彌散張量成像評估腦卒中運(yùn)動功能預(yù)后的研究進(jìn)展

宋杰 王大明?

腦卒中患者康復(fù)治療耗時長、費(fèi)用高、恢復(fù)慢，如何能早期有效評估、預(yù)測療效，一直是神經(jīng)病學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前，較多學(xué)者對如何能預(yù)測腦卒中患者運(yùn)動功能感興趣，尤其是通過應(yīng)用神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)，以促進(jìn)腦卒中運(yùn)動功能康復(fù)的新型治療方法和預(yù)測模型的發(fā)展。然而，對于哪種技術(shù)能最有價值的預(yù)測運(yùn)動功能并未達(dá)成共識［1］。隨著彌散張量成像（DTI）技術(shù)的發(fā)展，越來越多的應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，發(fā)現(xiàn)DTI對腦卒中的預(yù)后和判斷神經(jīng)功能康復(fù)具有重要意義。本文對DTI評估腦卒中運(yùn)動功能作如下綜述。

1 DTI概述

DTI是無創(chuàng)磁共振成像技術(shù)，應(yīng)用水分子在人體組織中彌散時的各向異性原理，依據(jù)彌散內(nèi)在方向性探尋組織的微觀結(jié)構(gòu)，從而定量分析病變和組織的彌散特性，獲得皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）定性、定量數(shù)據(jù)，可反映出軸突、髓鞘和微管等腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的方向性及完整性。在此基礎(chǔ)上的彌散張量纖維束成像（Diffusion tensor tractography，DTT），是目前唯一可無創(chuàng)體內(nèi)跟蹤白質(zhì)纖維束三維結(jié)構(gòu)的方法，能直觀三維顯示白質(zhì)束的走行方向。

DTI可用于評估的參數(shù)有平均擴(kuò)散系數(shù)（average diffusion coefficient，DCavg）、各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent dimlsion coemcient，ADC）和平均彌散率（medial diffusivity，MD）和相對各向異性（relative anisotropy，RA）等。ADC宏觀反映水分子的擴(kuò)散運(yùn)動能力。其值越大水分子的擴(kuò)散能力越強(qiáng)，信號下降越明顯。ADC僅代表擴(kuò)散梯度磁場施加方向上水分子的擴(kuò)散特點(diǎn)，不能評價組織各向異性的特點(diǎn)。MD值是各個方向彌散大小的平均值，能更全面反映彌散運(yùn)動的快慢［2］。DCavg值是指水分子在各個方向彌散的平均值，比ADC值更能表示組織內(nèi)水分子整體的彌散能力，其值越大意味著彌散的程度越大。FA值反映水分子彌散受限的程度，細(xì)胞膜等超微結(jié)構(gòu)的影響對水分子產(chǎn)生影響，造成垂直于白質(zhì)纖維束方向上的水分子運(yùn)動程度要低于纖維束平行方向，F(xiàn)A值的范圍為0～1，F(xiàn)A值越高即水分子在各個方向上彌散程度越低［3］。另外，在某些中樞神經(jīng)系統(tǒng)的疾病中，由于腦組織微觀結(jié)構(gòu)遭破壞，可以通過DTI特征值DCavg值及FA值定量分析疾病的病理過程。

2 DTI在腦卒中的應(yīng)用

2.1 DTI在腦梗死的應(yīng)用 應(yīng)用DTI技術(shù)可對腦梗死患者的病情進(jìn)行評估，同時對患者預(yù)后進(jìn)行判斷，為腦梗死患者的康復(fù)策略的制定提供依據(jù)。首先，對于每種參數(shù)在每個時期變化研究，有助于推斷腦梗死患者所處的時期。腦梗死超急性期和急性期，將FA值、DCavg值的變化結(jié)合，可對其病理生理過程進(jìn)行分析。研究表明超急性期，因細(xì)胞毒性水腫，髓鞘腫脹，白質(zhì)纖維束間隙縮小致使細(xì)胞外間隙產(chǎn)生變化，白質(zhì)纖維束紊亂，使水分子在垂直于纖維走行方向上的彌散運(yùn)動受限，繼而使FA值增加［4］。急性期和亞急性早期，F(xiàn)A值開始逐漸持續(xù)降低，這時由于血管內(nèi)皮細(xì)胞受損局部形成血管源性水腫，神經(jīng)元、神經(jīng)軸突及膠質(zhì)細(xì)胞完整性開始遭到破壞，導(dǎo)致FA值進(jìn)行性降低［5］。而超急性期和急性期 DCavg值較病灶對側(cè)減少顯著，在亞急性期和慢性期，細(xì)胞外含水量增加，水分子彌散提高，DCaVg值增加，呈現(xiàn)假正?；?。雖然DCavg值恢復(fù)，但局部病理生理過程的演變卻并未停止，當(dāng)梗死灶壞死的腦組織發(fā)生溶解、液化時，由于局部水分含量進(jìn)一步增加，DCavg值將升高并可能超過對側(cè)正常腦組織［6］。

Puig等［7］觀察皮層、半卵圓區(qū)、放射冠、內(nèi)囊后肢等的纖維束圖和橋腦感興趣區(qū)的FA值與梗死病灶的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)無論梗死體積有大多，卒中后12h內(nèi)囊后肢纖維的損害程度與患者3個月運(yùn)動功能恢復(fù)程度最為緊密。應(yīng)用DTI技術(shù)發(fā)現(xiàn)腦梗死病灶近端和遠(yuǎn)端纖維束的FA值，3個月內(nèi)隨病程的延長而逐步減低，并發(fā)現(xiàn)FA值減低與神經(jīng)功能評分呈負(fù)相關(guān)，這表明神經(jīng)纖維發(fā)生順行性及逆行性的變性，這可能會推遲功能的恢復(fù)［8］。Kwon等［9］分析CST的完整性并依據(jù)DTI掃描的時間預(yù)測放射冠（corona radiata，CR）腦梗死患者的運(yùn)動功能預(yù)后。首次講明若要準(zhǔn)確預(yù)測患者預(yù)后，需進(jìn)行評估的時間。依據(jù)DTI掃描時間分為早期掃描組（發(fā)病后＜14d）和后期掃描組（發(fā)病后15～28d）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)后期掃描組比早期掃描組的預(yù)測性更好。原因可能為：（1）由于早期梗塞周圍水腫造成假陰性結(jié)果，即發(fā)病后前2周比發(fā)病后4周更易導(dǎo)致假陰性結(jié)果［10］。另外，可能隨著時間發(fā)生病理生理的改變，如Wallerian變性（發(fā)病后2～3周）［11］。這是常規(guī)MRI較難顯示這種繼發(fā)性變性現(xiàn)象。（2）最近的DTI研究表明，腦梗死后完全受損的CST在發(fā)病后9d開始退化，且在發(fā)病16d觀察到CST退化最快速［12］。（3）受損后的CST隨著時間不斷自我恢復(fù)。Maeda等［13］對幕上腦梗死患者發(fā)病后2周測量大腦腳的rFA值（病灶側(cè)的值除以病灶對側(cè)的值，rFA）進(jìn)行研究，結(jié)果提示，rFA值＞0.8，患者3個月后臨床預(yù)后較好，而rFA值＜0.8，患者3個月后臨床預(yù)后較差。這些研究表明DTI在腦梗死患者的病情評估及預(yù)后判斷應(yīng)用中具有重要作用。

2.2 DTI在腦出血的應(yīng)用 近年來也有較多研究者將DTI應(yīng)用于腦出血患者病情變化的研究。Jang等［14］描述1例腦出血患者卒中后CST毀損后的重塑過程，發(fā)現(xiàn)CST受損后最初的修復(fù)為自頂葉皮層至初級運(yùn)動皮層的正?；?；患側(cè)手功能的恢復(fù)則與CR水平的纖維束重建有關(guān)。Wang等［15］報道幕上腦出血后早期（起?。?d）大腦腳（內(nèi)囊后肢以外CST最為集中的區(qū)域）的rFA值（反映纖維束的完整性）改變與起病28d時、＞6個月的運(yùn)動結(jié)局均顯著相關(guān)，獨(dú)立于NIHSS缺損程度分值和昏迷程度。另外，作為小腦最大的傳入纖維，位于小腦中腳的橋小腦束在對側(cè)幕上卒中后常發(fā)生繼發(fā)性變性（可用DTI測量證實）改變，令人感興趣的是，與大腦腳的繼發(fā)性變性相比，橋小腦束的DTI改變與下肢運(yùn)動結(jié)局關(guān)系更為密切［16］。這些表明DTI通過評估腦出血患者CST在密集區(qū)域的完整性能更好預(yù)測、評價患者運(yùn)動功能恢復(fù)情況。

3 CST的解剖結(jié)構(gòu)及DTT在腦卒中的應(yīng)用

3.1 CST的解剖結(jié)構(gòu) CST起源于初級運(yùn)動皮層，被認(rèn)為是人腦運(yùn)動系統(tǒng)中關(guān)鍵的傳導(dǎo)纖維［17］。CST是連接運(yùn)動皮層和脊髓中樞核團(tuán)的主要神經(jīng)纖維，是錐體束中最大的下行纖維束，主要支配肢體運(yùn)動功能。主要起源于第一軀體運(yùn)動皮層（4區(qū)）、輔助運(yùn)動皮質(zhì)和前運(yùn)動皮層（6區(qū)）的神經(jīng)元，及中央前回上中部和中央旁小葉前部。匯集其他皮層區(qū)域錐體細(xì)胞的軸突，經(jīng)內(nèi)囊后肢下行至大腦腳底，后至腦橋基底部，分散成大小不等纖維束，繼續(xù)下行至延髓錐體束，從而聚攏為一束，多數(shù)CST在延髓錐體處交叉，交叉的即皮質(zhì)脊髓側(cè)束，并向下走行。不交叉的CST則為皮質(zhì)脊髓前束。可以看出中央前回部、基底節(jié)、腦橋、延髓等部位損傷，均可造成CST損傷。

3.2 DTT在腦卒中的應(yīng)用 腦卒中患者的運(yùn)動功能與CST的損傷程度和殘留完整性密切相關(guān)［18］。了解腦卒中患者CST的精確狀態(tài)，有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測運(yùn)動恢復(fù)情況。DTT來源于DTI，因其可在三維空間內(nèi)顯示CST的結(jié)構(gòu)和完整性而具有優(yōu)勢，且常規(guī)MRI不能實現(xiàn)［19］。DTT的信度和效度在一些文獻(xiàn)中也有證明［20］。研究常用纖維追蹤算法，分為概率性算法和確定性算法。概率性算法通過使用蒙特卡羅（MonteCarlo）模擬，從種子點(diǎn)創(chuàng)建多條曲線產(chǎn)生纖維追蹤成像。確定性算法中的一種是連續(xù)追蹤（continuous tracking，F(xiàn)ACT）算法。FACT算法可以以連續(xù)的方式改變離散體素信息。追蹤線以離散坐標(biāo)在像素的向量方向上傳播，且可以更準(zhǔn)確地跟蹤實際路徑。FACT算法比概率算法更易使用［21］。

回顧國內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)主要是通過使用DTT半定量或定性分析病灶側(cè)CST的方法預(yù)測運(yùn)動功能恢復(fù)［22-23］。Cho等［24］應(yīng)用DTT對55例發(fā)病后7～30 d的放射冠梗死患者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)CST有4型：CST完整（A型）；CST起源于皮質(zhì)，而不是運(yùn)動皮質(zhì)（B型）；CST斷裂（C型）；CST由于變性而未及梗死灶（D型）。結(jié)果表明6個月后運(yùn)動功能的恢復(fù)與DTT分型關(guān)系密切。其中A型恢復(fù)最好，D型恢復(fù)最差。Lindenberg等［25］研究慢性期腦梗死患者，根據(jù)皮質(zhì)脊髓前束及側(cè)束的完整性分為3組：皮質(zhì)脊髓前束及側(cè)束存在，運(yùn)動功能輕度受損，且恢復(fù)最好；皮質(zhì)脊髓側(cè)束存在，前束受損，運(yùn)動功能中度受損，可部分恢復(fù)；皮質(zhì)脊髓前束及側(cè)束均消失，運(yùn)動功能嚴(yán)重受損，恢復(fù)最差。這種分類方法對評價腦梗死患者的預(yù)后及神經(jīng)康復(fù)的選擇均有幫助。Kim等［26］使用FACT算法和三維纖維束重建算法PRIDE軟件（Philips Medical Systems，Best，the Netherlands）的纖維束分配評估CST的纖維連接。CST重建過程中使用兩個感興趣區(qū)，計算rFA值和纖維數(shù)比［27］。結(jié)果發(fā)現(xiàn)病灶側(cè)可見CST的患者在早期階段比不可見CST患者運(yùn)動恢復(fù)較好。病灶側(cè)可見CST患者的參數(shù)與腦卒中后3個月的上肢運(yùn)動功能顯著相關(guān)，而在早期階段相關(guān)不明顯。這表明腦卒中患者的運(yùn)動恢復(fù)與殘留的病灶側(cè)CST完整性相關(guān)。在卒中早期階段，殘留的病灶側(cè)CST完整性是卒中后3個月進(jìn)一步運(yùn)動功能增加的基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)病灶側(cè)CST的DTT參數(shù)和下肢運(yùn)動功能間無相關(guān)性。這原因可能是其他運(yùn)動纖維比如延髓皮質(zhì)和紅核皮質(zhì)束，也參與腦卒中后患者下肢運(yùn)動功能的恢復(fù)［28］。Kim研究也發(fā)現(xiàn)FA和纖維數(shù)與腦卒中后3個月患者上肢功能的恢復(fù)無明顯相關(guān)性。但以前在中風(fēng)患者中的研究報道，DTT纖維數(shù)量在慢性期與運(yùn)動功能明顯相關(guān)［25］。因此，不能斷定纖維數(shù)量是否具有卒中患者運(yùn)動恢復(fù)的預(yù)測價值。這些研究表明DTT技術(shù)對預(yù)測腦卒中患者的運(yùn)動功能具有重要作用。

對于腦卒中好發(fā)部位的研究，發(fā)現(xiàn)基底節(jié)區(qū)的病變多數(shù)是高血壓腦出血導(dǎo)致，其中血腫占位效應(yīng)、血細(xì)胞分解后釋放的有害物質(zhì)、自由基及水腫效應(yīng)等致內(nèi)囊神經(jīng)纖維束被推移、破壞；特別對CST影響直接關(guān)乎患者運(yùn)動功能障礙的程度。Jellison［29］研究CST保持完整的基底節(jié)區(qū)出血患者，根據(jù)CST來源分為A中央前回、B中央后回、C后頂葉皮層、D運(yùn)動前區(qū)皮質(zhì)4型，6個月后發(fā)現(xiàn)A型M1區(qū)患者預(yù)后最好，其FA比值也呈正相關(guān)，而ADC比值及纖維數(shù)量無相關(guān)性。腦干內(nèi)CST分布復(fù)雜，導(dǎo)致腦干梗死灶與CST的空間關(guān)系較其他部位更加復(fù)雜。對正常人研究發(fā)現(xiàn)，支配手部運(yùn)動功能的CST主要位于腦橋腹內(nèi)側(cè)，支配足部運(yùn)動功能的纖維束主要位于腦橋背外側(cè)［30］。因此，全面評價腦干梗死患者的預(yù)后情況，還需結(jié)合梗死灶的部位、范圍等多種因素進(jìn)行綜合分析。

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