萬齊，余煜棟，包盈瑩，夏曉穎，王鵬，彭玉，劉潔瓊，謝曉斌，李新春

擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)是傳統(tǒng)擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術(shù)上的延伸，可用于反映組織內(nèi)非高斯分布水分子擴(kuò)散情況[1]。目前DKI已逐步應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)且在部分中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中被證明能較DTI提供額外信息[2-4]；但目前使用DKI評估周圍神經(jīng)創(chuàng)傷的相關(guān)報(bào)道很少。與DTI相比，DKI能否在評估周圍神經(jīng)急性創(chuàng)傷時(shí)亦提供額外信息目前尚不明確。本研究使用DKI及DTI對兔坐骨神經(jīng)擠壓傷模型進(jìn)行監(jiān)測，以期明確DKI在周圍神經(jīng)損傷評估的可行性及對比兩者在評估周圍神經(jīng)病變的價(jià)值。

材料與方法

1.模型建立

選用清潔級新西蘭大白兔27只(廣東省動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供)，雌雄不限，體重1.8～2.3 kg。速眠新肌注誘導(dǎo)麻醉后，經(jīng)耳緣靜脈注射3%戊巴比妥鈉麻醉，常規(guī)消毒備皮。實(shí)驗(yàn)兔取左側(cè)臥位，于右側(cè)大腿上段沿股骨背側(cè)長軸縱向切口約2 cm，鈍性分離股二頭肌與股直肌及內(nèi)收長肌間隙，暴露坐骨神經(jīng)，速眠新肌間隙內(nèi)滴注局部麻醉，合上血管鉗輕輕提起坐骨神經(jīng)遠(yuǎn)端并用自制扁嘴鉗夾持坐骨神經(jīng)30 s，見神經(jīng)纖細(xì)變薄但未離斷，然后以絲線分層縫合切口。左后肢行假手術(shù)，以相同方式暴露坐骨神經(jīng)并滴注速眠新后直接縫合創(chuàng)口。

2.MRI掃描及測量

采用超導(dǎo)型3.0T MR機(jī)(Achieva，Philips)及兔專用線圈，分別于術(shù)前、1天、3天、1、2、4、6、8周行MRI掃描。掃描序列：T2WI/SPAIR：TR 3000 ms，TE 66 ms，NSA 2，層厚2 mm，采集矩陣172×137，重建矩陣528×528，F(xiàn)OV 120×120。DKI序列：TR 1129 ms，TE 111 ms。層厚/層間距：2 mm/0 mm，b值(0，750，1500)s/mm2，擴(kuò)散編碼方向medium(15方向)，F(xiàn)OV 120 mm×120 mm，采集矩陣80×79，體素1.4×1.4 mm。DTI序列：TR 1092 ms，TE 106 ms。層厚/層間距：2 mm/0 mm，b值(0，1000)s/mm2，采集矩陣80×79，體素1.4 mm×1.4 mm，擴(kuò)散編碼方向medium，F(xiàn)OV 120 mm×120 mm。

DKI及DTI圖像后處理采用IMAge/enGINE Beta V2.0.3(Vusion Tech,Hefei,China.)由2名有經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師協(xié)商一致后在損傷側(cè)神經(jīng)手動(dòng)勾畫感興趣區(qū)(ROI)行數(shù)據(jù)測量(圖1)，然后將ROI 復(fù)制到假手術(shù)側(cè)神經(jīng)進(jìn)行測量。MRI數(shù)據(jù)分析采用在各時(shí)間點(diǎn)均有完整數(shù)據(jù)的11只兔進(jìn)行分析。

圖1 DTI及DKI定量參數(shù)測量ROI放置示意圖。a)T2WI-SPAIR；b)DTI圖(b=1000 s/mm2；c)FADKI偽彩圖；d)ADC圖；e)MK圖。測量ROI的放置與神經(jīng)走行保持一致(箭)，面積約15mm2，避開周圍脂肪、肌肉等組織。

3.病理檢查

于各時(shí)間點(diǎn)隨機(jī)選取2只兔子，使用過量麻醉將兔處死并解剖兔的下肢。兔取側(cè)臥位雙大腿屈曲，取股骨下橫向切口為入口，沿肌間隙鈍性分離，暴露、游離坐骨神經(jīng)，取損傷段神經(jīng)一段立即置于4%戊二醛磷酸緩沖液中預(yù)固定，l%四氧化鋨后固定，系列乙醇脫水，Epon812 環(huán)氧樹脂包埋，LKB-Ⅲ型超薄切片機(jī)切半薄切片定位，再切超薄切片，片厚50 nm，經(jīng)醋酸鈾和檸檬酸鉛雙重染色后用Hitachi H-600電子顯微鏡觀察。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié) 果

1.坐骨神經(jīng)損傷后常規(guī)MRI表現(xiàn)

兔坐骨神經(jīng)擠壓傷后1天，T2WI/SPAIR序列顯示兔子坐骨神經(jīng)信號增高，神經(jīng)所在肌間隙增寬，神經(jīng)及周圍軟組織水腫；3天～1周損傷段神經(jīng)腫脹加重，信號進(jìn)一步增高，邊界模糊，神經(jīng)及周圍軟組織水腫持續(xù)存在；至損傷后2周，神經(jīng)腫脹增粗及信號增高較前稍改善。損傷后4～8周，損傷段神經(jīng)形態(tài)、信號逐漸恢復(fù)，水腫基本消退。假手術(shù)側(cè)神經(jīng)在損傷后1天，T2WI信號稍增高，神經(jīng)所在間隙稍增寬，周圍軟組織少許水腫，損傷后3天～2周神經(jīng)信號逐步恢復(fù)，周圍軟組織少許水腫基本消退，其后各時(shí)間點(diǎn)對照側(cè)神經(jīng)形態(tài)信號未見明確異常(圖2)。

圖2 兔坐骨神經(jīng)擠壓傷前后T2WI/SPAIR信號改變系列圖像。a)損傷前坐骨神經(jīng)在T2WI/SPAIR上表現(xiàn)為均勻線狀高信號影；b)損傷后1天，損傷段(箭)坐骨神經(jīng)信號稍模糊，遠(yuǎn)端神經(jīng)腫脹，周圍軟組織水腫；假手術(shù)側(cè)神經(jīng)亦稍模糊，周圍見少許高信號影；c)3天，損傷側(cè)神經(jīng)走行稍扭曲呈條狀高信號影，粗細(xì)不均，周圍軟組織高信號增多；假手術(shù)側(cè)神經(jīng)信號升高，邊界較清; d)1～2周，損傷側(cè)神經(jīng)高信號影走行變直，神經(jīng)中段見明顯膨隆，軟組織高信號影逐漸吸收；假手術(shù)側(cè)坐骨神經(jīng)信號較前減低，形態(tài)均勻，趨于正常; e)2周，損傷側(cè)神經(jīng)局部仍腫脹，對照側(cè)神經(jīng)信號基本恢復(fù)正常；f)4～8周，損傷側(cè)神經(jīng)水腫逐步減輕，信號逐漸減低；g)6周，損傷側(cè)神經(jīng)水腫進(jìn)一步減輕；h)8周，神經(jīng)信號進(jìn)一步降低。

2.坐骨神經(jīng)損傷后DTI及DKI各參數(shù)值變化

DTI參數(shù)：損傷后第1天，損傷側(cè)FADTI下降至最低點(diǎn)；3天～8周各時(shí)間點(diǎn)FA值逐步回升，至8周上升至最高點(diǎn)，各時(shí)間點(diǎn)FADTI值與假手術(shù)側(cè)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。雙側(cè)ADC值于損傷后第1天明顯升高，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。損傷側(cè)第3天-第6周ADC值逐漸降低，第8周時(shí)稍升高；假手術(shù)側(cè)第3天-第8周ADC值逐漸降低。第8周兩側(cè)ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.038)，余時(shí)間點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

DKI參數(shù)：術(shù)后第1天損傷側(cè)及假手術(shù)側(cè)神經(jīng)MK值明顯下降，此后開始緩慢、曲折上升趨勢，損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)MK值在術(shù)后第2周(P=0.022)、第4周(P=0.018)、第6周(P=0.016)及第8周(P=0.016)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。雙側(cè)FADKI值于損傷后第1天均明顯下降，損傷側(cè) FADKI值下降幅度明顯大于假手術(shù)側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.001)；3天-8周雙側(cè)FADKI值呈逐漸上升趨勢，以假手術(shù)側(cè)上升較損傷側(cè)快，各時(shí)間點(diǎn)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P=0.001、0.004、0.000、0.000、0.001、0.000)。雙側(cè)RK值在第1天明顯下降，其后各時(shí)間點(diǎn)RK值波動(dòng)較大，第6周雙側(cè)神經(jīng)RK值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.018)。雙側(cè)AK值損傷后各時(shí)間點(diǎn)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3、表1～3)。

表1 DKI參數(shù)(FADKI與MK)在損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)不同時(shí)間點(diǎn)的比較

圖3 坐骨神經(jīng)損傷側(cè)及對照側(cè)DTI及DKI各時(shí)間點(diǎn)參數(shù)值變化；a)FADTI值；b)ADC值；c)MK值；d)FADKI值；e)RK值；f)AK值。*P<0.05，**P<0.005。

3.電鏡改變

正常神經(jīng)髓鞘結(jié)構(gòu)完整，髓鞘呈層板狀，軸索排列整齊，走行平直、分布均勻。損傷后第1天、第3天有髓神經(jīng)呈脫髓鞘狀的洋蔥皮樣改變，軸索輕度萎縮，見大量神經(jīng)微絲，線粒體腫脹、空化。施萬細(xì)胞胞質(zhì)見溶酶體，同時(shí)見大量自噬體形成，核染色質(zhì)凝集、邊集。損傷后第1周、第2周，有髓神經(jīng)結(jié)構(gòu)較前改善，髓鞘輕度皺縮，軸索見大量神經(jīng)微絲，部分軸索輕度萎縮，見少量蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成，周圍見少量新生薄髓神經(jīng)。損傷后第4周，軸索開始增生,雪旺細(xì)胞開始增生，并見神經(jīng)外膜與神經(jīng)束膜之間炎癥細(xì)胞浸潤減少。損傷后第6周，髓鞘逐漸增厚, 髓鞘菲薄且不均勻，再生軸索較前明顯并成熟，雪旺細(xì)胞廣泛增生，板層結(jié)構(gòu)稍紊亂，周圍大量新生薄髓纖維。損傷后第8周，軸索密度、直徑較前增加，髓鞘明顯較前增厚，板層結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)接近正常，厚薄欠均勻(圖4)。

表2 DKI參數(shù)(RK與AK)在損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)不同時(shí)間點(diǎn)的比較

表3 DTI參數(shù)(FADTI與ADC)在損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)不同時(shí)間點(diǎn)比較

圖4 兔坐骨神經(jīng)擠壓傷后各時(shí)間點(diǎn)電鏡檢查(×10000)。a)正常兔坐骨神經(jīng)髓鞘結(jié)構(gòu)完整，髓鞘呈層板狀，軸索排列整齊，走行平直、分布均勻；b)損傷后第1天，有髓神經(jīng)呈脫髓鞘狀的洋蔥皮樣改變，軸索輕度萎縮，見大量神經(jīng)微絲，線粒體腫脹、空化；c)損傷后第3天，神經(jīng)髓鞘明顯破壞，見大量炎性細(xì)胞聚集；d)損傷后第1周，神經(jīng)髓鞘輕度皺縮，軸索見大量神經(jīng)微絲，部分軸索輕度萎縮；e)損傷后第2周，見少量蜂窩狀結(jié)構(gòu)形成，周圍見少量新生薄髓神經(jīng)；f)損傷后第4周，見部分新生軸索,雪旺細(xì)胞增生,神經(jīng)外膜與神經(jīng)束膜之間炎癥細(xì)胞浸潤減少；g)損傷后第6周，髓鞘較前增厚,不均勻，再生軸索較前明顯并成熟，大量新生薄髓纖維；h)損傷后第8周，軸索較前增加,髓鞘明顯較前增厚，板層結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)接近正常。

討 論

擴(kuò)散峰度成像是一種可量化組織內(nèi)水分子非高斯運(yùn)動(dòng)的一種新的擴(kuò)散成像技術(shù)，是對傳統(tǒng)DTI技術(shù)的擴(kuò)展與補(bǔ)充，其對組織某些特性如異質(zhì)性更加敏感[1,5]。研究表明 DKI在評估輕度腦外傷疾病[6]、急性腦梗塞[7]、阿爾茲海默病[3]等中樞系統(tǒng)疾病時(shí)能比DTI顯示更多的組織信息及微觀改變；然而目前兩者在周圍神經(jīng)系統(tǒng)對比研究較少。

本研究中損傷側(cè)和假手術(shù)側(cè)神經(jīng)的ADC值在各時(shí)間點(diǎn)幾乎均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說明手術(shù)與假手術(shù)側(cè)造成的水腫與消退的變化在各時(shí)間點(diǎn)幾乎一致。本研究結(jié)果顯示無論DTI還是DKI，其所得FA值具有類似的時(shí)間變化曲線。FA值均在術(shù)后第1天明顯降低至最低值，這可能是由于神經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，神經(jīng)局部炎性反應(yīng)及水腫造成周圍神經(jīng)水分子擴(kuò)散各向異性降低[8]。損傷后第3天-第8周，損傷段FA值持續(xù)升高，這一方面可能與損傷后的大量微絲、微管及施萬細(xì)胞的增殖以及炎性細(xì)胞對崩解殘余物質(zhì)的清除、水腫消退有關(guān)；另一方面，2周后神經(jīng)內(nèi)逐漸出現(xiàn)軸突的增生、新生薄髓神經(jīng)增多并成熟，原受損的有髓神經(jīng)的修復(fù)，這使得各向異性增加，F(xiàn)A值升高所致[9]。這與其他DTI評估周圍神經(jīng)損傷的文獻(xiàn)中在神經(jīng)退變時(shí)FA值減低而神經(jīng)再生時(shí)FA值升高一致[10-12]。

MK值為平均擴(kuò)散峰度，其大小與感興趣區(qū)域內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有關(guān)。組織結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，平均峰度的數(shù)值越大，反之亦然。本研究術(shù)后第一天，損傷側(cè)及假手術(shù)側(cè)MK值明顯下降，這與兩側(cè)神經(jīng)都出現(xiàn)了明顯水腫有關(guān)；另外神經(jīng)損傷后發(fā)生脫髓鞘改變也會(huì)降低MK值[13]。此后MK值開始緩慢、曲折上升的趨勢，僅在2周后各時(shí)間點(diǎn)與假手術(shù)側(cè)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這可能與微絲、微管及施萬細(xì)胞的增殖及有髓神經(jīng)的修復(fù)導(dǎo)致受損神經(jīng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加有關(guān)。我們發(fā)現(xiàn)與FA值相比MK在評估周圍神經(jīng)方面未能優(yōu)于FA；這與之前的一項(xiàng)周圍神經(jīng)的研究[14]相似，但與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究[15]不同。這可能是由于MK對于復(fù)雜纖維排列區(qū)域(如大腦)的異常更為敏感，而周圍神經(jīng)(如坐骨神經(jīng))的結(jié)構(gòu)相對簡單直接，故MK在周圍神經(jīng)的應(yīng)用可能并無優(yōu)勢。

RK、AK值分別反應(yīng)縱向和軸向方向上的平均擴(kuò)散峰度，兩者分別量化了平行和垂直方向上的非高斯擴(kuò)散受限程度。在損傷后第1天，損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)RK值較損傷前顯著下降，這說明在垂直方向上的水分子非高斯擴(kuò)散受限程度明顯降低；但同一時(shí)間點(diǎn)兩組間RK值并無明顯差異，這可能是由于損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)神經(jīng)及其周圍間隙都出現(xiàn)了明顯水腫所致。此后，損傷側(cè)與假手術(shù)側(cè)RK值逐漸恢復(fù)，其中假手術(shù)側(cè)恢復(fù)明顯更快，但兩組RK值差異仍無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這可能是由于RK值具有較大的標(biāo)準(zhǔn)差所致，這也反映出RK值具有較大的變異度。這一方面可能是由于高b值彌散圖像的噪音對參數(shù)計(jì)算產(chǎn)生影響[16]；另一方面可能由于兔坐骨神經(jīng)較為細(xì)小，測量容易受到部分容積效應(yīng)的影響。

本研究顯示AK值在各時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)輕度波動(dòng)并與病理改變無明顯相關(guān)性，這與中樞神經(jīng)損傷的相關(guān)研究[3]中AK值出現(xiàn)下降的情況并不一致。這可能與周圍神經(jīng)中樞神經(jīng)的解剖結(jié)構(gòu)有一定差異有關(guān)。由于周圍神經(jīng)存在包括神經(jīng)內(nèi)膜、神經(jīng)束膜和神經(jīng)外膜在內(nèi)的多層結(jié)構(gòu)包裹，限制了垂直于軸突長軸方向的水分子的運(yùn)動(dòng)，從而使得軸向擴(kuò)散性增高，這種特點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致軸向方向上非高斯擴(kuò)散受限程度較低，以至于周圍神經(jīng)損傷后改變不足以引起明顯的AK值變化。

本研究存在一些局限性。首先，本研究所使用的后處理軟件不支持提供DTI的本征向量值參數(shù)；其次，兔坐骨神經(jīng)較為細(xì)小，故定量參數(shù)的測量可能受到容積效應(yīng)的影響；最后，本研究未進(jìn)行觀察者一致性的評價(jià)，需在今后進(jìn)一步研究中完善。

總之，DKI可用于周圍神經(jīng)擠壓傷的評估；FA、MK值可作為評價(jià)周圍神經(jīng)擠壓傷后神經(jīng)損傷和修復(fù)的指標(biāo)；但擴(kuò)散張量參數(shù)FA優(yōu)于包括MK在內(nèi)的其他擴(kuò)散峰度參數(shù)。雖然DKI也能提供DTI參數(shù)，但與DTI相比，DKI具有更長的成像時(shí)間且未能提供額外的價(jià)值，故在評估周圍神經(jīng)急性損傷方面，DTI可能是臨床應(yīng)用的更好選擇。