擴(kuò)散張量成像在急性脊髓損傷中的研究進(jìn)展

雷蕊艷，李文方

當(dāng)今社會(huì)生活水平不斷提高，交通事故發(fā)生率逐年增高，造成的急性脊髓損傷患者也逐漸增多。脊髓損傷是指由于多種因素最終導(dǎo)致?lián)p傷平面以下各系統(tǒng)功能變化的一種臨床綜合征。急性脊髓損傷發(fā)生迅速，且會(huì)造成不同程度的四肢癱、截癱等，導(dǎo)致患者的生活質(zhì)量下降。由于其診斷標(biāo)準(zhǔn)不同，所以治療方法、效果及預(yù)后也有所不同[1]。因此早期對(duì)急性脊髓損傷做出精確的評(píng)價(jià)，對(duì)于臨床早期制訂正確的治療方案及對(duì)患者的預(yù)后評(píng)估至關(guān)重要。對(duì)于脊髓損傷首選磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)檢查，但常規(guī)MRI對(duì)于脊髓本身解剖結(jié)構(gòu)觀察較多，常在嚴(yán)重的脊髓損傷中才表現(xiàn)出異常，而急性脊髓損傷要求早診斷、早治療，對(duì)于早期損傷較輕者，常規(guī)MRI出現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，病情常常比較嚴(yán)重且多不可逆[2]，且其MRI檢查結(jié)果常與臨床中的嚴(yán)重程度不完全相關(guān)[3-5]。有研究表明，擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)能更敏感地檢測(cè)出急性脊髓損傷[6-8]，且能定量評(píng)估其嚴(yán)重性[9]。

1 DTI的原理及參數(shù)

1.1 DTI的基本原理

擴(kuò)散是指分子的布朗運(yùn)動(dòng)，它是一個(gè)矢量，不僅有大小還有方向。擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)能檢測(cè)出水的擴(kuò)散程度，但是對(duì)于方向它具有不確定性。DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)，通過對(duì)多參數(shù)的數(shù)據(jù)處理，在量和方向兩個(gè)方面反映擴(kuò)散變化，可以定量、定向地評(píng)價(jià)白質(zhì)纖維束，并提供有關(guān)細(xì)胞的完整性及相關(guān)組織各向異性等病理信息[4，10]。DTI是在自旋回波序列的基礎(chǔ)上，將敏感梯度場(chǎng)施加在互相垂直的X、Y、Z軸3個(gè)方向上，其至少要在6個(gè)不同非共線方向上施加敏感梯度場(chǎng)，繼而得到每個(gè)體素的有效張量，以提供組織微觀結(jié)構(gòu)的連通性及完整性。

1.2 DTI的常用參數(shù)

DTI的常用參數(shù)包括：本征向量及本征值λ1、λ2、λ3；平均擴(kuò)散度(λ1+λ2+λ3)/3；部分各向異性指數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coef fi cient，ADC)值，其數(shù)值大小與臨床具有一定的相關(guān)性。FA值表示擴(kuò)散的方向性，自然條件下，水分子在每個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率是相等的，稱為各向同性；但是，生物體中水分子受到各種屏障作用，在各個(gè)方向的擴(kuò)散有所不同，稱為各向異性。FA值常在0～1之間，0表示最大各向同向，1表示最大各向異向。ADC值代表擴(kuò)散程度，ADC值越大則表示擴(kuò)散越受限。

1.3 磁共振白質(zhì)纖維束示蹤技術(shù)

磁共振白質(zhì)纖維束示蹤技術(shù)(diffusion tensor tractography，DTT)是DTI的補(bǔ)充[11]，是將DTI所獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過軟件處理后進(jìn)行白質(zhì)纖維束成像，使相鄰軸索的體素之間進(jìn)行連接，能直觀地顯示白質(zhì)纖維束解剖結(jié)構(gòu)及其完整性，三維立體地反映損傷纖維束的走形、受壓程度及斷裂情況[12]，為神經(jīng)外科在術(shù)中對(duì)病灶周圍纖維束分布及預(yù)后評(píng)估提供重要的信息。Fujiyoshi等[13]通過研究猴子脊髓損傷后的DTT圖像，得出DTT圖能清楚地顯示脊髓纖維束的斷裂及走形情況，并且提示此項(xiàng)技術(shù)可應(yīng)用于活體生物及臨床實(shí)踐中。近年來一些研究也論證了這一點(diǎn)，急性脊髓損傷后，DTT圖像能清晰地顯示出受損部位脊髓白質(zhì)纖維束的受壓、斷裂情況，為臨床治療及術(shù)后評(píng)估提供重要的信息。

2 DTI在急性脊髓損傷中的病理生理

為了充分了解DTI在急性脊髓損傷中的優(yōu)勢(shì)，首先對(duì)其病理生理過程要有一定的認(rèn)識(shí)。脊髓損傷48 h內(nèi)，神經(jīng)細(xì)胞及周圍組織會(huì)出現(xiàn)水腫、出血、炎癥等一系列病理改變。有研究表明，DTI的參數(shù)ADC值能較敏感地顯示炎癥、出血等病理改變。其原因是急性脊髓損傷后組織間發(fā)生水腫，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散受限，ADC值隨之會(huì)發(fā)生變化。Sagiuchi等[14]通過對(duì)大量急性脊髓損傷患者的DTI圖像進(jìn)行分析，研究表明脊髓損傷2 h內(nèi)DWI圖像上就可表現(xiàn)出髓內(nèi)高信號(hào)，且ADC值減低[15]。另一方面，急性脊髓損傷后神經(jīng)細(xì)胞會(huì)發(fā)生變性、受壓及斷裂等，沿神經(jīng)纖維方向擴(kuò)散的水分子方向發(fā)生改變，則FA值也會(huì)隨之變化。趙細(xì)輝等[16]通過對(duì)動(dòng)物模型兔急性脊髓損傷的研究表明，兔急性脊髓損傷后其ADC值明顯升高，F(xiàn)A值明顯降低。查閱大量文獻(xiàn)，結(jié)合Sagiuchi、張勁松、趙細(xì)輝等的研究結(jié)果，可以得出急性脊髓損傷后ADC值和FA值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，并為急性脊髓損傷的早期診斷及治療提供一定價(jià)值的有用信息。

3 DTI在急性脊髓損傷中的應(yīng)用

對(duì)于急性脊髓損傷，早期判斷及對(duì)病情嚴(yán)重程度的準(zhǔn)確診斷對(duì)于臨床至關(guān)重要，DTI之所以較常規(guī)MRI能敏感地檢測(cè)出急性脊髓損傷的原因是早期ADC值和FA值會(huì)發(fā)生變化。

DTI早期在顱腦疾病中應(yīng)用較廣泛[17]，對(duì)于急性腦梗死、腦軸索損傷及腦腫瘤的診斷具有一定的價(jià)值。近年來隨著磁共振設(shè)備及技術(shù)的不斷發(fā)展，DTI技術(shù)在急性脊髓損傷的應(yīng)用中逐漸發(fā)展起來，從最初的動(dòng)物模型逐漸轉(zhuǎn)向臨床實(shí)踐研究。

1999年Clark等[18]最先將DTI應(yīng)用于脊髓疾病的研究。近年來，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者也都在關(guān)注DTI在急性脊髓損傷中的研究。王霄英等[19]通過對(duì)8只犬急性脊髓損傷的DTI進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)表明急性脊髓損傷早期其ADC值和FA值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，這說明ADC值和FA值可能為急性脊髓損傷的敏感指標(biāo)。與此同時(shí)，許多學(xué)者在臨床實(shí)踐中也證實(shí)了這一點(diǎn)。Vedantan等[20]將FA值聯(lián)合美國脊髓損傷協(xié)會(huì)(American Spinal Injury Association，ASIA)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A值能最早地反映急性脊髓損傷，較常規(guī)MRI敏感。通過對(duì)上述學(xué)者的研究結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于急性脊髓損傷，能夠通過DTI參數(shù)做出早期診斷，但文中未具體分析臨床不同功能分級(jí)的脊髓損傷，其DTI各參數(shù)是否也存在一定的規(guī)律性。因此Chang等[21]通過對(duì)10例急性脊髓損傷患者行DTI掃描并進(jìn)行分析，得出相應(yīng)的FA值和ADC值，并用脊髓損傷神經(jīng)學(xué)分類國際標(biāo)準(zhǔn)(International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury，ISNCSCI)將這些患者的臨床功能分級(jí)，最終得出常規(guī)MRI與臨床表現(xiàn)無相關(guān)性，而FA值與臨床功能分級(jí)密切相關(guān)，并且DTT圖能直觀地評(píng)估脊髓損傷的程度。楊蔚等[22]也進(jìn)行了相關(guān)研究，研究表明急性頸髓損傷程度越重，F(xiàn)A值降低越明顯，ADC值升高愈顯著；損傷程度越大，數(shù)值變化幅度越大，常規(guī)MRI未見明顯異常也不能完全排除脊髓沒有損傷。以上研究表明急性脊髓損傷后其ADC值、FA值會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)早期判斷脊髓損傷有一定的價(jià)值，且與脊髓損傷臨床分級(jí)具有一定相關(guān)性。

孔子所講的“己所不欲，勿施于人”，意思是不把自己想要的東西強(qiáng)加給別人，這是恕道，也是夫子大力倡導(dǎo)的仁。相比之下，把自己喜歡的東西強(qiáng)加給別人，就顯得冠冕堂皇，不好拒絕。上可以欺騙領(lǐng)導(dǎo)，下可以愚弄百姓，把自己的多欲與機(jī)心巧妙遮蔽，其危害遠(yuǎn)大于把自己不喜歡的東西強(qiáng)加于人。

4 DTI在急性脊髓損傷研究中的主要問題及突破進(jìn)展

由于DTI掃描時(shí)間較長(zhǎng)，急性脊髓損傷的患者由于病情的緣故有時(shí)配合欠佳，難以堅(jiān)持完成，所以提升掃描速度、縮短掃描時(shí)間對(duì)于本課題至關(guān)重要。另一方面，脊髓體積較小且易受大血管、腦脊液及正常呼吸的影響，再加上局部骨結(jié)構(gòu)磁場(chǎng)偽影的干擾，得到的圖像質(zhì)量仍不夠滿意，如何減少腦脊液等搏動(dòng)的影響，減少磁敏感性偽影，仍是需要解決的問題[23]。

DTI在急性脊髓損傷中質(zhì)量控制的方法：通過調(diào)整序列來縮短掃描時(shí)間和提高圖像質(zhì)量。參考國內(nèi)外許多學(xué)者[24-27]對(duì)DTI在脊髓損傷中的應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)通過自旋回波-回波平面成像技術(shù)能夠減少掃描時(shí)間并且減少偽影，提高圖像質(zhì)量。

5 結(jié)語

對(duì)于急性脊髓的損傷，其早期診斷很重要，DTI的參數(shù)ADC值和FA值較常規(guī)MRI更敏感，為臨床的早期診斷、治療提供幫助，而DTT圖像更是能客觀地反映出脊髓損傷的部位及程度。以上綜述簡(jiǎn)要介紹了DTI的原理及在急性脊髓損傷中的應(yīng)用，并分析了研究中的技術(shù)難題及相關(guān)解決方案，但仍存在很多不足。目前有研究表明，其在脊髓疾病的研究中存在一定的發(fā)展空間[28]。隨著MRI設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展，可以通過一些可行性的方法來提高圖像質(zhì)量，加之 后處理軟件的不斷發(fā)展，使DTI能夠普遍應(yīng)用于臨床中，為脊髓疾病開辟新的天地。

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