临床医学论文-脑缺血性卒中MR扩散张量成像的初步研究.doc

1、临床医学论文-脑缺血性卒中MR扩散张量成像的初步研究 作者：许尚文，陈自谦，叶友强，倪萍，肖慧，钱根年， 陈锦华，王锦良【摘要】 目的 利用磁共振扩散张量成像(DTI)及扩散张量纤维束成像(DTT)评价缺血性脑卒中所致皮质脊髓束(CST)损伤程度与运动功能的关系。方法 对9例急性期大脑中动脉供血区缺血性脑卒中病人进行常规MR、DTI和DTT检查，对数据进行离线后处理，采用dTV.II软件处理，获得FA图及方向编码彩色图，并重建双侧皮质脊髓束3D纤维束图。对梗死区及健侧相应区域白质进行FA测量。采用Brunnstorm标准判断脑卒中患者患手肌力。结果 在脑卒中病人梗死区FA值显著低于健侧，两侧相

2、比差异有显著统计学意义(t4.570，P0.001)。病变侧皮质脊髓束表现为受压、变形、移位和中断，皮质脊髓束受累情况与肌力和运动功能的恢复有良好的相关性（rs0.888，P0.05）。结论 CST损伤严重程度与运动功能的恢复相关，DTI和DTT对观察CST的损害程度、预测恢复程度、指导临床康复治疗具有重要的价值。 【关键词】 脑缺血；磁共振；扩散张量成像；纤维束成像 Abstract： Objective To study the diffusion anisotropic features of white matter fibers of cerebral ischemic patien

3、ts by using MRI diffusion tensor imaging (DTI) and diffusion tensor tractography (DTT) in order to evaluate the relationship between the impairment degree of cortical spinal tract (CST) and muscular strength. Methods Nine patients with acute cerebral ischemic stroke were performed MRI, DTI and DTT.

4、For imaging processing, fiber tracking with the software of DTVII, fractional anisotropy (FA) maps, directionally encoded color maps and 3D tractography of bilateral CST of all the patients were created. FA was measured and compared between infarction lesions and corresponding contralateral normal r

5、egions. Hand motor function ability was evaluated with Brunstorm criteria.Results In the stroke patients, FA value in the infarct area of white matter was significant lower than that in the normal hemisphere (P0.001). FA value in the infarct area was related with muscular strength of contralateral h

6、and (P0.05). By DTI and DTT, compression, displacement, translocation and break were found in the ill CST. Conclusion In acute cerebral ischemic stroke, the impairment severity of CST is correlative with the change in muscle strength, and therefore, DTI and DTT have important value to its clinical m

7、anagement and prognosis. Key words： cerebral ischemia; magnetic resonance imaging; diffusion tensor imaging; tractography 脑缺血性卒中是一种常见病、多发病，其致残率高达60%80%。近年发病率在不断上升，急性期就会表现运动、感觉和语言表达等功能障碍，严重危害了人类身体健康和生活质量。磁共振扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI) 以及在此基础上的扩散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)是近年来在

8、弥散加权成像（dffusion weighted imaging，DWI）基础上迅速发展起来的磁共振成像最新技术，主要用于观察大脑白质纤维结构特性。本研究用DTI和DTT对急性脑缺血性卒中的梗死区的弥散程度及皮质脊髓束变化进行初步研究，评价DTI和DTT在监测和研究脑缺血性卒中后在运动功能损伤康复的价值。 1 材料和方法 1.1 一般资料 收集我院2002年11月2008年6月9例均为运动功能损伤的急性大脑中动脉供血区脑缺血性卒中患者，所有患者均接受常规MRI和DTI检查，并排除其他脑部疾患。9例患者，其中男5例，女4例，年龄1687岁，平均51.4岁。病程4.5 h11 d，其中超急性期3例

9、，急性期2例，亚急性期4例。肌力评价按Brunnstom分级。 1.2 MR检查方法 第6期脑缺血性卒中MR扩散张量成像的初步研究 许尚文，等采用美国GE公司Signa Excite 1.5 T HD双梯度16通道磁共振仪，采用8通道头颈联合线圈：所有病例均行MRI平扫检查，包括矢状面及轴面液体衰减反转恢复（FLAIR）T1WI（TR/TE=400 ms/20 ms ）、轴面及冠状面快速自旋回波（FSE）T2WI（TR/TE=3 600 ms/90 ms）及弥散加权成像为单次激发平面回波成像（EPI）脉冲序列，b值=1 000 s/mm2 。层厚= 6 mm，层间隔1.5 mm，FOV240

10、mm240 mm。扩散张量成像：采用单次激发SE EPI序列（TR/TE=10 000 ms/112 ms ），层厚4 mm，层间距0.5 mm，30层连续扫描，矩阵128128，FOV240 mm240 mm。在13个方向上施加弥散梯度和一个没有弥散加重的采集，其中b=1 000 s/mm2 。 1.3 数据处理 （1）DTI数据处理：应用日本东京大学影像计算和分析实验室开发的Volumeone 1.64下的dTV.II.R1软件处理DTI图像，对正常志愿者显示部分各向异性（fractional anisotropy， FA）图及彩色FA方向图，将感兴趣区（region of interes

11、t，ROI）置于双侧内囊前肢、膝部、后肢测量FA值，并重建双侧皮质脊髓束3D图。所取ROI面积同一大小约为25个象素。计算脑卒中组梗死灶及对侧相应区域白质与灰质的FA值，在彩色FA图的基础上重建患者的双侧皮质脊髓束3D白质图，观察纤维束的结构变化包括：移位、分布、连续性及破坏等情况，并与脑功能激活图对照，观察脑功能激活区与其皮质下皮质脊髓束束之间的关系。（2）统计学方法：统计学处理均采用SPSS 11.0统计分析软件，脑卒中患者的梗死区及健侧相应正常部位的FA值，采用配对t检验进行分析比较，以P005为有统计学意义；对重建患侧皮质脊髓束的表现与肌力作Spearman等级相关检验。比较患手肌力程

12、度与皮质脊髓束损伤程度关系；以P005为有统计学意义。 2 结果 2.1 DTI表现 脑卒中病人的FA值图能区分发生在灰质或白质的梗死，方向编码彩色图(Directionally Encoded Color，DEC)能清楚显示梗死部位对白质纤维的直接影响（图1）。9例脑梗死患者梗死区及对侧相应正常部位的FA值的比较结果（见表1）显示：梗死区的FA值均较对侧降低，其中白质区FA值下降更明显，经配对t检验显示两侧相差显著，具有统计学意义(t4.570，P0.05)。 2.2 DTT表现 重建双侧皮质脊髓束显示患者组健侧皮质脊髓束自中央前回下行至内囊并延续至脑桥和延髓，每条纤维束光滑、连续，形态一致

13、性良好（图1C、2D）。患侧皮质脊髓束因受梗死不同程度的累及，表现为连续性中断及解剖结构形态一致性的丧失。本研究将皮质脊髓束受累程度分为3级，1级：皮质脊髓束完整，有1例；2级：皮质脊髓束完整，但轻度受压推移，共2例（图1C）；3级：皮质脊髓束中断，共6例（图2C）。 根据手部运动功能累及程度将患者分为3组，组1：Brunnstom 5级和6级；组2：Brunnstom 3级和4级；组3：Brunnstom 1级和2级。皮质脊髓束损伤程度与患手肌力程度经相关性检验结果显示有显著正相关关系（spearmen correlation rs0.888，P0.05），即皮质脊髓束损伤程度越重肌力的丧失

14、越明显（见表1）。 图1AC 右侧白质区脑梗死患者，肌力34级。图1A DTI FA值图示梗死区呈明显高信号，与CST重建图融合示右侧皮质脊髓束数量较对侧减少并轻度受压向外推移。图1B DTI FA值图示右侧白质区面积明显小于对侧，提示有神经纤维的丢失。图1C DTI CST三维重建图可见右外侧CST较对侧明显减少，上段轻度受压推移，角度增大，但CST中断不明显。 3 讨论 3.1 扩散张量和扩散张量纤维束成像的基本原理 扩散张量以及在此基础上的纤维束成像是近年来在弥散加权成像基础上迅速发展起来的磁共振成像最新技术，主要用于观察大脑白质纤维结构特性。扩散张量是指“水分子弥散的各向异性、不均匀性

15、组织弥散特征”，而表面扩散系数 图2AD 左侧基底节区脑梗死患者，肌力12级。图2A DTI FA值图示左侧白质区低信号，FA值为0.21。图2B DTI FA值图与DTI CST三维重建融合图示左侧梗死区白质纤维束较对侧明显减少。图2C DTI CST三维重建可见梗死区中CST完全中断。图2D DTI CST三维重建示健侧皮质脊髓束完整同正常人。 表1 脑卒中患者梗死区与健侧相应部位FA值结果及患侧肌力和CST分级结果（apparent diffusion coefficient，ADC）指一个方向分子的位移。水分子弥散的各向异性可以用来追踪纤维束的走行，评估组织结构完整性和连通性。要评估弥

16、散的各向异性，首先要确定整体扩散张量，这就要求至少在6个非共线方向上连续应用弥散梯度，来获得一组弥散加权图像。目前用来定量分析各向异性程度的参数很多，最常用的是各向异性分数(Fractional anisotropy，FA)，其值的大小与髓鞘的完整性、纤维致密性及平行性有密切关系，能够较真实全面地反映白质纤维是否完整1。本研究结果也显示白质纤维走行方向不同，其FA值也各不相同，排列紧密且走行一致的白质纤维，如胼胝体膝部、压部，其FA值最高；纤维交叉走行，如半卵圆中心，FA值最低。FA值的范围为01，0代表最大各向同性的弥散，1代表假想状况下最大各向异性的弥散，FA是体现神经传导功能强弱的主要参

17、数，其值越大，神经传导功能也越强23。为便于显示及临床影像描述，扩散张量的示踪(trace)或平均弥散图像需要联合应用相应的示踪ADC和FA图进行评价。在ADC图中，信号强度与ADC值呈正相关，如脑脊液为高信号而脑实质为低信号。在FA图中，脑白质各向异性最高，表现为高信号；相反，各向异性最低的脑脊液则表现为低信号。组织的生化特性(黏滞性和温度)、组织结构(大分子、膜和细胞内的细胞器等)能够从根本上影响水的弥散能力，因此当组织纤维结构在病理状态时既影响水的弥散性，又影响水的各向异性的弥散特征。方向性越强的白质纤维其各向异性程度越高，DTT成像对应着纤维束的传导方向，将大脑中神经纤维束的轨迹描述出

18、来，可以用来追踪纤维走行，评估白质纤维束的完整性和方向性。 3.2 DTI和DTT对皮质脊髓束损伤的评价 正常情况下脑白质组织排列紧密，水分子沿白质纤维束走行方向最快，且白质对缺血较灰质敏感，脑缺血性卒中后病变区由于细胞毒性水肿引发细胞肿胀，造成细胞外间隙减小，导致分子扩散运动发生显著异常，主要表现为运动突然停止和（或）方向发生异常改变，加之水肿的压迫，则可使纤维肿胀，纤维束间隙变小、受压迂曲，导致病变白质区各向异性的减低及FA值显著下降，使锥体系和椎体外系纤维受到不同程度的破坏，从而产生典型的对侧肢体运动障碍等相应的临床症状。DTI则通过检测水分子弥散各向异性特征变化来评价脑组织的病理生理过

19、程、组织结构完整性与功能的关系，这对脑梗死后的干预性治疗以及疗效评价具有重要的临床应用价值45 。 皮质脊髓束主管肢体运动功能，梗死后大多患者出现肌力减退等运动功能障碍，这是病变累及皮质脊髓束所致6。本研究中脑卒中患者梗死区的FA值均较对侧降低，经配对t检验显示两侧相差显著，具有统计学意义，同时也研究了9例脑梗死与肌力变化之间的关系，结果发现皮质脊髓束的受累程度与患者肌力丧失的严重程度成正相关性，可用于评价康复治疗的预后情况。应用DTT三维重建皮质脊髓束，观察其走行和形态改变，发现其中皮质脊髓束完整与仅有轻度推压者3 例，肌力均为45级，其余6例皮质脊髓束均有中断，肌力均在4级之下，充分说明脑

20、梗死后所致皮质脊髓束损伤，脑组织细微结构的完整性遭到破坏，引起组织中水分子弥散各向异性特征的显著改变。本研究结果与国外相关文献报道相一致78。 同时，本研究将CST受损程度与临床症状及预后相联系，我们随访（最短2个月，最长12个月）结果显示，1例皮质脊髓束完整，经康复治疗后肌力基本恢复正常或接近正常，2例皮质脊髓束完整，但轻度受压推移，临床症状虽明显，但经治疗后肌力较前明显改善，6例皮质脊髓束中断者，临床肢体症状重，恢复效果也相对较差，由此可见皮质脊髓束损伤与运动功能的恢复存在密切相关关系，DTT显示纤维束结构完整与否，可用于判断预后，指导临床康复治疗。 总之，相信随着MRI技术日益完善，DT

21、I和DTT将可能成为监测和研究脑缺血性卒中皮质脊髓束损伤后康复的非常有用的工具，可无创地在体研究不同脑区之间的潜在联系，这对了解脑损伤后功能区的重组非常的重要4,9，并有助于我们理解、研究、甚至阐明皮质脊髓束损伤后运动功能康复的过程和机制，在脑科学的基础和临床应用研究中具有重要的理论价值和实际应用意义。【参考文献】 1 James R, Carey KM, Anderson TJ, et al.fMRI analysis of ankle movement tracking training in subject with strokeJ.Exp Brain Res, 2004, 154(3)

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