肌萎缩侧索硬化症的磁共振弥散张量成像研究

侯晓妹 杨碧莹 张旭祥 杜宝新 王家伟 唐梅丽 郑瑜

肌萎缩侧索硬化症的磁共振弥散张量成像研究

侯晓妹 杨碧莹 张旭祥 杜宝新 王家伟 唐梅丽 郑瑜

目的 初步探讨磁共振弥散张量成像(DTI)在肌萎缩侧索硬化(ALS)诊断中的应用价值。方法 选取54例具有不同诊断级别的ALS患者，包括确诊(21例)、很可能(22例)、可能(11例)的患者，同时选取23名健康体检的志愿者作为健康对照。分别行DTI扫描，测量各感兴趣区(ROI)的平均扩散系数(ADC)和各向异性系数(FA)，分析两组间ADC和FA的差异，并对ALS组患者ADC值及FA值与临床资料的相关性进行分析。结果 与健康对照组比较，ALS患者大脑脚、内囊后肢区的ADC值升高(P<0.01)，大脑脚、内囊后肢及中央前回区的FA值降低(P<0.01)；相关分析显示ALS患者内囊后肢的ADC值与诊断级别呈负相关(r=-0.289，P<0.05)，与上运动神经元损伤评分呈正相关(r=0.304，P<0.05)；大脑脚及内囊后肢的FA值与诊断级别呈正相关(r=0.394，P<0.01；r=0.547,P<0.01)，与上运动神经元损伤评分呈负相关(r=-0.301,P<0.05；r=-0.653,P<0.01). 结论 DTI可客观定量评估ALS患者锥体束的损伤情况，在ALS的诊断中具有重要的辅助价值。

肌萎缩侧索硬化；弥散张量成像；锥体束

肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是一种同时存在上、下运动神经元退行性变的神经系统变性疾病。当患者同时具有肌无力、肌萎缩、腱反射活跃、病理征阳性等上、下运动神经元损伤的表现时，其诊断并不困难。然而大多数患者在出现可识别的临床症状之前，已经存在不同程度的上或下运动神经元损伤的病理改变[1]。因此借助实验室检查获得上、下运动神经元损伤的证据，对于ALS患者的诊断具有重要意义。肌电图等检查能够敏感地发现ALS患者下运动神经元的损伤。然而，到目前为止尚无公认的客观指标来评估ALS上运动神经元即锥体束的损伤情况[2]。随着神经影像学技术的发展，磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)在评价ALS患者的锥体束损伤方面的作用越来越受到重视。本研究旨在探讨DTI在ALS诊断中应用价值。

1 对象和方法

1.1 研究对象 收集2011-09-2014-05作者医院治疗的存在上运动神经元损伤体征的患者54例，其中男26例，女28例，年龄27～74岁，平均(51.7±11.2)岁，依据世界神经病学联盟提出并修订的EI Escorial诊断标准[3]分为临床确诊ALS患者(21例)，临床拟诊ALS患者(22例)，临床可能ALS患者(11例)。其中以肢体无力起病者46例，以构音障碍、吞咽困难起病者8例。该54例患者均经严格的临床、电生理和影像学检查排除颈椎病、腰椎病、多灶性运动神经病、平山病等。选择与病例组年龄和性别相匹配的健康志愿者23名(对照组)，男12名，女11名，年龄25～75岁，平均(48.2±8.3)岁。所有受试者均签署了知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 影像学检查：采用GE 3.0T Propeller HDMR扫描仪，ADW 4.5 Workstation-Functool MT软件。头颅标准正交线圈。参数：层厚5 mm，层距0 mm，患者取仰卧位，头先进；横轴位包括常规MRI(T1-FLAIR轴位，T2-FRFSE及FLAIR轴位)、DTI。 DTI采用横轴位扫描，使用单次激发自旋回波平面成像(SE-EPI)TR 6000 ms，TE 69.9 ms，b值1000 s/mm2，扩散敏感梯度方向23，矩阵128×128，视野24 cm×24 cm，激励次数1。将采集到的原始数据运用Functool 软件在皮质脊髓束走行区选取3个感兴趣区(region of interest，ROI)(大脑脚中、内囊后肢、央前回皮层下白质)，构建各向异性系数(fractional anisotropy，FA)和平均扩散系数(average diffusion coefficient，ADC)：面积20～30 mm2，测量双侧ROI的FA和ADC值，重复3次取均值。

1.2.2 临床评估：(1)ALS功能评分：包括言语、流涎、吞咽、书写、使用餐具、穿衣和洗漱、床上翻身和整理被服、行走、爬楼梯、呼吸困难、端坐呼吸、呼吸功能不全等共l2个项目，总分0～48分，分值越低，表明神经功能损害越严重；(2)病情进展速度评分：由以下公式计算：病情进展速度评分=(48-ALS功能评分)÷病程；(3)上运动神经元损伤评分：分别以四肢及咽等5个部位为单位，计算上述5个部位的上运动神经元损伤情况，一个部位出现反射活跃或亢进则记为1分，总分0～5分；(4)临床诊断级别评分：临床确诊、临床拟诊、临床可能分别记为1、2、3分。

1.3 统计学处理 应用SPSS18.0软件进行统计分析，计量资料以均数±标准差表示，两组间比较采用t检验。ALS患者大脑不同部位ROI的ADC值和FA值与年龄、性别、诊断级别、病程、上运动神经元损伤评分、ALS功能评分和病情进展速度进行Spearman相关性分析。检验水准P<0.05。

2 结果

2.1 各组大脑不同部位ROI ADC值和FA值比较 与健康对照组相比，ALS患者大脑脚、内囊后肢区的ADC值升高(P<0.01)，ALS患者中央前回的ADC值与健康对照相比虽存在降低的趋势，但无统计学意义(表1)。ALS患者大脑脚、内囊后肢及中央前回区的FA值均较健康对照组降低(P<0.01)(表2)。

表 1 两组大脑不同部位ROI的ADC值比较

注：ROI：感兴趣区，ALS：肌萎缩侧索硬化，ADC：平均扩散系数，表2～4同

表 2 两组大脑不同部位ROI的FA值比较

注：FA：各向异性系数，表4同

2.2 ALS患者ADC值和FA值与临床资料的相关性分析 ALS患者内囊后肢的ADC值与诊断级别呈负相关，与上运动神经元损伤评分成正相关；大脑脚及内囊后肢的FA值与诊断级别呈正相关，与上运动神经元损伤评分呈负相关，而余临床指标与FA、ADC值间均无相关性(P>0.05。结果见表3、4。

表 3 ALS患者大脑各区ADC值与

表4 各区FA值与各临床因素的相关性分析

3 讨论

ALS通常隐袭起病，诊断相对困难。由于查体结果易受检查者主观因素的影响，因而如何客观评价患者的上、下运动神经元损伤的情况，对于ALS的诊断及鉴别诊断尤为重要，其中对ALS患者的上运动神经元损伤的评估尤其困难。近年来随着DTI的应用，为评估上运动神经元损伤情况提供了帮助。

DTI较常规MRI方法能够更敏感地检测脑组织的病理改变，在中枢神经系统中可用于追踪观察白质纤维束的走行及完整性，其常用参数包括ADC和FA。ADC是指由于生物大分子及细胞膜等扩散屏障的存在，使水分子的扩散在生物组织中受到不同程度的限制，在组织中所能测量到的扩散系数，FA则反映的是与轴突垂直的白质纤维中水分子的扩散异向性[4]。当脑部发生病变时，脑组织的完整性遭到破坏，对水分子扩散活动的限制性减弱，将导致ADC值增高和FA值降低[5]。目前对于锥体束的研究，多选取其走行区的ROI，如对放射冠、内囊后肢、大脑脚、脑桥等部位检测其ADC值和FA值。文献报道内囊后肢、大脑脚为ALS患者与健康对照者之间变异较小、差异较大的区域[6]。本研究选取大脑脚、内囊后肢、中央前回为ROI进行研究，结果显示ALS患者大脑脚及内囊后肢ADC较健康对照组增高，而FA值降低。这与既往研究结果一致[7]。其原因是由于大量的锥体束投射纤维经过此区，在正常的脑组织中该区的水分子扩散具有高度的各向异性[8]，当锥体束受损，限制水分子自由运动的屏障遭到破坏，可以导致FA值降低。微观方面的研究证实轴膜在神经组织的异向扩散中起主要作用，其次为轴突外髓鞘的作用[9]。ALS患者大脑脚、内囊后肢及中央前回的FA值降低表明这些部位的组织均存在轴突纤维的变性及髓鞘的脱失[10-11]。因此，ADC、FA值能提供重要的ALS早期诊断信息。

目前临床尚无公认的对于上运动神经元损伤程度的客观评定量表。由于早期ALS患者的上运动神经元损伤的体征一般局限在某一范围，所以上运动神经元的损伤范围可能较损伤程度能更好地评估ALS患者上运动神经元损伤的轻重[12]。Wang等曾选用亚希瓦斯痉挛评分评估上运动神经元损伤程度，并发现评分与大脑脚的ADC值呈正相关[13]。这与本研究结果相一致。该研究结果表明上运动神经元损伤评分与大脑脚及内囊后肢的ADC存在正相关，与FA值存在负相关，提示ADC、FA值可以定量反映ALS患者上运动神经元损伤的程度。

既往研究已证明ADC值是疾病持续状态的一个独立指标，FA值的变化提示疾病的进展[14]。本研究发现ALS患者的诊断级别与内囊后肢的ADC值呈负相关，与大脑脚及内囊后肢的FA值呈正相关，表明临床确诊的ALS患者其ADC值及FA值的变化更明显，而临床诊断可能的患者则相应的变化较小。提示随着疾病进展，当ALS患者的运动神经元损伤程度达到确诊标准时，通过DTI的方法可以相应反映脑内的锥体束损伤程度。

本研究还发现大脑脚的ADC值与年龄之间存在负相关的倾向性，尽管未显示出统计学意义，仍可能提示年龄越轻，上运动神经元的损伤越明显，在临床中也可观察到年轻ALS患者存在的上运动神经元损伤较老年患者更严重。其两者间的确切关系值得进一步深入探讨。ADC、FA值与ALS的严重程度即ALS功能评分之间没有明确的相关性，其原因可能是由于ALS功能评分更多的是对下运动神经元的评估，而ADC、FA值反映的是锥体束，即上运动神经元的病损程度，因而两者之间缺乏相关性[15]。同时，由于不同患者的疾病进展速度不一致，因而影像学的检查结果与疾病的持续时间即病程亦不相关。这与既往研究结果相一致[16-17]。

综上所述，该研究结果显示大脑脚及内囊后肢其ADC和FA值与对照组比较差异有统计学意义，且大脑脚和内囊后肢FA值以及内囊后肢ADC值与ALS诊断级别和上运动神经元有相关性，表明DTI在ALS的诊断中具有重要意义。

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(本文编辑：时秋宽)

A study on MR diffusion tensor imaging of amyotrophic lateral sclerosis

HOUXiaomei,YANGBiying,ZHANGXuxiang,DUBaoxin*,WANGJiawei,TANGMeili,ZHENGYu.

*DepartmentofNeurology,GuangdongHospitalofTCM,Guangzhou510006,China

DU Baoxin，Email：dbx.dr@163.com

Objective To investigate the value of diffusion tensor imaging (DTI) for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Methods Fifty-four cases of ALS patients with different diagnostic levels were selected, including clinically definite (21 cases), clinically probable (22 cases), clinically possible (11 cases) . At the same time, 23 healthy volunteers were recruited as controls. Fractional anisotropy (FA) and average diffusion coefficient (ADC) values were measured in each region of interest respectively. The difference of diffusion parameters between the two groups were analyzed and the correlations between diffusion parameters and various clinical variables were investigated by Spearman correlation analysis. Results Compared with healthy controls, a significant increase in ADC were found (P<0.01)on the level of posterior limb of internal capsule and the cerebral peduncle in ALS group. A significant reduction in FA were found (P<0.01) on all the levels of region of interest in ALS group. The ADC values in the posterior limb of internal capsule level correlated negatively with diagnostic levels of the patients (r=-0.289,P<0.05), and correlated positively with upper motor neuron injury score (r=0.304,P<0.05). The FA values in the cerebral peduncle level and posterior limb of internal capsule level correlated positively with the diagnostic levels (r=0.394,P<0.01;r=0.547,P<0.01), and correlated negatively with upper motor neuron injury score(r=-0.301,P<0.05;r=-0.653,P<0.01). Conclusions DTI can objectively evaluate the impairment of pyramidal tracts in ALS patients and can be used as an important adjuvant measure for the diagnosis of ALS.

amyotrophic lateral sclerosis; diffusion tensor imaging; pyramidal tracts

10.3969/j.issn.1006-2963.2015.05.006

广东省科技计划项目(2010B030700027)；广东省中医药局资助项目(2010139)

510006 广东省中医院神经科(侯晓妹、杨碧莹、杜宝新、郑瑜)，影像科(唐梅丽)；510405 广州中医药大学2012级硕士研究生(张旭祥、王家伟)

杜宝新，Email：dbx.dr@163.com

R744.8

A

1006-2963 (2015)05-0330-04

2014-10-15)