弥散张量成像技术对急性脑梗死患者的皮质脊髓束行三维重建的临床价值

盛杰鑫 黄光建 王 波 杨 超 王 萌*

脑梗死是临床较为常见的脑血管疾病，其病死率和残疾率较高。脑梗死后约有75%左右的患者会出现不同程度的运动功能障碍，较为严重的可导致患者残疾[1]。脑梗死发生后，由于梗死病灶神经细胞的死亡或神经纤维的中断，会引起与之相联系的神经纤维功能缺失，进而引起肢体功能的障碍[2]。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)基础上发展出来的一种无创的、能够对活体水分子弥散的测量和成像的方法。通过对纤维束的三维重建，清晰、准确的显示纤维束的受损程度，直观的展现脑梗死对神经纤维的结构改变，能够用于临床脑梗死的评估及预后情况的预测[3]。

皮质脊髓束(corticospinal tract，CST)与患者肢体运动功能密切相关，其损伤后会引起运动功能障碍。CST是在运动皮质和脊髓核团间发挥联系作用的主要纤维，能够支配肢体肌肉的随意运动[4]。本研究旨在分析DTI对急性脑梗死患者的CST进行三维重建的应用价值，研究其对脑梗死患者运动功能障碍的影响。

表1 急性脑梗死患者患侧与健侧白质DTI各参数比较(±s)

表1 急性脑梗死患者患侧与健侧白质DTI各参数比较(±s)

注：表中DCavg为白质平均扩散系数；FA为部分各向异性系数；RA为相对各向异性系数；I-VR为容积比。

部位 例数 DCavg(×10-3 mm2/s) FA RA I-VR患侧 54 0.350±0.112 0.412±0.124 0.230±0.064 0.125±0.024健侧 54 0.761±0.104 0.524±0.130 0.501±0.070 0.322±0.020 t值 -18.265 -4.270 -19.630 -42.518 P值 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016年1月至2017年10月在汉中市中心医院治疗的54例急性脑梗死患者，其中男性35例，女性19例；年龄31～72岁，平均年龄(54.16±9.41)岁。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①均经头颅X射线计算机断层成像(computed tomography，CT)、MRI证实；②均为初次单侧发病，且发病3 d内；③为颈内动脉系统脑梗死，梗死仅累及白质；④患者及家属知情同意。

(2)排除标准：①合并有心脏、肺等脏器疾病；②血液系统疾病、颅内其他病变；③恶性肿瘤等；④有MRI检测禁忌证。

1.3 仪器设备

采用Philips Ingenia 3.0T型磁共振扫描仪(荷兰飞利浦公司)。

1.4 检查方法

采用常规MRI平扫无异常后，使用Philips Ingenia 3.0T型磁共振扫描仪进行DTI检查。DTI采用单次激发平面回波成像序列，扫描参数：弥散敏感因子(b)值为1000 s/mm2，48层，层间距为0 mm，层厚为2.5 mm，视野24 cm×24 cm，扫描时间为350 s，扩散敏感梯度方向为15个。

1.5 观察指标

由副主任医师和主治医师各1名对图像进行分析，利用Philips intelispace portal软件，重建患者的CST，根据梗死灶与病变处CST的空间位置关系及纤维束的完整程度对CST受累情况进行分级。

白质平均扩散系数(average diffusion coefficient，DCavg)；部分各向异性系数(fractional anisotropy，FA)，指弥散的各向异性部分与弥散张量总值的比值，反应了各向异性成分占整个弥散张量的比例，取值在0～1之间。相对各向异性系数(relative anisotropy，RA)为各向异性和各向同性成分的比例，取值在0～1之间。容积比(volume ratio，I-VR)等于椭球体的体积与半径为平均扩散率的球体体积之比，取值在0～1之间。

1.6 评定标准

(1)CST受累情况分为3个等级：①1级为CST不穿过梗死病灶，形态完整；②2级为CST临近梗死病灶，纤维束受压变形移位；③3级为CST穿过梗死病灶，纤维束有破坏或中断。

(2)日常生活活动能力(activity of daily living，ADL)量表评分：采用改良Barthel指数(modified Barthel index，MBI)进行评定，总分为100分，分数越高，患者肢体功能越好。

1.7 统计学方法

采用SPSS 19.0软件对数据进行统计分析，计量资料采用(±s)表示，两组间比较使用t检验，多组间比较采用方差分析，计数资料比较使用x2检验；相关性采用Spearman相关分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 患侧与健侧白质DTI各参数比较

患侧白质DCavg、FA、RA和I-VR明显低于健侧白质，其差异有统计学意义(t=-18.265，t=-4.270，t=-19.630，t=-42.518；P＜0.05)，见表1。

2.2 不同CST受累分级患者患侧白质DTI各参数比较

CST受累分级3级患者患侧白质DCavg、FA、RA和I-VR明显低于CST受累分级1级和2级患者；CST受累分级2级患者患侧白质DCavg、FA、RA和I-VR明显低于CST受累分级1级患者，3个不同CST受累分级比较，其差异均有统计学意义(F=12.034，F=11.816，F=9.146，F=7.224；P＜0.05)，见表2。

2.3 不同CST受累分级患者ADL评分比较

CST受累分级3级患者治疗后4周，ADL评分为(40.03±12.05)分，明显低于CST受累分级1级的(93.24±12.43)分和2级患者的(78.81±13.30)分；CST受累分级2级患者治疗后4周ADL评分明显低于CST受累分级1级患者，3个不同CST受累分级ADL评分比较，差异有统计学意义(F=243.164，P＜0.05)，见表3。

2.4 相关性

将患者CST受累分级与治疗后4周ADL评分进行Spearman秩相关分析，结果显示CST受累分级与ADL评分呈负相关(r=-0.304，P＜0.05)。

3 讨论

脑梗死发生后，由于梗死病灶的局部血流受阻，血供不足，导致梗死区域下游的纤维束表现出继发性的髓鞘变性或逆行的轴突变性，严重情况下可致神经元坏死[5]。由于神经纤维髓鞘、轴突发生病变和损坏，导致发挥功能的神经纤维的完整性被破坏，整个纤维束的神经冲动传输功能被破坏，引起运动功能障碍，严重情况下会使患者致残[6-7]。

表2 不同CST受累分级患者患侧白质DTI各参数比较

表3 不同CST受累分级患者治疗后4周ADL评分比较(分)

DTI利用脑组织内水分子的弥散性成像，由于水分子在不同组织所处的内环境不同，引起扩散运动的方向不同，反映组织结构的完整性[8]。DTI由DWI发展而来，DTI能够显示脑白质内神经纤维束的情况，并对其进行定量分析[9]。DTI可以无创显示活体神经纤维束，通过连续多次的不同方位的弥散成像，测定神经纤维的完整性和走行方向，通过计算机处理获得神经纤维的单一方向显像和整体成像，从而建立清晰和完整的三维CST的立体形态，显示出纤维束与病灶区的相互关系，在无创及活体状态下分析纤维束的形态，能够准确显示神经纤维束的损害程度[10-11]。

DTI能够通过计算脑梗死亚急性期梗死区远端CST的病变程度，预测患者运动功能转归状况[12]。FA的水平与运动功能成正相关，FA能够反映白质纤维的完整性，其大小与纤维的致密性、平行性及髓鞘的完整程度相关，白质纤维越密集，髓鞘越厚，局部水分子的弥散性越强，FA的值越大[13-14]。CST结构的完整性与脑梗死后患者运动功能的损伤程度具有一定的相关性，通过DTI测定CST的完整性可预知脑梗死后患者运动功能的变化[15]。

本研究结果显示，通过DTI进行脑梗死患者CST的三维重建后CST受累分级3级患者患侧白质DCavg、FA、RA和I-VR明显低于CST受累分级1级和2级患者；CST受累分级2级患者患侧白质DCavg、FA、RA和I-VR明显低于CST受累分级1级患者，表明CTS受累为1级的患者，可能由于梗死位置未穿过CST，不影响其完整性和结构，对其功能损害较低，经治疗后，患者的神经功能也会随之恢复；CTS受累为2级的患者，可能由于梗死病灶周围的局部充血、周围水肿，使CST表现为受压迫，但不致神经纤维束坏死，未破坏纤维束的完整性及结构，通过治疗使病灶软化，病灶周围水肿消退，神经功能恢复；CTS受累为3级的患者，可能由于梗死病灶完全穿过CTS，导致其纤维束由于缺血、缺氧而坏死，使神经纤维束发生中断、数目减少，破坏CTS的完整性和结构，引起患者运动障碍，治疗后，由于神经纤维受损严重而难以恢复。

通过结合ADL评分对患者的肢体功能进行评定，联合对CST的形态分级，分析与患者的运动功能。本研究结果显示，治疗4周后，ADL评分随CTS受累分级的增加而降低，通过Spearman秩相关分析发现，CST受累分级与ADL评分呈负相关，表明CTS受累越高，ADL评分在治疗后越低，患者肢体功能恢复程度越差，可能由于CST的结构完整性对肢体的功能有明显的影响，受累较轻，则治疗后肢体功能能够快速恢复；而受累严重者，治疗后ADL评分较低，患者的肢体功能难以通过治疗恢复。

DTI技术对CST进行三维重建，能够预测急性脑梗死患者肢体的转归情况，表明利用脑内各组织水分子各向扩散的差异性，利用DTI建立患者CST的三维结构，通过分析其受累情况和完整度，可在临床推广使用。