磁共振扩散加权成像和血氧水平依赖脑功能成像在视路病变中的研究进展

张雪萍，白岩，王梅云，王上，陈传亮

视路是视觉信息传导的通路，为大脑的一部分，是研究神经的不错选择，虽然视路这部分研究很多，但是都是以单一病种进行研究，比较零散。为了系统掌握视路病变的认识，本文旨在对视路病变的磁共振扩散加权成像(dif f usion weight ed image，DWI)和脑功能成像相关文献进行综述。

1 磁共振扩散加权成像技术简介

DWI是通过检测活体组织内水分子的扩散运动，从分子运动水平上分析病变内部结构及组织成分的无创性功能成像方法；扩散张量成像(dif f usion t ensor imaging，DTI)是在常规DWI基础上延伸出来的，是基于水分子的扩散运动获取不同组织各向异性信息的一种磁共振成像方法，扩散张量成像的参数有各向异性(f ract ional anisotr opy，FA)、平均扩散率(mean dif f usion，MD)、轴向扩散速率(axial dif f usion，AD)、径向扩散(r adial dif f usion，RD)；活体组织水分子扩散实际上是在细胞间隙、细胞内运动，其运动必然不是自由运动，因此真实的水分子扩散的运动位移是非高斯分布的。水分子扩散受周围环境限制程度越大，体素内组织成分越混杂，扩散的非高斯性越显著，因此，为了定量扩散偏离高斯分布的程度，Jensen等[1]在2005年提出峰度成像(dif f usion kur t osis imaging，DKI)模型，DKI扫描不仅可得到DTI参数，还包括平均峰度(mean kur t osis，MK)、横向峰度(axial kur t osis，RK)、径向峰度(r adial kurt osis，RK)。

1.1 磁共振扩散加权成像技术在视网膜病变中的研究进展

视网膜病变常见原因有视网膜血管病、黄斑病变、遗传性视网膜营养不良等；视网膜血管病变包括糖尿病性视网膜病变、视网膜中央动脉阻塞、视网膜中央静脉阻塞。我国糖尿病患者日渐增多，糖尿病患者中糖尿病性视网膜病变的患病率达44%～51.3%。糖尿病性视网膜病变会引起视神经乳头改变，患者视神经乳头表观扩散系数较正常人明显增大，黄斑水肿的糖尿病性视网膜病变患者比没有黄斑水肿的糖尿病性视网膜病变的视神经乳头表观扩散系数明显增大[2]，患者视觉脑区的表观扩散系数也明显增加[3]。视网膜中央动脉阻塞发病突然，回顾性分析发现患者视网膜扩散受限[4]。年龄相关性黄斑变性是一种老年人致盲的主要原因，研究发现白质特性的差异是白质束投射到初级视觉皮层的位置与视网膜损伤的位置相对应，视辐射FA值相对健康人下降，这可能与黄斑变性损伤视网膜有关，可以用视路中脑白质预测视网膜的损伤[5]。视网膜色素变性是遗传性视网膜营养不良的一种，至今尚无有效治疗方法，探究其病理改变时找出新治疗方法的突破口，色素变性视网膜炎患者视神经磁共振扩散张量成像研究。研究结果显示患者ADC、AD、RD值较健康志愿者增高，FA值较健康志愿者减低[6]；其视网膜神经节细胞的损伤，会使后视路扩散特性显著改变[7-8]。视网膜是视路的起始，是把光信号转化成神经信号的关键部位，弄清视网膜病变产生和引起的病理变化，给临床干预提供方向。

1.2 磁共振扩散加权成像技术在视神经病变中的研究进展

视神经病变常见原因有视神经炎、缺血性视神经病变、眼眶炎性病变、眼眶肿瘤等。虽然视神经炎种类较多，但是因为特发性视神经炎原因不明，而且对全身影响较大，所以特发性视神经炎研究较多，特发性视神经炎以多发性硬化相关性视神经炎(mul t ipl e scl erosis rel at ed opt ic neur it is，MS-ON)和视神经脊髓炎谱系疾病相关性视神经炎(neur omvel it is optica spectrum disease rel ated optic neuritis，NMOSD-ON)为主，多发硬化性相关视神经炎可以被常规磁共振检测到，但常规MRI无法检测早期MS-ON的变化，这可以解释磁共振发现的病变严重程度与多发性硬化患者的临床残疾程度之间的不一致性。利用DTI技术，发现患者受累侧和对侧视神经和视辐射FA值较正常减低，MD、AD、RD值较正常增加[9-11]，提示DTI对于多发性硬化症的早期诊断、治疗和管理可能是一个有用的工具。NMOSD主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统炎性脱髓鞘疾病，Pache等[12]利用扩散张量对视神经脊髓炎的患者脑成像，并纳入年龄与性别相匹配的健康人，发现患者视放射的FA值较健康人减低6.9%，这有可能是继发性华勒变性。MS-ON和NMOSD-ON临床上是很难鉴别的，有学者研究DKI发现NMOSD组的MK、RK、MD、ADC明显低于MS-ON组，以MK＜0.843作为神经脊髓炎相关性急性ON的诊断标准，敏感度最高(90.5%)，而以RK＜0.784作为诊断标准，特异度最高(91.3%)[13]，DKI有助于鉴别MS-ON和NMOSD-ON。利用DTI技术研究缺血性视神经病，结果显示患侧神经ADC、RD值相比对侧和健康人增加，FA值相比对侧和健康人减低[14]，可能是缺血造成的髓鞘损伤。眼眶炎性病变常见的是甲状腺眼病，增粗的眼内肌，眶尖区压迫视神经，影响突触的传递和血液循环，影响视神经的代谢，加重视神经损伤，研究发现甲状腺眼病患者视神经FA值减低[15]。有趣的是另一研究发现甲状腺眼病视神经的FA值却是增加的[16]，增加的机制有待研究。眼眶是一个固定的骨性结构，肿瘤的生长占据一定的空间，尤其体积大的肿瘤对视神经会产生一定的压迫，导致视神经髓鞘受损，水分子受髓鞘的限制减低，表现为患侧视神经FA值显著减低[17-19]。综上所述，不管是视神经本身的病变还是眼眶内病变视神经的损伤，扩散加权磁共振成像在视神经的临床研究中都有一定价值。希望以后能发现更有意义的病理机制。

1.3 磁共振扩散加权成像技术在视交叉及以上病变的研究进展

视交叉及以上病变常见的原因是肿瘤、血管性病变等，肿瘤如垂体瘤、颅咽管瘤、鞍结节脑膜瘤、枕叶肿瘤。垂体位于鞍区，与颅内视神经和视交叉解剖关系近，垂体增大，很容易损伤到视神经或视交叉，并对后视路产生继发性影响。研究发现垂体腺瘤患者初级视觉皮层厚度减低，视束和视辐射FA值减低，视辐射MD增加，扩散指数与眼科检查结果具有显著相关[20]。利用DTI可以定量评估视神经微观结构的改变以及垂体瘤切除后视力恢复程度的预测，研究结果显示术后FA值增加越大，MD值下降越多，视觉恢复越好[21]。枕叶肿瘤会损伤视辐射，Zhang等[22]发现，相对健康对照组，枕叶肿瘤患者瘤周的FA降低、MD增加；扩散张量纤维束成像(dif f usion t ensor tr actogr aphy，DTT)结果显示纤维有移位的、中断的、浸润的。血管性病变如脑卒中，枕叶脑卒中后，中心脑梗死区血流急剧减少的细胞迅速死亡，梗死灶内膝距束纤维FA值减低、MD值增高，表明轴突衰减和排列的改变[23]。综上所述，后视路区域的病变时，后视路神经纤维的FA值都减低、MD增加，FA值和MD值有成为评估后视路生物标志物的潜能。

2 血氧水平依赖功能磁共振成像技术简介

血氧水平依赖(bl ood oxygen l evel dependent，BOLD)功能磁共振成像是利用脱氧血红蛋白作为体内的天然对比剂，实时监测脑内的血氧，血氧的改变间接反映局部神经元活动的无创性成像方法。血氧水平依赖的功能磁共振成像包括任务态和静息态功能MRI。任务态需要精细的实验设计及相关的刺激设备，静息态功能磁共振成像不需要做特殊的任务、复杂的实验设计，只需要被检查者安静的躺在检查床上，目前常用的研究是局部一致性(regional homogeneity，ReHo)、低频振荡波幅(ampl it ude of l ow f r equency f l uct uat ion，ALFF)、功能连接(f unction connect ion，FC)。

2.1 脑功能成像技术在视网膜病变的研究进展

视网膜静脉阻塞是世界上第二大致盲性视网膜血管疾病，其发病率仅次于糖尿病视网膜病变。视网膜静脉阻塞患者静息状态下脑自发神经活动发生改变，视网膜静脉组双侧小脑、右侧脑干、左侧岛叶的f ALFF值较对照组明显升高，右侧距状沟、丘脑及左侧舌回f ALFF值较对照组降低[24]，小脑参与躯体平衡、视觉空间构想的调控，视网膜静脉阻塞患者视力下降，小脑代偿性活动增加，岛叶活动增加可能与患者异常紧张焦虑情绪有关，距状沟、丘脑等的减低可能与光信号输入减少，产生的神经冲动减弱。视网膜接收外界光源，将光信号转化为神经信号，当视网膜色素出现病变时，光信号不能很好地转化成神经冲动，视觉皮质区域内和区域间功能连接性会发生改变[25]，与健康组相比，色素性视网膜炎患者双侧舌回/小脑后叶的ReHo值明显降低。舌回位于初级视觉皮层，负责接收来自视网膜的信号，色素性视网膜炎使初级视觉皮层发生重组；与健康组相比，色素性视网膜炎组双侧舌回/小脑后叶和双侧舌回/楔叶的正性功能连接明显降低，可能是视网膜信号输入减少，导致视觉皮层正性功能连接减少。视网膜脱离时，视觉相关脑区会出现异常自发的脑活动[26]，和健康人相比，枕叶和额中回的低频振幅的幅度减低，枕叶是处理视觉信号的重要部位，枕叶出现异常可能是视网膜神经上皮细胞从视网膜色素上皮脱离，视觉信号转化障碍，视觉皮层的功能受损；与健康人相比，颞下回和眶额上ALFF值增加，颞下回是背部视觉通路的重要组成部分，参与视觉处理的过程，背部视觉通路有关功能障碍可能与视网膜脱离有关。综上所述，视网膜病变是会影响到部分脑区功能的。

2.2 脑功能成像技术在视神经病变的研究进展

Sacco等[27]研究MS-ON发现默认网络的FC的改变与MS患者的认知功能相关，视觉网络的FC的改变与视神经炎的恢复状况有关；NMOSD静息态脑功能研究发现患者视觉脑区同步性高于健康人[28]；韩永良等[29]利用静息态脑功能连接密度的方法研究视神经脊髓炎和健康人之间的变化，结果显示功能连接密度增加以左侧小脑半球为主，减低主要包括双侧额叶、左侧舌回、双侧小脑半球，这些增加或减低的脑区可能与患者肢体、认知功能障碍有关。非动脉炎性视前部缺血性视神经病变患者静息态脑功能成像，与健康人相比，患者额中回ALFF值减低、Reho增高，患者岛叶、右侧额下回ALFF值减低，楔前叶ALFF值增高，左侧扣带中回、左侧颞上回和左侧顶下小叶的ReHo值增高，右侧舌回、左侧壳核/扁豆状核和左侧顶上小叶的ReHo值降低[30-31]，异常的ALFF提示这些区域功能受损；同时患者默认网络中的部分脑区Reho升高或降低，降低的区域可能是由非动脉炎视前部缺血导致默认网络的损伤，而增高的区域可能是补偿的静息状态,维护内部网络的稳定性。综上所述，视神经病变不仅会影响到视觉网络还会影响到默认网络。

2.3 脑功能成像技术在视交叉及以上病变的研究进展

这部分脑功能研究较少，主要以垂体瘤损伤视力对脑功能影响的研究[32-33]，垂体瘤患者的部分区域自发脑活动的Reho发生改变，与视觉相关的网络模式也发生改变[33]，视交叉解除压迫后，随着视力的恢复，局部脑功能连接强度增加[32]，说明术后视力的恢复与相邻神经元连接增加有关；在全脑网络水平，左V5为种子点，V5与左侧V1、右侧眶额回和左侧后缘上回功能连接强度较术前明显增加[32]，超出视觉皮层区域功能连接增强，有可能与视觉恢复、人的沟通能力增加所致。

总之，为了与世界有效的互动，大脑需要微调其结构和功能，也就是所谓可塑性，Binda等[34]利用7.0 T磁共振机器扫描高分辨血氧水平依赖磁共振功能成像，用不透光的布块遮住成年人单眼2 h，然后行脑功能扫描，结果显示同侧的视觉皮质兴奋性增高，通过增加活动来弥补输入的不足；Col l ins等[35]研究发现经过几周到几个月的视觉剥夺后，这些大脑区域中对被剥夺的眼睛做出反应的神经元数量和整体活动都有所减少，这些由剥夺引起的变化在剥夺的眼睛恢复正常感觉经历数年后依然存在。这些研究发现对指导儿童视觉障碍尽早进行矫正和治疗提供理论依据。

3 总结与展望

视觉是人类感受外界环境的重要条件，视觉通路是一个有机整体，任何部位出现病变都会影响视物，要用整体的思维研究视物障碍。随着科学技术的发展，医学检查设备不断改进，功能磁共振检查也快速发展，为研究视路提供条件，磁共振扩散成像和脑功能成像检查无创、客观；功能磁共振成像有望挖掘更多视路病变的病理机制，发现更多的预测生物标志物，在患者有临床症状之前作出诊断，提高有效精准治疗。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。