弥散张量成像技术（DTI）对视放射相关疾病的诊断价值

陈 洁 魏世辉 李 琳 陶 丽

后视路疾病是指视束、外侧膝状体、视放射及枕叶皮质损伤，引起视功能改变的疾病，是神经眼科的重要组成部分。目前借助成熟的普通磁共振成像技术（MRI）及功能磁共振成像（fMRI）技术可以轻松对视觉中枢病变进行诊断。但由于视放射颅内走行较长，毗邻结构复杂，且与周围脑白质纤维交错，常规的影像手段对视放射纤维束的成像缺乏特异性，故视放射病变临床诊断较难。弥散张量成像（diffusion tenser imaging，DTI）是利用组织内水分子弥散运动在不同方向上信号差异的一种成像方法，能测量并量化组织内微观结构，是目前唯一无创性活体研究脑白质结构及白质束形态的检查技术，为研究视觉通路纤维束提供了可能〔1〕。现已经在神经生理学、解剖学、神经外科的研究中发挥重要作用，并广泛用于评估、诊断颅内占位、先天性或继发性白质变性等侵及脑白质完整性的疾病〔2，3〕。随着DTI技术的成熟，我们可以通过测量水分子弥散运动，计算出视放射纤维的轨迹，并经三维重建图清晰地勾划出视放射的走行和分布，为研究视放射纤维束提供了新的有力手段。现就DTI技术的原理及在视放射相关疾病中的运用进行归纳，综述如下。

1 DTI技术基本原理

弥散运动即布朗运动，是指水分子在温度驱使下无规则随机的相互碰撞的过程。弥散的方式分为2种：一种是在完全均质的溶液中，分子的运动由于没有障碍，向各个方向运动的距离是相等的，此种弥散方式称为各向同性弥散。另一种是在非均一状态下，由于屏障及局部环境的影响，分子向各个方向运动的几率和速度具有明显差异，表现出各向异性〔4〕。

人脑白质主要由神经纤维构成，组织中的水分子在垂直于神经纤维走行方向的弥散受到含高浓度类脂而兼具水性的髓鞘及神经束膜等的影响，而沿神经纤维走行方向的弥散则主要受轴突内线粒体内质网、神经丝等亚细胞结构的影响。前者的限制作用远大于后者，从而使水分子垂直于神经纤维走行方向的扩散远远困难于平行神经纤维走行方向的扩散。这种方向依赖性的弥散就是各向异性。正常脑组织中对扩散的各向异性程度影响较大的是白质纤维的排列方式和密集程度、髓鞘的厚度等因素。白质纤维排列越紧密，髓鞘的厚度越厚，局部的水分子扩散各向异性程度就越高〔5〕。脑内不同结构的神经纤维其各向异性也不同，如胼胝体、锥体束、内囊前肢、半卵圆中心的各向异性依次降低〔6〕。

DTI技术利用组织中水分子扩散运动存在各向异性的原理，使用多个方向的扩散梯度，并分别采集数据，通过计算得到体素内各向异性扩散指标，检测扩散各向异性，反映水分子在白质内扩散的优势方向，即平行神经纤维走行方向，从而显示脑白质纤维束的走行方向。同时可观察白质纤维束的空间方向性和完整性，对脑白质纤维束有很强的特异性（图1）。

图1 DTI可以显示各向异性的水分子运动（左），以不同色彩表示主要的水分子弥散方向（中），从而显示神经纤维束的走行（右）。

最常用于评价组织弥散特征的参数有：（1）各向异性分数（fractional anisotropy，FA）：指水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，为定量分析各向异性的最常用参数。FA的值为0～1，0代表最大各向同性的弥散，1代表假想下最大各向异性的弥散。FA的值越大，表示扩散的各向异性越大，神经传导功能越强。如椎体束中FA值可达0.93，而脑脊液的FA值为0.02。FA与各向异性呈线性相关〔7〕。（2）表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC），表示各向同性弥散的水分子在单位时间内弥散运动的平均范围。（3）FA图：以FA值为图像信号强度拟合出的FA图直接反映各向异性的比例，间接反映组织水扩散的快慢。扩散速率快，则FA值大，FA图信号强。在FA图中，脑白质各向异性最高，为高信号，而脑脊液各向异性最低，为低信号。（4）ADC图：以ADC值为图像信号强度可以拟合出ADC图，直接反映组织水扩散的快慢。扩散速率快，则ADC值高，ADC图信号强，灰度高。如脑脊液为高信号，而脑白质为低信号，表达与FA图正相反。其他参数还包括平均弥散率（mean diffusivity，MD），相对各向异性（relative anisotropy，RA）及容积比（volume ratio，VR）。 其中FA值最常用来评价白质的各向异性改变。

当白质纤维发生病变时，由于髓鞘脱失、崩解和组织含水量的增加，髓鞘对水分子扩散的限制作用减低，因此其各向异性程度明显降低，表现为与对侧正常视放射相比其各向异性比（FA值）明显下降，平均弥散率（MD）明显增高，从而可以间接反映视放射组织的完整性和病理改变。

2 DTI技术在视放射相关疾病中的应用

视放射（optic radiation），又称为膝距束，由视束经外侧膝状体交换神经元后发出的新纤维组成，在颞、顶和枕叶之间呈凸面向外的新月形带状薄层，宽约2 mm，终止于枕叶的视觉皮质。解剖结构上视放射主要分为3个部分，即腹侧束、背侧束和外侧束。腹侧束先行至颞叶前外侧，形成一个袢状弯曲，称为颞袢或Meyer环。Meyer环跨过侧脑室颞角的上方和外侧，然后平行走行到达侧脑室后角。腹侧束纤维代表同侧视网膜下半部黄斑外区域，投射到枕叶距状裂下唇，即舌回。背侧束和外侧束直接向后延伸，穿过后部颞顶叶直达枕叶，背侧束纤维代表同侧视网膜上半部黄斑外区域，投射到枕叶距状裂上唇，即楔回；外侧束纤维代表视网膜周边区域，投射到枕叶上极的纹状皮质。

在整个视交叉后段视路中视放射是较易受到累及的部位。视放射受到损害后，可以出现视物模糊、视力下降，视野缺损（可因损伤部位不同出现视野同向上象限盲、同向下象限盲或同向性偏盲等），部分患者还可伴有肢体运动障碍、感觉障碍和面神经麻痹等现象。临床症状缺乏特异性，极易造成漏诊和误诊。DTI技术通过头颅磁共振扫描获得数据，经计算机数据处理、三维重建可以显示放射纤维束的走行和分布，反映视放射病理变化。为视放射疾病的诊断提供有力的证据支持。

2.1 外伤性视放射损伤的早期诊断

由于脑损伤后立即出现轴突断裂.髓鞘崩解，水分子扩散的屏障立刻消失，所以DTI能够较早对病变做出反应。而常规的T2WI图像（反映水分子含量的变化）的变化发生在伤后几天。李沁梅等报道〔8〕对脑外伤后患者进行DTI检查，发现甚至是在常规MRI检查表现正常的脑白质区域均有明显ADC、FA 值下降，尤以 FA 值下降明显。 Albensi〔9〕等报道，通过撞击造成脑损伤后1～2 h，发现损伤侧皮质、神经纤维的平均ADC值有明显的减少，而常规的MRI在损伤后1～2 h检测结果未见异常。Hammoud〔10〕等研究结果也同样表明DTI比常规MRI能更早、更准确地显示创伤性轴索损伤病灶的信号变化。颅脑外伤患者尤其是顶、颞叶受损常累及视放射，出现视野缺损、视力下降等改变。DTI作为一种反映微观结构变化的成像技术，与常规的MRI相比，能较早地显示病变.这对早期诊断治疗有很重要的临床意义（图2）。

图2 男性46岁，车祸后双眼同侧偏盲，头颅MRI检查未见明显异常，DTI检查可见一侧视放射后脚损伤（箭头所示）。

2.2 视放射血管性损伤的早期诊断

由于视放射从外侧膝状体到枕叶皮质中枢走行较长的径路，且穿行很多脑内结构，分布较分散，毗邻结构复杂，在大脑半球内占有相当大的范围，因此颞叶、顶叶和枕叶发生栓塞、血管破裂出血、肿瘤等病变都可以影响视放射，引起相应的视觉障碍。视放射血管性损伤最多见于大脑后动脉或大脑中动脉的供血区的梗塞。

脑梗死急性期为脑细胞毒性水肿期，常规MRI图像中不容易发现，仅当出现血管源性的脑水肿时才能显现缺血范围。当发生细胞毒性水肿时，细胞外间隙变小，缺血脑组织总弥散度减小，局部缺血区的ADC值（反映组织的总弥散能力）可在30分钟内下降30%~50%，呈低信号。脑梗塞时水分子扩散能力下降，加之水肿的压迫，可使纤维肿胀，纤维束间隙变小、受压迂曲，各向异性FA值明显减低。因此DTI检查可以观察到常规MRI检查不能观察到的急性脑缺血改变〔11，12〕。急性期梗塞灶中心的ADC值降低比周围区明显，说明梗塞中心区已发生明显的细胞毒性水肿，周围区虽灌注减低但尚未引起细胞内水含量的明显变化，细胞功能未遭严重影响，介于梗塞与正常之间，如能及时再灌注则有恢复正常的可能〔13，14〕。因此对于急性期脑梗塞的患者行DTI检查，结合ADC值及FA值能够预测组织生存力和脑卒中后的转归〔15〕。

2.3 视放射周围肿瘤手术术前定位、术式指导及预后评价

视放射周围的肿瘤可能压迫、推移或者破坏视放射，引起患者视功能改变，行手术切除肿瘤时极易损伤视放射，引起永久性视野缺损甚至双眼视力丧失。DTI技术不仅能够显示肿瘤与视放射的解剖关系及病变程度，而且可以对视放射周围病变进行术前、术中定位，大大减少术后发生永久性视野缺损的概率〔16-18〕，有着重要意义。 YU CS〔19〕将颅内肿瘤与周围纤维束的关系分为3种：Ⅰ型为良性肿瘤所致的单纯移位，手术切除肿瘤后移位的纤维束可以恢复并保留功能。Ⅱ型移位并中断，及Ⅲ型单纯中断和破坏的患者则有术后纤维束功能丧失。因此，DTI检查也可作为视放射病变损伤严重程度的又一影像学依据，预测视放射周围肿瘤切除术后患者预后，减少医患纠纷发生（图3、4）。

图3 一例前部颞叶肿瘤患者，术前切除平面视放射DTI图像完整，术后视放射仍旧成像（箭头所示），复查视野未有缺损。图4前部颞叶肿瘤患者术前手术平面DTI成像显示右侧视放射的前段膝状体束部分成像，术后显示前段膝状体束损伤（箭头所示），术后复查视野可见同侧上方1/4缺损。

2.4 视放射处多发性硬化的诊断

多发性硬化（MS）是以中枢神经系统白质脱髓鞘病变为特征的自身免疫性疾病，当病变发生在颞叶时常累及视放射，导致视功能改变，引起眼部症状。MRI检查显示病变部位呈长T1长T2信号的不规则斑块。多项DTI临床试验证实，MRI上的损伤区域（即T1、T2异常信号区）表现为MD增高和FA降低，较MRI图片更敏感。MRI上的损伤区、看似正常的脑白质区的MD、FA值变化与T1、T2加权图像上的损伤负荷量（lesion load，LL）或称为损伤容量之间具有相关性，这种相关性在一定程度上反映了疾病的严重程度、预后和转归〔20，21〕。因此，DTI能定量分析MS患者脑白质脱髓鞘程度，还可显示MRI不能发现的白质脱髓鞘病变，对于MS的早期诊断，早期治疗及预后评价具有重要临床意义。

2.5 颞叶癫痫手术术中视放射保护

颞叶切除术，包括前颞叶和全颞叶切除术是治疗顽固性癫痫的一种主要手术方式。通过手术切除前颞叶，大约70%的患者可以得到缓解，但术后视野缺损这一并发症多难以避免。 Krolak〔22〕等认为若颞叶切除达 40～70 mm，视放射 Meyer环被破坏，术后发生视野缺损的概率可达97%。在Meyer环前后界范围内，前颞叶切除长度从前向后每增加10 mm，便会使对侧上象限视野缺损的严重程度增加约20%～22%〔23〕。DTI技术可以明确显示Meyer环的位置，指导手术切除的范围和程度，使术中视放射能得到保护，最大程度降低术后发生视野缺损的风险。

DTI提供了一种无创显示活体大脑白质神经纤维通路的方法，能对传统MRI检查进行有力补充，为眼科疾病诊疗提供新的检查手段，但仍存在一定的限制。如视神经纤维密集、走行的方向性强，是DTI研究的理想结构，但由于周围脂肪、脑脊液和骨结构，以及眼球运动伪影的影响，给DTI对视神经的研究和应用带来很大的限制。此外，DTI成像还存在部分容积效应导致分辨率过低及扩散梯度导致的涡流等因素，影响对纤维束方向的确定，对于小的纤维束和纤维束交叉的部位显示为低度各向异性。而且，目前仍没有一个纤维示踪的金标准〔24〕。这些问题有望随着设备和成像方法的改进而逐步得到解决。

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