脑梗死期相演变中DTI参数变化的动态观察

秦昕东，韩景娟，纪志英，苑 晶，冯荣平

（山东省德州市人民医院放射科，山东 德 州253000）

脑梗死发病率占全部脑血管病的75%，死亡率和致残率高［1－2］。本研究通过分析不同期相脑梗死患者的DTI图像，初步探讨DTI常用的6种参数在不同期相脑梗死的变化规律，以为该病的期相判断、临床监测和进展评价提供新的影像学检查手段。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集我院2010年2月至2012年12月经临床确诊、同时经CT或MRI检查除外脑出血或其他疾病的脑梗死患者70例，其中男36例，女34例；年龄49～84岁，平均64岁。根据Osbor n［2］分类方法，将脑梗死分为超急性期（发病小于6 h，6例），急性期（6～24 h，8例），急性晚期（1～3 d，15例），亚急性早期（4～7 d，12例），亚急性晚期（1～8周，15例）以及慢性期（2个月以上，14例）。

1.2 仪器与方法 采用 GE Signa HDx 3.0 T 超导型扫描机及与其配套的SDC－ADW4.4版MR图像工作站，梯度场切换率为150 mT／ms，采用8 NV HEAD－A线圈，在行常规轴位扫描后行DTI序列扫描。DTI扫描采用EPI序列21个方向扩散权重采集，TR／TE 8 000 ms／87 ms，层厚4.0 mm，无间隔，采集矩阵128×128，FOV 24 c m×24 c m，NEX 1.0，重建矩阵256×256，扫描层数30层。2个扩散梯度场分别取b1＝0 s／mm2及b2＝1 000 s／mm2。常规扫描层厚、层距分别为6.0 mm和1.0 mm。序列分别为：①T1FLAIR，TR／TE 1 800 ms／27 ms，TI 760 ms；② FSE T2WI，TR／TE 5 000 ms／123 ms；③T2FLAIR，TR／TE 8 000 ms／168 ms，TI 2 000 ms；④DWI轴 位扫描 TR／TE 4 500 ms／75 ms，2 个 扩 散 梯 度 场 分 别 取 b1＝0 s／mm2及b2＝1 000 s／mm2。

1.3 参数测量及统计处理 DTI扫描完成后对整合的660幅原始图像行平均扩散系数（average diff usion coefficient，DCavg）、部分各向异性（fractional anisotropy，FA）、容积比各向异性（vol u me ratio anisotropy，VRA）、各向同性（isotropy，Iso）、衰减指数（exponential attenuation，Exat）、T2加 权 迹 线（T2－weighted Trace，T2－WT）等参数的图像制作。在所生成的参数图像中选择病灶部位作为ROI，利用软件工具划出对侧正常的对称区域作为对照，测量二者的参数值并行配对资料分析；对各期相病灶中心的诸参数值行纵向观察，用单因素方差分析，若有差异，再用SNK－Q检验，进行期相间的两两比较，以P＜0.05为差异有统计学意义。同时取病灶和对称点为Seed行扩散张量纤维束示踪（diff usion on tensor dractography，DTT）成像，观察通过二者的神经纤维束的形态。

2 结果

超急性期脑梗死患者其DCavg明显低于对侧正常组织（P＜0.05），FA及VRA和对侧未见明显差异（P＞0.05），Iso、Exat及 T2－WT均高于对侧正常组织（P＜0.05），所生成参数图像亦呈相应高低信号变化（图1a～1c，见封2），DTT显示通过病灶区域的纤维束略显增粗或模糊改变。急性期与急性晚期病灶参数变化相同：DCavg、FA及VRA均低于对侧正常组织（P＜0.05），Iso、Exat及 T2－WT值均高于对侧（P＜0.05），参数图像亦呈相应高低信号变化（图2a～2c，3a，3b，见封2），DTT图显示通过该处的神经纤维明显减少（图3c，见封2）。亚急性早期病灶区域DCavg值减低（P＜0.05）、FA及VRA 值仍较对侧减低 （P＜0.05），Iso、Exat及T2－WT值较对侧增高（P＜0.05），参数图像亦呈相应变化（图4a～4c，见封2），DTT图显示通过该处的神经纤维明显减少或断续改变。亚急性晚期病灶DCavg值较对侧开始增高（P＜0.05），FA及VRA值则明显较对侧减低（P＜0.05），Iso及 T2－WT值和对侧变化不大（P＞0.05），Exat值则较正常减低（P＜0.05），参数图像亦呈相应变化（图5a～5c，见封2），DTT显示病灶区通过的神经纤维进一步减少、变细。慢性期病灶DCavg明显增高（P＜0.05），FA及 VRA值则明显减低（P＜0.05），Iso、Exat及T2－WT值呈减低改变（P＜0.05），参数图像亦呈相应变化（图6a，6b，见封2），该期DTT显示病灶区几乎消失，无神经纤维走行（图6c，见封2），见表1。

表1 各期相脑梗死病灶中心与健侧DTI参数比较（±s）

表1 各期相脑梗死病灶中心与健侧DTI参数比较（±s）

注：DCavg：平均扩散系数；FA：部分各向异性；VRA：容积比各向异性；Iso：各向同性；Exat：衰减指数；T 2－WT：T 2 加权迹线。

动态期相 例数 位置 DCavg（×10－4 mm2／s） FA VRA Iso Exat T 2－WT超急性期急性期急性晚期6 8 1 5亚急性早期12亚急性晚期15慢性期354±60 113±22 389±102 135±35 381±109 130±23 319±102 136±27 130±39 132±32 77±16 118±15 14病灶对侧病灶对侧病灶对侧病灶对侧病灶对侧病灶对侧5.03±1.02 9.45±0.77 4.49±1.23 8.58±1.46 5.52±1.16 9.20±1.84 5.64±0.94 8.27±1.71 10.74±3.04 8.43±0.82 20.31±3.20 10.40±2.0 0.33±0.23 0.38±0.11 0.20±0.10 0.32±0.12 0.16±0.07 0.33±0.14 0.22±0.11 0.39±0.16 0.14±0.05 0.32±0.10 0.11±0.05 0.33±0.15 0.23±0.23 0.21±0.09 0.05±0.05 0.13±0.10 0.04±0.04 0.14±0.09 0.06±0.06 0.19±0.12 0.03±0.02 0.13±0.07 0.02±0.01 0.16±0.09 751±98 237±53 837±111 295±50 856±152 301±50 860±116 323±34 373±102 286±40 176±47 263±25 0.53±0.08 0.36±0.03 0.64±0.08 0.43±0.06 0.57±0.07 0.40±0.07 0.60±0.08 0.43±0.06 0.36±0.10 0.43±0.03 0.13±0.06 0.37±0.05

各参数在脑梗死不同期相中均呈明显改变，经单因素方差分析，DCavg、FA、VRA、Iso、Exat及T2－WT在脑梗死不同期相间的F值分别为99.78、4.95、8.29、92.85、80.21、41.96，P 均 ＜0.05，经SNK－Q检验，DCavg、Iso、Exat及T2－WT在脑梗死超急性期、急性期、急性晚期及亚急性早期中的变化不明显（P＞0.05），其中DCavg均明显低于慢性期（P＜0.05），Iso、Exat及T2－WT均明显高于慢性期（P＜0.05）；FA及 VRA 于超急性期、急性晚期、慢性期逐渐变小（P＜0.05）。

3 讨论

3.1 DTI的各种观察指标及意义 DTI是近些年在DWI基础上发展起来的一种新的研究活体组织微结构的无创性方法［3］。扩散张量是指水分子扩散的各向异性或者不均匀组织的扩散特征。常用的定量分析组织扩散特征的参数较多，本研究选择GE机所设的6种常用参数：①DCavg：表示单位时间内分子自由扩散的范围。DCavg越大，水分子的扩散能力越强，组织内自由水含量越多。笔者认为，其与ADC的不同之处在于ADC仅代表在DWI扫描时扩散梯度磁场施加方向上水分子的扩散特性，即仅包含相应层面的信息，而DCavg还包含了空间水分子的扩散信息。本研究取21个非共线方向，所以其应是此21个方向上水分子扩散特性的综合。而每个方向上的数值也是表观的数值，对此21个数值矩阵求积后的平均值即是本研究中所测得的DCavg。②FA：表示组织纤维的各向异性，是扩散各向异性与整个扩散的比值。FA的数值为0～1，1为最大各向异性，代表理想状态下最大各向异性的扩散。0代表最大各向同性的扩散。③VRA：同样是反映组织各向异性程度的指标。它被定义为扩散椭圆体的扩散体积与相等的各向同性张量的球体体积的比率。数值为0～1。数值接近1代表组织更具各向同性的趋势。所以，有用1减容积比（1－Vol u me Ratio，1－VR）来代表，与FA有相同的方向性。研究［4］表明，FA对较低的各向异性敏感，VR或1－VR对较高的各向异性敏感。④Iso和T2－WT。Iso被定义为各方向弥散的几何平均值，和各向异性相对应反映组织扩散的各向同性程度。本研究发现Iso及T2－WT图像信号相似，同时均与DWI的扫描图像接近，但信号强度有近2倍的差别。此三者均可以以相同的变化反映组织的扩散特性。⑤Exat：也称指数ADC，其定义为ExatADC＝exp（－DCavg×b），与DCavg同样反映扩散特性，但方向相反。另外，近年来在DTI基础上发展的DTT技术更能够直观地观察白质纤维的走行结构，从而反映出神经纤维的生理及病理状态下的微观变化。

3.2 DTI参数变化的病理基础 由表1可以看出，脑梗死的超急性期、急性期，病灶区DCavg较对侧明显减低，相应的Exat明显增高。这是因为此时脑细胞缺氧出现能量代谢障碍，直接抑制质膜上钠、钾ATP酶的活性，钾离子大量外流，同时，钙离子、氯离子、钠离子向细胞内流入和聚集，形成细胞内高渗状态，大量水分子随即进入细胞内，引起细胞肿胀－细胞毒性水肿。由于细胞外大量水分子进入细胞内，造成细胞外间隙减小，再加上细胞肿胀，细胞外间隙曲度增大，严重阻碍水分子扩散，反映扩散程度的DCavg明显降低。在急性晚期，少量血管源性水肿的成分参与进来，脑组织开始出现不可恢复损伤、坏死，即使重新有血流灌注也无法挽救这部分组织。文献［5］报道，在超急性期由于细胞毒性水肿、髓鞘纤维肿胀、纤维束的间隙减少，使细胞外间隙迂曲，垂直于纤维走行的水分子运动受限甚至突然停止，从而使扩散的各向异性增高，脑组织FA、VRA较对侧升高。本研究发现超急性期脑组织FA、VRA较对侧变化不显著，与文献［5］报道不同。考虑可能为真正的梗死时间和发病时间不一致而使判定脑梗死的期相不准确或样本数较少所致。而急性期及急性晚期FA值及VRA均显示较对侧下降，说明由于缺血缺氧的病理因素致脑组织的各项异性度开始下降，脑组织的传导功能开始降低；Iso及T2－WT则均呈高信号改变，同样证明扩散的受限程度较重。本研究发现，对于超急性期、急性期脑梗死的诊断，Iso及T2－WT图与常规DWI扫描中的扩散像检出率相近。在急性晚期和亚急性早期，血脑屏障开始破坏，血管源性水肿出现并逐渐加重，但细胞毒性水肿仍存在，各指标和对侧正常组织比较与前2期相同。在亚急性晚期，DCavg和Exat由与对侧无明显差异的“假正常化”渐渐开始分别高于和低于对侧的正常组织［6］；本研究分期采用Osbor n分类方法，亚急性晚期定义为发病1～8周，掩盖了单纯的“假正常化”期；Iso及T2－WT较对侧变化不大，但FA及VRA值仍较对侧低，说明FA及VRA的变化不受血管源性水肿的影响。慢性期（＞8周）DCavg继续上升，较对侧明显升高，反映细胞膜完整性破坏、血管源性水肿、组织含水量增加、病灶的软化及坏死［7－9］；FA 及 VRA 仍较对侧低，传导的破坏性无法恢复；Iso及T2－WT较对侧低。

3.3 脑梗死病灶的参数变化在不同期相间的比较及意义 本研究中，DCavg值在超急性期因为细胞毒性水肿的产生而迅速下降后，急性期达到最低值，以后随病程进展逐步升高；慢性期高于正常脑组织，原因主要是血脑屏障破坏逐渐加大、组织细胞的坏死软化及胶质的增生。Exat值则随DCavg的变化反方向改变，也在急性期出现一个波折。在超急性期和急性期脑组织FA、VRA显著降低，随着病情的进展，亚急性早期、亚急性晚期及慢性期病变区FA、VRA值呈进行性下降，表现为不可恢复的降低，其原因主要是细胞结构的破坏导致组织微观结构正常顺序的丧失，进而发展为组织坏死，从而造成各向异性的显著降低［8］。反映扩散受限的2个参数Iso及T2－WT也呈现出超急性期、急性期增高，以后逐渐下降的信号改变，说明病灶区域的水分子扩散受限逐渐减轻。但只是细胞毒性水肿的因素较弱，并不说明病程的缓解。值得注意的是，在行SNK－Q检验时，急性晚期和亚急性早期二者的差异无统计学意义，分析原因可能与DWI信号变化本身不显著及对患者发病时间记录不准确有关，但不影响整个病程所反映的下降趋势。总体而言，DTI诸参数的变化基本可以反映脑梗死的病程进展状况。3.4 DTI参数指标对于脑梗死期相诊断及病情进展的评估价值 本研究发现DCavg和Exat值能更为准确地反映病灶的扩散特性，对病灶进行动态的观察可以较为准确地进行大体期相判断及对病情进展的评估。Iso及T2－WT值对于发现亚急性早期以前的脑梗死有着与DWI相同的诊断意义，对于亚急性晚期及慢性期的病灶需结合其他参数指标及常规检查作出诊断。FA和VRA值的测量可以检测到传导功能随病程进展的变化，诊断需结合其他参数指标及常规检查。因为DTT成像是基于组织的各向异性，故而DTT所示纤维的粗细形态变化与FA及VRA的进行性下降变化相似。病灶区域的纤维随病程呈略增粗－模糊、断续－变细、缩小－消失改变，此在本组的表现中得到印证。

总之，通过DTI多参数测量比较及功能图观察，不仅可以诊断脑梗死，同时还可以判断病情的期相和评估进展。

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