应用扩散张量成像研究脑梗死后早期皮质脊髓束Waller变性与运动功能的相关性

方 珉 谢瑞满 周林江 李 克

皮质脊髓束Waller变性是由于它的上运动神经元或轴突的损伤而引起其远端的轴突和髓鞘顺行性变性。引起皮质脊髓束Waller变性的原因中最常见者为脑梗死。随着高场MRI设备的不断完善,运用弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)来评价和研究脑卒中后Waller变性所致超微结构的变化已成为可能。运动功能损害是脑梗死后最严重的并发症之一,早期评估对脑梗死后的治疗和康复至关重要。本文应用DTI研究脑梗死后早期皮质脊髓束Waller变性与运动功能的相关性。

方 法

1.病例选择标准

单侧大脑中动脉区梗死的右利手患者,存在运动通路受损者,起病至DTI检查间隔在14d内;病前无引起感觉运动缺损的卒中、脊髓病变、精神病及其他神经系统疾病史;病灶经由MRI证实;所有患者均给予脑梗死常规治疗;所有患者均知情同意。

2.一般资料

符合标准的连续16例患者纳入研究,其中第一组8人,发病至DTI检查的间隔时间为3～7d;第二组8人,间隔时间为8～14d。所有患者均存在一侧肢体的运动功能缺损(表1)。患者神经功能缺损的严重程度用NIHSS(national institutes of health stroke scale)量表评估,运动功能完整性评估用M I(motricity index)量表,评价预后用mRS(modified rankin scale),在MRI检查前2h及起病90d后进行评估。

3.MRI检查方法

表1 患者基本资料和临床数据

MRI检查采用GE 3.0T MRI成像仪,标准头线圈,行横轴位T1WI和T2WI扫描。DTI数据采集采用单次激发SE EPI序列,层厚5mm,DTI每层可获得26幅原始图像,总计约486幅原始图像。DTI原始图像输入工作站(advantage workstation,GE),经Functool软件处理获得各向异性分数 (fractional anisotropy,FA)图及平均弥散量(mean diffusivity,MD)图。

4.资料分析

使用工作站之Functool软件,通过在上述FA及MD图像上放置感兴趣区(regions of interest,ROI)的方法获得FA与MD值。ROI放置的区域包括:双侧的大脑脚、上位脑桥、下位脑桥。取大脑脚、上位脑桥、下位脑桥FA及MD值的平均值代表远端片段皮质脊髓束的FA及MD值。取脑梗死同侧皮质脊髓束与对侧FA及MD值比率代表rFA和rMD。

5.统计学处理

使用SPSS13.0软件包对数据进行统计学分析,首先对各组数据进行正态性检验,计量资料均以均数±标准差形式表示。比较病变侧与对侧皮质脊髓束FA及MD改变采用配对t检验,比较rFA改变与神经运动功能评分的相关性采用Spearman相关分析,取P＜0.05为差异有显著性。

结 果

1.病侧皮质脊髓束DTI参数变化

脑梗死后第1周(第一组)病侧与健侧皮质脊髓束或大脑脚部位的FA值(t=-1.759,P=0.12;t=-1.911,P=0.10)和MD值(t=-1.475,P=0.18;t=-1.998,P=0.11)相比均无显著性差异。而发病第2周 (第二组)病侧皮质脊髓束的DTI参数发生明显变化,病侧与健侧皮质脊髓束或大脑脚的FA值(t=-3.725,P=0.007;t=-3.529,P=0.01)具有显著性差异;MD值在双侧间比较差异无显著性(表2,图1)。

2.脑梗死后病侧皮质脊髓束DTI参数变化与临床预后的相关性

用Spearman相关分析发现rFA与DTI检查时的NIHSS、MI无相关性,而与脑梗死3个月后的NIHSS(r=-0.756,P=0.030)、M T(r=0.731,P=0.040)和mRS(r=-0.741,P=0.035)相关(图2)。脑梗死后8～14d皮质脊髓束的rFA与脑梗死后3个月的 NIHSS、mRS呈负相关,与MI呈正相关。rFA越低,NIHSS积分越高,而MI积分越低。且rFA＜0.85者mRS均为4分。

表2 两组病侧与健侧皮质脊髓束的DTI参数比较

讨 论

DTI是利用组织中水分子扩散运动存在的各向异性来探测组织微观结构的成像方法。DTI可以在活体检测人类大脑白质纤维束的完整性。在正常排列整齐紧密的白质纤维束中,由于轴索和髓鞘的屏障作用,水分子的扩散总是平行于纤维束的方向远大于垂直于纤维束的方向,由此产生了各向异性。在病理情况下如大脑中动脉区域脑梗死后,运动中枢皮质的锥体细胞或其近端轴索如皮质下白质纤维束、内囊后肢皮质脊髓束等受累,其远端轴索即会发生Waller变性,各向异性发生变化。因此,DTI适合于早期、定量研究脑梗死后皮质脊髓束Waller变性[1]。

本研究结果显示脑梗死后3～7d内总体上FA值的降低不明显,与健侧相比差异无显著性;脑梗死8～16d内的FA值下降明显,与健侧相比差异具有显著性;脑梗死后8～16d皮质脊髓束的rFA与脑梗死后3个月的NIHSS、mRS呈负相关,与M I呈正相关,且rFA＜0.85者mRS均为 4分。

以往的研究表明皮质脊髓束Waller变性的程度与神经功能缺损程度呈正相关,即Waller变性越重神经功能缺损越重,尤其是与运动功能相关[2-4]。这有助于早期对脑梗死患者的预后做出判断,从而制定相应的治疗方案,以促进患者的功能恢复。本研究表明rFA的降低与患者早期的NIHSS和MI无明显相关性,考虑是由于时间尚短,神经功能尚未完全恢复所致。而发病后3个月的NIHSS和MI评分与rFA的降低高度相关。脑梗死3个月后使用mRS对运动功能恢复情况进行评估,发现rFA与mRS呈负相关,且rFA＜0.85者mRS评分均为4分,这表明rFA越高,其神经运动功能恢复越好;rFA越低,患者的预后越差。这也提示了脑梗死早期神经功能缺损与组织的水肿、占位效应的程度及侧支循环的建立程度有关,而远期运动功能的恢复却与皮质脊髓束的完整性及方向性的保存有关[5]。本研究结果与以往的研究相符[6-7],即FA值的降低反映了轴索完整性的破坏、Waller变性的发生,而且FA值降低越明显,Waller变性的程度越严重。Waller变性的程度与运动功能缺损的严重程度、功能恢复的程度高度相关。本研究进一步说明:FA值明显下降的患者运动功能恢复缓慢且不完全;rFA＞0.85的患者运动功能恢复良好。脑梗死第2周的皮质脊髓束FA值变化有助于预测梗死3个月后运动功能受损的恢复情况。

1.Thomalla G,Glauche V,Koch MA,et al.Diffusion tensor imagingdetects earlyWallerian degeneration of thepyramidal tract after ischemic stroke.NeuroImage,2004,22:1767-1774

2.Maeda T,Ishizaki K,Yura S.Can diffusion tensor imaging predict the functional outcome of supra-tentorial stroke?No To Shinkei,2005,57:27-32

3.Parmar H,Golay X,Lee KE,et al.Early experiences with diffusion tensor imaging and magnetic resonance tractography in stroke patients.Singapore Med,2006,47:198-203

4.LiangZJ,ZengJS,Liu SR,et al.Aprospective studyof secondary degeneration followingsubcortical infarction usingdiffusion tensor imaging.J Neurol Neurosurg Psychiatry,2007,78:581-586

5.Harsan LA,Poulet P,Guignard B,et al.Astrocytic hypertrophy in dysmyelination influences the diffusion anisotropyof white matter.Neurosci Res,2007,85:935-944

6.Møller M,Frandsen J,Andersen G,et al.Dynamic changes in corticospinal tracts after stroke detected byfibretracking.J Neurol NeurosurgPsychiatry,2007,78:587-592

7.Yoshioka H,Horikoshi T,Aoki S,et al.Diffusion tensor tractography predicts motor functional outcome in patients with spontaneous intracerebral hemorrhage.Neurosurgery,2008,62:97-103