扩散张量成像与急性脑干缺血性卒中患者运动功能预后的相关性

王 旭 WANG Xu

刘 斌2 LIU Bin

杨 明2 YANG Ming

杨亚茹2 YANG Yaru

孟宪平1 MENG Xianping

刘冬柏3 LIU Dongbai

扩散张量成像与急性脑干缺血性卒中患者运动功能预后的相关性

王 旭1WANG Xu

刘 斌2LIU Bin

杨 明2YANG Ming

杨亚茹2YANG Yaru

孟宪平1MENG Xianping

刘冬柏3LIU Dongbai

作者单位
1. 东南大学附属江阴医院放射科 江苏江阴214400
2. 东南大学附属中大医院放射科 江苏南京210000
3. 东南大学附属江阴医院神经内科 江苏江阴 214400

目的 探讨磁共振扩散张量成像（DTI）诊断及预测急性脑干缺血性卒中患者运动功能的价值。资料与方法 20例急性脑干缺血性卒中患者及20例健康成人（对照组）进行DTI检查，测量梗死灶及对侧相应部位各向异性分数（FA），患侧及健侧大脑脚、内囊后肢FA值，皮质脊髓束的数量和长度；同时测量对照组左、右侧对应区域的指标。观察FA值、皮质脊髓束的数量和长度与缺血性脑卒中患者入院时、卒中后3个月及6个月美国国立卫生研究院卒中评分量表（NIHSS）评分的相关性。结果 脑干缺血性卒中患者的梗死灶、梗死侧大脑脚、内囊后肢FA值及梗死侧皮质脊髓束的数量均显著低于健侧（P＜0.05），卒中第1周梗死侧大脑脚相对FA（rFA）与卒中入院时、卒中3个月及6个月的NIHSS评分（r=－0.51、－0.56、－0.60，P＜0.05）、上下肢肌力评分（r=－0.60、－0.51、－0.62，P＜0.05）呈显著负相关，而梗死灶、患侧内囊后肢rFA及梗死侧/健侧纤维束数量、长度比值与NIHSS评分、肌力评分无明显相关性。结论 大脑脚的rFA（＜7 d）有助于临床早期评价及预测急性脑干梗死患者的运动功能恢复。

卒中；脑缺血；急性病；磁共振成像；扩散张量成像；预后

脑干的神经解剖结构复杂，局部神经核团及传导纤维密集，故脑干缺血性脑卒中的临床表现较为复杂，主要表现为偏瘫或四肢瘫、吞咽、发音困难、高热、意识障碍等。目前常规扩散加权成像（DWI）已经能够早期明确诊断本病，并开始运用扩散张量对脑卒中运动功能的预后进行研究[1-3]，然而上述研究均主要关注幕上缺血性脑卒中患者，并未对后循环血流障碍的幕下缺血性脑卒中进行深入研究，其对预后的预测价

论著 Original Research值尚未探讨。本研究通过观察20例脑干缺血性脑卒中患者的扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）及扩散张量纤维束成像（diffusion tensor tractorgraphy，DTT）的特点，探讨皮质脊髓束与卒中时、卒中后3个月及6个月运动功能状态的关系，以分析DTI及DTT对幕下缺血性脑梗死患者运动康复的预测价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集 2012年12月—2014年5月在东南大学附属江阴医院行MRI扫描的20例脑干缺血性脑卒中患者，均符合中华医学会脑梗死诊疗标准[4]。其中男16例，女4例；年龄50～66岁，平均（60.3±4.9）岁；受教育年限（9.6±2.7）年，脑干缺血性脑卒中的体积为（1.06±0.82）cm3。纳入标准：①首次发病；②病程＜7 d；③患者意识清楚、生命体征正常；④单发脑干缺血性脑卒中；⑤无其他颅内病变及精神疾病。排除标准：①脑内多发病灶；②在检查过程中由于头部移动等原因造成图像成像质量不佳者。随机选择同期年龄、性别与脑卒中患者匹配的20例健康成人作为对照组，均无中枢神经系统疾病史，头颅MRI扫描均未见明显器质性异常。其中男15例，女5例；年龄50～66岁，平均（60.5±5.2）岁，受教育年限（9.7±2.4）年。两组年龄、性别比及受教育程度差异均无统计学意义（P＞0.05）。所有受检者均知情同意，本研究经东南大学附属江阴医院医学伦理委员会批准。

1.2 临床量表评分 脑卒中患者在卒中入院时采用美国国立卫生研究院卒中评分量表（National Institutes of Health Stroke Scale，NIHSS）进行评分，并将其中第5、6项有关上下肢运动评分的结果单独列出记录。其中17例于卒中后3个月和6个月再次进行NIHSS评分。

1.3 MRI检查 采用Philips Achieva 3.0T超导型MRI仪，先行常规MRI脑部平扫，扫描序列：T1WI-IRTSE：TR 2000 ms，TE 20 ms，TI 800 ms；T2WI-TSE：TR 9000 ms，TE 115 ms；T2-FLAIR：TR 9000 ms，TE 120 ms，TI 2600 ms；DWI：TR 2979 ms，TE 110 ms， b值取1000 s/mm2。DTI成像采用单次激发自旋回波序列（SE-EPI），扫描参数：TR 8000 ms，TE 83 ms，翻转角90°，视野224 mm×224 mm，矩阵112×112，层厚2 mm，无间距，激励次数2次，扩散敏感梯度方向32，b值取800 s/mm2，扫描范围自枕骨大孔至颅顶部。

1.4 数据分析 原始数据传至工作站，采用自带DTI处理软件分析，获得各向异性分数（fractional anisotropy，FA）图，测量梗死灶及其对侧相应部位、患侧及健侧大脑脚、内囊后肢的FA值，同时计算两侧皮质脊髓束的数量和长度。所有数据均计算患侧/健侧比值，得到卒中的偏侧性值rFA、梗死侧/健侧纤维束数量（rnum）、长度比值（rlen）。皮质脊髓束的重建选取FA图上通过内囊后肢、大脑脚底外侧部感兴趣区的纤维束，FA阈值0.2，角度阈值35°。

1.5 统计学方法 采用SPSS 21.0软件，缺血性脑卒中组患侧与健侧计量资料比较采用配对t检验，缺血性脑卒中组与对照组计量资料比较采用成组t检验，缺血性脑卒中组不同时间NIHSS评分比较采用单因素方差分析，卒中的偏侧性值rFA、rlen、rnum与各期运动功能的相关性采用Spearman相关分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 缺血性脑卒中组与对照组DTI及DTT参数比较 缺血性脑卒中组梗死灶、患侧内囊后肢、大脑脚FA值及皮质脊髓束数量均低于健侧，差异有统计学意义（t=8.28、2.78、6.01、2.41，P＜0.05），梗死侧皮质脊髓束长度与健侧相比差异无统计学意义（t=1.23，P＞0.05）。对照组对应于梗死灶的两侧区域、两侧内囊后肢、大脑脚FA值、皮质脊髓束数量及长度差异均无统计学意义（t=1.55、1.15、1.66、0.10、0.87，P＞0.05）。缺血性脑卒中组健侧对应梗死区的FA值、健侧大脑脚、内囊后肢FA值、皮质脊髓束数量及长度与对照组双侧平均值比较，差异均无统计学意义（t=1.05、1.59、1.88、0.29、0.43，P＞0.05）。见表1。

表1 缺血性脑卒中组与对照组不同部位DTI及DTT参数比较

DTT图像可见皮质脊髓束部分中断或变形，纤维束数量减少（图1），轴位FA图可以明显观察到梗死灶的象征皮质脊髓束的蓝色信号丢失，以及同侧大脑脚区蓝色信号的变化（图2）。

图1 男，60岁，脑干右侧缺血性脑卒中。DTT图像示右侧皮质脊髓束在梗死灶处部分中断（箭，A、B）；梗死侧下缘的皮质脊髓束较对侧明显减少（C）

图2 男，59岁，脑干缺血性脑卒中。FA图示急性梗死灶（箭）蓝色信号较对侧明显丢失（A、B）；患侧近端脑脚处的皮质脊髓束蓝色信号变淡变小，而患侧远端内囊区皮质脊髓束的蓝色信号变化不明显（C、D）；FLAIR图像显示右侧脑脚信号无明显异常（E）

表2 脑干缺血性脑卒中患者不同时间点NIHSS评分（分，n=17）

表3 脑干梗死组患侧/健侧的偏侧性值与临床评分的相关性（r值）

2.2 临床评分 20例缺血性脑卒中患者中，17例随访到卒中后3个月及6个月，其中16例神经功能恢复，患肢肌力改善，NIHSS评分下降，第1周评分与卒中后3个月、6个月评分比较，差异有统计学意义（P＜0.01），卒中后3个月与6个月NIHSS评分差异无统计学意义（F=68.45、33.88，P＞0.05）。见表2。

2.3 DTI参数与患者运动功能评分的相关性 脑干梗死灶、大脑脚、内囊后肢的rFA，皮质脊髓束的rlen及rnum与NIHSS评分、上下肢肌力评分的相关性见表3。

3 讨论

DTI是在DWI基础上发展起来的新技术，该技术可以定量分析脑组织内水分子的扩散运动，无创性地观察脑白质纤维束的形态和结构[5]。DTI最常用的参数为FA值，该值可以反映水分子各向异性成分占整个扩散张量的比例。FA值为0～1，0表示扩散不受限制，各向同性；1表示最大各向异性的扩散[6-7]。近年研究显示，缺血性脑卒中后DTI的FA值与临床运动功能的预后存在一定的相关性，明确了扩散张量成像在预测幕上缺血性脑卒中后运动功能的价值[1-3]，但目前DTI及DTT对于幕下缺血性脑卒中的研究较少，其对幕下缺血性脑卒中后运动康复效果的预测作用尚不明确。

本组20例急性脑干缺血性脑卒中后的DTI及DTT研究结果显示，正常人左、右侧与梗死组健侧大脑脚、内囊后肢的FA值、皮质脊髓束数量及长度无显著差异。梗死部位、患侧大脑脚及内囊后肢的FA值、皮质脊髓束数量较健侧明显下降（P＜0.05）。在缺血性脑卒中急性期由于梗死区细胞毒性水肿，纤维束间的空间减少，水分子垂直于纤维束方向扩散受限，因此各向异性程度降低[8-9]，梗死灶FA值下降。

梗死侧大脑脚、内囊后肢FA值下降和FA轴位图显示，脑干缺血性脑卒中急性期（＜7 d）即出现了皮质脊髓束逆行性华勒变性。华勒变性指神经元细胞或近段轴突损伤后，远端轴突及所属髓鞘发生变性、崩解及被吞噬的过程[10]，既可以顺行性改变，也可以逆行性改变。Kuhn等[11]将华勒变性分为4个阶段：第一阶段主要是发病4周内轴突和髓鞘物理变性，伴有轻微的生物化学改变；第二阶段主要是髓鞘片段的快速破坏，3个月内大部分髓鞘已经分解成髓鞘脂质和中性脂肪，通过吞噬作用清除；第三阶段数月至1年，髓鞘几乎消失，胶质增生占据原来轴突和髓鞘的位置；第四阶段发病1年至数年，表现为受累区域萎缩。上述组织学改变与代谢功能相关，常规MRI第一阶段无异常信号改变；从发病20 d到2～4个月（第二阶段），组织因为髓鞘蛋白分解疏水性增加，高脂质-蛋白质比导致质子加权像PDWI、T2WI序列出现低信号；第三阶段由于髓鞘脂质分解，胶质增生，组织亲水性增加，T2WI、T2-FLAIR序列呈高信号，T1WI序列呈低信号，最后一个阶段表现为受累区域体积萎缩。

本研究显示，脑干缺血性脑卒中后第4天即可检测到发生皮质脊髓束变性，与方珉等[12]的研究一致。方珉等[12]研究了23例大脑中动脉区脑卒中患者，发现3例累及内囊后肢病例在卒中后3 d出现大脑脚FA值下降，提示累及内囊后肢部位的梗死造成皮质脊髓束直接损伤，从而引起梗死远端的皮质脊髓束发生华勒变性。此外，Song等[13]对视网膜缺血的大鼠DTI检查发现，缺血后2～7 d即可见FA值下降，病理上可见视神经轴索崩解，该实验结果同样证实梗死后7 d内即可发生神经纤维的华勒变性。

本研究显示，梗死侧大脑脚rFA值（＜7 d）与同期及卒中后3个月、6个月随访的NIHSS评分（r=－0.51、－0.56、－0.60，P＜0.05）及肌力评分（r=－0.60、－0.51、－0.62，P＜0.05）呈明显负相关，而梗死灶、梗死侧内囊rFA及梗死侧/健侧纤维束数量、长度比值较同期及卒中后3个月、6个月随访的NIHSS评分、肌力评分均无明显相关性。梗死灶的FA值与运动功能的预后无相关性，与张苗等[14]的研究结果一致，其原因可能为：部分梗死灶不在皮质脊髓束走行区域内，对患者的运动功能影响较小。Lindenberg等[15]认为皮质脊髓束的继发性损害仅是卒中预后的相关因素之一，红核脊髓束、网状脊髓束等可能在神经重塑方面发挥一定的作用，本研究主要通过观察急性脑卒中皮质脊髓束受损情况评估患者的预后，而红核脊髓束、网状脊髓束等对患者预后的评估有待今后进一步研究。

本研究通过比较大脑脚及内囊rFA发现，大脑脚rFA下降明显，急性期皮质脊髓束近端（大脑脚）神经纤维变性严重，远端皮质脊髓束（内囊区）变性较轻，提示在缺血性脑卒中早期，逆行性华勒变性的严重程度与梗死灶的关系是由近及远的，即越靠近梗死灶，其逆行性华勒变性越严重；而在其远端，其程度相对较轻。此外，本研究还显示，接近梗死灶的大脑脚的rFA和运动功能预后相关，说明在脑干梗死急性期，病灶近端神经纤维变性程度与运动功能预后相关，与Thomalla等[16]的研究结果一致，即脑梗死早期，患者梗死灶近端皮质脊髓束FA值越小，其肌力丧失越严重，3个月的预后也越差。本研究结果同样显示，在脑干缺血性脑卒中早期，最接近梗死灶的脑脚处的皮质脊髓束的华勒变性能更好地提示患者运动功能预后不良。

目前研究对于脑卒中发作后DTI检查时间点对远期预后的预测尚存在较大争议[17-18]，本研究仅对脑干缺血性脑卒中患者7 d内进行了DTI检测，而且病例数较少，今后还需要进一步增加样本量及多次随访检查，以进一步评估DTI及DTT在幕下缺血性脑卒中的价值。

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（本文编辑 张春辉）

Diffusion Tensor Imaging in Predicting the Motor Function of Patients with Acute Ischaemic Stroke in the Brainstem

Purpose To explore the significance of MR diffusion tensor imaging (DTI) in diagnosing and predicting the motor function of patients with acute ischemic stroke in the brainstem. Materials and Methods Twenty patients with acute ischemic stroke in the brainstem and 20 normal controls were enrolled in the study. DTI was performed on all 40 subjects. Fractional anisotropy (FA) in specific regions were measured including infarction lesions, cerebral peduncle, the posterior limb of the internal capsule in the affected side and corresponding unaffected regions. The number and the length of the corticospinal tracts (CST) of both affected and unaffected sides were also measured. The correlation of FA, the number and the length of the CST, the NIH stroke scale (NIHSS) at the admission, 3 months and 6 months was analyzed. Results The FA values of infarction, cerebral peduncle, and the posterior limb of the internal capsule, and the number of CST in the affected side were significantly less than that of the corresponding unaffected regions (P＜0.05). The rFA (＜7 d) in the affected cerebral peduncle was negatively correlated with NIHSS and the score of the upper and lower extremity muscle strength at the admission, after 3 months and after 6 months (P＜0.05). However, the rFA of the infarction and the posterior limb of the internal capsule, the ratio of the number and the length of CST of affected/unaffected sides had no correlation with NIHSS score and the score of the muscle strength. Conclusion The rFA in the cerebral peduncle is helpful for early evaluation and predicting recovery of the motor function in the patients with acute ischemic stroke in the brainstem.

Stroke; Brain ischemia; Acute disease; Magnetic resonance imaging; Diffusion tensor imaging; Prognosis

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.04.004

刘 斌

Department of Radiology, Zhongda Hospital Affiliated to Southeast University, Nanjing 210000, China

Address Correspondence to: Liu Bin

E-mail: liubin1220@126.com

无锡市科技发展医疗卫生指导性计划项目（CSZON1326）。

R743.3；R445.2

2014-12-10

修回日期：2015-03-16

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第4期：255-259

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(4): 255-259