馮蒙蒙，戴慧

作者單位：

蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，蘇州 215000

皮質(zhì)下缺血性血管病(subcortical ischemic vascular disease，SIVD)是血管性認知功能障礙(vascular cognitive impairment，VCI)的一種較均質(zhì)亞型，由小血管病變和低灌注引起，MRI特點為皮層下白質(zhì)和基底節(jié)區(qū)腔隙性梗死和腦白質(zhì)高信號。SIVD是引起認知損傷和癡呆的主要原因[1]。早期診斷VCI的臨床意義很重要，因為血管病變是可以逆轉(zhuǎn)的，可以阻止疾病的進展，改善疾病的預(yù)后[1]。早期診斷SIVD主要表現(xiàn)為執(zhí)行功能障礙、語言功能紊亂及記憶力的減退[2]。

1 擴散張量成像

1.1 DTI技術(shù)

擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種非常有前景的描述微結(jié)構(gòu)變化影像技術(shù)，是一種可以在活體內(nèi)描述特異腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的無創(chuàng)性方法。急性缺血和慢性缺血導(dǎo)致腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的完整性發(fā)生改變，從而引起DTI參數(shù)發(fā)生改變。DTI的主要參數(shù)有平均擴散率(mean diffusion，MD)、各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)及徑向擴散系數(shù)(radial diffusivity，RD)等[3]。DTI由擴散加權(quán)成像進一步發(fā)展而來，DTI在至少六個非共線性方向上測量水的擴散，從而提供水在三維方向的運動情況。MD表示水分子在所有空間方向上平均擴散情況的參數(shù)；FA值大小描述了該體素中水分子的各向異性擴散程度。

1.2 DTI技術(shù)應(yīng)用于SIVD研究的基礎(chǔ)

正常情況下軸突膜和髓磷脂對白質(zhì)中水的擴散有限制作用，因此對軸突或者髓磷脂的破壞，可以導(dǎo)致MD值的增加；而軸索的損傷和髓磷脂的損傷可以共同引起FA值的減低。急性缺血可引起MD值的減小和FA值的升高；慢性缺血可引起MD值的升高和FA值的減小[4]。相對傳統(tǒng)的MRI技術(shù)來說，DTI可以在只有T2加權(quán)上呈高信號時，對SIVD患者提供一種更加客觀的檢查方法[5]。高b值的DTI圖像，對腦白質(zhì)的病理改變有很高的敏感性，可以檢查到其他MRI技術(shù)檢查不到病理改變，預(yù)測到SIVD患者早期的認知減退[6]。

2 SIVD的DTI分析方法進展

2.1 基于感興趣區(qū)的分析方法

基于感興趣區(qū)(region of interests，ROI)的分析方法對特定的腦區(qū)進行限定，只關(guān)注特定的腦區(qū)的擴散參數(shù)變化。Tu等[7]通過應(yīng)用ROI發(fā)現(xiàn)SIVD在早期階段左側(cè)胼胝體輻射線枕部、左丘腦前輻射及胼胝體膝部的FA值和MD值變化的區(qū)域和程度有明顯差別，同時也發(fā)現(xiàn)和正常老年人比起來，SIVD患者的FA值有整體的降低。通過運用ROI，將特定腦區(qū)的FA值和MD值與簡單智力狀態(tài)檢查(mini-mental state examination，MMSE)相關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)胼胝體體部與壓部的白質(zhì)完整性與機能亢進、冷漠及精神錯亂相關(guān)。除了胼胝體以外，左上縱束與機能亢進相關(guān)；左鉤束與精神錯亂有關(guān)；右上縱束與冷漠相關(guān)[8]。而ROI只能對有限的感興趣區(qū)進行觀察，不能對全腦進行研究。這是ROI存在的弊端。

2.2 繪制全腦擴散張量直方圖

繪制整個大腦DTI參數(shù)直方圖這一方法被Della Nave等[9]應(yīng)用于研究腦白質(zhì)疏松癥與運動功能和認知功能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)胼胝體和胼胝體周圍的白質(zhì)纖維束的MD值的增高與運動功能損傷相關(guān)性最強。通過繪制整個大腦的ADC值和FA值的直方圖，Zhou等[10]發(fā)現(xiàn)DTI參數(shù)直方圖可以監(jiān)測血管性認知損傷的嚴重程度，并可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)MRI未發(fā)現(xiàn)的白質(zhì)異常和血管性認知損傷不伴癡呆患者的白質(zhì)與表觀正常白質(zhì)損傷的嚴重性與認知損傷嚴重性有相關(guān)性。Zhou等[11]也發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)和表觀正常白質(zhì)損傷嚴重性與血管性認知損傷不伴癡呆患者的認知障礙有相關(guān)性，而且通過DTI直方圖分析法可以對血管性認知損傷不伴癡呆患者有進一步的認識。

2.3 基于圖譜的統(tǒng)計分析方法

Oishi等[12]于2009在研究中提出建立一種基于DTI技術(shù)的白質(zhì)圖譜，并已被證明在臨床研究中可以監(jiān)測到FA值的改變和腦白質(zhì)的改變。同年Lawes等[13]也在文章中表示白質(zhì)纖維圖譜可以提供非常詳細的解剖數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)是不可能由常規(guī)MRI提供的。通過基于圖譜的全腦白質(zhì)分析，Lin等[14]發(fā)現(xiàn)SIVD患者幕上白質(zhì)纖維束包括投射纖維、聯(lián)絡(luò)纖維和連合纖維有廣泛的異常；并且白質(zhì)纖維束的異常與認知功能障礙相關(guān)。

2.4 基于體素的分析方法

相比較ROI手動繪制感興趣區(qū)及只能對限定腦區(qū)進行研究的缺點，基于體素的分析方法(voxel-based morphometry，VBA)可以對全腦進行分析研究。Kim等[15]應(yīng)用VBA，對獲得的DTI參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)除了額葉-皮質(zhì)下環(huán)路與認知功能相關(guān)外，后部腦白質(zhì)的損傷同樣可以導(dǎo)致不同的程度的認知障礙，可能與長聯(lián)合纖維如下額枕束和下縱束被破壞有關(guān)。然而VBA在實際運用中依然存在噪音較大、部分容積效應(yīng)等問題，導(dǎo)致VBA的統(tǒng)計學(xué)意義較小。除此之外，Smith等[16]提出VBA最大的限制就在于需要空間平滑技術(shù)及如何確定選擇空間平滑的范圍。

2.5 基于纖維素示蹤的空間統(tǒng)計分析方法

基于纖維素示蹤的空間統(tǒng)計分析方法(tract-based spatial statistics，TBSS) 是一種通過對白質(zhì)的擴散張量進行以體素為基礎(chǔ)的分析方法，它省略了在進行以體素為基礎(chǔ)的分析過程中必要的空間平滑步驟和改善了當(dāng)以體素為基礎(chǔ)的分析過程應(yīng)用于多個體擴散數(shù)據(jù)庫時的敏感性和客觀性。TBSS與ROI這一方法比較，TBSS可以避免了不同個體在繪制感興趣區(qū)時會存在的個體差異[16]。TBSS還可以與多種分析方法相結(jié)合，增加了研究的靈活性。Chen等[17]通過DTI和TBSS證實了左前丘腦輻射和小鉗的擴散張量改變可以發(fā)現(xiàn)血管性認知損傷不伴癡呆患者。Yu等[18]通過TBSS對血管性輕度認知障礙患者的研究，推測這些患者的認知損傷主要是由于大的白質(zhì)纖維束的破壞。

3 SIVD的DTI表現(xiàn)

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)額葉是SIVD患者改變最明顯的腦區(qū)域[19-20]。實際上腦白質(zhì)比灰質(zhì)對缺血更加敏感，經(jīng)常較灰質(zhì)損傷更加嚴重。Lin等[14]發(fā)現(xiàn)幕上白質(zhì)纖維束包括投射纖維、聯(lián)絡(luò)纖維和連合纖維有廣泛的異常。Chen等[21]通過應(yīng)用DTI技術(shù)發(fā)現(xiàn)SIVD患者的雙側(cè)側(cè)腦室前后角、雙側(cè)前額皮質(zhì)下區(qū)域和胼胝體膝部有明顯擴散張量的改變。而前額部皮質(zhì)下區(qū)域的擴散張量改變是SIVD患者的特異性表現(xiàn)。廣泛的側(cè)腦室旁白質(zhì)擴散張量的改變也是SIVD患者的特征性表現(xiàn)。Tu等[8]發(fā)現(xiàn)SIVD和正常老年人比起來，SIVD患者的FA值有整體的降低。

4 DTI技術(shù)的進展

4.1 擴散波譜成像

近年來DTI技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床，然而DTI仍然存在一些局限性。如不能準(zhǔn)確地描述單體素中低各向異性和復(fù)雜纖維結(jié)構(gòu)區(qū)域的擴散過程[22]；不能顯示交叉纖維以及纖維束的皮層與皮層下的終端，導(dǎo)致纖維束有很大一部分會丟失，還會有偽影和假束形成[23]。

與DTI技術(shù)相比，擴散波譜成像(diffusion spectrum imaging，DSI)對體素內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)有更高的分辨率，對DTI技術(shù)的不足進行了很大的改善。Wedeen等[24]通過引入概率密度函數(shù)的算法可以有效解決體素內(nèi)擴散異質(zhì)性的問題，可以追蹤到體素內(nèi)交叉纖維的走行，可以更加完整地顯示白質(zhì)纖維束。DSI技術(shù)首先定義了一個采樣三維空間，即q空間。q空間對應(yīng)特定的腦位置，可以用q向量來表示。應(yīng)用單個脈沖梯度SE序列產(chǎn)生一個擴散加權(quán)圖像，該圖像對應(yīng)于q空間中的一個位置。應(yīng)用不同強度和方向的梯度回波對整個q空間進行數(shù)據(jù)采樣，每個腦位置都可以得到一個由數(shù)百個值組成的q空間。常用術(shù)語“b值”來描述q空間所應(yīng)用的參數(shù)。b值與擴散時間間隔與擴散梯度強度的平方之積成正比。將q空間的原始數(shù)據(jù)與概率密度函數(shù)聯(lián)系起來，在q空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行傅里葉變換。每個腦位置的擴散用位移分布或概率密度函數(shù)來描述，該函數(shù)提供了高度復(fù)雜光纖組織(包括光纖交叉)擴散的詳細描述和極好的分辨率。因此DSI可以追蹤白質(zhì)纖維束從皮層、交叉到皮層或皮層下終點的完整過程[25]。

4.2 擴散峰度成像

擴散峰度成像(diffusional kurtosis imaging，DKI)是傳統(tǒng)擴散加權(quán)成像的一種擴展，需要使用更高的b值和經(jīng)過改進的圖像后處理程序。水分子在均質(zhì)性的物質(zhì)中的擴散符合高斯函數(shù)，然而生物組織中含有的不同細胞及它們的細胞膜使得高斯函數(shù)不再能描述水分子的運動。因此DKI相對DTI對生物組織的微結(jié)構(gòu)改變更為敏感[26]。DKI通過峰度值來表示這種非高斯運動。DTI常用參數(shù)包括平均擴散峰度、徑向峰度和軸向峰度，由于偏離高斯分布的行為取決于水?dāng)U散的組織的復(fù)雜性，所以峰度值可以被看作是組織結(jié)構(gòu)的一種度量[27]。其他的參數(shù)還包括峰度各向異性參數(shù)(kurtosis fractional anisotropy，KFA)，KFA提供了和FA值完全不同但是互補的信息[28]。

5 結(jié)論

DTI技術(shù)的應(yīng)用對SIVD患者的白質(zhì)纖維束損傷起到了很好的觀察作用。DTI技術(shù)的進步使得白質(zhì)纖維束的顯示更加準(zhǔn)確和清晰，這也將更有利于我們對SIVD患者臨床表現(xiàn)原因進行更深入的探討。近年來應(yīng)用DTI技術(shù)對SIVD展開的研究有很多，但是我們希望可以更多的將DSI及DKI技術(shù)的應(yīng)用于SIVD研究。到目前為止，關(guān)于DSI及DKI對SIVD的研究尚少，這也為我們之后的研究提供了方向。

利益沖突：無。