (72±23 and 116±37 respectively)and PT (173±35 and 311±94 respectively，P<0.05).There were no significant differences in FA value of SCP (0.481±0.010 and 0.474±0.012 respectively) and in the number of streamlines of SCP (634±50 and 686±117 respectively) between MSA-C group and the control group (P>0.05).ConclusionThe FA value and number of streamlines can sensitively reflect MCP、ICP and PT neural fiber pathological changes in MSA-C patients.

Multiple system atrophy；Cerebellar peduncle；Corticospinal tract；Diffusion tensor imaging；Magnetic resonance imaging

518036 廣東，北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心

何冠勇(1987-)，男，廣東廣州人，碩士研究生，住院醫(yī)師，主要從事腦功能成像研究工作。

劉遠(yuǎn)健，Email：healthl@163.com

深圳市科技研發(fā)資金資助項(xiàng)目(JCYJ20130402114019 655)

R742; R445.2

A

1000-0313(2014)05-0517-04