复发-缓解型多发性硬化视放射区的扩散张量成像表现

陈晓娅，李咏梅，尹平，韩永良，付佳亮，向雅芸

重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016；*通讯作者 李咏梅lymzhang70@aliyun.com

多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是中枢神经系统最常见的脱髓鞘疾病，具有时间和空间多发性的特点[1]。视觉功能障碍是MS最常见的颅神经损伤的临床表现，大约50%的患者有不同程度的视力受损[2]。结合近来新兴发展的技术，视觉传导通路固定的解剖分段成为理想的研究模型[3]。其中视放射区域成为MS近年研究的热点，且普遍认为MS的视放射区域存在损伤[4]；但是对MS是否伴有视力受损的情况下，其视放射区域损伤是否有差异较少有针对性研究。本研究应用磁共振扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）及扩散张量纤维束追踪成像（diffusion tensor tracking，DTT）评估复发-缓解型多发性硬化（relapsing-remitting multiple sclerosis，RRMS）是否伴视力损伤的视放射区域损伤差异。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2010年1月－2016年12月重庆医科大学附属第一医院神经内科确诊RRMS 34例，其中男9例，女25例；年龄17～53岁，平均（32.7±4.6）岁；单侧视力受损10例，双侧视力受损11例，无视力受损13例；其中视觉功能检查23例表现出P100潜伏期延长，提示视神经通路电反应差。同时选取同期15例年龄、性别、受教育程度相匹配的健康志愿者（无视力受损、无颅内病变）作为对照组，其中男 4例，女11例；年龄23～56岁，平均（30.4±4.2）岁。纳入标准：①所有入选的 MS均符合 2016年版McDonald诊断标准。②RRMS伴视力损伤均有不同程度视力模糊、视野缺失、视力对比灵敏度下降及短暂性失明，所有受试者均为右利手。本研究经医院伦理委员会批准，所有受检者及（或）家属签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDxt 3.0 T MR扫描仪。所有受检者均使用 8通道相控阵标准头部线圈。所有受检者扫描序列及参数采用诊断组中心指定标准，常规扫描包括轴位T1WI、轴位T2WI和矢状位液体衰减反转恢复（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）序列；轴位三维快速扰相梯度回波序列 3D T1WI（TR 8300 ms，TE 3.3 ms，翻转角 12°，矩阵256×256，层厚1.0 mm）；轴位DTI数据采用单层激励自旋回波平面回波成像（TR 1000 ms，TE 80.1 ms，视野24 cm×24 cm，激励次数1，层厚4 mm，层数56层，层间距0，b值为1、1000 s/mm2，选择30个不同扩散方向）。

1.3 数据处理

1.3.1 数据预处理 ①数据格式转换：采用MRIcron软件（http://www.nitrc.org/projects/mricron）将所有受试者原始DICOM数据转化为NIFTI文件格式。②头动及涡流校正：使用功能磁共振软件库（FSL，Version 5.0.8；http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）软件提供的功能扩散工具包进行头动和涡流校正。③剥脑：使用FSL的脑剥离工具提取脑组织，除去多余头皮、骨组织，在b0图像上分割出蒙板，阈值为0.2。④采用FSL中DTIfit工具进行扩散指标提取，获得部分各向异性（fraction anisotropy，FA）图、平均扩散（mean diffusion，MD）图，使用Diffusion Toolkit Version 0.6.3提取纤维图。⑤配准：使用FSL中一步配准法将所有受试者空间扩散指标及纤维图配准至蒙特利尔标准脑空间（montreal neurological institute，MNI）（图1、2）。

图1 女，36岁，健康对照者。T2-FLAIR图示视辐射区未见异常信号影（A，箭头）；彩色FA背景图示其彩色纤维走行（B）；DTI配准后黑白FA图可见其纤维骨架走行（C）

图2 女，38岁，双侧视力受损MS。T2-FLAIR图示视辐射区可见异常信号影（箭头，A）；彩色FA背景图示其彩色纤维走行信号（B）；DTI配准后的黑白FA图示其纤维骨架走行（C）

1.3.2 DTT成像 使用 Trackvis Version 0.6.0.1在MNI标准空间勾画感兴趣区（ROI）存为统一蒙板，追踪受试者双侧视放射FA值、表观扩散系数（ADC）值、本征值（λ1、λ2及λ3值）。其中最大本征值λ1为轴向扩散，即 λ1=λ∥；而 λ⊥=（λ2＋λ3）/2，又称横向本征值（radial diffusivity，RD）。角度阈值为60°，FA阈值为 0.2。ROI的选择：冠状位双侧视放射勾画ROI1，追踪视放射纤维束，使用“not”功能去除杂乱的纤维束。在追踪得出的视放射纤维束内于侧脑室后角后方双侧对称性选定 ROI2，并取 3个层面的平均值，最终得出双侧视放射 FA值、ADC值、λ∥及 λ⊥值。ROI选取及勾画由2名操作熟练、解剖熟悉的放射科主任医师协商完成。

1.4 统计学方法 采用SPSS 20.0软件。各组测量的参数以±s表示，组内样本均数比较采用配对t检验，多组间样本均数比较使用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD法，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组内参数比较 单侧视力受损组患侧 FA值、λ∥值比健侧明显减低，差异有统计学意义（t=－2.44、－2.33，P＜0.05）。双侧视力受损组、无视力受损组及对照组各组内双侧视放射区FA值、ADC值、λ∥及λ⊥值差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 各组组内FA值、ADC值、λ∥及λ⊥比较（±s）

表1 各组组内FA值、ADC值、λ∥及λ⊥比较（±s）

注：与本组对侧比较，*P＜0.05

单侧视力受损组（n=10）健侧 0.48±0.09 0.82±0.12 1.29±0.21 0.58±0.09右侧 0.39±0.06 0.84±0.12 1.21±0.21 0.63±0.04无视力受损组（n=13）左侧 0.50±0.09 0.82±0.07 1.32±0.17 0.57±0.08右侧 0.54±0.05 0.76±0.02 1.29±0.12 0.49±0.05

2.2 组间参数比较 与对照组比较，单侧视力受损组、双侧视力受损组及无视力受损组FA值明显减低，λ⊥值明显升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；双侧视力受损组的ADC值与对照组相比明显升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；单侧视力受损组及无视力受损组ADC值与对照组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。而3组的λ∥值与对照组比较差异无统计学意义（P＞0.05）。双侧视力受损组FA值较单侧视力受损组、无视力受损组明显减低，ADC值、λ⊥值均较单侧视力受损组、无视力受损组及对照组明显增高，差异有统计学意义（P＜0.05）；单侧视力受损组FA值较无视力受损组明显减低，差异有统计学意义（P＜0.05）；而ADC值、λ⊥值与无视力受损组相比差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 各组FA值、ADC值、λ∥及λ⊥组间比较（±s）

表2 各组FA值、ADC值、λ∥及λ⊥组间比较（±s）

注：与对照组比较，*P＜0.05；与双侧视力受损组比较，#P＜0.05；与无视力受损组比较，△P＜0.05

单侧视力受损组 20 0.45±0.08*#△ 0.80±0.10# 1.23±0.12 0.58±0.07*#无视力受损组 26 0.49±0.08*# 0.81±0.09# 1.30±0.17 0.57±0.09*#

3 讨论

3.1 DTI的运用 DTI是一种非侵入性成像技术，可以通过描述FA值、ADC值、λ∥、λ⊥等组织扩散特性的DTI参数来描述组织的病理变化。同时，DTI可以通过FA背景图的颜色信号变化直接判断纤维的断裂和松动，因此，在某种程度上DTI参数值是临床量化的敏感指标，具有广泛的临床应用价值[5-6]。FA值反映水分子扩散方向，而ADC值则表示水在组织内的扩散能力和速度。Chen等[7]研究认为FA值减低、ADC值升高均从不同方面提示脑白质区域存在明显脱髓鞘，包括轴索细胞完整性的丢失、轴索密度的减低及纤维束连贯性的中断，导致水分子扩散加快。除此之外的DTI参数分析包括λ∥及λ⊥，Onu等[8]认为λ∥与轴突损伤有关，而λ⊥则与髓鞘的分解有关，上述参数可用来进一步辅助分析脑白质轴索和髓鞘的精细解剖结构。

MS是一类常见的中枢神经系统自身免疫性疾病，视觉功能障碍是其常见的临床表现，既往研究普遍认为MS患者视放射区存在损伤，但是未对其进一步阐述[4]。不同的MS患者视觉功能损伤情况有所不同，其视放射区改变是否也有差异尚未明确。本研究针对MS在不同的临床症状下，即是否伴有视力功能障碍，借助DTI敏感指标探讨其视放射区损伤情况是否有差异。

3.2 RRMS组内视放射区DTI参数FA值、ADC值、λ∥及λ⊥结果分析 Klistorner等[9]报道MS存在视神经炎的同侧跨突触损伤传导，同侧视放射区有明显损伤。本研究发现单侧视力受损组内，患侧FA值比健侧明显减低（P＜0.05），提示单侧视力受损组患侧的脱髓鞘程度比健侧明显；而患侧λ∥值较健侧明显减低（P＜0.05），提示患侧轴突损伤更严重，表明单侧视力受损MS患者同侧的视放射区脱髓鞘、轴突损伤变性较健侧更严重。

张小辉等[10]报道MS双侧视放射区比较未发现明显差异，本研究发现双侧视力受损组、无视力受损组的双侧视放射区的FA值、ADC值、λ∥及λ⊥值组内对比同样未发现明显异常（P＞0.05）。结合该两组视放射区部分参数与对照组相比有明显损伤的结果分析，提示RRMS双侧视力受损组、无视力受损组患者的左、右放射区域损伤程度相似。

3.3 RRMS组间视放射区FA值、ADC值、λ∥及λ⊥结果分析 本研究发现，与对照组比较，RRMS单侧视力受损组、双侧视力受损组及无视力受损组视放射区FA值均明显减低（P＜0.05），提示3组视放射区可能均存在脱髓鞘改变。该结果与Yamada等[11]报道MS视放射区普遍存在损伤的结果一致。本研究发现RRMS单侧视力受损组、双侧视力受损组、无视力受损组的损伤程度呈阶梯式改变，双侧视力受损组的FA值下降程度最大，其次分别为单侧视力受损组、无视力受损组。这与Takemura等[12]研究报道MS视放射区的损伤程度可能与单、双侧视力受损具有相关性相似。3组MS双侧视放射FA值呈逐渐下降改变，提示双侧视力受损MS视放射区损伤程度最重，其次为单侧视力受损MS及无视力受损MS，但这一结论仍需大量研究进一步证实。

本研究结果提示双侧视力损伤组的ADC值、λ⊥值改变均比单侧视力受损组、无视力受损组表现更为明显（P＜0.05）。双侧视力受损组FA值、ADC值、λ⊥值的改变均提示该组视放射区的损伤程度最为明显。而单侧视力受损组的FA值改变比无视力受损组改变更明显，提示单侧视力受损组的损伤程度较无视力受损组严重。本研究发现无视力受损组与对照组相比，FA值有显著差异（P＜0.05），表明无视力受损组的视放射区可能同样存在脱髓鞘改变，但并未引起临床症状。这些可能需要与视网膜神经细胞层、视神经、视束及视觉皮层等其他视传导通路组成等结合起来综合分析[13]。

Kolbe等[14]研究认为DTI参数λ∥值与神经胶质细胞轴突退化有关，而λ⊥值与神经胶质细胞的髓鞘脱失、水肿及增生有关。本研究发现双侧视力受损组λ⊥值有改变，提示MS双侧视力受损组视放射区的髓鞘脱失、水肿及增生较明显。而MS 3组λ∥值未发现明显改变，可能与纳入样本量较少有关。而Rocca等[3]认为分析λ∥值和λ⊥值时要根据疾病的本身发展和内在机制综合分析，λ∥值和λ⊥值不稳定可能是因为存在急性病变，根据潜在的病理机制和相互作用而产生不同的改变。这些因素均需要在以后的研究中进一步探讨。

总之，运用DTI敏感参数探讨双侧视力受损MS、单侧视力受损MS及无视力受损MS，结果显示出不同MS视放射区改变存在差异，上述结果提示在视力损伤不同的情况下，视放射区损伤程度不一致。在后续研究中，可以采用大样本纵向研究，进一步探讨在不同视觉功能障碍情况下，MS视放射区损伤程度与临床表现的相关性。

[1]Al-Afasy HH, Al-Obaidan MA, Al-Ansari YA, et al. Risk factors for multiple sclerosis in Kuwait: a population-based case-control study. Neuroepidemiology, 2013, 40(1): 30-35.

[2]Balcer LJ. Clinical practice. Optic neuritis. N Engl J Med,2006, 354(12): 1273-1280.

[3]Rocca MA, Mesaros S, Preziosa P, et al. Wallerian and transsynaptic degeneration contribute to optic radiation damage in multiple sclerosis: a diffusion tensor MRI study. Mult Scler,2013, 19(12): 1610-1617.

[4]Chen J, Zhou C, Zhu L, et al. Magnetic resonance diffusion tensor imaging for occult lesion detection in multiple sclerosis. Exp Ther Med, 2017, 13(1): 91-96.

[5]刘秀香, 高思佳, 袁逍, 等. 3.0T MR扩散张量成像在脊髓型颈椎病诊断中的应用. 中国医学影像学杂志, 2011,19(8): 569-574.

[6]姜亮, 孙军, 刘文, 等. 3.0T扩散张量成像定量参数在脑胶质瘤分级中的应用. 中国医学影像学杂志, 2015, 23(4):250-254, 259.

[7]Chen J, Zhu L, Li H, et al. Diffusion tensor imaging of occult injury of optic radiation following optic neuritis in multiple sclerosis. Exp Ther Med, 2016, 12(4): 2505-2510.

[8]Onu M, Roceanu A, Sboto-Frankenstein U, et al. Diffusion abnormality maps in demyelinating disease: correlations with clinical scores. Eur J Radiol, 2012, 81(3): E386-E391.

[9]Klistorner A, Sriram P, Vootakuru N, et al. Axonal loss of retinal neurons in multiple sclerosis associated with optic radiation lesions. Neurology, 2014, 82(24): 2165-2172.

[10]张小辉, 李咏梅, 曾春, 等. 复发-缓解型多发性硬化患者及复发型视神经脊髓炎患者双侧视放射的扩散张量成像研究. 磁共振成像, 2015, 6(5): 333-338.

[11]Yamada H, Yamamoto A, Okada T, et al. Diffusion tensor imaging analysis of optic radiation using readout-segmented echo-planar imaging. Surg Radiol Anat, 2014, 36(10): 973-980.

[12]Takemura MY, Hori M, Yokoyama K, et al. Alterations of the optic pathway between unilateral and bilateral optic nerve damage in multiple sclerosis as revealed by the combined use of advanced diffusion kurtosis imaging and visual evoked potentials. Magn Reson Imaging, 2017, 39: 24-30.

[13]Kolbe SC, Marriott M, Van Der Walt AA, et al. Diffusion tensor imaging correlates of visual impairment in multiple sclerosis and chronic optic neuritis. Invest Ophthalmol Vis Sci, 2012, 53(2): 825-832.

[14]Kolbe S, Bajraszewski C, Chapman C, et al. Diffusion tensor imaging of the optic radiations after optic neuritis. Hum Brain Mapp, 2012, 33(9): 2047-2061.