郝清，丁思萱，李冬雪，劉懷軍，王寧

作者單位：1.河北醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，石家莊050000；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科，石家莊050000

磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術(shù)是在擴散加權(quán)成像（diffusion-weighted imaging，DWI）基礎(chǔ)上在≥6 個方向施加擴散敏感梯度而獲得的圖像，可以利用水分子的擴散各向異性進行成像，是目前唯一無創(chuàng)性反映活體組織水分子擴散各向異性的檢查方法。DTI較常規(guī)MRI可以更清晰地顯示腦白質(zhì)纖維的走行，是一種非侵入性的研究大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重要工具，活體人腦白質(zhì)纖維成像目前沒有金標(biāo)準(zhǔn)來進行評價［1-3］。DTI 可以用來評估錐體束的完整性和損傷程度，以及與機體運動功能的相關(guān)性，還可以評估對缺血性腦卒中的一些治療方法的效果以及患者的運動功能康復(fù)情況，是非常有優(yōu)勢的檢查方法［4-8］。

錐體束是重要的運動傳導(dǎo)束，是運動控制的基礎(chǔ)，也是影響運動功能預(yù)后的主要結(jié)構(gòu)［9］。Schmidt等發(fā)現(xiàn)在83%的患者中使用DTT 掃描可以在術(shù)前顯示良好的神經(jīng)束，DTT 掃描圖像與手術(shù)解剖之間具有良好的術(shù)中相關(guān)性［10］。有學(xué)者使用DTT研究發(fā)現(xiàn)，在蛛網(wǎng)膜下腔出血恢復(fù)過程中患者皮質(zhì)脊髓束損傷的恢復(fù)過程與腿部無力的恢復(fù)過程是一致的［11］。多項對急性腦卒中患者的研究也表明，急性腦出血時錐體束的DTT 表現(xiàn)是預(yù)測運動功能預(yù)后的有效結(jié)構(gòu)指標(biāo)。

基于DTI 的追蹤成像已被用于證明卒中后白質(zhì)通路狀態(tài)的功能相關(guān)差異［12］。本研究采用DTI 技術(shù)行三維腦白質(zhì)束示蹤，顯示急性缺血性腦卒中發(fā)生后病灶區(qū)部分白質(zhì)纖維束變化，采集了病灶位于單側(cè)基底節(jié)區(qū)的急性缺血性腦卒中患者的病例和圖像資料，目的是將同一患者患側(cè)與健側(cè)神經(jīng)纖維束的形態(tài)學(xué)和影像學(xué)相關(guān)參數(shù)兩方面進行深入研究，以排除不同患者之間的個體差異，并探索機體功能障礙與錐體束功能缺損的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2017 年4 月至2019 年6 月河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院收治的急性缺血性腦卒中患者16 例，其中男性12 例，女性4 例；年齡34～71 (55.688±12.505)歲；均為單側(cè)急性缺血性腦卒中，病變區(qū)位于基底節(jié)區(qū)，病灶在左側(cè)9例，病灶右側(cè)7例。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)發(fā)病處于急性期；(2)單側(cè)病灶，病灶位于基底節(jié)區(qū)，累及白質(zhì)而無灰質(zhì)受累；(3)無認(rèn)知障礙；(4)無MRI檢查禁忌證。

排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)生命體征不平穩(wěn)或者并發(fā)重要臟器衰竭；(2)既往有神經(jīng)精神病史、藥物濫用；(3)既往曾有其他腦部疾病或腦部手術(shù)史；(4)惡性腫瘤病史。

所有患者均簽署知情同意書，并經(jīng)醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 圖像采集

1.2.1 成像設(shè)備

采用荷蘭Philips 公司生產(chǎn)的Achieva 3.0 T高場強磁共振掃描機，應(yīng)用頭顱8通道相控陣線圈。

1.2.2 掃描方法

掃描序列包括頭顱常規(guī)平掃、擴散加權(quán)成像，DTI 掃描。常規(guī)頭顱平掃序列包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR及矢狀位T2WI。

1.2.3 掃描參數(shù)

T1WI(TE 20 ms，TR 2000 ms)，T2WI(TE 80 ms，TR 1600 ms)，F(xiàn)LAIR (TE 140 ms，TR 9000 ms)，DWI (TE 100 ms，TR 2200 ms)，b 值為800 s/mm2，層厚均為6.0 mm，層間距均為1.3 mm，激勵次數(shù)均為1；DTI 序列在15 個方向上施加擴散梯度，b 值為0 s/mm2、800 s/mm2，TE 60 ms，TR 3200 ms，層厚為4 mm，層間距為0 mm，激勵次數(shù)為2。FOV 224 mm×224 mm×136 mm(RL×AP×FH)，矩陣112×112。

1.3 數(shù)據(jù)采集

1.3.1 健、患側(cè)FA 值和ADC 值、纖維束數(shù)量及差值、纖維束圖像

采用Extended MR WorkSpace 2.6.3.1 工作站對DTI 數(shù)據(jù)進行后處理，重建出表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)圖，各向異性系數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)圖，各向同性圖(isotropic image)，容積比各向異性(volume ratio aniso)圖；分別在放射冠，半卵圓中心，內(nèi)囊后肢選取感興趣區(qū)ROI。選擇感興趣區(qū)后，軟件顯示相應(yīng)FA值、ADC 值、纖維束數(shù)量以及重建后的纖維束圖像，使用3D slicer 10.4.2軟件進行纖維束重建獲得重建圖像。

ROI 選取原則：手工選取ROI 范圍盡量完整包括病變區(qū)，并手工選取對側(cè)大腦半球正常腦組織相同形狀、大小的ROI作為對照。

1.3.2 肌力和NIHSS評分

采用肌力分級標(biāo)準(zhǔn)評分表和美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表(NIH Stroke Scale，NIHSS)對患者的肌力和機體功能進行評分。

1.3.3 病灶體積

采用Mimics Medical 19.0 軟件手動測繪病灶體積，由同一人員完成全部數(shù)據(jù)的測量，每位患者的病灶體積測量重復(fù)三次，取平均值作為該患者最終的病灶體積。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件對健、患側(cè)錐體束數(shù)量，健、患側(cè)FA 值，健、患側(cè)ADC 值、纖維束數(shù)量差值、病灶體積、NIHSS 評分?jǐn)?shù)據(jù)、肌力評分?jǐn)?shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗。對健、患側(cè)錐體束數(shù)量，健、患側(cè)FA 值，健、患側(cè)ADC 值分別采取配對t 檢驗進行分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。對纖維束數(shù)量差值與病灶體積、患側(cè)FA 值、患側(cè)ADC 值、NIHSS 評分、肌力評分采用Pearson 相關(guān)分析法分別進行相關(guān)性分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者陽性表現(xiàn)

患者出現(xiàn)的陽性表現(xiàn)包括不完全運動性失語、構(gòu)音障礙、鼻唇溝變淺、口角下垂、張口偏斜、鼓腮漏氣、示齒口角偏斜、伸舌偏斜、肌力減低、共濟運動失調(diào)、步態(tài)異常、痛溫覺減退、足跖反射消失、Babinski征陽性、雙劃征陽性等。

2.2 健患側(cè)纖維束數(shù)量、FA值、ADC值配對t檢驗結(jié)果

急性缺血性腦卒中后，在基底節(jié)區(qū)內(nèi)囊后肢層面，患側(cè)纖維束數(shù)量、FA值、ADC值與健側(cè)相比都有顯著減低(P＜0.05)(表1)。

2.3 健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值和病灶體積、肌力分級相關(guān)性結(jié)果

急性缺血性腦卒中后，在基底節(jié)區(qū)內(nèi)囊后肢層面，健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值和病灶體積呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，與肌力分級呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)（表2）。

2.4 健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值，病灶體積和NIHSS 評分，F(xiàn)A值減少程度和ADC減少程度相關(guān)性結(jié)果

急性缺血性腦卒中后，在基底節(jié)區(qū)內(nèi)囊后肢層面，病灶體積與NIHSS 評分呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，健、側(cè)纖維束數(shù)量差值和NIHSS 評分無相關(guān)性(P＞0.05)，F(xiàn)A 值減少程度和ADC 減少程度無相關(guān)性(P＞0.05)（表3）。

2.5 走行分析

DTT 顯示梗死灶纖維束直徑變細(xì)，纖維數(shù)量減少，部分?jǐn)嗔眩芄Ｋ涝顗浩?，變形，移位，本研究還通過3D slicer重建錐體束，移動種子點位置多次觀察，發(fā)現(xiàn)部分患者有少量健側(cè)纖維束通過胼胝體延伸到患側(cè)，有少量纖維束在梗死灶下方偏向患側(cè)延伸(圖1)。

表1 健、患側(cè)纖維束數(shù)量、FA值、ADC值配對t檢驗結(jié)果(16例，±s)Tab.1 Number of healthy and affected side fiber bundles,FA value,ADC value paired t test results(n=16,±s)

表1 健、患側(cè)纖維束數(shù)量、FA值、ADC值配對t檢驗結(jié)果(16例，±s)Tab.1 Number of healthy and affected side fiber bundles,FA value,ADC value paired t test results(n=16,±s)

組別健側(cè)患側(cè)t值P值錐體束數(shù)量150.313±63.084 123.500±56.000 3.912 0.001 FA值0.452±0.033 0.429±0.037 3.323 0.005 ADC值(10－3 mm2/s)0.836±0.032 0.784±0.059 4.402 0.001

表2 健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值和病灶體積、肌力分級相關(guān)性結(jié)果(16例)Tab.2 Correlation results between the number of healthy and affected side fiber bundles,lesion volume,and muscle strength classification(n=16)

表3 健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值，病灶體積和NIHSS評分，F(xiàn)A值減少程度和ADC減少程度相關(guān)性結(jié)果(16例)Tab.3 Correlation between the difference in the number of fiber bundles in the healthy side and the affected side,the le‐sion volume and NIHSS score,the degree of reduction in FA value and the degree of reduction in ADC(n=16)

3 討論

3.1 臨床研究指標(biāo)及其意義

DWI 是顯示組織中水分子擴散程度的技術(shù)，ADC值是顯示水分子擴散能力的參數(shù)，ADC 值高表示水分子擴散能力強，反之表示水分子擴散能力減弱。DTI是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新興成像和后處理技術(shù)，此種技術(shù)主要是利用組織中的水分子自由熱運動及其各向異性原理來探測組織微觀結(jié)構(gòu)，進而研究人體各項功能；其主要參數(shù)為FA值，F(xiàn)A值反映了水分子擴散的各向異性程度，水分子在各個方向擴散強度大小一致稱為各向同性，在各個方向擴散程度大小不一致稱為各向異性；腦神經(jīng)纖維束由于有髓鞘組織的束縛包繞，水分子在各個方向上的擴散程度差異較大，總體上趨向于神經(jīng)纖維束走行的方向，因此各向異性程度較高，F(xiàn)A 值較高，這也是神經(jīng)纖維束成像的基礎(chǔ)。

本研究應(yīng)用的指標(biāo)有ADC值、FA值、纖維束數(shù)量、病灶體積、臨床肌力評分、NIHSS 評分。在本研究中，以測量的ADC 值減少程度代表腦組織的損傷［13］。ADC 圖是一種通過計算獲得的影像，如急性梗死，病變組織發(fā)生細(xì)胞毒性水腫，水分子擴散明顯受限，表觀擴散系數(shù)減低，因此病變區(qū)在DWI圖像中呈高信號，在ADC 圖中呈低信號。ADC 值的正常范圍：自由水的ADC值大約為2.5×10－3mm2/s，正常腦組織的ADC值為(0.7～0.9)×10－3mm2/s；腦組織急性病變的ADC 值多降低，腦組織亞急性或慢性病變的ADC值多升高，ADC異常變化的上下限為(0.4～2.5)×10－3mm2/s。在本研究中，以測量的FA 值減少代表了錐體束的損傷程度。各向異性比率是水分子擴散各向異性占整個擴散張量的比率，水分子擴散的各向異性比率越高其擴散張量效應(yīng)越強。在腦白質(zhì)中，由于髓鞘的阻擋，水分子的擴散被限制在和纖維走行一致的方向上，具有較高的各向異性。FA 值與髓鞘的完整性、神經(jīng)束膜和軸突內(nèi)結(jié)構(gòu)都有密切的關(guān)系。有研究表明FA值改變的相關(guān)性可以預(yù)示纖維束的損傷與機體功能障礙的相關(guān)性［14］。DWI 和DTI 參數(shù)存在個體差異，易受細(xì)胞膜通透性，組織液黏滯度等多種因素影響，并且由于目前未發(fā)現(xiàn)有研究已證實人兩側(cè)大腦半球纖維束的數(shù)量有差異，故選取健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值在本研究中作為纖維束損傷程度的指標(biāo)，這可以減少個體差異的影響。NIHSS 評分和臨床醫(yī)學(xué)肌力分級作為機體損傷程度指標(biāo)，是通過對臨床癥狀體征評分得出的，NIHSS 評分與皮質(zhì)脊髓束Wallerian 變性［15-16］、皮質(zhì)脊髓束損傷程度［17］、病灶體積［18］等因素有相關(guān)性。在本研究中急性缺血性腦卒中后患者出現(xiàn)的陽性表現(xiàn)與損傷纖維束的癥狀相符。

3.2 病例中健、患側(cè)FA、ADC 值、纖維束數(shù)量差異的分析

研究結(jié)果表明在急性缺血性腦卒中后，在基底節(jié)區(qū)內(nèi)囊后肢層面，患側(cè)病灶區(qū)FA 值，ADC 值與健側(cè)相比都有顯著減低，與以往一些研究神經(jīng)功能損傷的結(jié)果一致［19-23］。原因是缺血性腦卒中急性期時，由于細(xì)胞毒性水腫作用導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性改變，腦細(xì)胞攝水增多腫脹，而在細(xì)胞膜和細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)的束縛作用以及細(xì)胞外間隙變窄等因素的共同作用下，細(xì)胞內(nèi)水分子擴散明顯受限，ADC 值下降［24］，由于缺血缺氧導(dǎo)致腦白質(zhì)纖維束髓鞘損傷，纖維束腫脹，纖維束間隙變小，纖維束內(nèi)的水分子向其他方向的擴散程度增強，所以損傷的纖維束的FA 值下降。但病例中也存在兩例FA 值無顯著變化，這可能是因為測量FA也可能受繼發(fā)于急性損傷的組織水腫的混雜影響［25］。有研究指出，F(xiàn)A 值在腦梗死超急性期無明顯變化，而隨著腦梗病情的進展逐漸降低。因此急性期之后的患者，更容易顯示出皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）受損的程度。同時患側(cè)纖維束數(shù)量比健側(cè)纖維束數(shù)量顯著降低。但是在按照納入排除標(biāo)準(zhǔn)納入數(shù)據(jù)過程中，本組人員發(fā)現(xiàn)一些臨床病例存在患側(cè)纖維束數(shù)量多于健側(cè)纖維束數(shù)量的情況，病例均為右利手，損傷部位多數(shù)位于左側(cè)內(nèi)囊區(qū)，在符合納入排除標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中僅有1例為右側(cè)內(nèi)囊區(qū)損傷，猜測可能是由于人體大腦解剖結(jié)構(gòu)并非完全對稱，右利手患者的左腦內(nèi)囊區(qū)可能較右腦內(nèi)囊區(qū)大一些，而張劍凱等［26］的研究發(fā)現(xiàn)在端腦內(nèi)囊后肢層面內(nèi)囊后肢的左側(cè)的面積顯著大于右側(cè)面積，臨床情況大致符合猜想。

3.3 病灶體積、臨床肌力分級與健患側(cè)纖維束數(shù)量差值相關(guān)性的分析

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)病灶體積和健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值呈顯著正相關(guān)關(guān)系，可以認(rèn)為在本研究中，病灶體積越大，對錐體束損傷越嚴(yán)重。同時發(fā)現(xiàn)病灶體積與NIHSS 評分呈顯著正相關(guān)關(guān)系。這說明了在本研究中，病灶體積越大，患者機體功能損傷越嚴(yán)重。原因可能是病灶范圍大，腦組織功能損傷嚴(yán)重，同時細(xì)胞毒性水腫作用和占位效應(yīng)加強，不僅使纖維束位移、變形，甚至發(fā)生斷裂。而在本研究中健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值與臨床肌力分級呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說明纖維束損傷越嚴(yán)重，對肌力影響越嚴(yán)重，這與使用FA 值和其他運動量表的一些研究所得結(jié)論一致。

3.4 陰性結(jié)果與形態(tài)學(xué)描述的分析

本研究未獲得健、患側(cè)纖維束數(shù)量差值與NIHSS評分呈顯著相關(guān)性的結(jié)果，這可能與納入研究的樣本數(shù)量較少等因素有關(guān)。首先，為了避免干擾因素，本研究只納入了病灶位于內(nèi)囊區(qū)急性缺血性腦卒中單側(cè)發(fā)病的患者，導(dǎo)致研究的樣本量較少，影響研究結(jié)果的效能。其次，本組病例中有個別病例雖是以首次急性癥狀入院，但卻是慢性腦血管病以急性發(fā)作而就診的病人，這些病例作者只選擇了急性病灶區(qū)進行了分析，故未排除慢性病灶的影響因素，這一點將在今后的研究中加以權(quán)重。另外，錐體束有多種側(cè)支通路，包括通過中腦和腦橋內(nèi)側(cè)丘系的異常錐體束(abnormal pyramidal tract，APT)等。應(yīng)用DTT技術(shù)研究異常錐體束發(fā)現(xiàn)APT在腦損傷(腦梗死、外傷性腦損傷和腦癱患者)后恢復(fù)中有重要意義。最后，缺血性腦卒中急性期中可能存在部分病灶周圍并發(fā)水腫存在的現(xiàn)象導(dǎo)致夸大病灶，對結(jié)果產(chǎn)生一些影響。但是，急性期DTI數(shù)據(jù)可以敏感反映腦缺血情況，更可以進一步使用影像組學(xué)研究正常細(xì)胞、水腫細(xì)胞、壞死細(xì)胞的關(guān)系，驗證DTI 技術(shù)的準(zhǔn)確性。以往一些研究中采用其他指標(biāo)證實纖維束損傷程度與機體損傷程度存在一定相關(guān)性。王啟章等［27］得出FA值與NIHSS評分差值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系的結(jié)果，將入院后和入院時NIHSS 評分最大差值表示腦梗死后神經(jīng)缺損程度。張步環(huán)等［28］發(fā)現(xiàn)采用梗死灶CST 關(guān)系進行分組所得實際值的符合率較NIHSS 評分分組所得實際值的符合率高，劉樹學(xué)等［29］的研究發(fā)現(xiàn)FA 值降低率與NIHSS 評分呈正相關(guān)。這些研究為我們下一步深入研究纖維束損傷程度和NIHSS 評分提供一些思路。

有研究表明健康成年人雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束的擴散特征具有對稱性［30］，代償情況可能是由于受壓導(dǎo)致的變形，使纖維束形態(tài)，角度發(fā)生一定變化，而纖維束重建后具體數(shù)量與重建種子量級相關(guān)。部分患者在不同位置的腦室腦池有輕度擴張或縮小，中線結(jié)構(gòu)無移位。Jang 等［31］，阮錦榮等［32］也發(fā)現(xiàn)梗死灶使纖維束受到一定程度的壓迫、變形、斷裂、甚至中斷。

3.5 展望

目前通過DTT 技術(shù)和3D slicer 等軟件可以實現(xiàn)纖維束重建，測量纖維束的長度和體積，觀察代償走行位置，而目前我們無法做到測量纖維束精確的形態(tài)學(xué)變化與臨床癥狀之間的關(guān)系的研究。有學(xué)者使用DTI 及DTT 技術(shù)對腦卒中后半球間結(jié)構(gòu)及功能連接改變進行研究，探索半球間結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)在關(guān)系［33］。未來將依據(jù)DTI 與DTT 技術(shù)以及其他三維重建軟件進行形態(tài)學(xué)參數(shù)如角度等的研究，例如探索不同患者機體障礙程度相同時纖維束形態(tài)學(xué)改變是否有規(guī)律性，同時結(jié)合影像組學(xué)測量對組織學(xué)研究，探索能夠直接反映組織結(jié)構(gòu)、病理變化，以及功能變化的指標(biāo)，這有助于臨床預(yù)防疾病、對疾病分級和評估預(yù)后效果。

3.6 結(jié)論

急性缺血性腦卒中后機體功能障礙與錐體束損傷程度有相關(guān)性，病灶體積越大，錐體束損傷程度越嚴(yán)重，腦組織損傷程度越重，機體功能障礙程度越明顯。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。