磁共振彌散張量成像(DTI)在腦梗死皮質(zhì)脊髓束損傷與運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)*歸相關(guān)性中的應(yīng)用研究

廣州中醫(yī)藥大學(xué)中山附屬醫(yī)院放射科(廣東 中山 528400）

劉樹學(xué) 王本國(guó) 莫雪玲 唐玉德王 耿 張雄彪 洪云恒 羅麗好陳志明 李水連 肖 錚

磁共振彌散張量成像(DTI)在腦梗死皮質(zhì)脊髓束損傷與運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)*歸相關(guān)性中的應(yīng)用研究

廣州中醫(yī)藥大學(xué)中山附屬醫(yī)院放射科(廣東 中山 528400）

劉樹學(xué) 王本國(guó) 莫雪玲 唐玉德王 耿 張雄彪 洪云恒 羅麗好陳志明 李水連 肖 錚

目的 利用磁共振彌散張量成像（DTI）研究腦梗死各向異性特征，結(jié)合擴(kuò)散張量纖維束重建（DTT）評(píng)價(jià)腦梗死后皮質(zhì)脊髓束損傷與運(yùn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)歸的相關(guān)性。方法對(duì)10名正常成人志愿者及57名腦梗死患者進(jìn)行常規(guī)磁共振成像及磁共振彌散張量成像，測(cè)量雙側(cè)大腦腳、內(nèi)囊后肢、梗死灶及其對(duì)側(cè)對(duì)稱區(qū)域的部分各向異性系數(shù)（FA值），并進(jìn)行比較分析；對(duì)雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束進(jìn)行擴(kuò)散張量纖維束重建（DTT），并分級(jí)；在DTI檢查前及治療后，對(duì)患者進(jìn)行美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中評(píng)分（NIHSS)及簡(jiǎn)式Fugl-Meye運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分(FMS)，將腦梗死病灶區(qū)域FA值降低率與NIHSS及CST的DTT分級(jí)與治療后運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分(FMS)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果志愿者雙側(cè)大腦腳、內(nèi)囊后肢及半卵圓中心平均FA值雙側(cè)對(duì)比均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）；腦梗死病例病灶區(qū)域平均FA值與對(duì)側(cè)比較，無(wú)論急性期、亞急性期和慢性期病例均具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），F(xiàn)A值降低率與NIHSS評(píng)分呈正相關(guān)（Pearson相關(guān)系數(shù)為0.500,p=0.001）；腦梗死病例大腦腳及內(nèi)囊后肢FA值與對(duì)側(cè)比較，急性期病例無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），而亞急性期及慢性期病例均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；DTT顯示CST纖維束分級(jí)與康復(fù)治療后運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分(FMS)呈負(fù)相關(guān)（Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.899,p=0.000）。結(jié)論DTI能較好的評(píng)價(jià)腦梗死后白質(zhì)纖維束的損傷程度；皮質(zhì)脊髓束的損害程度與患者的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)具有明顯相關(guān)性。

彌散張量成像；腦梗死；皮質(zhì)脊髓束；運(yùn)動(dòng)功能

彌散張量成像（DTI）是在磁共振彌散加權(quán)成像（DWI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種成像方法，它利用組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)存在各向異性的原理，從多個(gè)方向上獲得彌散加權(quán)圖像，根據(jù)組織內(nèi)水分子彌散的內(nèi)在方向性探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)，可定量分析病變組織與正常組織的彌散特征，在神經(jīng)系統(tǒng)的應(yīng)用上有較高的敏感性和特異性，同時(shí)是一種非侵入性檢查[1]，是目前人體功能成像研究的熱點(diǎn)之一，本研究旨在探討腦梗死彌散張量成像（DTI）特征及其與運(yùn)動(dòng)功能損害的相關(guān)性。

材料和方法

1.1 病例選擇本院2008年4月-2010年3月在康復(fù)科（神經(jīng)內(nèi)科）住院治療的符合以下入選條件的病例：①患者發(fā)病具有明顯引起運(yùn)動(dòng)功能障礙；②常規(guī)MRI檢查及DWI顯示大腦中動(dòng)脈供血區(qū)腦梗死病灶；③排除能夠或可疑引起相同癥狀（引起運(yùn)動(dòng)功能障礙）的腦內(nèi)其它病變（如腦出血、腦腫瘤等）。另外選擇10名符合下列條件的成人志愿者：①年齡在35歲-65歲；②無(wú)臨床癥狀；③常規(guī)磁共振檢查腦內(nèi)未見異常病變。

1.2 臨床資料患者57例，男37例,女20例，年齡31歲-85歲，平均年齡62歲，均因出現(xiàn)不同程度運(yùn)動(dòng)功能障礙住院,所有病例均接受常規(guī)磁共振（MR）、DWI及DTI檢查，按照腦梗死的分期[2]，分為急性期（6小時(shí)-72小時(shí)）11例，亞急性期（4天-11天）34例，慢性期（>11天）12例，住院期間病人接受改善腦循環(huán)（抗凝藥物治療）、營(yíng)養(yǎng)腦神經(jīng)、被動(dòng)肢體訓(xùn)練、針灸按摩等康復(fù)治療，對(duì)治療前后進(jìn)行美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中評(píng)分（NIHSS)及簡(jiǎn)式Fugl-Meye運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分（FMS），治療前及治療后分別記錄為NIHSS1、FMS1及 NIHSS2、FMS2。

1.2 磁共振檢查方法使用GE公司生產(chǎn)的1.5T Signa Twinspeed ExciteⅡ型MRI掃描儀，采用8通道高密度頭顱線圈，常規(guī)檢查采用：橫軸位T1FLAIR(2000/750/25ms）、FRFSE T2WI（3000/102ms）,DWI采用單次激發(fā)平面回波成像（EPI），B值=1000s/mm2，以上3個(gè)序列掃描位置一致（復(fù)制定位線），層厚6mm,層間距1mm；DTI使用采用單次激發(fā)平面回波成像（EPI），B值=1000s/mm2，層厚4mm，層間距0mm，30層，15個(gè)方向，視野24×24cm，掃描時(shí)間2分58秒。

1.3 數(shù)據(jù)后處理

1.3.1采用GE-AW4.4工作站functool軟件對(duì)DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，重建出平均擴(kuò)散系數(shù)（average diffusion coefficient, ADC）圖,各向異性系數(shù)(fractional anisotropy,FA)圖,各向同性圖（Isotropic image），容積比各向異性(Volume ratio Aniso)圖；分別在大腦腳、內(nèi)囊后肢及病灶區(qū)域[正常志愿者選擇大腦半卵圓中心（放射冠）]選取感興趣區(qū)（ROI）。ROI選取原則：在大腦腳及內(nèi)囊后肢區(qū)域，通過(guò)手工調(diào)節(jié)，結(jié)合彩色結(jié)構(gòu)圖(show structural view）,使ROI范圍盡量包括完整大腦腳、內(nèi)囊后肢，以上各ROI面積約80mm2-110mm2，分別復(fù)制各ROI，利用functool軟件的對(duì)稱軸，并結(jié)合手動(dòng)調(diào)節(jié)，確定對(duì)側(cè)(正常側(cè))ROI位置，分別測(cè)量雙側(cè)大腦腳、內(nèi)囊后肢及病灶處（志愿者放射冠處）FA值并記錄；以大腦腳ROI為種子，利用擴(kuò)散張量纖維束重建（diffusion tensor tractography, DTT）軟件，分別重建雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束(cortical spinal tract，CST)（圖 1、2），按照病變側(cè)CST走行方向、與梗死灶的空間位置關(guān)系及纖維束的完整性對(duì)纖維束進(jìn)行分級(jí)：1級(jí)：CST不穿過(guò)梗死灶，形態(tài)、走行完好；2級(jí)：CST穿過(guò)梗死灶，形態(tài)、走行完好（圖2）；3級(jí)：CST穿過(guò)梗死灶，存在纖維束破壞中斷（圖5-8）。

1.3.2 采用SPSS11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)正常志愿者及病人的患側(cè)與健側(cè)FA值采取配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，以P<0.05作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)；將腦梗死病灶區(qū)域FA值降低率與NIHSS1進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析；對(duì)患側(cè)皮質(zhì)脊髓束DTT分級(jí)與FMS2進(jìn)行進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，以P<0.05作為檢驗(yàn)水準(zhǔn)。

結(jié) 果

表1 正常志愿者DTI數(shù)據(jù)（FA值）

表2 腦梗死患者DTI數(shù)據(jù)（平均FA值）

2.1 10名無(wú)臨床癥狀志愿者雙側(cè)大腦腳、內(nèi)囊后肢及半卵圓中心（放射冠）FA值見表1，大腦腳：t值=-0.383、P=0.706；內(nèi)囊后肢：t值=-0.267、P=0.792；放射冠：t值=-0.493、P=0.628，各部位雙側(cè)FA值對(duì)比均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05）。

圖1，DTT顯示正常成人雙側(cè)白質(zhì)纖維束對(duì)稱分布，纖維束連續(xù)（a.雙側(cè)纖維束前后方向圖;b.單側(cè)纖維束側(cè)位圖）。圖2a：DWI顯示右側(cè)內(nèi)囊后肢急性期腦梗死病灶；圖2b：DTT顯示CST穿過(guò)梗死灶，形態(tài)連續(xù)、無(wú)中斷（2級(jí)）。圖3a：DWI顯示右側(cè)放射冠腦梗死，呈高信號(hào); 圖3b：DTT顯示皮質(zhì)脊髓束（CST）穿過(guò)病灶，并出現(xiàn)纖維束放射冠區(qū)的中斷（3級(jí)）。圖4a：DWI顯示左側(cè)半卵圓中心腦梗死，呈高信號(hào); 圖4b DTT顯示皮質(zhì)脊髓束（CST）穿過(guò)病灶，并出現(xiàn)纖維束的扭曲、破壞及中斷（3級(jí)）。

表3 腦梗死不同時(shí)期白質(zhì)纖維束分級(jí)

2.2 腦梗死病例DTI表現(xiàn)急性期、亞急性期及慢性期腦梗死病例病灶區(qū)域、內(nèi)囊后肢及大腦腳平均FA值與對(duì)側(cè)對(duì)應(yīng)區(qū)域平均FA值見表2，急性期：大腦腳：t值=-0.141、P=0.890，P>0.05 無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；內(nèi)囊后肢：t值=-0.634、P=0.534，P>0.05 無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；病灶區(qū)域：t值=-2.418、P=0.026，P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

亞急性期：大腦腳：t值=-2.016、P=0.048，P<0.05 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；內(nèi)囊后肢：t值=-2.626、P=0.011，P<0.05 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；病灶區(qū)域：t值=-7.597、P=0.000，P<0.05 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

慢性期：大腦腳：t值=-2.434、P=0.024，P<0.05 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；內(nèi)囊后肢：t值=-2.147、P =0.044，P<0.05 有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；病灶區(qū)域：t值=-6.814、P=0.000，P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

病灶FA值的降低率與NIHSS1呈正相關(guān)（Pearson相關(guān)系數(shù)為0.500，p=0.001，P<0.05）：FA值降低程度越大，NIHSS評(píng)分越大。

不同時(shí)期腦梗死DTT顯示CST纖維束分級(jí)見表3，急性期病例分布于1-3級(jí)，亞急性期及慢性期病例多為1級(jí)及3級(jí)；纖維束分級(jí)與FMS2比較具有負(fù)相關(guān)（Pearson相關(guān)系數(shù)為-0.899，p=0.000，P<0.05）：DTT分級(jí)越高，治療后FM評(píng)分越低（運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)越差）。

討 論

3.1 彌散張量成像（DTI）的基本原理彌散張量成像(DTI）是在磁共振彌散加權(quán)成像（DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種成像方法，其基本原理是水分子在不均質(zhì)組織中具有彌散各向異性的特征，從三維立體的角度分解、量化了彌散各向異性的信號(hào)數(shù)據(jù)，是組織微結(jié)構(gòu)的顯示更加微細(xì)準(zhǔn)確[3]。由于神經(jīng)纖維軸突膜與髓鞘的存在作為彌散的屏障，在平行于纖維方向的彌散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直方向，此種有很強(qiáng)的方向依賴性彌散就稱之為各向異性。部分各向異性(FA)是描述腦白質(zhì)纖維各向異性特征的主要參數(shù)之一，是指水分子各向異性成分占整個(gè)彌散張量的比例[4]，F(xiàn)A值變化于0-1之間，0代表最大各向同性彌散，1代表最大各向異性彌散,FA值大小與髓鞘的完整性、纖維致密性及平行性有密切關(guān)系，能夠反映白質(zhì)纖維是否完整，F(xiàn)A值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)能力越強(qiáng)[5]?？梢酝ㄟ^(guò)擴(kuò)散張量纖維束重建(DTT)顯示大腦白質(zhì)纖維束，測(cè)定白質(zhì)纖維束的走行方向和結(jié)構(gòu)的完整性，可以立體直觀地觀察卒中病灶與白質(zhì)纖維之間的關(guān)系。

3.2正常成人腦組織DTI特征本研究通過(guò)對(duì)10名正常志愿者腦組織進(jìn)行DTI成像，重建FA圖和三維彩色編碼張量圖清晰勾畫出腦內(nèi)白質(zhì)纖維束的走行和分布，測(cè)量顯示雙側(cè)對(duì)稱區(qū)域——大腦腳、內(nèi)囊后肢及半卵圓中心的FA值無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,顯示出雙側(cè)腦組織各向異性程度基本對(duì)稱，雙側(cè)白質(zhì)纖維束對(duì)稱分布，纖維束連續(xù)、無(wú)中斷（圖1、2）。

3.3 腦梗死的DTI特征本組病例研究顯示：腦梗死急性期、亞急性期及慢性期病例病灶區(qū)域FA值與對(duì)側(cè)對(duì)比均具有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，F(xiàn)A值降低越多，患者的卒中癥狀越明顯(NIHSS值越大)，并且隨時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)A值降低率顯著增加。本組病例中有7例急性或亞急性期病例間隔2周(14天±3天)后行DTI復(fù)查，顯示病灶區(qū)域FA值進(jìn)一步降低,考慮隨時(shí)間延長(zhǎng)，腦缺血區(qū)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞、神經(jīng)纖維髓鞘的脫失逐漸加重，導(dǎo)致組織微觀結(jié)構(gòu)正常順序進(jìn)一步喪失，進(jìn)而發(fā)展為組織的壞死，表現(xiàn)為白質(zhì)區(qū)各向異性(FA值)顯著降低；腦梗死病例大腦腳及內(nèi)囊后肢與對(duì)側(cè)比較，急性期病例不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05)，而亞急性期及慢性期病例病側(cè)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05），考慮腦梗死后隨時(shí)間的延長(zhǎng)，卒中灶遠(yuǎn)端錐體束存在不同程度華勒氏變性，與文獻(xiàn)報(bào)道[6,7]相符。

3.4 腦梗死后皮質(zhì)脊髓束損傷與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的關(guān)系皮質(zhì)脊髓束主管肢體運(yùn)動(dòng)功能，大多數(shù)患者腦梗死后出現(xiàn)肢體肌力減退癥狀，主要是病變累及皮質(zhì)脊髓束所致[8]。通過(guò)白質(zhì)纖維束重建(DTT)對(duì)CST與梗死病灶的空間位置關(guān)系顯示清晰，并可較好觀察白質(zhì)束的形態(tài)和完整性(圖3-8)，從而對(duì)纖維束進(jìn)行分級(jí)。本組研究顯示急性期病例纖維束分級(jí)隨機(jī)分布于1-3級(jí)，亞急性期及慢性期病例主要分布于1級(jí)及3級(jí)，在本組進(jìn)行了DTI復(fù)查7例病例中，2例原片顯示纖維束穿過(guò)病灶，但形態(tài)完好、無(wú)中斷(2級(jí))，復(fù)查均顯示纖維束出現(xiàn)中斷(3級(jí))，考慮這種纖維束分級(jí)的變化動(dòng)態(tài)地反映出腦缺血后白質(zhì)纖維的髓鞘崩解、脫失、及壞死的病理過(guò)程，隨時(shí)間延長(zhǎng)，梗死灶進(jìn)一步發(fā)展，腦組織壞死、軟化，白質(zhì)纖維束中斷，可初步解釋腦梗死晚期病例白質(zhì)纖維束分級(jí)多分布于1級(jí)及3級(jí)原因。但對(duì)早期腦梗死病例中存在的2級(jí)纖維束多少會(huì)發(fā)展成3級(jí)，因本組復(fù)查病例數(shù)目較少，有待于更大組病例進(jìn)一步研究；通過(guò)纖維束分級(jí)與肢體運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分(FMS2)進(jìn)行對(duì)比分析顯示患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)與CST的DTT分級(jí)有相關(guān)性，DTT分級(jí)越高，治療后FM評(píng)分越低（運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)越差），伴有纖維束破壞、中斷（3級(jí)纖維束）的患者(圖5-8)治療后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)不佳。

綜上所述，筆者認(rèn)為腦梗死的分子擴(kuò)散各向異性特征(FA值)的改變可以用于評(píng)價(jià)白質(zhì)束的損傷程度；DTT分級(jí)顯示皮質(zhì)脊髓束的損傷程度更加準(zhǔn)確、直觀；DTT分級(jí)與與皮質(zhì)脊髓束損傷程度、患側(cè)運(yùn)動(dòng)功能減弱程度呈正相關(guān)。故磁共振彌散張量（DTI）檢查為腦梗死患者的康復(fù)治療提供有利的影像學(xué)依據(jù)，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

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Study on the Application of DTI to the Relativity between Impairment of Corticospinal Tract and *Motor Function Recovery after Cerebral Infarction

LIU Shu-xue, WANG ben-guo, MO Xue-ling, et al. Department of Radiology, Affiliated Zhongshan Hospital of Guangzhou University of Chinese Medicine, Zhongshan 528400 Guangdong, China

ObjectiveTo study the characteristics of anisotropy of cerebral infarction by diffusion tensor imaging (DTI) and to evaluate the relativity between impairment of cortical spinal tract and motor recovery after cerebral infarction by diffusion tensor tractography(DTT).MethodsConventional MRI and DTI were performed to ten healthy volunteers and fifty-seven patients with cerebral infarction. The fractional anisotropy (FA) values of bilateral cerebral peduncles, posterior limbs of internal capsule, infarction focus and its contralateral side were measured, compared and analyzed; Diffusion tensor tractogeaphy(DTT) were performed to the cortical spinal tract (CST). The changes of CST were classified.Those patients were evaluated by the National Institutes of Health Stroke Scale (NIHSS)and the Fugl-Meyer Motor Scale(FMS) before DTI and after treatment. Pearson correlation analysis was performed to the FA reduction ratio of infarction focus, the DTT classification of CST, NIHSS and FMS after treatment.ResultsThe average FA values of bilateral cerebral peduncles￡?posterior limbs of internal capsule and centrum semiovale of volunteers were not have statistical differences (P>0.05); the average FA values of infarction focus and its contralateral side had statistical differences, no mater in acute stage, subacute stage or chronic stage (P <0.05), and the FA reduction ratio of infarction focus had positive correlation with the NIHSS (Pearson's correlation coefficient was 0.500, p=0.001); the FA values of bilateral cerebral peduncles and posterior limbs of internal capsule of patients with cerebral infarction were not have statistic differences in acute stage (P >0.05), but had statistic differences in subacute stage and chronic stage (P<0.05). DTT showed that the grades of CST had negative correlation with FMS after treatment￡¨Pearson's correlation coefficient was -0.899, p=0.000).ConclusionThe injury of white matter fiber bundles after cerebral infarction could be well evaluated by DTI; the motor function recovery had significant correlation with the degree of injury of cortical spinal tract.

Diffusion tensor imaging(DTI);Cerebral infarction; Cortical spinal tract(CST);Motor function;

R445.2；R54

A

中山市科研基金立項(xiàng)（項(xiàng)目編號(hào)：20082A083）

10.3969/j.issn.1672-5131.2011.05.009

劉樹學(xué)，男，醫(yī)學(xué)影像副主任醫(yī)師，副教授，放射科副主任，主要研究方向?yàn)樯窠?jīng)及骨關(guān)節(jié)影像診斷。

劉樹學(xué)

2011-06-07