脑干华勒氏变性的DTI研究

杨丽娟，孟志华，程 英(汕头大学医学院附属粤北人民医院影像科，韶关 512025;通讯作者，E-mail:zhihua_meng@163.com)

华勒变性是一种最常见的原发性脑损伤后继发远隔部位神经元变性，在脑卒中患者中多见，对患者的运动、感觉、语言及智能等造成不同程度的功能障碍［1］。近年来随着功能性MRI技术的发展，磁共振弥散张量成像的临床应用对脑梗死定量研究、神经纤维损伤及判断临床预后等方面有了更深入的研究，可以早期检测到华勒氏变性，为临床医生提供重要的信息，以便对患者进行早期诊断、早期治疗，降低患者致残率、致死率。了解皮质脊髓束受损后华勒氏变性的过程，将有助于改善脑梗死患者的运动功能，提高日常活动和社会生活的能力［2］。虽然常规MRI和弥散加权成像对急性脑梗死可作出早期诊断，但对脑组织神经纤维损伤的评估缺乏特异性。DTI是在DWI基础上发展起来的一种新型磁共振成像技术，可在三维空间内定量分析组织内水分子的弥散运动，清晰勾画脑内主要白质纤维束的走行及空间分布，显示脑内病变对白质纤维束形态结构的直接或间接影响，是目前唯一无创性活体研究脑白质纤维形态结构的方法［3］。脑梗死是一种常见的老年性疾病，具有较高的致残率和致死率，而脑梗死后脑干华勒氏变性是一种最常见的原发性脑损伤后继发远隔部位神经元变性。对于脑梗死后在梗死灶远端白质纤维是否发生继发性变性研究，已在动物实验和尸体解剖的病理检查上得到证实［4］。本研究中利用弥散张量成像对脑干神经纤维弥散程度及皮质脊髓束的改变进行研究，为脑梗死定量研究、判断预后提供重要依据，以往文献对梗死后脑干的华勒氏变性的报道较少;近年来许多学者通过动物实验研究脑梗死后华勒氏变性的病理生理过程，但缺乏可视性。联合运用多种MR成像技术研究华勒氏变性，可使其病程变化变得可视化。本研究主要利用弥散张量成像进一步了解非脑干梗死引起脑干FA值、ADC值变化情况及其规律，以期对华勒氏变性有更深入的了解。

1 材料和方法

1.1 临床资料与分组

选择2013-02-01～2013-11-24非脑干梗死患者54例，年龄33-89岁。入选标准:①病灶在大脑半球及(或)小脑，脑干本身没有明确病灶;②符合1995年第四届全国脑血管病学术会议通过的《各类脑血管病诊断要点》中脑梗死的诊断标准，并经头颅CT或MRI检查证实，并且头颅CT或MRI显示的责任病灶与临床症状相符。排除标准:①脑干病变者;②中枢神经系统其他病变，包括肿瘤、癫痫、神经精神病变等;③有脑部手术史者等。非脑干梗死组包括急性期16例、亚急性期16例、慢性期16例、陈旧梗死再发急性期6例，而非脑干梗死组中初发脑梗死按照病程分为三期，即急性期(n=16)、亚急性期(n=16)、慢性期(n=16);腔隙性梗死组(病灶直径＜1.5 cm，n=27)和梗死面积较大组(病灶直径＞1.5 cm，n=27)。另选40例同时间段及年龄段的对照组(体检者或健康志愿者)，入选标准:①脑实质未见病变;②没有其他器质性病变。

1.2 MRI检查序列及参数

所有检查均采用美国GE1.5T(Signa HDxt)磁共振对所选94例受试者进行脑部常规MRI及DTI成像，DTI采用 EPI序列，TR=8 000.0 ms，TE=98.3 ms，层厚5 mm，层间距 0 mm，矩阵 128 ×128，FOV=240 mm，NEX=1，b=1 000 s/mm2，15 个扩散敏感梯度方向，扫描范围为全脑。

1.3 图像分析

检查完成后，将所有数据传输至AW 4.5工作站，将感兴趣区分别置于3个平面，即延髓上端﹑脑桥腹侧两侧及中脑两侧大脑脚，ROI大小约91-96 mm2，应用 FUNCTOOL重建 ADC图及 FA图，获得皮质脊髓束形态图，同时测量其ADC值和FA值，进行定量分析。

1.4 数据统计分析

使用SPSS18.0软件包对数据进行统计学分析。非脑干梗死组中初发脑梗死不同时期的FA值、ADC值比较，采用多个独立样本检验，即单因素ANOVA检验，先进行总体检验，有差异时，再进行两两对比检验;对照组与非脑干梗死组以及腔隙性梗死组(梗死灶直径＜1.5 cm)与梗死面积较大组(梗死灶直径＞1.5 cm)的ADC值和FA值的比较，采用两独立样本t检验，计量资料以±s表示，P＜0.05为差异有统计学意义，取95%可信区间。

2 结果

2.1 非脑干梗死组与对照组FA值、ADC值比较

非脑干梗死组脑干FA值、ADC值明显降低，与对照组比较，差异有统计学意义(P＜0.000 1，见表1)。

表1 非脑干梗死组与对照组FA值及ADC值对比Table 1 Comparison of FA and ADC values between control group and non-brainsteminfarction group

2.2 梗死面积不同的FA值及ADC值比较

腔隙性梗死灶与梗死面积较大患者的FA值及ADC值对比，均差异有统计学意义(P＜0.05，见表2)。

表2 梗死面积不同FA值及ADC值对比Table 2 Com parison of FA and ADC values among patients with different infarction area

2.3 非脑干梗死组中初发脑梗死不同期FA值、ADC值对比

非脑干梗死组不同病程ADC值和FA值比较，差异有统计学意义(均P＜0.05)。①急性期、亚急性期及慢性期脑干FA值组间比较，差异有统计学意义(P＜0.05)。②急性期、亚急性期及慢性期脑干ADC值组间比较，差异有统计学意义(P＜0.05)。③急性期、亚急性期、慢性期FA值呈逐步降低的趋势，而急性期及亚急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高趋势(见表3)。

表3 初发性非脑干梗死不同期FA值、ADC值对比Table 3 Comparison of FA value and ADC value among primary non-brainsteminfarction patients at different stages

2.4 影像学表现

急性期、亚急性期、慢性期非脑干梗死及脑干皮质脊束来形态及信号变化在不同重建图上的典型表现见图 1-3(见第248，249，250 页)。

图1 左侧大脑半球(左侧额颞叶)脑梗死急性期在不同重建图的表现Figure 1 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(the left frontal temporal lobe)at acute phase

图2 右侧大脑半球(右侧基底节区及右侧枕叶)脑梗死亚急性期在不同重建图表现Figure 2 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the right cerebral hemisphere(the right side of basal ganglia and right occipital lobes)at subacute stage

图3 左侧大脑半球(左侧颞叶)脑梗死慢性期在不同序列表现示意图Figure 3 Different reconstruction performance of cerebral infarction of the left cerebral hemisphere(left temporal lobe)at chronic stage

3 讨论

弥散张量成像提供有关水扩散的性能，扩散各向异性的程度和方向，这使得它可以被用来重建三维图像的白质纤维束的信息。弥散张量成像可活体检测组织内水分子的随机运动，提供关于细胞完整性和病理变化的信息［5］。在中枢神经系统，走行方向高度一致的脑白质纤维束的水分子扩散具有各向异性，表现为沿神经纤维走行方向的水分子扩散速度明显快于垂直方向，原因是轴突膜和髓鞘阻碍水分子在垂直于神经纤维走向上的扩散［6］。这两个动作之间的区别(平行和垂直于纤维，也称为扩散各向异性)是弥散张量成像的基础［7］。各向异性分数(FA)，主要是以沿着轴索途径的水分子的扩散特性作为指标，可用于测量纤维束的完整性［8］。ADC值为各个方向弥散运动的平均值，反映了弥散运动的快慢，但未考虑弥散的各向异性［5］。

本研究结果显示，非脑干部位脑梗死后会引起脑干本身的改变，也就是说脑干形态和信号发生了一定程度的改变，不同脑梗死期脑干发生不同程度的华勒氏变性。一般所说的华勒氏变性是指周围神经切断后其远侧段所发生的变性，即轴索和髓鞘完全解体，最后消失。弥散张量成像在弥散加权成像技术的基础上发展而来，不但可以显示华勒变性的微小变化，还可以量化变性的程度。中枢神经系统的华勒氏变性指中枢神经纤维被切断后其远端也发生轴索和髓鞘的变性。脑梗死发生后，该部位的皮层或皮层下白质因缺血而坏死，锥体细胞与其轴突的联系被切断，锥体束失去了营养来源，即发生华勒氏变性。锥体束包括皮质脊髓束、皮质延髓束、皮质脑桥束等神经纤维，分别下行止于脑干脑神经运动核和脊髓前角运动细胞，途经内囊膝部或内囊后肢的前半部、大脑脚和桥脑基底部、延髓锥体、脊髓侧索、前索。锥体束华勒氏变性在不同阶段有不同的组织、化学和新陈代谢特征，各阶段MR信号不同［9］。脑梗死后，远离梗死灶的锥体束远端神经纤维发生华勒氏变性，已被动物实验及尸体解剖的病理检查所证实［10］。本研究中发现，非脑干梗死引起脑干FA值、ADC值的变化，并且其与梗死灶内的FA值、ADC值变化规律相似;而且不同梗死时期FA值、ADC值变化规律与梗死原位变化规律相仿，这就给临床医生提供了重要的影像学信息，有利于指导临床治疗，并判断预后。

FA值、ADC值是DTI最常用的参数，是反映脑梗死后华勒氏变性病理生理变化的两个重要指标。①FA值即弥散各向异性与整个弥散的比值，其数值在0-1，1表示整个弥散运动的最大各向异性，0表示最小各向异性即最大各向同性［11，12］。从病理生理学角度看，脑梗死早期，细胞水肿导致纤维束肿胀、纤维束之间空间缩小以及纤维束扭曲，致水分子沿着纤维束方向的弥散紊乱，表现为弥散的各向异性程度降低，所以FA值降低。脑梗死晚期，髓鞘逐渐脱失，轴突崩解，坏死组织液化以及胶质增生，导致纤维束的完整性破坏，所以 FA值进行性下降［12］。与本研究结果较为一致，表现为初发性非脑干梗死的急性期、亚急性期、慢性期FA值进行性降低。②ADC值:活体脑组织内的水分子运动受各种生物膜的影响，其自由度用ADC(一个水分子在单位时间内的弥散运动的平均范围)表示，其值能反映水分子的扩散运动能力(值越大，水分子扩散能力越强，信号越高;反之，值越小，水分子扩散能力越弱，信号越低)。从病理生理学角度看，脑梗死后缺血缺氧使脑内ATP耗尽，细胞膜钠泵功能障碍致细胞毒性水肿。由于细胞外大量水分子进入细胞内，造成细胞外间隙减少，曲度增大，加之细胞肿胀，导致水分子的受限加重，ADC值降低。随后，细胞内钙超载、氧自由基及兴奋性氨基酸释放，加重脑细胞和脑微血管内皮细胞损伤，引起血管源性脑水肿，细胞外间隙水分增加，细胞受损程度进一步加重，膜性结构崩解，导致水分子弥散的受限因素减少而自由弥散增加，ADC值增大甚至超过正常范围［12］。与我们所得数据较为一致，表现为初发性非脑干梗死的急性期和亚急性期ADC值降低，慢性期ADC值有升高的趋势。总之，不同时期的非脑干梗死灶引起脑干的FA、ADC值有一定的规律变化，由此可为临床分期、制定治疗方案及判断预后提供了重要的影像学信息。

研究发现，非脑干梗死时，脑干皮质脊髓束华勒氏变性程度与梗死面积的大小有关，腔隙性脑梗死时，皮质脊髓束受损程度较轻或只有推压、移位改变，华勒氏变性较轻，治疗效果较好，预后较好;梗死面积越大，皮质脊髓束受损越严重，华勒氏变性越严重，治疗效果较差，预后越差。所以临床医生对大面积脑梗死病人的及时治疗是关键。正常人脑干皮质脊髓束走行规律，形态正常，而脑梗死后就会引起脑干皮质脊髓束发生不同程度的变化，如缺失、受压推移、信号异常等，所以只要脑干神经纤维束形态或/和信号发生改变，一定程度上说明脑干发生了华勒氏变性。

弥散张量成像可以定量测出脑梗死后引起梗死灶内的神经纤维束发生了华勒氏变性，已被许多学者证实;本研究发现非脑干梗死引起了脑干皮质脊髓束发生华勒氏变性。本研究例数相对不多，还需今后增加例数，努力找出更多切入点作更深入的研究，以期对华勒氏变性的了解更深，争取给临床提供更重要的影像学信息。随着DTI技术的发展与进步，将对华勒氏变性的研究得更加深入，进而为临床判断患者预后、评价疗效等方面发挥更大作用。

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