彌散張量成像技術(shù)（DTI）對視放射相關(guān)疾病的診斷價值

陳 潔 魏世輝 李 琳 陶 麗

后視路疾病是指視束、外側(cè)膝狀體、視放射及枕葉皮質(zhì)損傷，引起視功能改變的疾病，是神經(jīng)眼科的重要組成部分。目前借助成熟的普通磁共振成像技術(shù)（MRI）及功能磁共振成像（fMRI）技術(shù)可以輕松對視覺中樞病變進行診斷。但由于視放射顱內(nèi)走行較長，毗鄰結(jié)構(gòu)復雜，且與周圍腦白質(zhì)纖維交錯，常規(guī)的影像手段對視放射纖維束的成像缺乏特異性，故視放射病變臨床診斷較難。彌散張量成像（diffusion tenser imaging，DTI）是利用組織內(nèi)水分子彌散運動在不同方向上信號差異的一種成像方法，能測量并量化組織內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)，是目前唯一無創(chuàng)性活體研究腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)及白質(zhì)束形態(tài)的檢查技術(shù)，為研究視覺通路纖維束提供了可能〔1〕?，F(xiàn)已經(jīng)在神經(jīng)生理學、解剖學、神經(jīng)外科的研究中發(fā)揮重要作用，并廣泛用于評估、診斷顱內(nèi)占位、先天性或繼發(fā)性白質(zhì)變性等侵及腦白質(zhì)完整性的疾病〔2，3〕。隨著DTI技術(shù)的成熟，我們可以通過測量水分子彌散運動，計算出視放射纖維的軌跡，并經(jīng)三維重建圖清晰地勾劃出視放射的走行和分布，為研究視放射纖維束提供了新的有力手段?，F(xiàn)就DTI技術(shù)的原理及在視放射相關(guān)疾病中的運用進行歸納，綜述如下。

1 DTI技術(shù)基本原理

彌散運動即布朗運動，是指水分子在溫度驅(qū)使下無規(guī)則隨機的相互碰撞的過程。彌散的方式分為2種：一種是在完全均質(zhì)的溶液中，分子的運動由于沒有障礙，向各個方向運動的距離是相等的，此種彌散方式稱為各向同性彌散。另一種是在非均一狀態(tài)下，由于屏障及局部環(huán)境的影響，分子向各個方向運動的幾率和速度具有明顯差異，表現(xiàn)出各向異性〔4〕。

人腦白質(zhì)主要由神經(jīng)纖維構(gòu)成，組織中的水分子在垂直于神經(jīng)纖維走行方向的彌散受到含高濃度類脂而兼具水性的髓鞘及神經(jīng)束膜等的影響，而沿神經(jīng)纖維走行方向的彌散則主要受軸突內(nèi)線粒體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、神經(jīng)絲等亞細胞結(jié)構(gòu)的影響。前者的限制作用遠大于后者，從而使水分子垂直于神經(jīng)纖維走行方向的擴散遠遠困難于平行神經(jīng)纖維走行方向的擴散。這種方向依賴性的彌散就是各向異性。正常腦組織中對擴散的各向異性程度影響較大的是白質(zhì)纖維的排列方式和密集程度、髓鞘的厚度等因素。白質(zhì)纖維排列越緊密，髓鞘的厚度越厚，局部的水分子擴散各向異性程度就越高〔5〕。腦內(nèi)不同結(jié)構(gòu)的神經(jīng)纖維其各向異性也不同，如胼胝體、錐體束、內(nèi)囊前肢、半卵圓中心的各向異性依次降低〔6〕。

DTI技術(shù)利用組織中水分子擴散運動存在各向異性的原理，使用多個方向的擴散梯度，并分別采集數(shù)據(jù)，通過計算得到體素內(nèi)各向異性擴散指標，檢測擴散各向異性，反映水分子在白質(zhì)內(nèi)擴散的優(yōu)勢方向，即平行神經(jīng)纖維走行方向，從而顯示腦白質(zhì)纖維束的走行方向。同時可觀察白質(zhì)纖維束的空間方向性和完整性，對腦白質(zhì)纖維束有很強的特異性（圖1）。

圖1 DTI可以顯示各向異性的水分子運動（左），以不同色彩表示主要的水分子彌散方向（中），從而顯示神經(jīng)纖維束的走行（右）。

最常用于評價組織彌散特征的參數(shù)有：（1）各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）：指水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例，為定量分析各向異性的最常用參數(shù)。FA的值為0～1，0代表最大各向同性的彌散，1代表假想下最大各向異性的彌散。FA的值越大，表示擴散的各向異性越大，神經(jīng)傳導功能越強。如椎體束中FA值可達0.93，而腦脊液的FA值為0.02。FA與各向異性呈線性相關(guān)〔7〕。（2）表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC），表示各向同性彌散的水分子在單位時間內(nèi)彌散運動的平均范圍。（3）FA圖：以FA值為圖像信號強度擬合出的FA圖直接反映各向異性的比例，間接反映組織水擴散的快慢。擴散速率快，則FA值大，F(xiàn)A圖信號強。在FA圖中，腦白質(zhì)各向異性最高，為高信號，而腦脊液各向異性最低，為低信號。（4）ADC圖：以ADC值為圖像信號強度可以擬合出ADC圖，直接反映組織水擴散的快慢。擴散速率快，則ADC值高，ADC圖信號強，灰度高。如腦脊液為高信號，而腦白質(zhì)為低信號，表達與FA圖正相反。其他參數(shù)還包括平均彌散率（mean diffusivity，MD），相對各向異性（relative anisotropy，RA）及容積比（volume ratio，VR）。 其中FA值最常用來評價白質(zhì)的各向異性改變。

當白質(zhì)纖維發(fā)生病變時，由于髓鞘脫失、崩解和組織含水量的增加，髓鞘對水分子擴散的限制作用減低，因此其各向異性程度明顯降低，表現(xiàn)為與對側(cè)正常視放射相比其各向異性比（FA值）明顯下降，平均彌散率（MD）明顯增高，從而可以間接反映視放射組織的完整性和病理改變。

2 DTI技術(shù)在視放射相關(guān)疾病中的應用

視放射（optic radiation），又稱為膝距束，由視束經(jīng)外側(cè)膝狀體交換神經(jīng)元后發(fā)出的新纖維組成，在顳、頂和枕葉之間呈凸面向外的新月形帶狀薄層，寬約2 mm，終止于枕葉的視覺皮質(zhì)。解剖結(jié)構(gòu)上視放射主要分為3個部分，即腹側(cè)束、背側(cè)束和外側(cè)束。腹側(cè)束先行至顳葉前外側(cè)，形成一個袢狀彎曲，稱為顳袢或Meyer環(huán)。Meyer環(huán)跨過側(cè)腦室顳角的上方和外側(cè)，然后平行走行到達側(cè)腦室后角。腹側(cè)束纖維代表同側(cè)視網(wǎng)膜下半部黃斑外區(qū)域，投射到枕葉距狀裂下唇，即舌回。背側(cè)束和外側(cè)束直接向后延伸，穿過后部顳頂葉直達枕葉，背側(cè)束纖維代表同側(cè)視網(wǎng)膜上半部黃斑外區(qū)域，投射到枕葉距狀裂上唇，即楔回；外側(cè)束纖維代表視網(wǎng)膜周邊區(qū)域，投射到枕葉上極的紋狀皮質(zhì)。

在整個視交叉后段視路中視放射是較易受到累及的部位。視放射受到損害后，可以出現(xiàn)視物模糊、視力下降，視野缺損（可因損傷部位不同出現(xiàn)視野同向上象限盲、同向下象限盲或同向性偏盲等），部分患者還可伴有肢體運動障礙、感覺障礙和面神經(jīng)麻痹等現(xiàn)象。臨床癥狀缺乏特異性，極易造成漏診和誤診。DTI技術(shù)通過頭顱磁共振掃描獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理、三維重建可以顯示放射纖維束的走行和分布，反映視放射病理變化。為視放射疾病的診斷提供有力的證據(jù)支持。

2.1 外傷性視放射損傷的早期診斷

由于腦損傷后立即出現(xiàn)軸突斷裂.髓鞘崩解，水分子擴散的屏障立刻消失，所以DTI能夠較早對病變做出反應。而常規(guī)的T2WI圖像（反映水分子含量的變化）的變化發(fā)生在傷后幾天。李沁梅等報道〔8〕對腦外傷后患者進行DTI檢查，發(fā)現(xiàn)甚至是在常規(guī)MRI檢查表現(xiàn)正常的腦白質(zhì)區(qū)域均有明顯ADC、FA 值下降，尤以 FA 值下降明顯。 Albensi〔9〕等報道，通過撞擊造成腦損傷后1～2 h，發(fā)現(xiàn)損傷側(cè)皮質(zhì)、神經(jīng)纖維的平均ADC值有明顯的減少，而常規(guī)的MRI在損傷后1～2 h檢測結(jié)果未見異常。Hammoud〔10〕等研究結(jié)果也同樣表明DTI比常規(guī)MRI能更早、更準確地顯示創(chuàng)傷性軸索損傷病灶的信號變化。顱腦外傷患者尤其是頂、顳葉受損常累及視放射，出現(xiàn)視野缺損、視力下降等改變。DTI作為一種反映微觀結(jié)構(gòu)變化的成像技術(shù)，與常規(guī)的MRI相比，能較早地顯示病變.這對早期診斷治療有很重要的臨床意義（圖2）。

圖2 男性46歲，車禍后雙眼同側(cè)偏盲，頭顱MRI檢查未見明顯異常，DTI檢查可見一側(cè)視放射后腳損傷（箭頭所示）。

2.2 視放射血管性損傷的早期診斷

由于視放射從外側(cè)膝狀體到枕葉皮質(zhì)中樞走行較長的徑路，且穿行很多腦內(nèi)結(jié)構(gòu)，分布較分散，毗鄰結(jié)構(gòu)復雜，在大腦半球內(nèi)占有相當大的范圍，因此顳葉、頂葉和枕葉發(fā)生栓塞、血管破裂出血、腫瘤等病變都可以影響視放射，引起相應的視覺障礙。視放射血管性損傷最多見于大腦后動脈或大腦中動脈的供血區(qū)的梗塞。

腦梗死急性期為腦細胞毒性水腫期，常規(guī)MRI圖像中不容易發(fā)現(xiàn)，僅當出現(xiàn)血管源性的腦水腫時才能顯現(xiàn)缺血范圍。當發(fā)生細胞毒性水腫時，細胞外間隙變小，缺血腦組織總彌散度減小，局部缺血區(qū)的ADC值（反映組織的總彌散能力）可在30分鐘內(nèi)下降30%~50%，呈低信號。腦梗塞時水分子擴散能力下降，加之水腫的壓迫，可使纖維腫脹，纖維束間隙變小、受壓迂曲，各向異性FA值明顯減低。因此DTI檢查可以觀察到常規(guī)MRI檢查不能觀察到的急性腦缺血改變〔11，12〕。急性期梗塞灶中心的ADC值降低比周圍區(qū)明顯，說明梗塞中心區(qū)已發(fā)生明顯的細胞毒性水腫，周圍區(qū)雖灌注減低但尚未引起細胞內(nèi)水含量的明顯變化，細胞功能未遭嚴重影響，介于梗塞與正常之間，如能及時再灌注則有恢復正常的可能〔13，14〕。因此對于急性期腦梗塞的患者行DTI檢查，結(jié)合ADC值及FA值能夠預測組織生存力和腦卒中后的轉(zhuǎn)歸〔15〕。

2.3 視放射周圍腫瘤手術(shù)術(shù)前定位、術(shù)式指導及預后評價

視放射周圍的腫瘤可能壓迫、推移或者破壞視放射，引起患者視功能改變，行手術(shù)切除腫瘤時極易損傷視放射，引起永久性視野缺損甚至雙眼視力喪失。DTI技術(shù)不僅能夠顯示腫瘤與視放射的解剖關(guān)系及病變程度，而且可以對視放射周圍病變進行術(shù)前、術(shù)中定位，大大減少術(shù)后發(fā)生永久性視野缺損的概率〔16-18〕，有著重要意義。 YU CS〔19〕將顱內(nèi)腫瘤與周圍纖維束的關(guān)系分為3種：Ⅰ型為良性腫瘤所致的單純移位，手術(shù)切除腫瘤后移位的纖維束可以恢復并保留功能。Ⅱ型移位并中斷，及Ⅲ型單純中斷和破壞的患者則有術(shù)后纖維束功能喪失。因此，DTI檢查也可作為視放射病變損傷嚴重程度的又一影像學依據(jù)，預測視放射周圍腫瘤切除術(shù)后患者預后，減少醫(yī)患糾紛發(fā)生（圖3、4）。

圖3 一例前部顳葉腫瘤患者，術(shù)前切除平面視放射DTI圖像完整，術(shù)后視放射仍舊成像（箭頭所示），復查視野未有缺損。圖4前部顳葉腫瘤患者術(shù)前手術(shù)平面DTI成像顯示右側(cè)視放射的前段膝狀體束部分成像，術(shù)后顯示前段膝狀體束損傷（箭頭所示），術(shù)后復查視野可見同側(cè)上方1/4缺損。

2.4 視放射處多發(fā)性硬化的診斷

多發(fā)性硬化（MS）是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)脫髓鞘病變?yōu)樘卣鞯淖陨砻庖咝约膊?，當病變發(fā)生在顳葉時常累及視放射，導致視功能改變，引起眼部癥狀。MRI檢查顯示病變部位呈長T1長T2信號的不規(guī)則斑塊。多項DTI臨床試驗證實，MRI上的損傷區(qū)域（即T1、T2異常信號區(qū)）表現(xiàn)為MD增高和FA降低，較MRI圖片更敏感。MRI上的損傷區(qū)、看似正常的腦白質(zhì)區(qū)的MD、FA值變化與T1、T2加權(quán)圖像上的損傷負荷量（lesion load，LL）或稱為損傷容量之間具有相關(guān)性，這種相關(guān)性在一定程度上反映了疾病的嚴重程度、預后和轉(zhuǎn)歸〔20，21〕。因此，DTI能定量分析MS患者腦白質(zhì)脫髓鞘程度，還可顯示MRI不能發(fā)現(xiàn)的白質(zhì)脫髓鞘病變，對于MS的早期診斷，早期治療及預后評價具有重要臨床意義。

2.5 顳葉癲癇手術(shù)術(shù)中視放射保護

顳葉切除術(shù)，包括前顳葉和全顳葉切除術(shù)是治療頑固性癲癇的一種主要手術(shù)方式。通過手術(shù)切除前顳葉，大約70%的患者可以得到緩解，但術(shù)后視野缺損這一并發(fā)癥多難以避免。 Krolak〔22〕等認為若顳葉切除達 40～70 mm，視放射 Meyer環(huán)被破壞，術(shù)后發(fā)生視野缺損的概率可達97%。在Meyer環(huán)前后界范圍內(nèi)，前顳葉切除長度從前向后每增加10 mm，便會使對側(cè)上象限視野缺損的嚴重程度增加約20%～22%〔23〕。DTI技術(shù)可以明確顯示Meyer環(huán)的位置，指導手術(shù)切除的范圍和程度，使術(shù)中視放射能得到保護，最大程度降低術(shù)后發(fā)生視野缺損的風險。

DTI提供了一種無創(chuàng)顯示活體大腦白質(zhì)神經(jīng)纖維通路的方法，能對傳統(tǒng)MRI檢查進行有力補充，為眼科疾病診療提供新的檢查手段，但仍存在一定的限制。如視神經(jīng)纖維密集、走行的方向性強，是DTI研究的理想結(jié)構(gòu)，但由于周圍脂肪、腦脊液和骨結(jié)構(gòu)，以及眼球運動偽影的影響，給DTI對視神經(jīng)的研究和應用帶來很大的限制。此外，DTI成像還存在部分容積效應導致分辨率過低及擴散梯度導致的渦流等因素，影響對纖維束方向的確定，對于小的纖維束和纖維束交叉的部位顯示為低度各向異性。而且，目前仍沒有一個纖維示蹤的金標準〔24〕。這些問題有望隨著設(shè)備和成像方法的改進而逐步得到解決。

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