磁共振弥散张量成像对早期弥漫性轴索损伤的诊断价值

易亚辉 周海航 陆忠烈 肖跃将 马春燕 刘 虎 苏 刚 汤伟军 姚振威

2 复旦大学附属华山医院放射科

弥漫性轴索损伤（diffuse axonal injury,DAI）是目前最重要的脑外伤类型之一，是引起严重脑功能障碍、死亡、严重致残及植物生存的重要原因。传统磁共振成像技术对脑损伤的评估不能全面，因此常常会低估DAI损伤程度及范围。磁共振张量成像（DTI）是近年来发展起来的新技术，具有定性定量显示脑组织完整性、病理性改变及功能变化。因此，本研究临床证实DAI患者行早期（受伤10日之内）常规MR检查及DTI检查，测量其各向异性分数（FA)值，并与正常对照组相比较，以期对其病情的早期评估。

方 法

1.临床资料

收集嘉兴第二医院2011年5月～2014年8月经临床和影像资料确诊的DAI患者22例，其中男性16例，女性6例，年龄11～71岁，平均45.6岁。其中车祸伤17例，高处坠落伤3例，打击伤2例。伤后均出现立即昏迷或持续昏迷，昏迷时间＜30min 7例，30min～6h 6例，＞6h 9例；入院时格拉斯哥昏迷量表（Glasgow coma scale，GCS)评分：重度昏迷（3～8分）10例，中度昏迷（9～12分）5例，轻度昏迷（13～15分）7例。其中伤后7～13d出现肢体功能障碍13例，4d出现失忆5例，6～9d出现癫痫发作6例。全部患者于外伤后10d内行磁共振检查。12例健康志愿者为正常对照组，年龄25～56岁，平均42.3岁，其中男性7例，女性5例，无外伤史或脑卒中史。所有志愿者均签署知情同意书。

DAI病例纳入标准：①有明确的外伤病史；②伤后昏迷或持续昏迷；③常规CT、MRI发现双侧大脑半球内局部脑挫裂伤，部分病例大脑皮质和髓质交界处、脑干、基底神经核团及胼胝体等有单发或多发出血灶（直径≤2cm)、蛛网膜下腔出血或脑弥漫性肿胀，中线结构未见明显移位；④患者颅内压增高程度与患者病情不一致；⑤患者病情稳定，可以进行MRI检查；⑥排除患者有脑肿瘤、脑梗死及脑内慢性疾患。

2.扫描参数

采用美国GE公司 Signa excite 1.5T HD TwinSpeed 超导磁共振扫描仪，8通道头线圈，两组受试者除均进行常规扫描外，均加行DTI扫描，常规扫描主要包括横断位T1FLAIR（TR1860ms，TE19ms，TI720ms）、T2WI（TR3900ms，TE102ms)、T2FLAIR(TR7600ms，TE120ms，TI1900ms)和DWI（TR4300ms，TE80ms），矢状位T1FLAIR（TR1860ms，TE19ms），层厚6.0mm，层间距1mm；DTI扫描采用单次激发自旋回波平面成像序列，选取弥散敏感系数b值1000s/mm2，方向数15，层厚4.0mm，无间隔扫描。矩阵288×224，FOV16cm×16cm。扫描范围：从颅底扫描至颅顶。

3.图像后处理及统计学分析

将所有DAI患者及健康志愿者DTI图像传到工作站ADW4.3，应用Functool 5.4.07软件进行后处理。在FA图像上ROI位置选择胼胝体压部、膝部、双侧内囊前后肢及半卵圆中心，大小约15～20mm2，然后测量FA值，测量时外伤患者避开影像上出血、水肿等病变区域，选取其平均值进行t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。对DAI组病灶区FA值与GCS评分进行Spearman 秩相关分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.DAI组患者一般情况

DAI组22例患者中3例常规CT和MRI检查表现正常，但临床有持续昏迷，TDI表现点状高信号（图1）。5例有颅骨不同部位骨折，18例有脑挫裂伤，其中发生于胼胝体压部13例（图2），胼胝体膝部9例，额颞顶叶8例，半卵圆中心6例，左侧内囊6例，右侧内囊7例，基底节区5例，脑干1例；蛛网膜下腔出血14例，硬膜外血肿5例，硬膜下血肿9例。

2.DTI结果及分析

正常对照组行DTI扫描，测量各ROI区域FA值，在正常对照组中（表1），胼胝体压部FA值最高，其次是胼胝体膝部，正常人双侧相应区域，左侧FA值较右侧FA值略高，差别没有统计学意义。与对照组比较（表2），DAI组早期胼胝体压部、胼胝体膝部、内囊前肢、内囊后肢FA值有明显的降低，差异有统计学意义(P值分别为0.000、0.000、0.001、0.028）。从各感兴趣区FA值与患者GCS评分的相关系数及相应P值中（表3），DAI组早期胼胝体压部FA值与GCS评分具有的相关性（P值＜0.05）。

表1 对照组各感兴趣区平均FA值

表2 DAI组早期与对照组双侧FA均值比较

图1 车祸伤后4天，伤后持续昏迷。A.T2WI 胼胝体压部右侧小片状高信号(箭）。B.FA图胼胝体压部右侧各向异性性下降（箭）。C.DTI示胼胝体右侧纤维束局部形态不规整，连续性不佳（箭）。

图2 车祸伤4天。A.T2WI未见明显异常信号影。B.TDI示右侧半卵圆中心点状高信号（箭）。图3 正常志愿者FA图。

表3 DAI组FA值与GCS评分相关分析

讨 论

弥漫性轴索损伤是一种闭合性、弥漫性颅脑损伤，其发病机制是由于头颅受到特定的外力作用，脑白质与灰质因惯性加速度不同而产生瞬间剪切力作用于神经纤维，从而导致相应部位脑组织的轴索结构破坏和小血管撕裂[1]。Strich等于1956年通过5例严重闭合性脑外伤病人的尸检材料，发现DAI的病理学改变，轴突回缩球形成是DAI特征性病理征象[2]。双侧大脑皮质-髓质交界处、白质、胼胝体、脑干等部位是剪切力易损伤区，DAI病灶的特征性部位主要集中在轴索密集的胼胝体、内囊、基底节区及脑干等中线区域[3]。本研究13例发生于胼胝体压部，9例发生于胼胝体膝部，8例发生于额颞顶叶，6例发生于半卵圆中心，6例发生于左侧内囊，7例发生于右侧内囊，5例发生于基底节区，1例发生于脑干，其中发生于胼胝体区的病灶最多，这可能与胼胝体位于大脑半球纵裂的底部，相对较牢固解剖结构相关（图3），所以当产生特定的外力时该处结构更易损伤。

由于弥漫性轴索损伤病理改变的特殊性及病灶的微小性，传统影像学检查常不能显示出损伤的区域，更无法直接对患者伤情和预后的评估，因此，准确及时早期发现这些患者损伤的程度和范围，以便临床早期评估病情，对患者的治疗及预后具有重要的意义。磁共振张量成像（DTI)通过对水分子弥散各向同性和各向异性的定量，可以提供脑部细微结构的信息[4]。同时DTI对神经纤维束的走形方向可以完整的显示，能在DAI损伤的早期发现病灶，提高DAI患者的预后（图2）。DTI最常见有两个参数，即部分各向异性和表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC)。FA是指弥散的各向异性成分与整个弥散张量的比值，其数值为0～1，脑白质的弥散在与神经纤维方向一致时，其弥散FA值最大，接近于1，当神经纤维的完整性受到破损时，FA值降低，FA值与神经元脱失、神经纤维方向改变关联密切，因此被称为“髓鞘损失的指针”[5]。本研究中，正常对照组胼胝体压部FA值最高，其次是胼胝体膝部，正常人双侧相应区域，左侧FA值较右侧FA值略高，差别没有统计学意义，DAI组早期胼胝体压部、胼胝体膝部、内囊前肢、内囊后肢FA值降低，与对照组的差异有统计学意义，DAI患者早期FA值的降低可能是由于DAI患者轴索细胞膜肿胀、扭曲，水分子在平行于轴索方向的阻力增加，扩散减弱，而垂直于轴索方向的扩散加强，导致水分子扩散的各向异性降低。在常规影像上有些病灶没有水肿或出血，而FA值降低，提示DAI组患者这些部位也存在轴索损伤（图3）。有研究[6]显示损伤区FA值降低可能与损伤使局部脑组织破坏引起该部位各向异性降低有密切相关。本研究胼胝体压部、胼胝体膝部及内囊前肢、后肢FA值的降低，这与而脑外伤患者中DAI最易出现的区域包括皮髓质交界区、内囊和胼胝体等深部白质纤维及脑干上部有关。姜兴岳等[7]研究认为FA值降低不仅出现胼胝体、内囊，半卵圆中心区域也出现FA值降低，本研究半卵圆中心区域未出现FA值得降低，可能与我们使用1.5T成像设备敏感准确度略低有关，有待于进一步研究。本研究是针对DAI患者行早期DTI检查，有利于临床对DAI患者早期治疗及减少并发症的发生。

目前，临床GCS评分主要依据昏迷程度评估脑损伤的严重程度，将创伤性脑损伤患者分为三度：轻度（13～15分）、中度（9～12分）及重度（3～8分）。本研究收集重度昏迷（3～8分）10例，中度昏迷（9～12分）5例，轻度昏迷（13～15分）7例，本研究发现，胼胝体压部的FA值与GCS评分成正相关(r=0.736，P＜0.05)，即DAI患者损伤越严重，FA值越小，与以往文献报道一致[8-9]。笔者分析原因可能包括：主要与胼胝体压部解剖及功能有关，胼胝体压部前后径较大且肥厚，受到外力撞击作用较大，且胼胝体压部容易损伤，其次胼胝体压部的神经纤维较为密集，是连接双侧颞枕叶的神经纤维，其损伤往往出现下肢运动、感觉功能障碍、同向偏盲、失读和失语等症状，与GCS评分关系密切，因此与GCS评分有较强的相关性。但本研究中也发现，内囊及半卵圆中心部位FA值与GCS评分之间均无显著相关性，可能原因：内囊位于尾状核和丘脑与豆状核之间的带状髓质结构，外伤时受到剪切力较小，所以DAI患者出现神经功能障碍症状较轻，因此与GCS评分之间无显著相关性。脑干损伤患者可出现深昏迷及严重的运动感觉等功能障碍，预后常不良[10]。刘克君等[11]研究认为脑干区平均FA值与患者GCS评分之间存在显著的正相关，本研究没有将脑干区域纳入测量FA值，主要原因是脑干受颅底骨结构的影响，脑干区域DTI成像形状改变明显，定位及测量准确性差。随着磁共振软件的迅速发展与完善及硬件的更新，FA值得测量将会更加准确和便捷，在外伤患者应用会更加广阔。

总之，DTI是DAI患者病灶检出的敏感序列，胼胝体压部、胼胝体膝部、内囊前肢及内囊后肢部位FA值的降低可以为DAI诊断、病情的评估、治疗及预测患者的预后等方面提供更多的影像学依据。

[1]Buki A,Povlishock JT.All roads lead to disconnection?Traumatic anxnal injury revisited.Acta Neurochir(Wien)，2006，48：181-193.

[2]董景敏，张培功，姜兴岳，等.磁共振弥散张量成像在弥漫性轴索损伤中的研究.实用放射学杂志，2011，27：653-657.

[3]冯振广，李 牧，夏 爽，等.SWI联合DWI对弥漫性轴索损伤诊断和预后评价髓外价值.天津医科大学学报，2013，4：300-304.

[4]Gasparetto EL，Rueda Lopes FC，Domingues RC，et al.Diffusion imaging in traumatic brain injury.Neuroimaging Clin N Am，2011，21：115-125.

[5]张海都，刘国瑞，孔令梅，等.弥散张量成像对弥散性轴索损伤的诊断价值.现代医用影像学杂志，2013，22：80-83.

[6]马梦华，洪 军，王海平，等.胼胝体挫伤的磁共振扩散张量成像研究.临床放射学杂志，2008，27：757-760.

[7]姜兴岳,谢庆芝,陈 亮,等.DTI对急性弥漫性轴索损伤的应用研究.放射学实践,2013,28:29-33.

[8]庄步峰，王洪财，段志新，等.弥散张量成像对弥漫性轴索损伤的定量研究.神经损伤与功能重建，2012，7：12-128.

[9]武 刚，钟 叶，詹青霞，等.磁共振弥散张量成像对弥漫性轴索损伤的诊断价值[J].中国临床医学，2013，20：823-825.

[10]Skandsen T，Kvistad KA，Solheim O，et al.Prevalence and impact of diffuse axonal injury in patients with moderate and severe head injury：a cohort study of early magnetic resonance imaging findings and 1-year outcome.Neurosurg，2010，113：556-563.

[11]刘克君，荆国杰，姚晓腾，等.弥散张量成像诊断弥漫性轴索损伤的敏感性及意识状态研究.中华神经医学杂志，2013，12：944-946.