磁共振弥散张量成像对脑出血的临床应用

王娜娜，徐建民，王仲朴，李大胜，于卫永

脑出血(intracerebral hemorrhage,ICH)是指原发性、非外伤性脑实质内的出血，是神经系统的临床常见病，起病急、预后差，病死率和致残率均较高，约占全部脑卒中的30%。根据流行病学调查，目前我国脑出血年发病率为50.6～80.7/10万人口。随着人口老龄化社会的到来，发病率将呈逐年上升趋势。脑出血发病后30 d的病死率为35%～50%，存活的患者中大多数发生不同程度的神经功能障碍[1-2]。因此，研究脑出血患者神经功能损伤及修复的机制、评估病情、早期判断疾病的预后有重要的临床意义。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是磁共振成像应用以来一强有力的成像技术进步，它以其对于方向的敏感性在脑白质纤维束成像方面发挥了非常重要的作用。该技术可定量分析病变组织和正常组织的弥散特征，直观显示颅内病变与白质纤维之间的关系，为解释临床表现和判断预后提供更多、更可靠的依据，为循证医学在影像学的深入发展提供了可靠的依据。现就DTI在脑出血的研究现状及前景做一综述。

1 脑出血的基本机制及原理

1.1 脑出血的病因 脑出血与血压增高以及动脉硬化密切相关。高血压所致的脑血管病变主要在脑的小动脉。壳核出血原因是供应基底节区的外侧豆纹动脉分支破裂出血，丘脑出血主要为丘脑穿通动脉和丘脑膝状体动脉破裂出血。病理学发现见出血部位附近血管壁弹力板断裂，动脉中层玻璃样变、纤维化，致使血管壁在薄弱病损处形成微小动脉瘤。微动脉瘤形成原因比较复杂。微动脉瘤好发于灰质结构，尤其是壳核、苍白球、丘脑、脑桥和小脑齿状核等部位，与高血压脑出血的好发部位一致。

1.2 脑出血的病理生理机制 高血压脑出血最常见于脑深部灰质区、脑室、小脑和脑桥。出血常在1～2 h内达高峰。基底节区和丘脑的大量出血可穿破脑组织进入脑室，形成继发性脑室出血；血液流入蛛网膜下腔形成蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)。脑出血后神经功能障碍的病理生理机制非常复杂，一般认为，脑出血对神经功能的损伤主要因为血肿造成脑组织原发性损伤和继发性损伤。

1.2.1 原发性损伤 首先是对周围脑组织产生直接压迫，使神经组织间的纤维联系中断，这种损害常见于结构致密而容易受到损伤的灰质结构。另一种是血肿周围神经束和脑组织受压造成的移位和变形，多见于白质。临床及动物实验表明，如能早期清除血肿，此时血肿周围继发损害不严重，神经纤维未发生坏死，传导束只是被血肿劈开移位而未发生不可逆性改变，血肿清除或吸收后，神经功能障碍可望得到改善。

1.2.2 继发性损伤 主要包括血肿的扩大，凝血纤溶系统的改变，脑水肿及缺血性损害。

1.2.2.1血肿的扩大 以往认为脑出血是一次性的，数分钟即可因凝血而停止。然而近年来通过CT观察发现，脑出血后血肿可持续扩大。Brott等发现，38%的患者存在继续出血，导致血肿扩大，病情加重[3]。Qureshi等认为，血肿持续扩大是脑出血后最初3 h内神经功能恶化的最主要原因[4]。

1.2.2.2 凝血纤溶系统的改变 凝血酶被认为是脑出血后脑水肿形成的重要物质。Lee等在动物实验中发现，将全血或加入凝血酶原复合物的血浆注入大鼠基底节区可诱发脑水肿[5]。纤维蛋白的溶解过程有助于清除血凝块，同时又对正常脑组织产生许多毒性作用，包括水肿。Xue等分别向大鼠脑内注入纤溶酶原、纤溶酶、tPA和生理盐水等，以前两者造成的脑损伤最为严重[6]。

1.2.2.3 脑水肿 脑出血后水肿产生迅速，1～2 h即可出现并呈进行性加重，24 h达高峰，持续4～5 d后开始消退。水肿形成机制尽管还没完全明了，但一般认为与下列因素有关：凝血酶的产生、血肿周围继发缺血、血肿占位效应、红细胞与血红蛋白的影响、血肿周围组织炎症反应等。

2 DTI的基本原理

DTI是一种水弥散成像技术，通过在多个方向上施加弥散敏感梯度来测量水分子弥散的程度和方向性。弥散是水分子的随机不规则运动。在体外，无限均匀的流体中水分子的弥散是随机的，向各个方向运动的概率均等，表现为弥散的各向同性。而在人体组织中，水分子的弥散受到细胞本身的结构、细胞的排列方式等多种因素的影响，使其在各个方向上弥散的范围不同，表现为弥散的各向异性。水分子在三维空间内的这种运动形式可用张量(tensor)表示。

在均匀介质中，弥散张量可描述为球形，其特征值λ1=λ2=λ3。而在脑白质中，由于髓鞘的阻挡，水分子的弥散被限制在与纤维走行一致的方向上，具有较高的各向异性，此时弥散张量可描述为椭球形，其特征值λ1＞λ2＞λ3。与最大特征值对应的特征向量方向即可表示经过该体素内纤维束走行的方向。以往的弥散加权成像(DWI)仅反映了某一时刻某一方向组织内水分子的扩散特点，而DTI至少测量6个空间方向的弥散，可以在三维空间内描述各个方向上水分子弥散运动及在这些方向上水分子位移的相关性。

DTI最常用的参数是部分各向异性(fractional anisotropic，FA)。FA是指水分子弥散的各向异性成分在整个弥散张量的中所占的比例。FA值的范围为0～1，0代表最大各向同性的弥散，1代表假想下最大各向异性的弥散。在脑脊液和灰质中，水分子的弥散运动基本可认为是各向同性的，即在各方向的弥散强度一致。在白质中，弥散表现为各向异性，且FA值与髓鞘的完整性、神经纤维的致密性及平行性呈正相关。组织的生化特性(黏滞性和温度)、组织的结构(大分子、细胞膜和细胞器等)改变能够从根本上影响水的弥散能力，所以研究水分子弥散各向异性的变化(FA值的变化)就可评价纤维组织结构的病理改变。

弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography，DTT)技术是DTI中颇有前景的技术，它将二维白质纤维的信息经一定的软件重组为三维立体结构，形态如同解剖图。水分子的弥散能力在平行于纤维束走行的方向上要明显强于垂直于纤维束的方向，因此弥散的方向反映了纤维束走行的方向，这就是DTT技术的理论基础。DTI图像反映每一个体素内水分子弥散的方向和幅度，提供的是神经纤维走行的局部信息。DTT利用纤维追踪技术将每一个体素的方向信息连接起来，重建出整个纤维的走行，借助它可以了解脑组织神经纤维的多少、排列方向的一致性及纤维束的完整性，目前主要用于评价组织结构完整性、病理改变及组织结构和功能的关系[7]。

3 脑出血的DTI研究现状

DTI是目前惟一能够在活体状态下对大脑白质纤维束的形态结构进行无创性研究的方法。国内外学者主要应用DTI技术研究大脑发育及正常白质神经纤维束的构象、脑白质的退行性病变、脑肿瘤、脑梗死等疾病，并取得大量的成果[8-12]，但应用于血肿周围神经纤维束损伤评价的报道较少。DTI、DTT结合常规MRI及DWI可以更精确地对脑内病变进行解剖定位，判定脑内病变与大脑白质纤维束的关系及大脑白质纤维束的受损情况。因此，越来越多的学者试图将这项技术引入脑出血的研究领域。

Jang等对1例61岁脑出血患者及6名正常对照者行DTI检查。患者起病时左侧肢体完全瘫痪，其病灶位于右侧放射冠及内囊；发病后5个月患者肢体运动功能恢复至正常水平。于发病后3周、5个月对患者行2次DTT检查，对照组只检查1次。结果显示发病后3周出血区FA值减小，表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)增大，与对照组有显著差异；但患者在发病后5个月患侧的FA及ADC与对照组无明显差异[13]。因此推断DTI可以通过对病灶中感兴趣区的各向异性的分析来研究脑出血后皮质脊髓束(corticospinal tract,CST)的修复情况。

Cho等对40例严重偏瘫脑出血患者在发病早期行DTT检查。依据DTT所示CST与血肿的位置关系分为4组，分别为临近、压迫、穿行、中断。研究发现，发病早期各组患者之间运动功能评分无明显差异；发病后6个月各组之间运动功能评分有显著差异[14]。提示脑出血患者早期DTT所示CST改变可用来预测患者的运动功能转归。

吴志峰等对20例基底节区脑出血患者进行DTI检查，发现脑出血患者患侧CST受压、移位、变薄或显示不清，患侧CST受损区FA值明显降低，认为DTI可以清楚地显示脑出血患者CST的损害状况，对判断脑出血患者的病情和预后有参考价值[15]。

目前国内外研究已证实了DTI可以应用于出血性脑卒中，通过对纤维束的三维重建，可清晰显示血肿与纤维束的位置关系及纤维束的受损程度。DTT同磁共振功能成像(functional MRI，fMRI)相结合可深入探索脑出血后神经传导通路的修复与重建，为预测患者的运动功能转归及制定康复治疗计划提供依据。但国内对于DTI在脑出血疾病方面的应用报道甚少，并处于初步探索阶段，且样本量小，尚需进一步探索研究，以对临床治疗做出帮助。

4 存在的问题与展望

DTI虽然具有其独特的优越性，但也有以下不足：①图像易受运动、涡流和磁敏感效应的影响，导致图像变形，接近颅底的部位更加明显；②操作者选择兴趣区的大小及位置、FA阈值、轨迹投影角度、采用的算法以及神经解剖学知识的熟悉程度均影响示踪成像结果的准确性；③较小纤维束显示不佳或不能显示，受水肿等因素影响，受压与破坏判断不确切。随着硬件和软件技术的发展，这些问题可望逐步得到解决。

DTI是一项崭新的MRI成像技术，尽管仍存在较大的缺点和不足，但却是目前惟一能够在活体研究大脑白质纤维的方法，其应用前景可观。DTI与DTT相结合，可以从影像学角度对神经纤维的损害程度进行定量分析，有利于我们认识神经解剖、神经功能缺损症状以及神经病理学改变之间的相互联系。如与可测定皮质功能的fMRI相结合，就可能清楚大脑神经传导路径及功能联系的细节。随着技术方法的不断改进，必将在科研和临床中展示更多特殊的应用价值。

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