功能磁共振技術(shù)在視神經(jīng)炎中的應(yīng)用

朱佩文，李清海，邵毅

作者單位：

南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，南昌330006

1 視神經(jīng)炎簡(jiǎn)介

視神經(jīng)炎(optic neuritis，ON)作為眼科常見的急癥，是導(dǎo)致青中年患者視力受損的主要疾病之一。廣義的ON是指各種病因?qū)е碌囊暽窠?jīng)炎性病變。ON的分類可以根據(jù)累及部位分為伴有視盤水腫的視盤炎和不伴有視盤水腫的球后ON，還可以根據(jù)其病因分為特發(fā)性脫髓鞘性視神經(jīng)炎(idiopathic demyelinating optic neuritis，IDON)、炎癥性O(shè)N、感染性O(shè)N等。其中，以與多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)密切相關(guān)的IDON最為常見，因此Toosy等[1]提出將其稱為典型ON，其余類型ON歸為不典型ON。目前，ON多特指IDON。ON的診斷往往依據(jù)病史與臨床表現(xiàn)，當(dāng)癥狀出現(xiàn)時(shí)ON已經(jīng)發(fā)展到了較嚴(yán)重的地步，因此在病程早期診斷ON對(duì)其治療與預(yù)后意義重大。近年來(lái)隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)為ON的早期診斷與預(yù)后預(yù)測(cè)提供了可能。

2 功能性磁共振成像簡(jiǎn)介

fMRI是一種新興的影像學(xué)檢查，相對(duì)與普通MRI，fMRI能提供更多的信息如大腦皮質(zhì)的活動(dòng)等，因此被廣泛用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究。由于fMRI的特性，在用于ON檢查時(shí)可以實(shí)時(shí)且無(wú)創(chuàng)地反映視皮層與視路的功能狀態(tài)，近年來(lái)各種fMRI在ON的應(yīng)用研究逐漸成為熱點(diǎn)。廣義的fMRI包括血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)、擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)和從DWI基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor image，DTI)以及磁化傳遞成像(magnetization transfer imaging，MTI)等，本文將對(duì)各種fMRI在ON的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

3 fMRI在ON中的應(yīng)用

3.1 血氧水平依賴功能磁共振成像在ON中的應(yīng)用

BOLD-fMRI技術(shù)可以在傳統(tǒng)MRI技術(shù)形成高分辨率解剖學(xué)結(jié)構(gòu)圖像的基礎(chǔ)上顯示血流信息，反映大腦皮層的活動(dòng)。BOLD-fMRI的原理是基于血氧水平依賴效應(yīng)成像，人體內(nèi)血紅蛋白有氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白兩種形式，這兩種形式的血紅蛋白對(duì)磁場(chǎng)有不同的影響，脫氧血紅蛋白具有順磁性特征而氧合血紅蛋白則具有抗磁性特征，順磁性的脫氧血紅蛋白可以使橫向磁化弛豫時(shí)間(T2)縮短。當(dāng)大腦皮層活動(dòng)增強(qiáng)時(shí)局部血供和氧耗均增加，但是血供相對(duì)增加更多，這樣局部氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的比例增大從而通過(guò)磁場(chǎng)的改變反映在BOLD-fMRI形成的圖像上。

Shao等[2]利用靜息態(tài)fMRI對(duì)ON患者受影響的腦活動(dòng)的潛在區(qū)域一致性(regional homogeneity，ReHo)及其與行為表現(xiàn)的一致性進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示ON患者小腦后葉、左側(cè)顳中回、右側(cè)島葉、右側(cè)顳上回、左側(cè)額中回、雙側(cè)前扣帶回皮層、左側(cè)額上回、右側(cè)額上回、右中央前回ReHo下降而左側(cè)梭狀回和右下頂葉ReHo上升，同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)右眼ON患者視覺(jué)誘發(fā)電位(visual evoked potential，VEP)振幅與左小腦后葉、右額上回和左梭狀回ReHo信號(hào)值呈正相關(guān)，而右眼患者VEP潛伏期與右側(cè)島葉的ReHo信號(hào)值呈正相關(guān)，認(rèn)為ON可能涉及默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能障礙。Huang等[3]使用低頻振幅技術(shù)進(jìn)行了一項(xiàng)分析ON患者皮層各區(qū)域自發(fā)性腦活動(dòng)特點(diǎn)及其與行為表現(xiàn)關(guān)系的fMRI研究，結(jié)果顯示ON患者右小腦前后葉、右殼核、右額下回、右島葉、右緣上回、右頂下小葉、左額內(nèi)側(cè)回、左顳上回、雙側(cè)扣帶前回/額內(nèi)側(cè)回、雙側(cè)楔前葉低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuations，ALFF)值顯著下降，而左右小腦后葉、右顳下回、右顳下/梭狀回、左海馬旁回、左梭狀回、左距狀裂，左頂下小葉、左楔葉ALFF值顯著上升，同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)右側(cè)ON患者左海馬旁回ALFF信號(hào)的平均值與VEP振幅呈負(fù)相關(guān)，ON患者最佳矯正視力與雙側(cè)楔前葉ALFF信號(hào)平均值呈正相關(guān)，由此他們認(rèn)為ON影響了默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、小腦和邊緣系統(tǒng)。Shao等[2]和Huang等[3]的研究均指向了默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能障礙，這可能反映了ON潛在的病理機(jī)制。

Faro等[4]采用了一種獨(dú)特亮度對(duì)比分級(jí)的棋盤格方法來(lái)研究MS患者和正常人的視皮層差異。結(jié)果顯示隨著亮度的提高，BOLD-fMRI顯示MS患者與正常人視皮層激活像素均提高，但在同一亮度對(duì)比水平下，MS患者視皮層激活像素低于正常人，MS患者視皮層激活閾提高。Langkilde等[5]進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，他們觀察了激活區(qū)與ON后皮層激活信號(hào)的變化并將其與神經(jīng)眼科學(xué)的檢查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)視皮層活化區(qū)域大小與對(duì)比敏感度測(cè)試的結(jié)果相關(guān)。除此之外，與對(duì)照組相比，ON患者BOLD信號(hào)增強(qiáng)且視皮層不對(duì)稱，同時(shí)他們認(rèn)為皮質(zhì)激活區(qū)域的減小是因?yàn)樯窠?jīng)沖動(dòng)輸入減少，而視皮質(zhì)變得更不對(duì)稱則可能是由于視神經(jīng)損傷導(dǎo)致的皮質(zhì)重組。由此可見，BOLD-fMRI是ON診療與研究的有效方式，即使視力嚴(yán)重受損的ON患者，BOLD-fMRI也能取得較好的檢查結(jié)果。目前認(rèn)為ON后視力恢復(fù)與視皮層的重組有很大的關(guān)系，Jenkins等[6]和Korsholm等[7]的試驗(yàn)均支持這一理論。為了研究外側(cè)枕葉復(fù)合體激活與ON預(yù)后關(guān)系和ON后視力提高的原因，Jenkins等[6]利用BOLD-fMRI、VEP、光學(xué)相干斷層掃描成像(optical coherence tomography，OCT)技術(shù)進(jìn)行了為期12個(gè)月的臨床對(duì)比試驗(yàn)。他們發(fā)現(xiàn)BOLD-fMRI顯示外側(cè)枕頁(yè)復(fù)合體激活程度更高的患者12個(gè)月后視力恢復(fù)更好，ON后視力的恢復(fù)與高級(jí)視覺(jué)區(qū)域的早期皮層重塑有關(guān)，而與視路的損傷如脫髓鞘、軸突缺失等無(wú)明顯相關(guān)。

通過(guò)BOLD-fMRI可以動(dòng)態(tài)觀察到皮質(zhì)的活動(dòng)，對(duì)ON的研究十分重要，但BOLD-fMRI也存在著個(gè)體差異對(duì)結(jié)果影響較大、空間定位不夠準(zhǔn)確等問(wèn)題，在應(yīng)用中需要注意。

3.2 擴(kuò)散張量成像在ON中的應(yīng)用

DTI是fMRI的重要組成部分，它是從擴(kuò)散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種利用機(jī)體內(nèi)水分子會(huì)自由擴(kuò)散的特點(diǎn)進(jìn)行成像的技術(shù)。在人的腦組織中，腦脊液和灰質(zhì)中水分子的擴(kuò)散近似各向同性擴(kuò)散，而在白質(zhì)中髓鞘會(huì)阻礙水分子的擴(kuò)散，故DTI更適合應(yīng)用于白質(zhì)病變，而ON就是一種典型的涉及白質(zhì)的疾病。DTI可以精確測(cè)量視路的各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散率(mean diffusivity，MD)[2]。對(duì)急性期IDON患者進(jìn)行DTI檢查時(shí)可以發(fā)現(xiàn)其受侵犯部分的神經(jīng)徑向擴(kuò)散系數(shù)(radial diffusivity，RD)顯著增高而平均FA下降，亞急性IDON患者FA下降而RD、MD、軸向擴(kuò)散系數(shù)(axial diffusivity，AD)上升，病程大于1年的IDON患者視輻射的RD和FA也會(huì)出現(xiàn)改變[8]，至于為什么會(huì)出現(xiàn)這種改變目前還沒(méi)有相關(guān)研究。Wu等[9]對(duì)ON患者與健康對(duì)照組進(jìn)行了基于全腦體素的DTI研究并分析其與VEP的相關(guān)性，結(jié)果顯示ON患者左顳上回、左海馬、左前扣帶回、尾狀核、右額上回、右中央前回、左頂下小葉MD上升，左小腦后葉、左顳上回、左extra-nuclear1腦區(qū)、右額中回、左額中回FA下降，而右側(cè)小腦腳、右豆?fàn)詈?、雙側(cè)扣帶前回、左extra-nuclear2腦區(qū)和左楔前葉FA卻是上升的，經(jīng)過(guò)分析他們得出結(jié)論，右眼ON患者VEP潛伏期與雙側(cè)前扣帶的FA值呈正相關(guān)而與左顳上回的FA值呈負(fù)相關(guān)，右眼ON患者VEP振幅與左extra-nuclear2腦區(qū)FA值呈負(fù)相關(guān)；左眼ON患者VEP潛伏期與左扣帶前回/尾狀核的MD值呈正相關(guān)而與左頂下小葉MD值呈負(fù)相關(guān)，左眼ON患者VEP振幅與左頂下小葉的MD值呈負(fù)相關(guān)。Wu等[9]的研究對(duì)ON疾病機(jī)制的研究十分重要。從病理學(xué)角度看，ON早期主要病變?yōu)樗枨拭撌?，而在亞急性期與慢性期則主要為軸突損傷[10]，這與DTI的結(jié)果是一致的。有學(xué)者認(rèn)為，急性期AD值與急性期后RD值與ON臨床預(yù)后密切相關(guān)，但仍具體需要進(jìn)一步研究[11]。Walt等[12]的研究同樣發(fā)現(xiàn)了在ON急性期AD下降，并且推薦在早期對(duì)ON進(jìn)行積極治療以保護(hù)軸突從而改善預(yù)后視力。Trip等[13]在對(duì)ON患者進(jìn)行DTI檢查的同時(shí)還進(jìn)行了定量的視覺(jué)測(cè)試和電生理學(xué)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)MD值與VEP密切相關(guān)，他們認(rèn)為MD的改變代表了軸突的破壞，而DTI能很好地顯示這一情況。這些結(jié)果充分表明DTI應(yīng)用于ON診斷與治療以及預(yù)后評(píng)估的重大價(jià)值，DTI對(duì)于ON的敏感性較傳統(tǒng)MRI更高。

3.3 磁化傳遞成像在ON中的應(yīng)用

MTI可以顯示自由水與大分子之間質(zhì)子交換的程度，用磁化傳遞率(magnetisation transfer ratio，MTR)表示機(jī)體組織完整性的定量資料，由此反映組織病理學(xué)的改變。目前關(guān)于MS患者M(jìn)TR下降的病理生理學(xué)基礎(chǔ)仍有爭(zhēng)議。Klistorner等[14]為了研究MS患者M(jìn)TR下降的原因，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。他們利用MTI、OCT、多焦VEP對(duì)23例單側(cè)急性期ON患者和10名健康人進(jìn)行檢查后將結(jié)果對(duì)比分析，試驗(yàn)結(jié)果顯示患側(cè)視神經(jīng)MTR較健側(cè)與控制組MTR顯著降低，MTR與軸突缺失程度關(guān)系密切而與脫髓鞘的程度關(guān)系不大，由此得出結(jié)論：急性O(shè)N后MTR的下降與軸突損傷的程度密切相關(guān)而與脫髓鞘程度無(wú)關(guān)，也就是說(shuō)MTR能反映ON后軸突損傷程度。Trip等[15]進(jìn)行了與Klistorner等[14]類似的試驗(yàn)，結(jié)果卻顯示MTR下降與軸突損傷的程度和脫髓鞘程度均相關(guān)，但是考慮到軸突損傷與脫髓鞘是伴隨發(fā)生的，因此并不能確定兩種病理改變哪種對(duì)MTR下降的影響相對(duì)更大。值得注意的是，MTR結(jié)果與ON臨床預(yù)后密切相關(guān)，前期MTR顯著下降往往伴隨著后期高、低對(duì)比度字母視力和視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層變薄等不良結(jié)果[16]。

雖然有關(guān)MTI在ON應(yīng)用的研究較少，但是MTI在早期發(fā)現(xiàn)ON相關(guān)病變時(shí)更敏感[17]。ON導(dǎo)致的軸突缺失可使視神經(jīng)MTR降低[14]，而MTR顯著的降低則表示預(yù)后不良[16]，但是目前仍需更多的研究來(lái)確定MTR下降值與ON后量化視力之間的關(guān)系。

3.4 擴(kuò)散加權(quán)成像在ON中的應(yīng)用

DWI是一種無(wú)創(chuàng)檢測(cè)人體內(nèi)水分子布朗運(yùn)動(dòng)的方法，信號(hào)來(lái)源于組織中的自由水，不用額外注射對(duì)比劑，水分子在體內(nèi)做布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)受到機(jī)體組織結(jié)構(gòu)的影響，DWI可以通過(guò)水分子在人體組織中布朗運(yùn)動(dòng)受影響的方向和程度來(lái)反映組織的結(jié)構(gòu)。Fatima等[18]應(yīng)用DWI分別分析視神經(jīng)炎急性期和慢性期的視神經(jīng)影像特征，結(jié)果顯示急性和慢性O(shè)N在視神經(jīng)的直徑、DWI高信號(hào)和增強(qiáng)掃描的圖像特征均有顯著差異，急性O(shè)N、慢性O(shè)N和對(duì)照組之間視神經(jīng)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)也有顯著性差異，由此他們得出結(jié)論：DWI可以提供神經(jīng)損傷的信息，從而預(yù)測(cè)患者的預(yù)后信息。

Lu等[19]基于診斷準(zhǔn)確性和ADC測(cè)量的可重復(fù)性，評(píng)價(jià)DWI在急性視神經(jīng)炎中的作用，他們的結(jié)果是DWI應(yīng)用于ON診斷的敏感性、特異性和準(zhǔn)確性均較高，證明了DWI用于ON檢查的可行性。Wan等[20]也證實(shí)了DWI應(yīng)用于ON診斷的高敏感性和高特異性。值得注意的是，Mckinney等[21]在以CE T1WI結(jié)果與臨床診斷為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比常規(guī)脂肪抑制液體抑制反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖序列與DWI在臨床診斷急性視神經(jīng)炎的準(zhǔn)確性時(shí)，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果顯示DWI敏感性與特異性均低于CE T1WI，但是研究者認(rèn)為DWI的檢查過(guò)程受到了人為因素的影響從而導(dǎo)致了這種結(jié)果。Mckinney等[21]和其他學(xué)者的試驗(yàn)結(jié)果相差較大，這提示應(yīng)在使用DWI的過(guò)程中注意人為造成的誤差。

雖然DWI在ON中的應(yīng)用有諸多長(zhǎng)處，但也有一些缺陷，有研究顯示[22]某些ON患者在某些罕見情況下也有可能出現(xiàn)擴(kuò)散受限，因而不能僅通過(guò)DWI排除ON和MS的診斷。因此在診斷ON的過(guò)程中，仍需結(jié)合其他證據(jù)。

4 總結(jié)與展望

近年來(lái)，醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，fMRI在ON乃至眼科的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。fMRI可以反映ON的病理改變，尤其是反映視神經(jīng)軸突損傷與脫髓鞘的程度，為早期診斷提供證據(jù)并幫助判斷患者的預(yù)后甚至是分析MS造成ON的病理機(jī)制。但是目前ON仍是一種臨床診斷的疾病，fMRI雖然可以提供很多有價(jià)值的信息，但仍不能將其作為一種診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。目前，fMRI應(yīng)用于ON的診斷和預(yù)后判斷仍沒(méi)有相應(yīng)的指南或?qū)＜夜沧R(shí)，而且fMRI也有其本身的缺陷，如技術(shù)不完善、個(gè)體差異大、量化不夠精確等。未來(lái)fMRI在ON應(yīng)用的發(fā)展方向是提供穩(wěn)定可重復(fù)的量化數(shù)據(jù)，減小個(gè)體差異，提高數(shù)據(jù)的精確度與準(zhǔn)確性，并且將成為ON診療中重要的一環(huán)。