DTI在脑梗死患者康复治疗前后皮质脊髓束损伤与临床预后的相关性研究

白璐娜，高思佳，王永峰，蒋旭远，谷连元

（中国医科大学附属第一医院放射科，辽宁 沈阳 110001）

脑梗死为临床最常见的神经系统疾患，其致死率和致残率较高。脑梗死后约有3/4以上的患者遗留不同程度的肢体运动功能障碍，重度致残者约占10%以上[1]。皮质脊髓束是联系运动皮质和脊髓核团的主要功能纤维，在肢体肌肉随意运动中起着决定性作用，患者肢体运动功能障碍与皮质脊髓束损伤密切相关。随着人们对康复治疗认识的提高，准确判断脑梗死患者康复预后成为患者及其家属越来越重视的问题。磁共振弥散张量成像（DTI）是当前唯一一种能在活体上有效观察和追踪白质纤维束的非侵入性检查方法，可以作为判定皮质脊髓束损伤的量化指标。因此，本研究应用DTI研究脑梗死患者康复治疗前后皮质脊髓束损伤与肢体运动功能变化之间的关系，探讨DTI在评估脑梗死患者临床预后中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2011年5月—2011年12月在我院康复科住院的脑梗死患者23例，梗死时间为23～90 d不等，所有患者均有较好的康复欲望和良好的家庭支持。其中男15例，女8例，年龄35～78岁，平均60岁。纳入标准：临床初次发病，为单侧病灶，位于基底节区、侧脑室旁、半卵圆中心或脑桥且均累及了白质区，有不同程度的肢体运动功能障碍。患者听力、理解力基本正常，能够配合检查和治疗；所有患者均无MRI检查禁忌症，无其它神经系统疾病、精神病和外伤史。所有受检者均签署知情同意书。

1.2 MRI检查及神经功能评定

1.2.1 MRI序列及扫描方法

每例患者分别在康复前及康复后进行两次MRI检查。使用美国GE公司HDx Twinspeed 3.0T MR扫描仪，标准头线圈。MR序列包括：常规轴位T1FLAIR、T2WI、FLAIR以及DTI序列。DTI采用单次激发自旋回波-平面回波技术 （Single-shot echo-planar imaging，EPI），扫描参数：TR=8000ms，TE=96ms；采集矩阵为 160×160；1次激励 （NEX=1）；视野（FOV）：22 cm×22 cm；层厚5 mm；层间隔0；弥散加权系数b=0、b=1 000 s/mm2，弥散敏感梯度方向25个。DTI的采集时间为216 s。

1.2.2 DTI图像后处理及分析

将 DTI图像传送至 GE Advantage Windows 4.4工作站，应用Functool软件，重建出各向异性分数（Farctional anisotropy，FA）图。通过在FA图上放置感兴趣区的方法来获得FA值。感兴趣区放置的区域包括：①梗死灶及对侧相应部位正常脑组织；②梗死灶的同侧及对侧大脑脚。感兴趣区面积为15mm2。然后，重建出双侧皮质脊髓束，观察病灶和皮质脊髓束的关系。病灶与皮质脊髓束的关系可以分为：1级：皮质脊髓束走形自然、形态完整；2级：皮质脊髓束受压、推移、稀疏；3级：皮质脊髓束截然中断。

1.2.3 康复治疗与神经功能评分

康复治疗时间为30 d，在此期间患者每天进行运动疗法、作业疗法、平衡功能训练、经颅磁刺激、超短波等多项康复治疗，每天4 h，每周6.5 d，30 d为一个周期。每次MRI检查前2 h分别采用简式Fugl-Meyer运动功能评分法（FM）和Barthel生活指数（BI）评定卒中患者肢体运动功能损害的程度和日常生活能力状况。其中FM评分法各项最高分为2分，上肢+手33项，共66分，下肢17项共34分，上下肢合计100分。BI评定：完全正常为100分，60分是能否独立的分界点。

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0统计分析软件对采集数据进行分析。病变侧与对侧正常脑组织的参数采用配对t检验进行分析比较，两组之间康复治疗前后的比较采用独立样本t检验，皮质脊髓束继发性损害与神经功能评分之间的相关关系采用Spearmean相关分析法。以P＜0.05作为检验水准。

2 结果

2.1 按照病变与皮质脊髓束的关系分组

本研究中的23例患者根据病灶与皮质脊髓束的关系分为A、B两组。A组：皮质脊髓束分级为2级，9例；B组：皮质脊髓束分级为3级，14例 （图1，2）。

2.2 康复治疗前梗塞灶、大脑脚与健侧相应区域FA值的比较

23例患者病灶侧的FA值及大脑脚区FA值均较对侧相应正常脑组织的FA值降低，对两侧脑组织的FA值进行配对t检验，P＜0.001，两侧脑组织FA值差异有统计学意义（表1）。

表1 23例患者康复前病灶处、大脑脚与健侧相应区域FA值比较（±s）

表1 23例患者康复前病灶处、大脑脚与健侧相应区域FA值比较（±s）

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2.3 康复治疗前患侧大脑脚FA值与对侧相应部位的比值

A组：患侧大脑脚FA值与对侧相应部位的比值 （rFA）为 0.904±0.039；B组：rFA值为 0.746± 0.111。经独立样本t检验（t=4.066，P＜0.01），两组患者的rFA值的差异具有统计学意义。

2.4 康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值的变化

两组患者康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值下降的百分比经独立样本t检验 （t=-6.438，P＜0.001），具有统计学差异（表2）。

图1 皮质脊髓束分级为2级。男，59岁，左侧肢体活动不灵23 d。MRI诊断右侧脑室体旁、基底节区脑梗塞（图1a，1b）。右侧病灶周围皮质脊髓束略受压向外移位，较左侧略稀疏（图1d，1g），右侧皮质脊髓束远端较左侧稀疏（图1g，1h）。病灶及大脑脚处的FA值较对侧相应区域略有降低（图1c，1e）。 图2 皮质脊髓束分级为3级。女，51岁，右半身活动不灵伴言语不清63 d。MRI诊断左侧脑室旁梗塞（图2a，2b）。病灶处的皮质脊髓束破坏中断，左侧皮质脊髓束上部分明显缺失，远端较右侧明显稀疏（图2d，2f～2h）。病灶处及大脑脚层面皮质脊髓束FA值左侧明显低于右侧（图2c，2e）。Figure 1. Corticospinal tract Grade 2.A 59-year-old male patient with the left limb activity ineffective for 23 days.MRI diagnosis of cerebral infarction in right periventricular and basal ganglia(Figure 1a,1b).Corticospinal tract around the right lesions was slightly pressed and shifted outward,slightly sparse compared to the left(Figure 1d,1g).The right distal corticospinal tract was sparse compared to the left (Figure 1g,1h).FA values at the lesions and cerebral peduncle were decreased slightly compared to the contralateral corresponding region (Figure 1c,1e). Figure 2. Corticospinal tract Grade 3.A 51-year-old female patient with the right limb activity ineffective and slurred speech for 63 days.MRI diagnosis of cerebral infarction in the left periventricular region(Figure 2a,2b).Disruption and interruption of the involved CST,and distal part was obviously sparse compared to the right(Figure 2d,2f～2h).FA values at the left lesions and cerebral peduncle were significantly lower than that of the right side(Figure 2c,2e).

计算公式：（健侧大脑脚FA值-患侧大脑脚FA值）/健侧大脑脚FA值×100%。

2.5 康复治疗前后临床评分情况

康复治疗前后两组患者运动功能评分FM （t= 5.256，P＜0.001）及日常生活能力评分BI（t=-2.574，P＜0.05）的差异均有统计学意义（表3）。

2.6 皮质脊髓束损伤与临床评分的相关关系

康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值减少的百分数与FM评分增加的百分数之间呈负相关（r=-0.624，P＜0.01），与BI变化的百分数之间无明显相关性（P＞0.05）（图3）。

3 讨论

3.1 磁共振DTI

图3 康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值下降的百分数与FM评分增加的百分数之间呈负相关（r=-0.624，P＜0.01），与BI变化的百分数之间无明显相关性（P＞0.05）。Figure 3. Before and after rehabilitation,the reduction percent of FA value in the cerebral peduncle CST of the two groups correlated negatively with the increase percent of FM(r=-0.624,P< 0.01),but not with the percent change of BI（P＞0.05）.

表2 康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值的变化（±s）

表2 康复治疗前后大脑脚皮质脊髓束FA值的变化（±s）

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表3 康复治疗前后Fugl-Meyer（FM）运动功能及Barthel（BI）生活指数评分（±s）

表3 康复治疗前后Fugl-Meyer（FM）运动功能及Barthel（BI）生活指数评分（±s）

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DTI是在常规MRI和DWI技术的基础上发展起来的一种新的磁共振成像技术，其基本原理是利用水分子在不均质组织中的弥散具有各向异性特征进行成像。其中最常用的主要参数是FA，FA值是描述脑白质纤维各向异性特征的主要参数之一，其大小与髓鞘的完整性、纤维致密性及平行性有密切关系[2]。FA值表示各向异性与整个扩散的比值，其范围在0～1，1表示最大各向异性，FA值越大，神经传导功能越强[3-4]。DTI使用至少在6个方向的扩散梯度测定水分子的扩散，本研究采用的是25个方向扩散梯度的DTI，真正从三维空间上显示脑组织水的扩散特性。

3.2 皮质脊髓束分级与临床预后之间的关系

脑梗死后约有3/4以上的患者有不同程度的肢体运动功能障碍，主要是病变累及皮质脊髓束所致[5]。目前关于皮质脊髓束与梗塞灶的位置关系[6]以及与患者预后之间的关系成为近年来的研究热点问题[7]。在既往试验中，1.5T MRI显示出梗塞后皮质脊髓束形态的变化，发现皮质脊髓束如无受压、中断等，临床上也无瘫痪等表现；若仅受压而无中断，则治疗后肌力有恢复；若中断破坏则肢体症状无恢复[8]。相似的研究还有Kunimatsu等[9]利用纤维追踪技术成功显示了急性期脑梗死灶与皮质脊髓束之间的空间关系，结果显示皮质脊髓束接近梗死灶但没有穿过病灶时，患者的运动功能恢复很好，徒手肌力测试（MMT）为满分；而皮质脊髓束穿过病灶时，患者经过一段时间的康复，MMT并没有得到明显改善。本研究中A、B两组患者经康复治疗后运动功能评分增加的百分数的差异有统计学意义，也就是A组患者皮质脊髓束接近梗死灶但没有穿过梗死灶，他们的预后要好于B组梗死灶穿过皮质脊髓束的患者。本研究结果与以往研究结果相似。因此，DTI可以更加立体直观地观察梗塞灶与白质纤维束的关系，在评价脑梗死患者运动功能恢复的预后方面有重要的价值。

3.3 皮质脊髓束FA值与临床预后之间的关系

在本研究中所有患者梗死区FA值较对侧相应区域FA值明显降低，经配对t检验，两侧差异有统计学意义。FA值较健侧持续降低，我们推测可能是由于限制水弥散的障碍物的进一步降解，使水分子在相同的弥散时间内可以有更大的位移空间，水分子弥散强度加大，使各向异性特征（FA值）进一步丧失的结果。

局灶性脑梗死后，远离梗死灶的皮质脊髓束远端神经纤维发生Wallerian变性已被动物实验及尸体解剖的病理检查所证实[10]。在一项大脑中动脉区脑梗死的小样本研究中，起病2周内即可见病灶侧大脑脚FA值的降低[11]。本研究也发现了梗死灶远端同侧大脑脚皮质脊髓束FA值均较对侧相应区域明显减低，经配对t检验，两侧差异有统计学意义。脑梗死灶远端皮质脊髓束FA值的降低，可能揭示了脑内梗死灶皮质脊髓束纤维受到缺血性破坏后，其远端神经纤维发生华勒氏变性，纤维结构逐渐分解破坏的现象[12-13]。

本研究在测定梗死灶远端大脑脚皮质脊髓束与对侧相应区域FA值的基础上，还计算了相对FA值（rFA）。rFA=患侧FA值/健侧FA值。Moller等[14]跟踪随访了5名脑梗死患者，分析他们运动功能恢复的情况，发现皮质脊髓束FA指数 （患侧FA值/健侧FA值）可以预测脑梗死后运动功能恢复的程度，FA指数降低预示运动功能恢复较差，当FA指数大于0.85时临床预后相对较好。本研究中两组患者的rFA值分别为0.904±0.039和0.746±0.111，两组rFA值差异具有统计学意义，而且A组患者运动功能恢复情况明显好于B组，与以往研究结果相似。

在临床评分方面，康复治疗前后FM评分增加的百分数与皮质脊髓束FA值降低的百分数之间呈负相关，与BI评分的变化无明显相关性。说明FA值降低反映了轴索完整性的破坏、Wallerian变性的发生，而且FA值降低越明显，运动功能恢复越差。

关于梗死灶远端大脑脚FA值下降的百分数，以往研究中报道的各不相同。2000年Werring等[15]首次将DTI应用于临床，对5例大脑中动脉供血区脑梗死后2～6月的患者进行研究，结果发现大脑脚的FA值减少15%。相似的研究还有Liang等[16]对12例皮层下梗死患者的研究，脑梗死后1周～3月，病灶远端皮质脊髓束的FA值减少12%。本研究中A组患者大脑脚 FA值下降的百分数为 （6.36± 2.30）%，低于以往研究结果，我们推测可能是因为康复治疗的介入的结果，但还需要大量样本长时间的随访才能够证实。

总之，DTI可以更加直观的显示病灶与皮质脊髓束的空间位置关系，并可以作为判断皮质脊髓束损伤的量化指标，将为临床医生判断患者预后提供更多的重要信息。

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