脑白质疏松症与跌倒相关性的DTI 研究

刘英琦 ，张 静 ，吕子鑫 ，魏延涛 ，冯照明 ，薛 薇

（1. 兰州市西固区人民医院磁共振科，甘肃 兰州 730060；2. 兰州大学第二医院磁共振科，甘肃 兰州 730000）

65 岁以上老年人每年有近30%的意外跌倒，而且随老龄化不断增加[1]。 中老年人跌倒可能造成身体残疾、心理社会问题，生活质量下降，造成昂贵医疗费用[2]。 中老年人的跌倒与身体缺陷、步态和平衡不稳、视力障碍、慢性疾病、神经障碍等有关[3]。

在脑白质疏松症（Leukoaraiosis，LA）相关疾病的研究中，Baezner 等[4]认为LA 与步态和运动有关。LA 严重程度与步态和运动功能紊乱有关，并且发现侧脑室和额叶深部脑白质平衡功能下降是造成摔倒的独立预测因子[5]。DTI 研究[6]显示，在患有脑小血管病的老年患者无论在T2WI 显示高信号还是常规MR 序列表现正常，都出现平衡功能紊乱。 Groot 等[7]研究显示，LA 病变不是突发的，是一个逐渐的过程，可能在常规MR 检查看似正常的脑白质区域， 已经发生了潜在的脑白质改变。 因此利用DTI 序列其更精细、更敏感的优势，对LA 病变的病理层面进行更深入的认识。

1 对象与方法

1.1 研究对象

收集 2017 年 6 月—2018 年 3 月 66 例受检者，按MR 影像表现，使用量表Fazekas[8]作为本研究的分级标准，分为健康对照组（LA 0 级，22 例），LA 组（LA 1～3 级，44 例）；结合临床资料，过去的 3 月内有无对身体造成伤害的跌倒病史， 联合步态评估量表（最高分14 分，最低分0 分，少于14 分说明有平衡功能障碍）、Berg 平衡功能评估量表 （＜40 有摔倒风险；0～20 限制轮椅；21～40 辅助性步行，41～56 完全独立） 分为LA 无跌倒风险组与LA 跌倒风险组，各组间基本情况相匹配。

使用MMSE 和MoCA 对受检者进行认知功能评分，认知功能及步态、平衡量表均进行3 次评分，取平均值， 均由经规范化培训后神经内科主治医生进行评估。被试者被告知本实验的目的与内容，征得同意并自愿签署知情同意书， 本研究获得兰州市西固区人民医院伦理委员会批准。

①纳入标准：无磁共振禁忌症；年龄50～80 岁中老年人，无精神、神经病史；右利手；无颅脑外伤史、脑器质性病变和颅脑手术史；体内无金属植入异物，能够完成约半小时的常规及DTI 功能MR 检查。

②排除标准：MR 禁忌症者；幽闭恐惧症；患有痴呆；明显运动障碍；各种原因引起严重视力障碍；骨关节及肌肉病变患者；严重的全身感染；肿瘤；脑卒中；脑干、幕下病变及严重小脑萎缩；免疫代谢性中枢系统病变；帕金森；癫痫；有特殊药物服用史，并经MRA 检查，排除脑血管病变。

1.2 检查设备和检查方法

①检查设备： 飞利浦Achieva1．5 超导磁共振扫描仪，16 通道的头颈联合线圈； 后处理工作站-MATLAB，Virtual BOX；基于纤维束追踪分析软件-TBSS。

②检查方法和参数： 患者仰卧位， 头部固定于16 通道阵列头颈联合线圈， 耳部塞适量的泡沫海绵，减少噪声和头动，行磁共振常规序列、T1WI-3D及DTI 序列检查。

T1WI-3D 参数：TR=8.3 ms，TE=3.9 ms， 层数=360，Voxel-size=1 mm3，FOV=256 mm，flip angle=8；DTI 参数：TR=11 480.4 ms，TE=70.6 ms，flip angle=90，层数=64， 层厚 2 mm， voxel-size=2 mm3， FOV=24 cm， 矩阵=128×128，b=0 s/mm2，b=1 000 s/mm2，方向32。

1.3 数据处理

将 T1WI-3D 和 DTI 数据转化成 4D NIfTI nii格式，同时转换 DTI 数据的梯度编码文件.bvec 和.bval。将NIfTI 图像和.bvec 文件数据导入FSL 软件处理：①头动、涡流校正；②去头皮、颅骨，提取脑白质信息（threshold=0.2） 并将 DTI 数据配准到 b=0 的图像上；③使用FSL 计算各向异性分数（FA）图。 采用TBSS 方法分析， 将 FA 图配准到目标图像 FMRIB58。 选取阈值 FA 值范围 0.2，通过 TBSS 可以显示组间FA 值差异图，并提取纤维束。

1.4 统计分析

2 结果

LA 患者跌倒风险组、无跌倒风险组及对照三组之间MMSE，MoCA 和Breg 平衡量表差异有统计学意义，见表1。

LA 跌倒风险组FA 值与LA 无跌倒风险组和对照组FA 值在多个脑区存在差异（图1）。 使用TBSS提取 8 条纤维束 FA 值有差异，P＜0.05（表 2）。

LA 患者低跌倒风险组全脑FA 值降低，病变区域FA 值较LA 无跌倒风险降低，在MR 常规序列表现正常脑区，FA 值低于另外 2 组（表 3），其差异有统计学意义；LA 无跌倒风险组与健康对照组白质区域FA 值相比差异无统计学意义。

表1 三组受检者基本情况比较

图1 红色标记区为LA 患者跌倒风险组FA 值明显减低的脑白质纤维束分布图，绿色为标记平均纤维束骨架。Figure 1. Distribution of white matter fiber bundles with significantly decreased FA values in the LA patients at risk of falling was shown in the red labeled area, and the average fiber bundle skeleton was shown in the green labeled area.

表2 LA 跌倒风险组较健康对照组相比FA 值降低区域的脑白质纤维束

左侧皮质脊髓束、左侧上纵束、左侧内囊前肢和左侧前丘脑辐射的FA 值降低与LA 跌倒风险组的平衡功能下降有明显的相关性（P<0.05）。 与MMSE无相关性（P>0.05）（表 4）。

3 讨论

LA 由加拿大神经病学者Hachinski 等[9]于1987年首先提出影像学概念， 指脑室旁或皮质下斑点状或斑片状改变，CT 低密度，MR T2WI 高信号。 病理学基础是脑白质病变， 病变白质纤维髓鞘肿胀甚至脱失，星形细胞增生样改变，神经细胞轴突破坏[10]。电镜下则髓鞘板层断裂， 脑白质深部可见腔梗及小动脉壁粥样硬化， 周围脑室水肿， 深部灰质核团萎缩，胼胝体菲薄等病理改变[11]。

表3 三组受检者的全脑FA 值比较

表4 LA 跌倒风险组纤维束与平衡功能、MoCA、MMSE 的关系

LA 起病隐匿，与典型的脑血管事件不同，无急性神经功能症状，无症状中老年人也可发现。 LA 患者常见的临床表现是认知障碍， 随LA 病变进展出现痴呆、尿失禁、下肢功能障碍，甚至跌倒。 据报道LA 患者中80%会有步态不稳而致的跌倒。

2005 年欧洲预防跌倒的共识将跌倒定义为：滑倒或绊倒，是指突然发生、非故意的体位改变，平衡突然丧失而跌至地面、地板或以下更低的平面[12]。跌倒可能造成身体残疾、 心理社会问题， 生存质量下降，造成昂贵的医疗费用。 对LA 跌倒风险患者早期干预，能够降低LA 患者跌倒不良事件的发生率。

DTI 是唯一无创在活体显示脑白质纤维束的影像检查， 根据水分子沿纤维束长轴的移动速度比垂直于纤维束移动快的特性来成像[13]。最常用的参数：FA 值反映纤维束结构完整性[14]。 LA 的 DTI 研究可通过活体组织中水分子的弥散评定脑白质结构的各向异性，了解脑白质微观结构变化。

LA 跌倒风险患者部分脑区FA 值降低，跌倒风险组与健康对照组不仅病变白质区域FA 值有差异， 而且在常规MRI 表现正常区域的白质FA 值也有差异。

从LA 跌倒风险组与健康对照组FA 值差异脑区，提取到8 条纤维束，双侧皮质脊髓束、双侧下枕额束，左侧上纵束、左侧内囊前肢、左侧丘脑辐射，表明LA 跌倒风险组的投射纤维和联纤维束微结构的改变，可以解释LA 患者导致平衡功能下降相关的，运动和执行功能的减退。

全脑分析示LA 患者跌倒风险组的看似正常区域FA 值也有变化， 证明DTI 能够显示在常规MRI序列被检出前LA 跌倒风险患者的脑白质纤维束的微观结构潜在的变化。 步态、 平衡功能、MoCA、MMSE 评分作为协变量， 进行TBSS 分析显示：LA跌倒风险组，左侧下枕额束、左侧内囊前肢、前丘脑辐射等纤维束FA 值的减低与MMSE 的降低有关。左侧皮质脊髓束、上纵束、内囊前肢和前丘脑辐射的FA 值降低与LA 跌倒风险组的平衡功能下降有关。

本研究用DTI 显示LA 白质纤维束完整性的破坏，能够显示白质纤维束微结构潜在改变，DTI 上表现为FA 值的降低，这些改变导致LA 患者认知功能下降，还与步态及平衡功能下降相关，它提示了LA患者白质纤维束受到损伤的早期病理改变， 证实了DTI 的敏感性。

LA 病变不是无害的影像学表现， 增加卒中，与认知、运动功能下降相关[15]。 尽管T2加权和FLAIR序列较CT， 能够检出更小的LA 病灶，DTI 技术，通过FA 值的改变揭示LA 早期病灶， 先于常规影像学，发现早期LA 白质纤维束微结构的改变，揭示其病理改变，为具有跌倒风险的LA 患者识别、判断病情提供重要的影像依据。

本研究存在一定的局限性，样本量不够大，需增加样本量， 来衡量组内及组间的差异和LA 病变的纤维束破坏情况；其次，本实验时间跨度不够长，不能追踪显示LA 患者DTI 参数值改变，来反映LA 病程的变化。 对LA 患者跌倒风险进行前瞻性临床预警，仍然需要进行深入的临床和影像研究。