彌散張量成像在痙攣型腦性癱瘓中的應(yīng)用

曹鴻垚，童光磊，，周陶成，董文旭，易 昕，李 紅

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)，安徽 合肥 230032;2.安徽省兒童醫(yī)院，安徽 合肥 230051)

腦性癱瘓(cerebral palsy，CP)簡(jiǎn)稱腦癱，是兒童神經(jīng)系統(tǒng)常見疾病之一，是自受孕開始至嬰兒期非進(jìn)行性腦損傷或腦發(fā)育缺陷導(dǎo)致的綜合征，主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)功能障礙以及姿勢(shì)異常［1］。有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)病率1.5‰ ～4‰［2］，我國(guó) 1.8‰ ～4‰［3］。對(duì)腦癱患兒進(jìn)行早期診斷以及患病風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就顯得非常重要。彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是近年來迅速發(fā)展的MR功能成像新技術(shù)，是目前唯一無創(chuàng)性活體研究腦白質(zhì)纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法，可以顯示出顱腦內(nèi)主要白質(zhì)纖維束的走行及空間分布。腦白質(zhì)的發(fā)育直接影響到腦癱患兒的運(yùn)動(dòng)和認(rèn)知等功能［4］。

目前雖然有關(guān)腦癱兒童大腦白質(zhì)纖維發(fā)育的DTI研究報(bào)道較多，但大多數(shù)研究往往側(cè)重于其腦部發(fā)育某一階段的研究［5］，全面進(jìn)行出生后各年齡段大腦白質(zhì)纖維發(fā)育的DTI研究的報(bào)道不多。本研究進(jìn)行DTI掃描測(cè)量患兒錐體束系在大腦腳、內(nèi)囊和胼胝體層面感興趣區(qū)的部分各向異性(FA)值，同時(shí)結(jié)合臨床GMFM的評(píng)估。探討痙攣型腦癱中錐體束纖維的各向異性變化特點(diǎn)，以及與粗大運(yùn)動(dòng)功能之間的相關(guān)性，為其臨床診斷和治療評(píng)價(jià)提供新的科學(xué)客的判斷依據(jù)。

1 對(duì)象

1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) 研究組符合2006年8月在湖南長(zhǎng)沙第二屆全國(guó)兒童康復(fù)、第九屆全國(guó)小兒腦癱康復(fù)學(xué)術(shù)會(huì)議討論通過的腦性癱瘓定義，診斷標(biāo)準(zhǔn)和分型標(biāo)準(zhǔn)［6］。正常對(duì)照組神經(jīng)系統(tǒng)檢查無陽性體征，頭顱MRI檢查T1WI，T2WI，DWI和DTI成像序列均未見異常。

1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) (1)進(jìn)行性發(fā)展的神經(jīng)肌肉性疾病，出生1年后各種原因?qū)е碌闹w運(yùn)動(dòng)障礙，遺傳代謝性疾病。(2)未能配合完成系列檢查導(dǎo)致資料不完整的病例。(3)為排除6個(gè)月前一過性發(fā)育遲緩的可能，本研究暫對(duì)＜6個(gè)月齡的患兒不予納入。2013年4月至2014年2月安徽省立兒童醫(yī)院康復(fù)科收治的確診為痙攣型腦癱的患兒，配合完成系列檢查，建立完整的臨床資料共65例作為研究組。另外選擇同時(shí)期的正常兒童16例作為對(duì)照組。

2 方法

2.1 頭顱 MRI和 DTI掃描 使用影像中心的飛利浦Achieva1.5T磁共振掃描儀完成。小于5歲和不能配合的兒童掃描前10%水合氯醛溶液灌腸，劑量0.3～0.6 mL·kg-1，熟睡后掃描。能配合的患兒無需特殊準(zhǔn)備。掃描時(shí)頭部用海綿墊固定。行顱腦常規(guī)MRI的T1WI、T2WI、DWI和DTI掃描。T1WI序列的成像參數(shù)重復(fù)時(shí)間(TR)585 ms，回波時(shí)間(TE)15 ms，掃描野(FOV)230 ×320，層厚(ST)5.0 mm;T2WI序列的成像參數(shù)為 TR 3766 ms，TE 100 ms，F(xiàn)OV 230 ×320，ST 5.0mm;DWI序列的成像參數(shù)為 TR 3 589 ms，TE 128 ms，F(xiàn)OV 200 ×240，ST 5.0 mm;DTI EPI序列檢查參數(shù)為 TR 6 000 ms，TE 70 ms，b 值700 s·mm-2，ST 3.0 mm，層間距0 mm，F(xiàn)OV 112×112，激勵(lì)2次。FA值測(cè)量在faDTI張量圖上進(jìn)行，選感興趣區(qū)(ROI)的原則是在白質(zhì)纖維走行的區(qū)域，且解剖結(jié)構(gòu)明確清晰。所測(cè)量的興趣區(qū)纖維束包括:大腦腳部位皮質(zhì)脊髓束、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、內(nèi)囊膝部、胼胝體膝部、體部和壓部。放置ROI的面積統(tǒng)一為(10±3)mm2，用半自動(dòng)繪出，大腦腳部位ROI用圓形，其余部位ROI用橢圓形，左右對(duì)稱。

2.2 粗大運(yùn)動(dòng)功能測(cè)評(píng) 應(yīng)用由英國(guó)Rusell等編制的GMFM量表，用于測(cè)量腦癱兒童粗大運(yùn)動(dòng)功能發(fā)育狀況，GMFM88項(xiàng)分為A區(qū)(17項(xiàng))躺和翻身;B區(qū)(20項(xiàng)):坐;C區(qū)(14項(xiàng)):爬和跪;D區(qū)(13項(xiàng)):站立;E區(qū)(24項(xiàng)):走、跑、跳，共5個(gè)功能區(qū)。評(píng)估工作均由本人獨(dú)立完成，患兒在家長(zhǎng)陪同下，在安靜、獨(dú)立、光線充足的專門評(píng)估室完成，室溫20～30℃。每項(xiàng)動(dòng)作評(píng)分有4個(gè)等級(jí)，分別為0，1，2，3分，完全不能完成規(guī)定動(dòng)作為0分，完成規(guī)定動(dòng)作＜10%計(jì)1分，完成規(guī)定動(dòng)作10% ～99%的計(jì)2分，100%完成的計(jì)3分，評(píng)分結(jié)果包括以下幾項(xiàng):(1)原始分:5個(gè)功能區(qū)的原始分;(2)總百分比:5個(gè)能去原始分占各自總分百分比之和再除以5;(3)月百分比:(本次總百分比-前次總百分比)/間隔月數(shù);(4)月相對(duì)百分比:本次月百分比/前次總百分比100%。GMFM的月相對(duì)百分比是反映被測(cè)兒童總百分比某階段平均每月提高分值與原分值之比，能較客觀的反映腦癱兒童粗大運(yùn)動(dòng)發(fā)育水平的變化幅度。每項(xiàng)計(jì)分輸入GMFM的統(tǒng)計(jì)軟件GMAE自動(dòng)分析得出結(jié)果。

2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用EXCEL2007和SPSS17.0軟件記錄統(tǒng)計(jì)和分析。定量數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn);相關(guān)性采用Spearman相關(guān)性分析。所有統(tǒng)計(jì)均以P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異。

3 結(jié)果

3.1 各組別的構(gòu)成情況 見表1。

表1 各組別的構(gòu)成

3.2 頭顱DTI結(jié)果

3.2.1 對(duì)照組及研究組頭顱DTI結(jié)果 正常對(duì)照組16例頭顱MRI平掃和DTI檢查的FA圖均未見異常。測(cè)定FA值結(jié)果在空間不同部位上胼胝體(CC)部位最高(0.784±0.055)，其次是皮質(zhì)脊髓束(CST)和內(nèi)囊后肢(ICPL)，內(nèi)囊前肢(ICAL)和膝部(ICG)最低(0.540 ±0.061);其中在胼胝體部位的各向異性 FA值壓部(0.784±0.055)＞體部(0.723±0.048)＞ 膝部(0.705 ±0.046);在兩側(cè)大腦對(duì)稱部位的各向異性FA值左右比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，研究組中各個(gè)部位的FA值高低分布和對(duì)照組一致，胼胝體部位最高(0.764 ±0.082)，內(nèi)囊前肢部位最低(0.513 ±0.086)，不同部位的FA值均較正常對(duì)照組的對(duì)應(yīng)部位低，且在內(nèi)囊前肢(ICAL)與胼胝體膝部(GCC)兩組間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，相關(guān)性最明顯(P＜0.05)。見圖1和表2。

表2 正常對(duì)照組和研究組頭顱DTI各個(gè)部位FA值結(jié)果(±s)

表2 正常對(duì)照組和研究組頭顱DTI各個(gè)部位FA值結(jié)果(±s)

注:兩組組內(nèi)左右對(duì)稱部位的FA值差異P＞0.05;△組間相同部位比較FA值差異P＜0.05。

部位 FA值對(duì)照組 研究組t P ICAL(L) 0.545 ±0.060 0.513 ±0.086 2.532 0.028△ICAL(R) 0.540 ±0.061 0.512 ±0.084 2.458 0.039△ICG(L) 0.592 ±0.054 0.587 ±0.083 0.393 0.820 ICG(R) 0.590 ±0.058 0.586 ±0.070 0.546 0.660 ICPL(L) 0.671 ±0.054 0.647 ±0.069 1.437 0.124 ICPL(R) 0.672 ±0.053 0.648 ±0.069 1.433 0.126 GCC 0.705 ±0.046 0.661 ±0.093 2.852 0.017△BCC 0.723 ±0.048 0.693 ±0.101 1.980 0.059 SCC 0.784 ±0.055 0.764 ±0.082 0.588 0.651 CST(L) 0.694 ±0.072 0.667 ±0.088 0.938 0.289 CST(R)0.692 ±0.074 0.666 ±0.087 1.104 0.212

3.2.2 頭顱DTI不同部位的FA值與GMFM-88結(jié)果相關(guān)性 各個(gè)部位的FA值與GMFM-88值存在正相關(guān)性，均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中 ICPL相關(guān)性明顯(r=0.455，P ＜0.001)，見表 3。

表3 研究組不同部位FA值與GMFM-88值之間的相關(guān)性

4 討論

DTI的理論基礎(chǔ)是分子布朗運(yùn)動(dòng)彌散。而腦白質(zhì)纖維束的水分子彌散又具有顯著的各向異性，且彌散具有方向依賴，即沿纖維長(zhǎng)軸方向的擴(kuò)散自由，受阻限制小，而在垂直神經(jīng)纖維長(zhǎng)軸方向上的擴(kuò)散受細(xì)胞膜和髓鞘等結(jié)構(gòu)的限制導(dǎo)致受阻較大。獲得了單位體積內(nèi)的這種各向異性信息，即可研究腦神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)及功能的改變，這就是白質(zhì)纖維束DTI成像的基本原理［7］。其中FA是臨床上最常用參數(shù)，為水分子彌散各向異性占整個(gè)彌散張量的比值［8］。本研究FA值的結(jié)果示在GCC和ICAL上研究組和對(duì)照組間存在的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，說明腦癱患者的白質(zhì)纖維束受損程度有一定的選擇性，GCC和ICAL均相對(duì)位于腦白質(zhì)區(qū)的前部，按神經(jīng)纖維髓鞘化發(fā)育的規(guī)律，成熟的時(shí)間較遲;GCC包含較大一部分直徑較小，髓鞘化較輕的纖維，更容易受損脫髓鞘;同時(shí)危險(xiǎn)因素對(duì)腦損害作用過程中，未成熟的神經(jīng)纖維也容易受損;另外可能與不同部位腦血管發(fā)育的不同，興奮毒性氨基酸突觸的分布不同等有關(guān)［9］。痙攣型腦性癱瘓兒童白質(zhì)纖維束 FA值與GMFM之間的相關(guān)性分析在白質(zhì)纖維束中最重要是皮質(zhì)脊髓束(CST)，它是人體最粗的投射纖維，途徑內(nèi)囊的后肢連接原始運(yùn)動(dòng)皮層和脊(延)髓。起始于原始運(yùn)動(dòng)皮層中央前回和中央后回旁小葉，向下通過內(nèi)囊的后肢，中腦的大腦腳，腦橋的腹側(cè)，延髓錐體的腹側(cè)，在錐體交叉附近大多數(shù)纖維(70%～90%)相互交叉到對(duì)側(cè)，再繼續(xù)下行至脊髓連接脊髓前角的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)。從解剖上解釋CST與運(yùn)動(dòng)功能密切相關(guān)。同時(shí)聯(lián)合纖維的胼胝體也與運(yùn)動(dòng)功能有關(guān)，有研究痙攣型腦癱的經(jīng)胼胝體運(yùn)動(dòng)纖維束(CCMF)的FA值出現(xiàn)減低，CCMF損傷與雙癱型腦癱患兒運(yùn)動(dòng)功能障礙存在相關(guān)性［10］。本研究結(jié)果顯示在兩側(cè)大腦對(duì)稱部位的各向異性FA值左右比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05)，且各部位的FA值與GMFM-88值存在正相關(guān)性，均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，其中內(nèi)囊后肢相關(guān)性最高(r=0.455，P＜0.001)。因內(nèi)囊后肢除包含CST外還有聯(lián)系丘腦與運(yùn)動(dòng)皮層通路、感覺皮層及頂葉其他皮層的纖維束，與CST一同被認(rèn)為是與腦癱患兒出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙相關(guān)的傳導(dǎo)通路［11］。有研究經(jīng)過內(nèi)囊后肢的感覺皮層通路損傷所引起的感覺障礙與腦癱患兒運(yùn)動(dòng)障礙存在相關(guān)性［12］，痙攣型腦性癱瘓的感覺障礙會(huì)加重患兒的異常運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)。對(duì)于腦癱常見的腦室周圍白質(zhì)軟化(PVL)在后期主要表現(xiàn)為各向異性值的降低，各向異性值的改變不僅發(fā)生在損傷的原發(fā)灶區(qū)域，在內(nèi)囊后肢同樣也存在，提示受損傷的神經(jīng)纖維束投射經(jīng)過內(nèi)囊后肢［13］。雙側(cè)內(nèi)囊后肢的FA值與GMFM相關(guān)性最明顯，提示內(nèi)囊后肢的CST等白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)損傷與患兒異常運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系密切，與有關(guān)研究相一致［14］。白質(zhì)纖維束髓鞘的減少或缺失，軸索數(shù)目與致密性的減低均會(huì)降低水分子在神經(jīng)纖維中的彌散各向異性，直接導(dǎo)致信號(hào)傳導(dǎo)速度的減慢和傳遞信號(hào)的容量減少，這些都會(huì)對(duì)聯(lián)接大腦灰質(zhì)間以及與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元之間的白質(zhì)纖維束傳導(dǎo)信息的能力造成損傷，從而導(dǎo)致腦癱患兒臨床表現(xiàn)出以運(yùn)動(dòng)異常為主的各種障礙。而運(yùn)動(dòng)功能的改善后在CST及周邊的FA值可見相應(yīng)的提高，提示有代償性發(fā)育，神經(jīng)突觸數(shù)目和神經(jīng)聯(lián)結(jié)回路的增多，神經(jīng)髓鞘的增加，周邊軸突繞道投射和分支聯(lián)結(jié)等［15］。因此CST的FA值尤其是內(nèi)囊后肢部位可以在一定程度上評(píng)估和預(yù)測(cè)患兒運(yùn)動(dòng)障礙的程度。

以往腦性癱瘓運(yùn)動(dòng)障礙的評(píng)估和康復(fù)療效的評(píng)價(jià)很多是各類量表，包括有(1)肌力的評(píng)價(jià);(2)肌張力(Ashworth法)和關(guān)節(jié)活動(dòng)度(ROM)的評(píng)價(jià);(3)粗大運(yùn)動(dòng)(GMFM)與精細(xì)動(dòng)作(FMFM)的評(píng)價(jià);(4)生活自理能力的評(píng)價(jià)(ADL)等。這些評(píng)定過程均帶有很大的主觀因素，同時(shí)被評(píng)估者的配合性也直接影響最終的結(jié)果。因此臨床測(cè)評(píng)時(shí)結(jié)合CST部位FA值，可以更客觀反映運(yùn)動(dòng)功能的水平和治療效果。

總之，痙攣型腦性癱瘓兒童白質(zhì)纖維束的發(fā)育程度在臨床上與粗大運(yùn)動(dòng)功能之間存在正相關(guān)性，以內(nèi)囊后肢部位最明顯。錐體束系FA值的高低一定程度上反映運(yùn)動(dòng)功能的發(fā)育情況，臨床上可以用內(nèi)囊后肢部位的FA值作為痙攣型腦性癱瘓運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估和康復(fù)的一項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。

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