脑白质小血管缺血性病变的MRS、DTI研究

袁勇 顾建平 殷信道

脑白质小血管缺血性病变的MRS、DTI研究

袁勇 顾建平 殷信道

目的应用磁共振波谱（MRS）与磁共振弥散张量成像（DTI），分析脑白质小血管缺血性病变的微观改变。方法选取发生在半卵圆中心、放射冠区的脑白质小血管缺血性病变患者作为研究对象，其中急性腔隙性梗死组（腔梗组）病灶12例，缺血性脑白质疏松组（疏松组）病灶20例，并设置15例正常志愿者作为对照组，行半卵圆中心、放射冠区T1WI、T2WI、T2FLAIR、DWI、MRS、DTI扫描。测量N⁃乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）值，测量平均弥散系数（MD）值，各向异性分数（FA）值。比较各组间的差异。结果与对照组比较，腔梗组与疏松组NAA、FA值均显著降低（P＜0.01），腔梗组与疏松组之间，NAA、FA值没有明显差异（P＞0.05）。结论在脑白质小血管缺血性病变中，NAA、FA值显著降低，共同反映了神经轴突髓鞘结构和功能的损伤、破坏；联合应用MRS、DTI分析评价脑白质小血管缺血性病变，将有助于全面认识其发病机制及病理改变。

脑小血管疾病；磁共振波谱；弥散加权成像

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集本院自2012年以来，头颅MRI发现的半卵圆中心、放射冠区发生的急性腔隙性脑梗死的患者12例为急性腔隙性脑梗死组（腔梗组），其中男8例，女4例，年龄52～86岁，平均（73.2±8.6）岁；脑白质疏松患者13例为脑白质疏松组（疏松组），男8例，女5例，年龄64～86岁，平均（74.5±5.4）岁，部分患者选取2～3处病灶进行测量，共20个病灶；设置15例年龄相仿的正常志愿者作为对照组，男8例，女7例，年龄56～81岁，平均（68.6±7.6）岁。参照国内外有关SVD研究［1⁃3］，纳入及排除标准如下：

（1）腔梗组纳入标准：头颅MRIDWI序列发现的半卵圆中心、放射冠区直径＜1.0 cm的斑点状高信号。排除标准：①脑灰质腔梗患者；②腔梗合并大面积脑梗死患者；③陈旧性腔梗。

（2）脑白质疏松组纳入标准：头颅MRI半卵圆中心、放射冠区T2FLAIR斑片状高信号，DWI等／低信号。排除标准：合并正常颅压脑积水、脑外伤、一氧化碳中毒、低血糖等导致头颅MRI脑白质异常表现者。1.2 数据采集 应用Siemens verio 3.0T MRI扫描仪，8通道头颅正交线圈进行常规头颅MRI、MRS及DTI扫描。常规头颅MRI包括T1WI、T2WI、T2FLAIR，DWI等序列。

（1）MRS扫描：使用2D多体素成像序列。MRS参数如下：TR 1700ms，TE 135ms，ROI大小为80 mm× 80 mm×15 mm，矩阵8×8，单个体素大小为10 mm×10 mm×15 mm；Average＝5，采集时间6 min 48 s。使用Siemens自带Spectroscopy软件对MRS进行分析，分别获得腔梗组、脑白质疏松组及正常组N⁃乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）代谢物浓度值，即Spectroscopy图像上各代谢物浓度峰下方面积积分值。

定位方法：在DWI或T2FLAIR图像上，找到急性脑腔梗或脑白质疏松高信号层面，复制其层面位置，作为MRS扫描层面，调整ROI，尽量使腔梗或脑白质疏松高信号区，基本位于MRS定位线上每个体素的小方格内。对照组，ROI左右对称放置。

（2）DTI：DTI采用单次激发自旋回波平面回波技术（EPI），TR 6500 ms，TE 95 ms，矩阵为128×128，层厚3 mm，3D无间隔扫描；弥散加权系数b1＝0、b2＝1 000 s／mm2，弥散敏感梯度方向为20，Average＝2，DTI的采集时间为4 min 54 s。DTI生成的图像，包含有MD图，FA图。在MD、FA图上，选择大小、形态与MRS体素基本一致的白质区进行测量。腔梗组及疏松组MRS、DTI数据采集示意图见图1及图2。

腔梗组MRS如图1A、1B；腔梗组DTI如图1C、1D。疏松组MRS如图2A、2B；DTI数据采集如图2C、2D。这样获得腔梗组、疏松组与对照组NAA、Cho、Cr值及MD和FA值。

图1 腔梗组MRS、DTI数据采集示意图

1.3 数据统计分析 对获得的腔梗组、疏松组及对照组NAA、Cho、Cr、MD、FA数据，用s描述，组间比较采用方差分析，组间两两比较采用LSD法。以上统计分析应用SPSS 19.0软件进行。

2 结果

2.1 腔梗组、疏松组及对照组的MRI表现 腔梗组病灶T1WI表现为等／低信号，T2FLAIR呈高信号，DWI呈高信号，FA呈低信号，MD呈低信号；疏松组T1WI表现为低信号，T2FLAIR呈高信号，DWI呈低信号，FA呈低信号，MD呈高信号；对照组T1WI、T2FLAIR及DWI均呈正常的脑组织信号，见表1。

2.2 腔梗组、疏松组及对照组的MRS数据分析 腔梗组、疏松组NAA较对照组均明显降低，差异有统计学意义（P＜0.01）；而腔梗组与疏松组间均数相差不明显（P＞0.05）。腔梗组Cho值与对照组相差不明显（P＞0.05）；疏松组Cho值明显低于腔梗组及对照组，差异有统计学意义（P＜0.01）。Cr的改变与Cho相似，腔梗组与对照组差异不明显（P＞0.05），疏松组Cr值均低于腔梗组及对照组，差异有统计学意义（P＜0.01）。见表2。

图2 疏松组MRS、DTI数据采集示意图

表1 脑白质小血管缺血性病变分组及MRI表现

表2 腔梗组、疏松组、对照组MRS测量数据比较（s）

表2 腔梗组、疏松组、对照组MRS测量数据比较（s）

注：与疏松组比较，∗∗P＜0.01；与对照组比较，△△P＜0.01

组别NAA（IU）Cho（IU）Cr（IU）腔梗组（n＝12）20.9±4.2 14.2±2.6∗∗12.6±2.0∗∗疏松组（n＝20）19.2±3.7 12.3±2.3△△10.7±2.3△△对照组（n＝15）27.1±1.6 15.7±2.1 12.9±1.2

2.3 腔梗组、疏松组及对照组DTI数据分析 腔梗组、疏松组FA图，病灶信号均明显低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.01）；而腔梗组与疏松组间差异不明显（P＞0.05）。腔梗组MD图，腔梗灶信号降低，MD值减小，疏松组MD图，病灶信号升高，MD值增大，对照组MD图呈等信号，MD值均数为0.704。3组MD值两两比较差异均有统计学意义（P＜0.01）。见表3。

表3 腔梗组、疏松组、对照组DTI测量数据比较（s）

表3 腔梗组、疏松组、对照组DTI测量数据比较（s）

注：与疏松组比较，∗∗P＜0.01；与对照组比较，△△P＜0.01

组别FA MD（mm2／s·10－3）腔梗组（n＝12）0.266±0.744△△0.494±0.113∗∗疏松组（n＝20）0.240±0.735△△1.308±0.222△△对照组（n＝15）0.493±0.492 0.704±0.439

3 讨论

众所周知，MRS已广泛应用于测量脑细胞代谢产物的浓度，测量的代谢产物包括：NAA存在于神经元与神经元发出的轴突，NAA值降低，反映神经元或轴突的破坏或缺失；当细胞膜的合成、降解增强时，Cho值升高；Cr反映能量代谢，为能量代谢中间物。还有乳酸（Lac）等［4］。MRS分析可以无创地了解脑白质代谢的改变。DTI是在弥散加权成像（diffusion weight imaging，DWI）的基础上发展起来的MRI技术，与DWI类似，基于水分子弥散成像。主要参数有两个，一个是MD，反映各个不同方向水分子弥散幅度值总和的平均值，另一个是FA，反映水分子在各个方向弥散的限制性。

脑白质疏松首先由Hachinski教授于1987年描述，MRI表现为T2FLAIR侧脑室周围白质多发斑点状高信号。其本质为脑白质损害（white matter lesions，WML），可见于多种疾病，脑缺血是较常见的原因之一。在MRI影像学表现上，急性腔隙性脑梗死的T2FLAIR及DWI均呈高信号，而脑白质疏松T2FLAIR呈高信号，DWI呈等／稍低信号，这与急性腔隙性脑梗脑组织细胞内水肿有关。

腔梗组、疏松组病灶DTI的FA值相对于对照组显著降低，这与文献报道相一致［5］。FA值降低，反映了白质结构的改变，神经轴突髓鞘脱落、崩解，髓鞘对水分子垂直于神经纤维束方向的运动限制减小，水分子横向弥散增加。同时腔梗组、疏松组与对照组进行比较，病灶NAA值有显著降低，表明腔梗组、疏松组病灶轴突髓鞘有破坏或缺失，神经轴突细胞功能、能量代谢降低［5⁃8］。NAA、FA两个参数分别从代谢和弥散2个不同的角度揭示病变的微观病理改变，反映了共同的病理改变。

本组研究观察到疏松组与腔梗组比较NAA值、FA值统计学差异不显著。分析原因可能有如下几方面。首先，脑白质疏松是一个慢性的过程［7］，本研究腔梗组均为急性腔梗，疏松组与腔梗组NAA及FA值统计结果差异不显著，说明FA、NAA值降低可能与腔梗处于急性期或者慢性期没有明显关系，只和其轴突损伤程度相关。其次，急性腔梗可以发生在既往正常的脑白质，也可以发生在脑白质疏松的基础上，如果腔梗发生在脑白质疏松的基础上，就造成部分腔梗组病灶NAA、FA值可能包含有脑白质疏松的因素。

本研究观察到腔梗组与对照组Cho值差异无统计学意义，而疏松组较对照组明显降低（P＜0.01）。有文献报道急性脱髓鞘和Cho值上升之间有相关性［9］。可以推断，急性腔梗正处在脱髓鞘急性期，Cho值出现轻度上升，并没有像疏松组一样显著降低，这可能是导致腔梗组和对照组间Cho值差异不显著的原因。本组研究还观察到Cr也出现了和Cho相类似的统计分析结果，其原因是否与Cho相似，有待进一步研究。

本研究3组间MD值均有显著差异。这和MD反映水分子弥散，继而反映细胞膜完整性有关［10］。在腔梗组中，病灶处于急性水肿期，水分子弥散受限，MD值减小；在疏松组中，神经纤维束发生结构破坏，比如轴突髓鞘中断或缺失，水分子弥散高于正常，MD值增大；而在正常组中，MD值则介于前2组之间。MD值的变化也揭示了神经轴突脱髓鞘的病理过程，但由于其测量值不仅反映髓鞘变化，也混合着组织水肿水分子弥散受限的因素，其反映神经脱髓鞘的敏感性不及FA。

本研究采用了波谱代谢物直接测值的方法，而没有采用代谢物比值如NAA／Cr作为分析数据，是基于考虑到NAA／Cr的降低，可以由NAA降低引起，也可以是Cr升高的原因。有文献报道，在脑缺血时，Cr可以降低［4］，也有文献报道老年化可引起Cr升高［11］。

本研究对照组的选择有一些不足之处。对照组的测量值受一些因素影响，比如年龄，虽已选择＞55的正常老年人做对照。老年化对脑白质正常值有一定影响［11］。尽管本组选择老年患者作为对照组，但不同程度的老年化对脑白质的影响程度也会存在些许差异。

总之，在本组脑白质小血管缺血性病变的研究中，NAA、FA值显著降低，共同反映了脑白质神经轴突髓鞘结构和功能的损伤、破坏。MRS、DTI分别从代谢和弥散方面反映了脑白质神经轴突脱髓鞘的病理层面的微观变化，联合应用MRS、DTI分析评价脑白质小血管缺血性病变，将有助于全面认识理解其发病机制及病理改变。

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Study of cerebralwhitematter in small vessel ischem ic diseasew ith MRS and DTI

YUAN Yong，GU Jian⁃ping，YIN Xin⁃dao．Department ofRadiology，Nanjing First Hospital Affiliated to Nanjing Medical University，Nanjing 210006，China

ObjectiveTo observe themicroscopic changes of cerebralwhitematter in small vessel ischemic diseases withmagnetic resonance spctroscopy（MRS）and diffusion tensor imaging（DTI）.MethodsTwelve patientswith acute whitematter lacunar infarction，and 20 patients with ischemic leukoaraiosis，which located in the centrum semiovale and corona radiate areas，and 15 healthy volunteers were recruited.T1WI，T2WI，T2FLAIR，DWI，MRSand DTIscanswere performed for the patients and volunteers.Then the values of the average diffusivity（MD），fractional anisotropy（FA），and the level of N⁃acetyl aspartate（NAA），choline（Cho），and creatine（Cr）weremeasured and compared between three groups.ResultsThere were significant reductions of NAA and FA values in the lacunar infarction group compared with the control group，and in the leukoaraiosis group compared with the control group（P＜0.01）.There was no significant difference in NAA and FA values between the lacunar infarction group and the leukoaraiosis group（P＞0.05）.Conclu⁃sionsNAA and FA values significantly decrease in small vessel ischemic diseases，which reflects themicroscopic struc⁃tural and functional changes in axonalmyelin sheathes of cerebralwhitematter.Itwill be helpful to understand the patho⁃genesis and pathological changes in small vessel ischemic diseases by using MRSand DTI.

small vessel disease；diffusion weighted imaging；magnetic resonance spctroscopyspctroscopy，MRS）与磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI），就脑白质小血管缺血性病变做一探讨。

R 743 ［

］ A

10.3969／j.issn.1003⁃9198.2014.11.019

2014⁃05⁃19）

210006江苏省南京市，南京医科大学附属南京医院（南京市第一医院）影像科

顾建平，Email：53615238＠qq.com

近年来，脑小血管病变（small vessel disease，SVD）成为研究的热点。SVD主要指累及半卵圆中心、放射冠区及基底节区的髓质深穿支小动脉病变，这些小动脉由于只有内皮和少量平滑肌，没有外层，易发生纤维素样变性、淀粉样变性、出血、闭塞等改变，导致其供应的半卵圆中心、放射冠区及基底节区出现缺血性或出血性病变。缺血性病变主要表现为腔隙性脑梗死及脑白质疏松，这些小动脉的完全闭塞将导致该处腔隙性脑梗死，不完全的缺血则会引起白质疏松［1］。本研究将应用磁共振波谱（magnetic resonance