基于扩散张量成像的轻度脑创伤急性期撞击区及对冲伤区研究*

杨清宁，冯俊榜，杜 琳，曾 平，刘 军，王光昶，何 成，郭 轶△

1.重庆大学附属中心医院 放射科(重庆 400014)；2.重庆市铜梁区中医院(重庆 402560)；3.成都医学院 物理教研室(成都 610500)

随着车祸伤、运动伤及高坠伤等诸多因素的增多，脑创伤(traumatic brain injury,TBI)发生率日益增高，轻度脑创伤(mild traumatic brain injury, mTBI)约占TBI的70%～90%[1]。mTBI患者临床症状轻微、神经系统定位体征不明显，CT和MRI常规序列大多表现为阴性，常被患者及部分医生忽略。但mTBI多数存在不同程度的脑震荡后综合征(post concussion syndrome, PCS)，表现为认知障碍、睡眠障碍、注意力下降、头痛、抑郁等[2-3]。扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)被认为是能反映mTBI患者脑白质纤维束损伤的有用工具。Jang 等[4]运用DTI发现,1例mTBI患者前额叶丘脑束存在对冲性损伤，且伤后出现认知功能障碍和抑郁情绪。目前关于mTBI患者撞击区及对冲区脑白质改变的研究较少。本研究结合mTBI患者头颅损伤部位和受力机制，运用DTI对mTBI患者脑白质进行评估，探讨mTBI患者急性期是否存在撞击区及对冲区脑白质损伤。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取重庆市急救医疗中心2019年1月至2020年10月收治的40例mTBI患者为mTBI组,纳入标准：1)伤后7 d内；2)格拉斯哥(GCS)[5]评分13～15分，伤后无或有短暂的意识丧失，且持续时间<30 min；3)CT及MRI常规序列检查颅内均为阴性；4)伤前智能正常；5)年龄18～60岁；6)有且仅有1个撞击点，且撞击方向明确，撞击区头皮血肿或肿胀。排除标准：1) 患有心脑血管疾病、精神性疾病；既往有脑外伤、手术史及家族史；2)酗酒或滥用药物史；3)临床资料不完整，或不能配合MRI检查。同期招募健康志愿者30例为对照组,纳入标准：1)年龄18～60岁；2)性别及受教育程度与mTBI组相匹配。排除标准：1)有MRI检查禁忌证；2)患有心脑血管疾病、精神性疾病；脑外伤、手术史及家族史；3)CT及MRI常规序列检查发现颅内有器质性病变。本研究经重庆市急救医疗中心伦理委员会审查通过。两组性别、年龄及受教育年限比较，差异无统计学意义(P>0.05)，具有可比性(表1)。

表1 两组一般资料比较

1.2 检查方法

使用联影uMR560 1.5T超导型MRI系统，8通道头部阵列线圈，扫描基线为前后联合连线，扫描范围包括全脑，扫描序列为横断面T1WI、T2WI、T2-Flair及DTI。DTI扫描参数：采用自旋回波 EPI序列横断成像，TR/TE为5 049 ms/108 ms，24个弥散方向，层数30，层厚4 mm，视野 230 mm×230 mm，无间隔扫描，采集时间为6 min 24 s。

1.3 DTI数据处理

1)在联影uWS-MR后处理工作站上对DTI原始数据进行后处理，经过运动伪影校正和计算处理后得到各向异性分数(fractional anisotropy，FA)图、平均扩散率(mean diffusivity，MD)图。2)在对照组及mTBI组的FA图、MD图上各选取14处感兴趣区(ROI)，包括双侧额、顶、颞、枕叶皮层下白质、双侧丘脑、双侧内囊前支、后支。3)根据受伤机制(受力部位及方向)结合头皮血肿位置，明确mTBI组患者撞击侧，在此基础上分别定义撞击对侧：与撞击侧的解剖位置左右对称；对冲1区：基于撞击点的位置，沿撞击方向撞击侧的对冲侧；对冲2区：与对冲1区的解剖位置左右对称(图1)。4)在mTBI组的FA、MD图上分别于撞击侧、撞击对侧、对冲1区及对冲伤2区选取4处ROI。以上所有ROI距离临近脑皮层约2 mm，大小均为0.1 cm2。由2名从事神经学亚专业影像诊断10年和7年的医生以双盲法分别对每位受试者进行测量，取平均值。

图1 mTBI患者撞击侧、撞击对侧、对冲1区及对冲2区示意图

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 mTBI组患者临床资料

mTBI患者受伤原因包括：车祸伤、殴打伤、重物砸伤和跌落伤。所有患者均有不同程度的临床症状，GCS评分为13～15 分，部分患者出现短暂意识丧失，持续时间均<15 min(表2)。

表2 mTBI组患者临床资料

2.2 mTBI组患者CT、MRI常规序列结果

mTBI组患者CT及MRI常规序列颅内均为阴性,无颅骨骨折，且仅有一处局部头皮血肿。其中血肿位于右侧额部15例、左侧额部6例。右侧枕部6例，左侧枕部8例，右侧顶部3例，左侧顶部2例。

2.3 两组DTI参数结果比较

mTBI组撞击侧与撞击对侧FA值、MD值比较，撞击侧皮层下白质MD值降低, 差异有统计学意义(P<0.05)，FA值差异无统计学意义(P>0.05)。对冲1区与对冲2区FA值、MD值比较，对冲1区皮层下白质FA值降低,差异有统计学意义(P<0.05)，MD值差异无统计学意义(P>0.05)(表3～4、图2)。

表3 mTBI组内撞击侧与撞击对侧FA、MD值比较

表4 mTBI组对冲1区与对冲2区FA、MD值比较

图2 mTBI组某患者撞击侧、撞击对侧、对冲1区及对冲2区MRI图像

对照组FA、MD的ICC值分别为0.986、0.988，mTBI组FA、MD的ICC值分别为0.938、0.994，一致性好。对照组左右侧额叶、顶叶、颞叶、枕叶、丘脑及内囊前、后支FA值及MD值比较，差异无统计学意义(P>0.05)。与对照组比较，mTBI组右侧内囊前支FA值升高(P<0.05)，左侧颞叶MD值降低(P<0.05)，其余部位FA值及MD值比较，差异无统计学意义(P>0.05)(表5)。

表5 两组间及对照组组内FA、MD值比较[M (P25,P75)]

3 讨论

撞击伤指发生在靠近头颅撞击部位的脑创伤，对冲伤指发生在颅骨撞击区域对面的脑创伤。临床上撞击伤及对冲伤常见，其中对冲伤隐匿、预后不良。研究[6]报道，对冲伤与迟发性出血相关。CT作为脑创伤的首选影像学检查被广泛应用。mTBI患者CT表现多为阴性，MRI常规序列仅能发现大脑宏观结构改变。DTI能提供大脑神经连接的微观信息[7]，并反映mTBI患者脑白质纤维束损伤。目前较多研究运用DTI分析mTBI患者脑白质改变，但针对mTBI患者撞击区及对冲区脑白质改变的研究较少。Kikinis 等[8]建立的mTBI大鼠模型显示，受伤动物的FA高于对照组，且病变区域集中在对冲区域，而撞击区域FA值没有变化。Jang等[4]运用DTI发现,1例mTBI患者前额叶丘脑束存在对冲性损伤。以上动物实验及个案报道提示mTBI对冲区存在脑白质损伤，且可通过DTI发现。

mTBI患者受伤原因多样，本研究包括车祸伤、殴打伤、重物砸伤及跌倒伤，其中部分为减速伤、部分为加速伤。减速伤指头颅在运动状态下突然被静止的物体阻挡，瞬间由动态转为静态而产生的损伤[9]，如跌倒伤或行驶的汽车突然刹车，此类损伤患者对冲性损伤常较明显。刘盛雄等[10]运用颅脑简化模型研究减速撞击过程中脑组织受力特点，发现撞击点的脑组织主要受到撞击方向的压力，而对冲点主要受到与撞击方向垂直的拉力。加速性损伤指处于相对静止状态下的头颅突然与移动的物体相撞，瞬间由静态转为动态，并顺着撞击力的方向作加速运动引起的颅脑损伤[11]，如头被重物砸伤，或被他人暴力击打等，此种情况撞击点损伤明显，而对冲性损伤相对较轻。Herrera 等[12]运用DTI对动物模型进行研究，发现大脑白质不仅对力的大小有不同的反应，而且对力的方向性也有不同的反应。因此颅内损伤灶的分布与撞击力的大小、方向、作用过程及损伤机制密切相关。本研究在ROI的选取上结合mTBI患者的头颅着力部位、外力方向等损伤机制，重点关注撞击侧及对冲区域脑白质。

DTI是通过量化轴突内水分子的扩散方向和数量来评估脑白质的损伤，其常用的参数有MD、FA。FA值代表扩散方向的变化，FA 值的大小受神经元髓鞘的完整性、纤维束的致密性及平行性等多种因素的影响[13]。在mTBI急性期，白质纤维束的结构变化会影响水分子的自由扩散，从而影响DTI信号强度，既往研究[14-15]也提示脑白质DTI参数变化在损伤后1周最为明显。MD值为每个体素内水分子扩散大小的平均值，反映水分子在各个方向上的位移，影响MD值的因素有很多，包括细胞的灌注状态、细胞内、外及跨膜水分子的运动[16]。MD值升高被认为是血管源性脑水肿的标志；而MD值降低可能预示着细胞毒性水肿，也称为细胞内水肿[17]。本研究发现,mTBI患者急性期撞击侧MD值降低，与Hoogenboom 等[18]报道mTBI大鼠模型急性期胼胝体的MD值降低的研究结果一致。这可能系大脑在快速加速或减速运动中轴突伸展，改变了门控离子通道的功能，导致水分子涌入细胞内，致细胞内水肿。另一方面，纤维束追踪成像显示，患者撞击侧纤维束较对侧减少，提示MD值能敏感地检测出脑白质微观结构改变。

本研究对照组左右侧脑组织DTI对比结果比较，差异无统计学意义(P>0.05)，这与既往研究[19-20]提示健康正常人双侧脑白质结构对称的趋势一致。基于此，本研究在对冲区设置2个部位ROI，分别命名为对冲1区和对冲2区，对比二者FA值及MD值，结果显示：对冲1区皮层下白质FA值较对冲2区降低(P<0.05)，提示mTBI患者对冲区域双侧脑白质结构存在差异、对称性降低，与Maruta等[21]报道的mTBI患者大脑白质结构不对称的研究结果一致。

本研究结果显示,mTBI组右侧内囊前支FA值升高，左侧颞叶MD值降低，分析其原因可能为：本研究中40例患者头颅着力部位及撞击方向不同(右侧额部15例，左侧额部6例，右侧枕部6例，左侧枕部8例；右侧顶部3例，左侧顶部2例)。在与对照组比较时，未采用分组比较，导致40例患者同一部位脑组织可能为对冲伤侧或撞击伤侧，也可能为正常脑组织，因此忽略患者头颅撞击部位和外力作用机制，笼统的将mTBI组与对照组比较，可能会产生不同的研究结果。

综上所述，本研究发现,DTI可识别mTBI患者急性期脑白质改变，mTBI患者急性期撞击侧脑白质存在损伤；mTBI患者对冲区域双侧脑白质结构对称性降低，提示脑白质可能存在损伤，需进一步研究探讨。本研究尚存在一定局限性：本研究样本量较小，未对不同的撞击区及对冲伤区进行分组讨论。虽然本研究发现了mTBI患者撞击区及对冲伤区脑白质DTI参数变化，但未与临床神经心理测试进行相关性分析。故在未来的研究中,拟增加样本量，对不同的撞击区和对冲伤区进行分组及组间差异分析，并进一步与正常对照组进行比较分析，同时结合临床神经心理测试进行相关性分析。