王夢琳 杜龍 王紅 賴永靜 夏巍 唐安洲

耳聾是耳科的一類常見疾病，嚴(yán)重影響著人們的日常工作和生活，據(jù)人口調(diào)查，每1 000名新生兒中就有1名先天性聾兒[1]；在我國有2 780萬聽力言語殘疾患者[2]，占所有殘疾的第一位。耳聾可分為傳導(dǎo)性聾、感音神經(jīng)性聾和混合性聾；由于病因、病程的不同，感音神經(jīng)性聾治療原則與方法也不盡相同；雖然有純音測聽、聲導(dǎo)抗、聽性腦干反應(yīng)等一系列聽力檢測方法，但是卻無法直觀顯示耳聾病變部位。計(jì)算機(jī)斷層掃描(computed tomography, CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)、內(nèi)耳水成像等影像手段雖能反映一定內(nèi)耳解剖結(jié)構(gòu)，但無法完整顯示整個(gè)神經(jīng)傳導(dǎo)通路形態(tài)，特別是大腦白質(zhì)中細(xì)小纖維結(jié)構(gòu)走向，為臨床疾病的診斷帶來一些局限性。磁共振彌散張量成像 (diffusion tensor imaging, DTI)及其纖維追蹤技術(shù)的出現(xiàn)為感音神經(jīng)性聾的探索開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域，本文對DTI的基本原理及在感音神經(jīng)性聾患者聽覺傳導(dǎo)通路的研究應(yīng)用綜述如下。

1 感音神經(jīng)性聾及聽覺傳導(dǎo)通路概述

感音神經(jīng)性聾(sensorineural hearing loss, SNHL)是指由于內(nèi)耳毛細(xì)胞、血管紋、聽神經(jīng)或聽覺傳導(dǎo)通路受損，聲音的感受與神經(jīng)沖動(dòng)傳遞障礙導(dǎo)致的聽力減退或聽力喪失，占所有耳聾的90%以上[3]。按解剖部位SNHL可分為感音性、神經(jīng)性及中樞性聾；根據(jù)言語頻率純音平均聽閾可分為輕度(26～40 dB HL)、中度(41～55 dB HL)、中重度(56～70 dB HL)、重度(71～90 dB HL)及極重度(>91 dB HL)聾。因致聾原因較多(遺傳、藥物、老年、噪聲、自身免疫、腫瘤等)，其發(fā)病機(jī)制與病理改變復(fù)雜，臨床治療常選用藥物、佩戴助聽器、人工耳蝸植入、言語訓(xùn)練等方式改善聽力。

相當(dāng)一部分SNHL患者在排除外周聽器的病變后，提示與聽覺傳導(dǎo)通路障礙有關(guān)。聽覺傳導(dǎo)通路由四級神經(jīng)元組成[4]，第一級神經(jīng)元起始于內(nèi)耳螺旋神經(jīng)節(jié)內(nèi)的雙極細(xì)胞，入腦止于耳蝸核(第二級神經(jīng)元所在地)；耳蝸核發(fā)出的纖維一部分交叉到對側(cè)上行，形成外側(cè)丘系，一部分不交叉參加同側(cè)外側(cè)丘系，也有部分纖維在腦干某些中繼核團(tuán)(如上橄欖核等)換神經(jīng)元后再加入同側(cè)或?qū)?cè)外側(cè)丘系；這些外側(cè)丘系纖維主要止于下丘(第三級神經(jīng)元所在地)，由下丘發(fā)出的纖維經(jīng)下丘臂止于內(nèi)側(cè)膝狀體(第四級神經(jīng)元所在地)，外側(cè)丘系也有少數(shù)纖維不在下丘換元而直達(dá)內(nèi)側(cè)膝狀體。由內(nèi)側(cè)膝狀體所發(fā)出神經(jīng)纖維組成的聽輻射，經(jīng)過內(nèi)囊后肢的投射最終達(dá)到大腦皮層的聽覺腦區(qū)顳橫回，由于外側(cè)丘系傳遞來自左、右兩耳的聽覺信息，所以一側(cè)外側(cè)丘系及其以上的聽覺傳導(dǎo)通路受損，不會引起明顯的聽覺障礙，但一側(cè)螺旋器、耳蝸神經(jīng)或耳蝸核受損，則可引起患側(cè)聽覺障礙。

2 DTI基本原理及常用參數(shù)的臨床意義

傳統(tǒng)意義上的MRI和CT雖然可以描述宏觀神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)，但是卻不能在微觀水平準(zhǔn)確評估神經(jīng)功能與疾病演變情況。自1994 年，Basser[5]首次提出DTI的概念以來，DTI技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)解剖和功能判斷，其比常規(guī)MRI能更好的預(yù)測病情發(fā)展。DTI是一種通過組織內(nèi)部水分子布朗運(yùn)動(dòng)，觀察腦白質(zhì)纖維束的微觀結(jié)構(gòu)，并利用多參數(shù)進(jìn)行定量分析的成像方法[6]，是目前在活體上進(jìn)行水分子彌散測量和成像的唯一方法，也是唯一能在體顯示完整神經(jīng)纖維走行的無創(chuàng)技術(shù)[7]，在腦白質(zhì)病變研究中具有很大優(yōu)勢[8]。腦白質(zhì)區(qū)域主要由神經(jīng)纖維構(gòu)成，軸突外的髓鞘與軸突內(nèi)的細(xì)胞結(jié)構(gòu)是水分子縱向擴(kuò)散的關(guān)鍵條件，垂直于神經(jīng)纖維長軸走行的水分子因受髓鞘的限制而不能橫向擴(kuò)散，平行于神經(jīng)纖維長軸方向的縱向擴(kuò)散僅受到軸突內(nèi)的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)(線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等)影響，因此，在正常神經(jīng)纖維中，縱向擴(kuò)散明顯大于橫向擴(kuò)散，當(dāng)神經(jīng)纖維軸突因病理改變發(fā)生脫髓鞘時(shí)，可觀察到橫向擴(kuò)散增加，以此來闡述病情變化[9～11]。

在均質(zhì)的微觀組織結(jié)構(gòu)中，水分子向各個(gè)方向擴(kuò)散的速度相同，稱為各向同性，反之，在非均質(zhì)的微觀組織中，水分子向各個(gè)方向的擴(kuò)散速度有差異，稱為各向異性。在大腦組織中，由于髓鞘限制的原因，平行于腦白質(zhì)纖維束走行的水分子擴(kuò)散速度要快于垂直于神經(jīng)纖維束方向的水分子。常用的DTI研究參數(shù)包括部分各向異性(fractional anisotropy, FA)，其值介于0～1，0代表水分子在各方向的擴(kuò)散相同，1代表水分子只在一個(gè)方向上擴(kuò)散；表觀彌散系數(shù) (apparent diffusion coefficient, ADC)，反映彌散敏感梯度方向上水分子的擴(kuò)散量；平均彌散率(mean diffusivity, MD)，反映水分子在各個(gè)方向上的平均擴(kuò)散能力，與擴(kuò)散的方向無關(guān)，其值也介于0～1，MD值的變化通常表示顯微結(jié)構(gòu)完整性的缺失。一些顯微結(jié)構(gòu)的損傷，如：軸突或者髓鞘損傷，通常會減少水分子擴(kuò)散過程中的障礙和限制，影響FA和MD值。本征向量(eigenvector, ε1、ε2、ε3)和本征值 (eigenvalue, λ1、λ2、λ3) 分別用來描述擴(kuò)散的方向及大?。沪?、ε2、ε3為三個(gè)相互垂直的本征向量，決定局部參考纖維框架，其擴(kuò)散大小可用λ1、λ2、λ3表示；在每一體素中，這些本征值以遞減方式排序，λ1擴(kuò)散率最高，λ2擴(kuò)散率中等，λ3擴(kuò)散率最低[12]。在各向異性中，平行束排列的組織中，最大本征值λ1代表水分子的縱向擴(kuò)散(axial diffusivity, AD)系數(shù)λ‖，而λ2、λ3則代表橫向擴(kuò)散(radial diffusibity, RD)系數(shù)λ⊥。由此可見，對DTI參數(shù)的準(zhǔn)確分析可以更好的揭示腦組織病理改變，并且能比傳統(tǒng)MRI更好的預(yù)測病變的發(fā)展。

3 DTI在SNHL患者聽覺傳導(dǎo)通路研究中的應(yīng)用

SNHL的病變位于耳蝸、聽神經(jīng)及其傳導(dǎo)通路，多項(xiàng)研究[7, 8, 13～16]通過DTI成像技術(shù)發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，重度以上SNHL患者的聽覺傳導(dǎo)通路會有不同程度改變，發(fā)病年齡、人工耳蝸植入手術(shù)等都對言語聽力的恢復(fù)與大腦功能的整合產(chǎn)生不同影響，提示大腦在聽覺功能整合過程中具有一定重構(gòu)能力。

近年來，DTI在國內(nèi)外診治感音神經(jīng)性聾方面得到重要應(yīng)用。2004年，Chang[7]、Lee[13]等先后在10例、12例重度以上SNHL患者中發(fā)現(xiàn)下丘的FA平均值普遍低于正常人；之后，Lin等[15]在對37例SNHL患者的DTI檢查中得到與Chang、Lee等同樣的結(jié)論，還發(fā)現(xiàn)外側(cè)丘系FA值也有降低，橫向擴(kuò)散系數(shù)(λ⊥)增加，即使是單側(cè)重度SNHL患者，兩側(cè)也出現(xiàn)同樣結(jié)果，考慮λ⊥的增加是導(dǎo)致FA降低的原因，雙側(cè)FA值下降提示外側(cè)丘系、下丘部位沿神經(jīng)纖維走向的縱向水分子擴(kuò)散能力下降，神經(jīng)纖維發(fā)生脫髓鞘病理改變。2008年，Huang等[17]在24例先天性SNHL患者中發(fā)現(xiàn)斜方體、上橄欖核、下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體、聽輻射、顳橫回多個(gè)部位FA值減小，提示SNHL的神經(jīng)病變不僅發(fā)生在某些核團(tuán)，整個(gè)聽覺神經(jīng)通路都可能發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能變化。隨后，在對單側(cè)重度SNHL患者的多組研究中也觀察到雙側(cè)聽神經(jīng)[8]、外側(cè)丘系[18, 19]、下丘[18]、顳上回[20]、胼胝體壓部[20]的FA值降低，但在患者的自身雙側(cè)比較中卻沒有發(fā)現(xiàn)差異[8]，提示即使是單側(cè)耳聾患者，聽覺中樞長期缺乏聲音刺激也會造成雙側(cè)聽覺通路上神經(jīng)纖維微觀結(jié)構(gòu)的改變。Wu[18]在單側(cè)SNHL患者的DTI中雖然觀察到MD值升高，但Lin[15]、Huang[17]等研究卻未發(fā)現(xiàn)MD有任何改變，上述研究[15, 17, 18]中也未觀察到λ‖的變化；可能是由于聽覺通路神經(jīng)纖維損傷對軸突內(nèi)水分子平均擴(kuò)散能力和縱向擴(kuò)散影響不大，神經(jīng)纖維束軸突的完整性正常，并沒有發(fā)生軸突的缺失。

將DTI應(yīng)用于不同年齡SNHL患者中發(fā)現(xiàn)，聽覺皮層的損傷程度與年齡有相關(guān)性。2014年，Wu等[14]在92例先天性SNHL患者DTI中發(fā)現(xiàn)，<1歲的患者聽輻射區(qū)FA值下降，1～14歲患者顳上回和聽輻射區(qū)的FA值都下降，提示存在髓鞘發(fā)育延遲，也證明中樞神經(jīng)聽覺通路存在發(fā)育變化，至少部分與外周發(fā)育平行，中樞聽覺系統(tǒng)的發(fā)展與年齡有關(guān)；Li等[20]也發(fā)現(xiàn)λ⊥與耳聾早期發(fā)病年齡有相關(guān)性，但并不表現(xiàn)在耳聾的整個(gè)時(shí)期；提示兒童時(shí)期聽覺剝奪后的大腦仍然具有強(qiáng)大的可塑性。語前聾的青少年雙側(cè)顳上回、顳橫回、顳極、胼胝體壓部FA值減低，橫向擴(kuò)散(RD)增加，右側(cè)顳上回的RD與手語使用時(shí)間成負(fù)相關(guān)[21]，這比之前在成年人研究[20, 22]中的病變范圍廣泛，說明青少年聽覺通路白質(zhì)纖維束整合能力比成年人更強(qiáng)[21]，早期的言語康復(fù)訓(xùn)練有助于聽覺皮層功能恢復(fù)；Profant等[23]觀察到大于65歲的老年性SNHL患者下丘和顳橫回的橫向擴(kuò)散系數(shù)增加，由于老年人內(nèi)在的神經(jīng)退化和神經(jīng)纖維的形態(tài)改變，使得大腦功能重構(gòu)能力下降。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育與年齡關(guān)系較大，早期對重度以上SNHL患者的及時(shí)干預(yù)是恢復(fù)聽覺言語、大腦聽覺重塑的關(guān)鍵。人工耳蝸植入手術(shù)是一種通過電刺激聽神經(jīng)補(bǔ)償重度、極重度SNHL患者聽力的方法，傳統(tǒng)的聽力學(xué)檢測、CT、MRI、內(nèi)耳水成像可以為人工耳蝸植入術(shù)前提供診療依據(jù)，但是無法了解聽覺神經(jīng)通路的微觀結(jié)構(gòu)和功能變化。在雙側(cè)感音神經(jīng)性聾患者中，雙耳聽神經(jīng)退化程度及其造成的毛細(xì)胞缺失程度是不同的，DTI可以反映雙耳聽神經(jīng)狀態(tài)，可用來評估哪側(cè)耳行人工耳蝸植入術(shù)更有利；不僅如此，DTI還可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)MRI不能發(fā)現(xiàn)的聽覺神經(jīng)通路的微觀結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步了解功能代謝變化及纖維束三維空間關(guān)系的相關(guān)信息，以評估人工耳蝸植入術(shù)后的效果。

聽覺重塑不僅發(fā)生在聽覺皮層，也會發(fā)生于皮層下結(jié)構(gòu)(丘腦、腦干等)。語言和聽覺相關(guān)功能整合腦區(qū)是人工耳蝸植入手術(shù)前應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素，對于重度以上SNHL患兒，早期行人工耳蝸植入術(shù)可能防止髓鞘發(fā)育延遲，促進(jìn)大腦聽覺相關(guān)腦區(qū)重塑，有助于其聽力的恢復(fù)。相關(guān)研究[14, 17, 24]表明，重度、極重度SNHL患者行人工耳蝸植入術(shù)后，聽覺行為分級(CAP)評分高組在斜方體、上橄欖核、下丘、內(nèi)側(cè)膝狀體、Broca區(qū)、顳橫回、胼胝體膝部、聽輻射部位FA值高于CAP評分低組；FA值與CAP評分高度正相關(guān)[14, 17, 24]；在SNHL患者組與正常組中未發(fā)現(xiàn)MD差異[17]。除此以外，也有研究[17]發(fā)現(xiàn)CAP評分與人工耳蝸植入年齡具有高度相關(guān)性，但未發(fā)現(xiàn)FA值與手術(shù)年齡有相關(guān)性。

4 DTI的局限性與未來發(fā)展

DTI從微觀結(jié)構(gòu)層面提供了大量腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)信息，因目前技術(shù)手段有限，DTI在成像過程中還存在一些不足：首先，雖然DTI是目前唯一一種無創(chuàng)在體顯示神經(jīng)纖維束走行的成像方法，但因圖像處理軟件、纖維跟蹤算法的不同可能會得到不同結(jié)果；其次，在DTI取得的圖像中，雖然可以觀察到腦白質(zhì)纖維束中水分子的活動(dòng)，但是卻無法區(qū)分軸突的方向性[25]；再者，由于DTI在測量時(shí)間內(nèi)檢查水分子運(yùn)動(dòng)范圍約5～10 mm，所以任何大小的生理動(dòng)作都可能干擾DTI檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，若掃描時(shí)間較長則會對抑制的生理活動(dòng)產(chǎn)生不利影響[25]。除此以外，缺少能夠產(chǎn)生足夠磁場梯度脈沖的梯度線圈和高質(zhì)量磁共振彌散圖像的快速成像序列等技術(shù)問題，也在一定程度上妨礙了DTI在臨床進(jìn)一步發(fā)展。

迄今為止，雖然DTI還存在許多亟待解決的技術(shù)問題，但是自其應(yīng)用以來，已在臨床疾病診療過程中得到了巨大的突破，尤其是在腦白質(zhì)纖維疾病中的應(yīng)用，為評估神經(jīng)纖維受損程度、神經(jīng)外科術(shù)中導(dǎo)航等取得了開拓性進(jìn)展。近年來，DTI與傳統(tǒng)的MRI、血氧水平依賴的功能磁共振(BOLD fMRI)[26]、正電子發(fā)射斷層掃描(PET)[27]、磁共振波譜(MRS)[28]、近紅外光譜(NIRS)[29]等的聯(lián)合應(yīng)用一定程度上彌補(bǔ)了DTI的不足，為臨床神經(jīng)系統(tǒng)疾病機(jī)制的研究提供了更全面的功能影像學(xué)資料，隨著磁共振設(shè)備的提高和成像技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，DTI 在臨床上會有更加廣闊的前景，指導(dǎo)人們更加深入的認(rèn)識疾病，為臨床疾病診療帶來新的突破。

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