弥散张量成像在脑卒中患者运动功能预后评估中的研究进展

谢运娟，廖伶艺，高强,2

1.四川大学，四川成都市610041；2.四川大学华西医院康复医学中心，四川成都市610041

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种先进的非侵入性磁共振成像技术，可用于表征水分子扩散过程的取向特性，能有效观察和追踪脑白质纤维束[1-3]。目前DTI广泛应用于科研和临床领域，用来探索大脑疾病，如多发性硬化、脑瘫、脑卒中、精神分裂症等[4]。

脑卒中位居我国死亡原因首位，其高发病率、高死亡率和高致残率给患者及社会带来很大负担。脑卒中患者的功能预后对患者的日常生活质量尤为重要[5]。本文对DTI应用于脑卒中患者运动功能预后的评估进行综述。

1 DTI参数与运动功能预后

1.1 DTI参数

弥散分为各向同性弥散和各向异性弥散。各向同性弥散指在完全均匀的介质中，运动没有障碍，向各个方向运动的距离相等。在脑组织中，弥散受许多因素影响，如组织细胞膜通透性、细胞内部结构等。在按一定方向排列的组织，如鞘膜、细胞膜、白质纤维束等中，弥散具有方向依赖性。分子向各个方向弥散的距离不相等，称为各向异性弥散[6-7]。

各向异性程度反映分子在空间中的位移程度，且与结构的方向有关。很多参数可定量分析各向异性，如各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、相对各向异性(relative anisotropy,RA)、容积比指数(volume ratio,VR)等。目前，FA已广泛应用于临床[8]，主要因为灰白质对比较好，测量的FA较准确；其次，FA是组织的物理属性，不随坐标系旋转而变化；再者，同一对象在不同时间、不同成像设备和不同物体上得到的值可比较。

1.2 FA

FA能预测患者运动功能预后情况[9-10]。测量FA可提供组织微结构的信息[11]。FA是水分子优先沿主要轴突通路轴方向弥散特性的指标，表示水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，取值范围0～1。越接近0，代表弥散越不受限制，例如脑脊液的FA接近0；越接近1代表弥散受限越大[12-13]。

FA在临床应用较广，不同感兴趣区FA差异较大。感兴趣区的选择很大程度取决于操作者。大脑脚、内囊后肢、纹状体，以及邻近或远离梗死灶的测量结果各有差异。

Werring等[14]发现，脑梗死区和患侧大脑脚FA均下降。Thomalla等[15]发现，FA与美国国立卫生研究院卒中量表(National Institute of Health Stroke Scale,NIHSS)存在负相关，FA越低，神经运动功能恢复越差。Wang等[16]发现，急性纹状体梗死患者患侧大脑脚FA下降，表明纤维结构完整性受损；皮质脊髓束(corticospinal tract,CST)FA显著下降，提示可能出现华勒变性。

发病后不同时间FA有所差异。Ma等[10]发现，发病当天患侧CST的FA(截点0.45)可以预测运动功能预后，敏感性和特异性都在88%以上。研究发现，运动预后好的患者，发病当天FA显著高于运动预后差的患者；运动预后差的患者发病后，FA逐渐下降，而运动预后好的患者FA逐渐提高。

Schaechter等[9]发现，患者双侧CST FA升高与运动功能恢复程度相关。随着患者运动功能改善，患侧FA升高，但仍小于健侧FA[17]。Meta分析结果表明，FA是缺血性脑卒中患者亚急性期上肢功能恢复的有效预测指标[1]。

1.3 患侧和健侧的FA比(ratios of fractional anisotropy,rFA)

rFA指患侧与健侧相应部位的FA比。有学者认为[15,18-21]，rFA比FA更适合成为脑卒中患者运动功能恢复预测指标；Puig等[20]提出，rFA是唯一预测长期运动功能预后的独立指标。研究表明，脑卒中亚急性或慢性期CST rFA越低，运动损伤越大，3个月后运动恢复越差[15,18]。Puig等[20]发现，患侧脑桥CST发病后30 d的FA下降与随访2年后运动缺陷增加一致，且卒中30 d后的rFA界限值可预测2年后的运动结果，敏感性和特异性均＞80%，因此认为发病30 d脑桥的rFA是唯一预测长期运动功能预后的独立指标。

王旭等[19]发现，急性脑干梗死患者患侧大脑脚rFA与NIHSS评分呈负相关，而梗死灶FA与运动功能的预后无相关性，推测仅部分梗死灶位于CST走行区域，对患者的运动功能影响较小。大脑脚rFA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。Koyama等[21]的研究表明，大脑脚rFA对出血性脑卒中患者的功能预后同样有效。

2 CST的损伤程度与运动功能预后

2.1 CST的作用

CST支配骨骼肌自主运动，与前角运动神经元共同构成自主运动的传导通路。CST是上肢运动功能最重要的神经束[4]。CST的损伤会限制运动表现和患者运动功能恢复[22-23]。DTI在CST的可视化观察方面有独特优势。鉴于CST行经放射冠、内囊后肢和大脑脚，目前大多数DTI的感兴趣区均在这些部位选取。

2.2 判断CST损伤程度的方法

2.2.1 弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography,DTT)

测量CST完整性可预测脑卒中患者的运动功能恢复[24-25]。DTT通过DTI获得的参数进行后期图像处理，呈现神经纤维束的走行。DTT可显示CST的纤维走向。可根据DTT的结果对CST损伤程度进行分级，预测患者的运动功能预后：梗死灶靠近但没有覆盖CST的患者，肌力可以完全恢复；梗死灶覆盖CST的患者，肌力不一定会有好的改善或改善持续时间不长[26]。急性脑缺血患者的DTT可以评估CST的损伤程度，其结果与运动评分密切相关[27]。

对于急性脑出血患者，DTT所示的CST损伤程度分级同样适用。Cho等[28]发现，血肿没有累及CST的患者运动评分最高，而CST已经发生变性的患者运动评分最低。提示脑出血患者早期DTT中CST的变化可作为运动功能结局的预测指标。

2.2.2 纤维数量不对称及比值

Lindenberg等[29]发现，慢性脑卒中患者可通过纤维数量(fiber number,FN)不对称进行CST损伤程度分级。FN不对称=(健侧FN-患侧FN)/(健侧FN+患侧FN)。双侧CST受损时，运动恢复较差；脑桥后部纤维未受损时，运动恢复较好。Bigourdan等[30]发现，患/健侧FN比值可以较好表示CST的完整性，并预测患者1年后运动功能，尤其是严重损伤的患者；但FN的具体值与运动预后的关系尚无明确的定论。回顾性研究发现[31]，慢性脑卒中患者健侧皮质脊髓前束纤维数量与卒中后运动功能有关。

2.2.3 CST损伤负荷

Zhu等[32]结合病变定位技术与来自年龄匹配的健康个体的概率域，发现梗死大小与运动分数相关，但不能预测损害情况，而CST损伤负荷比梗死大小能更好地预测运动缺陷。Doughty等[33]指出，相比远离损伤区域的感兴趣区FA不对称性，急性期CST损伤负荷能够更好预测3个月后的运动结局。

CST的完整性与患者的运动功能密不可分，但目前对CST的损伤程度、损伤大小以及梗死灶体积对运动功能的影响尚无定论。虽然关于CST的研究主要纳入病变部位在大脑中动脉区的病例，但每项研究并未将具体部位分开讨论，预后时间选择也各不相同，从1个月到1年后。

3 与其他技术相结合

单独使用临床量表预测严重损伤患者的运动结局存在局限性，需要多种方法相结合[34]。将DTI参数与其他技术相结合，能更准确地预测运动功能结局。Stinear等[34]提出，结合经颅磁刺激运动诱发电位和FA不对称性的算法程序，能预测患者上肢运动功能的预后，敏感性73%，特异性88%，阳性预测值88%，阴性预测值83%。Maraka等[35]发现，急性期NIHSS评分和患/健侧FN比能预测慢性上肢运动功能评分，结合初始FN比率和NIHSS可以预测90 d后运动功能情况。

Yang等[36]发现，联合Fugl-Meyer评定量表(Fugl-Meyer Assessment,FMA)和灰质容量测量，比单独应用一种技术可以更好预测脑卒中患者长期运动障碍情况。Buch等[37]发现，卒中后第1周结合FMA和DTI能够准确区分卒中恢复典型和非典型患者。

4 小结

综上所述，DTI能够预测患者运动功能恢复情况，有利于判断患者功能恢复潜力，一定程度上可帮助临床工作者为患者制定个体化的康复治疗方案。但目前DTI对脑卒中患者运动功能预后仍停留在定性阶段，且DTI各参数的选择存在一定争议。运动功能取决于运动纤维的完整性，CST的损伤程度会限制运动表现和恢复，但目前对于CST损伤程度、损伤负荷或损伤区域对于脑卒中患者运动功能的预后尚不明确。需要更多高质量的研究进一步探索。