弥散张量成像在缺血性脑卒中的应用研究进展

邵晨兰 综述，余 茜审校

SHAO Chen-lan，YU Qian

(1.泸州医学院，四川 泸州646000 ;2.四川省医学科学院·四川省人民医院川港康复中心，四川 成都610072)

核磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一种水弥散成像技术，通过水分子的弥散定量反映大脑白质及深部灰质的微结构改变。DTI 可以无创地跟踪脑内白质纤维并显示脑内病变对白质纤维形态结构直接或间接的影响，目前在脑血管意外诊断、判断预后等方面的研究中取得了一定进展。本文主要分析DTI 基本原理及其在缺血性脑卒中的应用研究进展。

1 DTI 的基本原理及常用参数

DTI 是在磁共振弥散加权成像(DWI)基础上发展起来的一种成像方法，通过在DWI 的基础上施加多个线性方向的敏感弥散梯度而测量水分子在各个方向上弥散的程度。人体内的水分子同体外水分子的运动不同，它受组织细胞本身特征和细胞内部结构的影响。在均匀介质中，水分子任何方向的弥散系数都相等，称为各向同性弥散(isotropic diffusion)，即弥散不受方向的限制。平均弥散率(mean diffusivity，MD)可反映弥散张量的各向同性。在大脑白质中由于神经纤维束具有固定排列顺序，水分子在各个方向的弥散是不同的，通常更倾向于沿着神经纤维束走行的方向进行弥散，而很少沿着垂直于神经纤维束走行的方向进行弥散，这称为各向异性弥散(anisotropic diffusion)。DTI 成像的基本原理就是水分子在不均匀介质中的弥散具有各向异性特征。定量评价弥散张量各向异性的指标有:各向异性分数(fractional anisotropy，FA)、相对各向异性(relative anisotropy，RA)、容积比(volume ratio，VA)等，其中FA 是描述弥散张量各向异性特征的最常用参数之一，其范围在0 ～1，0 代表最大各向同性弥散，1 代表最大各向异性弥散，临床上主要用来反映发育过程中脑白质的髓鞘化程度或变性病中纤维束的破坏。其大小与髓鞘完整性、纤维致密性及平行性有密切关系，能够反映白质纤维是否完整。FA 值越大，神经传导功能越强［1］。

2 DTI 在缺血性脑卒中的应用研究

2.1 缺血性脑卒中认知障碍 大脑认知功能障碍是缺血性脑卒中患者最常见的功能障碍之一，以往影像学研究者对认知障碍的研究多集中在大脑皮质的改变，如血氧水平依赖性功能磁共振成像(BOLDfMRI)技术对认知障碍在大脑皮层的功能定位，但认知功能不仅基于大脑皮层的激活，更重要的是基于这些功能区之间白质纤维束的连接，有研究发现认知障碍的患者脑白质区存在广泛的微结构改变［2］。Gold 等［3］研究发现皮层小梗塞和脑室周围白质脱髓鞘病变可明显影响认知功能。徐群等［4］发现皮质下缺血性脑血管病患者的语言功能和视空间功能与MD 或FA 值之间没有相关，提示这两项认知功能不主要依赖于皮质下结构的完整性。刘中华等［5］对单侧脑室旁辐射冠区和(或)半卵圆中心的脑梗死患者进行研究发现脑梗后1 周、2 月、6 月病灶侧海马区FA 值下降，认为皮层下脑梗死患者存在病变同侧海马相关神经纤维的继发性远隔损害，并可能影响认知功能的恢复。Reijmer 等［6］研究17 例腔隙性脑梗死患者，发现传统磁共振显示出的腔梗灶向上2 cm 处的白质FA 值下降，这部分受影响的白质可能和皮质下脑梗死患者认知障碍有关。Williamson 等［7］对发病后3 ～6 个月的缺血性脑卒中患者行DTI 检查，同时评估患者工作记忆、注意力、言语功能、视空间功能、情绪等，发现大脑额叶和顶叶白质与认知和情绪更密切相关。另外也有学者对老年脑卒中患者行DTI 检查发现认知加工速度、注意力与额叶白质有关，记忆障碍和颞叶白质有关［8，9］。

2.2 缺血性脑卒中运动障碍 脑梗死后约3/4 以上的患者会残留不同程度的肢体功能障碍，运动功能的恢复直接影响到患者的生活质量。磁共振弥散张量成像可以有效观察脑梗死后白质纤维束损伤变性、梗死灶和纤维束的关系及判断疗效、评估运动功能预后等。Koyama 等［10］对发病后14 ～18 天的辐射冠区脑梗死患者进行DTI 检查，1 个月后采用Brunnstrom 量表评估患者上肢、下肢和手功能分级，发现大脑脚FA 值与上肢和下肢运动功能分级都存在相关。梁志坚等［11］研究发现脑梗死后远端神经纤维继发性损害可以发展到颈髓部位，这种继发性损害在脑梗后12 周内逐渐加重，并且颈髓皮质脊髓束的继发性损害可能延缓患者运动功能的恢复。Liu 等［12］对缺血性脑卒中患者在发病后不同时期测大脑脚皮质脊髓束FA 值、ADC 值，并取患侧与健侧比值rFA、rADC，8 个月后对患者运动功能进行评分，发现脑梗死2 周后的FA 值、rFA 值和远期运动功能恢复有关。Lindenberg 等［13］研究35 例慢性脑卒中患者，发现患侧大脑所有下行运动纤维束的数量和FA 值与锥体束相比能更好预测运动功能障碍。因此，DTI 在脑梗死后可通过对梗死侧皮质脊髓束FA 的计算判断其变性程度，并预测患者的运动功能转归。弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年来MRI 技术的一项重大进展，它是利用弥散张量的数据，来重建大脑白质纤维束的三维图像，可显示纤维束的立体形态，也可显示梗死灶与纤维束的关系，如接近、穿行(部分、完全)、中断等。Nelles 等［14］研究脉络膜前动脉梗死的患者，发现皮质脊髓束穿过梗死灶和中断的患者3 个月后运动功能评分差，而梗死灶大小与运动评分无相关。刘树荣等［15］通过脑梗死后皮质脊髓束分级与肢体运动功能评分(FMS)进行分析发现患者运动功能恢复与皮质脊髓束的DTT 分级呈负相关，DTT 分级越高，治疗后FMS 评分越低，脑梗死后纤维束中断的患者运动恢复不佳。

2.3 缺血性脑卒中诊断 DWI 对超急性及急性脑缺血的定性、定位诊断的临床价值已被公认。联合运用DTI 脑梗死分期可以更准确［16］。刘青蕊等［17］发现不同时期脑梗死病灶其FA、ADC 值有一定规律变化，FA 值在超急性期无明显变化，在急性期、亚急性期及慢性期逐渐降低，ADC 值在超急性期、急性期明显减低，亚急性期逐渐恢复接近于健侧，慢性期再度增高。也有学者研究在脑梗死超急性期FA值是升高的。超急性期FA 值增高的原因［20］可能是由于脑组织处于细胞毒性水肿期，髓鞘纤维肿胀，纤维束间隙变小、细胞外间隙迂曲，垂直纤维走形的水分子弥散受限，相对应的FA 值升高。Bhagat等［18］研究13 例缺血性脑卒中患者，分别在发病超急性期(2.5 ～7 h)和急性(21.5 ～29 h)测患者大脑梗死区域FA 值、MD 值，发现在超急性期13 例患者中有9 例FA 值在深部白质、皮质下白质、深部灰质、皮质灰质的至少一个组织中是增大的;急性期13 例患者中有11 例FA 值在至少一个组织中是降低的;发病24 小时以后rFA 降低稳定。Puig 等［19］分析48 例发病(﹤12 h)缺血性脑卒中患者，分别测大脑两侧皮质灰质、深部灰质、皮层下白质和深部白质皮质脊髓束的FA 值、MD 值、ADC 值，取大脑患侧与健侧比值rFA、rMD、rADC，发现其中深部白质皮质脊髓束的rFA 对分辨发病小于4.5 小时的脑梗死最可靠。DTI 也有助于确定半暗带及其治疗时间窗。脑梗灶中心坏死区的神经损伤是不可逆的，但围绕在坏死区周围的缺血半暗带组织损伤是可逆的。钟进等［20］应用MR 扩散张量成像技术对急性脑梗死行动态观察，认为在缺血的超急性期，急性期病灶的边缘区存在半暗带组织，其治疗的时间窗可扩展为24 小时。因此超急性脑梗塞快速的诊断和治疗对患者预后有重大影响，当脑梗塞由超急性期过度到急性期，脑细胞开始坏死，治疗效果不理想。

3 DTI 的不足与展望

DTI 作为一种新的影像学技术，在脑梗死中的研究还处于早期阶段，有其不可忽视的局限性，主要有扫描和采集数据的方法不同、部分容积效应的影响、噪声及伪影问题、图像分辨率低，较小的纤维束显示不清或不能显示等，但是相信随着影像学技术的发展，这些缺点会得到解决。未来DTI 与fMRI、脑电图等的有效结合，在研究脑结构和功能之间的关系、神经认知等方面应该可以有更大的发展空间。

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