轻度创伤性脑损伤的扩散张量成像研究

朱慧玲，丁建平，王付言，宋春瑶

杭州师范大学附属医院放射科，杭州310015

轻度创伤性脑损伤(mild traumatic brain injury，mTBI)是临床常见脑外伤，约30%患者轻度脑外伤后会出现持续的脑震荡症候群[1]，临床表现主要为持久的躯体、认知和行为症状，损伤机制可能为旋转加速度或角加速度导致的脑深部结构非出血性损伤，以轴索肿胀为主，病损程度相对较轻[2]。由于mTBI的受损部位主要分布在灰白质交界处和大脑深部中线结构区域，且轻度脑损伤一般呈弥漫性，常规的CT、MRI检查一般无阳性发现。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一种描述水分子扩散方向的MRI技术，能量化地反映组织微观水分子的运动。本研究拟通过DTI技术测定mTBI患者的ADC值及FA值，初步探讨DTI在mTBI中的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取35例轻度mTBI患者作为病例组，男26例，女9例，年龄15～50岁，平均年龄35岁。受伤原因：车祸伤15例，坠落伤8例，打击伤12例。另选取l5名健康志愿者为对照组，其中男8例，女7例，年龄22～47岁，平均年龄32岁。所有被检者均严格依据以下纳入标准及排除标准选取。

1.1.1 纳入标准

(1)明确的头部外伤史或可查到头部的着力点处有轻微肿胀、头皮擦损、裂伤。(2)格拉斯哥昏迷评分(Glasgow Coma Scale，GCS)13～15分，有短暂的意识障碍。(3)神经系统检查未发现阳性体征，脑脊液检查肉眼或镜下未见红细胞。既往无神经系统相关疾病。(4)头颅X线平片、常规CT、MRI检查未见脑实质性损害或颅内出血。(5)伤后数日脑电图或脑地形图检查未见异常。(6)文化程度：小学及以上文化，能理解认知功能测验的内容；(4)自愿参加本研究。

1.1.2 排除标准

(1)以往有脑损伤史、脑部疾患史、精神疾病史者；(2)精神发育迟滞者；(3)严重的躯体疾患者；(4)有药物、酒精或其他影响中枢神经系统功能的物质滥用史者；(6)对影像检查不合作或不能有效完成者。

所有上述研究对象均被详细告知试验目的、方法和注意事项，并签署知情同意书正式同意参加试验。病例组和健康对照组在年龄、性别、文化程度上的差异均无显著性(P＞0.05)。本研究通过杭州师范大学附属医院伦理委员会批准。所有患者在伤后1 d至2个月之间进行MRI检查，并记录伤后的一般情况。

1.2 检查方法

1.2.1 设备及扫描方法

使用GE Discovery750超导MR仪，所有研究对象均首先进行常规MRI检查，除均行常规T1WI、T2WI、T2-FLAIR和DWI扫描外，均加行DTI扫描，采用单次激发SE EPI序列，扫描参数：FOV 192 mm×192 mm，TR 80 000 ms，TE 80.8 ms，b值=1000 s/mm2，扩散敏感梯度方向数30个，slice 67，层厚1.5 mm、层间距0 mm。NEX为2。

1.2.2 分析方法

DTI原始图像传至后处理工作站，对扩散张量成像中所有图像进行校正，采用Funct 2软件包中的Tensor软件，构建表观扩散系数图(apparent diffusion coeficient，ADC图)、部分各向异性图(fractional anisotropy，FA图)。所有研究对象均在双侧额叶白质、双侧内囊区、胼胝体膝部及压部中线位置各一个点(共6个)为感兴趣区(region of interest，ROI)，分别计算ROI所测定的ADC值、FA值的平均值。

1.3 统计学分析

用SPSS 11.0软件对资料进行分析，用独立样本t检验比较病例组与对照组各部位的FA、ADC值有无统计学差异。

图1～3 分别为轻度创伤性脑损伤患者的常规MRI及DTI成像。图1为FLAIR成像，图2为FA伪彩图，图3为ADC伪彩图；均未见明显异常信号Fig.1—3 The conventional MRI and DTI imaging in patients with mild traumatic brain injury.Fig.1:FLAIR imaging.Fig.2:FA Pseudo color.Fig.3:ADC pseudo color.There was no obvious abnormal signal in these imagings.

2 结果

病例组和对照组的常规MRI及DTI扫描图像均未见明显异常信号(图1～3)。病例组各部位的FA值及ADC值分别与对照组进行分析比较。表1为病例组与对照组各部位ADC值。经独立样本t检验，各部位ADC值病例组与对照组间均无显著性差异。表2为病例组与对照组各部位FA值，经独立样本t检验，病例组双侧额叶白质区、双侧内囊区及胼胝体压部与对照组间具有统计学差异， FA值较对照组下降。

表1 病例组与对照组各部位ADC值(10-3 mm2/s)Tab.1 The ADC value at each part of the case group and the control group(10-3 mm2/s)

表2 病例组与对照组各部位FA值Tab.2 The FA value at each part of the case group and the control group

3 讨论

随着社会的发展，mTBI已经成为危害人类生命健康和影响人们生活质量的重要问题。DTI可以无创地提供常规MR检查不能显示的人体组织的微观结构、神经纤维束的走向及受损情况、膜渗透性和温度方面的信息[3]。轻度创伤性脑外伤后受累白质的组织结构和功能会发生一定程度改变，相应地可以在DTI上表现为髓鞘的不完整或扭曲，以及各向异性值的降低，进而能够反映出脑组织受伤的范围和程度。

本研究结果表明，mTBI患者脑内出现扩散各向异性的改变，表现为脑内双侧额叶白质区、双侧内囊区及胼胝体压部区域的FA值均有所降低。FA值降低的区域反映局部存在轻度脑组织损伤。笔者认为引起这些区域FA值降低可能的原因是：mTBI易导致脑白质血管周围间隙的扩大、动脉壁的纤维透明变性、胶质增生，以及由于轻微血管周围损伤所导致的脱髓鞘改变。在轻度脑外伤初期脑组织细胞支架轴索的胞膜排列出现紊乱、肿胀，在平行于轴索方向上的扩散受到的阻力增大，扩散减弱，导致扩散的各向异性特征降低，在DTI上相应的表现为FA值的降低。本研究结果显示，mTBI患者ADC值较健康对照组没有明显变化，这可能是由于ADC值仅提供了一个方向的水分子运动情况，由于各向异性的影响，单一方向的扩散不能完全代表扩散的特性。本研究结果表明，FA值较ADC值更能反应出mTBI患者的脑组织损伤情况[4]。

DTI在mTBI方面的应用目前在国内外亦有报道，Arfanakis等[5]研究表明，对于轻度脑外伤患者，24 h内即可见大脑白质FA值显著性下降，常包括皮质下白质、胼胝体和脑干上端背外侧部。Rutgers等[6]研究结果表明，mTBI患者颅脑内多个区域有FA值减低，主要分布在脑白质、扣带回和胼胝体。Mayer等[7]研究表明，mTBI患者的胼胝体及左侧大脑半球的多个区域的FA值均显著减低。Chu等[8]对10例轻度脑外伤后1～6天的患者进行颅脑DTI研究，结果表明，这些患者的颅脑白质多个区域FA值均减低，这可能与轴突的细胞毒性水肿有关，反映颅脑急性损伤。这些研究结果与本研究发现大致相似，说明mTBI患者可能存在细胞性水肿或者脑组织缺血。王博成等[9]研究结果表明，TBI组各ROI的FA值均下降，因而他们认为DTI技术对白质纤维损伤较为敏感，能准确定量分析损伤程度。杨天和等[10]对14例弥漫性轴索损伤病例进行MR平扫及DTI检查，测量全部受检者胼胝体及脑干的ADC值和FA值，研究结果显示患者除胼胝体膝部外的其他测量区域FA值均明显减低。 本研究所测得的患处FA值较正常感兴趣区降低，这与以往的国内外研究结果一致，说明FA值对mTBI导致的轴索平行方向的扩散受限以及脑白质纤维束的受损、中断等均较敏感。总之，本研究结果表明在mTBI患者脑内一些区域出现FA值不同程度的降低，提示局部脑组织损伤的存在。DTI对判断脑外伤后脑损伤的程度和范围提供了一种无创的新方法。

当然，DTI成像技术仍存在一定的局限性和不足。DTI扫描时间较长，DTI图像容易变形，尤其在靠近颅骨、气体或脑脊液处，不利于病灶的准确定位和测量，另外，大脑皮质下的白质用人工方法测量各向异性值易受主观因素影响[11]。但随着硬件和工作站软件的不断升级，随着MRI成像技术的不断发展和进步，DTI测量的范围及准确性会进一步提高，在mTBI及临床其他病变中的应用会更加广泛和准确。

[References]

[1]Niogi SN,Mukherjee P.Diffusion tensor imaging of mild traumatic brain injury.J Head Trauma Rehabil,2010,25(4):241-255.

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[4]Liu A,Maldijian J,Bagley L,et al.Traumatic brain injury:diffusion weighted imaging findings.AJNR Am J Neuroradiol,1999,20(9):1634-1644.

[5]Arfanakis K,Haughton VM,Carew JD,et al.Diffusion tensor MR imaging in diffuse axonal injury.AJNR Am Neuroradiol,2002,23(5):794-802.

[6]Rutgers DR,Toulgoat F,Cazejust J,et a1.White matter abnormalities in mild traumatic brain injury:a diffusion tensor imaging study.AJNR Am J Neuroradiol,2008,29(3):514-519.

[7]Mayer AR,Ling J,Mannell MV,et a1.A prospective diffusion tensor imaging study in mild traumatic brain injury.Neurology,2010,74(8):643-650.

[8]Chu Z,Wilde EA,Hunter JV,et a1.Voxel-based analysis of diffusion tensor imaging in mild traumatic brain injury in adolescents.AJNR Am J Neuroradiol,2010,31(2):340-346.

[9]Wang BC,Li M,Wu LZ,et al.Application of MRI diffusion tensor imaging on diagnosis of traumatic brain injury.J Shanghai Jiaotong University(Medieal Science),2009,29(12):1491-1494.王博成,李梅,吴利忠,等.磁共振弥散张量成像在创伤性脑损伤诊断中的应用.上海交通大学学报(医学版),2009,29(12):1491-1494.

[10]Yang TH,Lin JZ,Tian XH,et al.Combination of MR diffusion tensor imaging and diffusion tensor tracking in diagnosis of diffuse axonal injury.Chin J Med Imaging Technol,2008,24(12):1905-1908.杨天和,林建忠,田新华,等.磁共振弥散张量成像和弥散张量纤维束成像诊断弥漫性轴索损伤.中国医学影像技术,2008,24(12):1905-1908.

[11]Yin CH,Li YH.Status of MR imaging diagnosis of diffuse axonal injury.Chin J Magn Reson Imaging,2011,2(4):300-304.尹春红,李玉华.弥漫性轴索损伤的MRI研究进展.磁共振成像,2011,2(4):300-304.