SWAN技术在DAI诊断分级及预后评判中的应用研究

胡晓芳 吕学明 李博 袁绍纪

·临床研究·

SWAN技术在DAI诊断分级及预后评判中的应用研究

胡晓芳 吕学明 李博 袁绍纪

目的研究磁共振磁敏感加权血管成像（SWAN）技术对弥漫性轴索损伤（DAI）的诊断分级及预后评价。方法选取自2013年1月至2015年3月收治于济南军区总医院神经外科符合纳入标准的50例DAI患者常规行核磁T1WI、T2WI、FLAIR、SWAN扫描，比较各系列之间病灶数目差异；将SWAN序列扫描结果结合患者GCS评分对DAI进行分级，进一步分析SWAN影像结果影响DAI患者分级及预后GOS评分的因素。结果（1）SWAN对颅内微小出血灶数目检出率明显高于MRI常规序列T1加权成像、T2加权成像和流动衰减反转恢复序列（分别为985个对比53个，101个，204个，P＜0.01）。（2）SWAN检出病灶累及部位、弥漫性脑水肿及脑干损伤程度等因素与DAI患者GCS评分分级呈正相关，与GOS评分分级呈负相关。（3）DAI预后呈两极分化状态，GCS评分分级越高，GOS评分越低、死亡风险值越大。结论SWAN技术对DAI诊断分级及其预后评价具有很高的准确性和可靠性，可作为仅次于病理诊断的技术手段。

弥漫性轴索损伤；磁敏感加权血管成像；微出血灶；格拉斯哥昏迷评分；格拉斯哥预后评分

弥漫性轴索损伤 （diffuse axonal injuery，DAI）是外伤性脑损伤（traumatic brain injuries，TBI）中最严重的损伤之一，是引发TBI患者死亡、植物生存或严重神经功能障碍的最主要原因。DAI发病率占致死性颅脑损伤的28%～42%[1]，潜在的未得到确诊的DAI患者占35%～52%，确诊后严重的DAI患者病死率高达50%[2]。早期诊断对DAI患者病情判断及预后改善有重要的指导意义。目前对DAI诊断金标准为病理学，CT或MRI只能做为初筛方法。随着新成像技术磁敏感加权血管成像 （star weighted angiography，SWAN）在临床中的的应用DAI病灶的检出率、临床疗效及预后均较以往明显改善。本研究对临床诊断为DAI患者SWAN上的影像学表现进行回顾性分析，利用SWAN、T1加权成像（T1-weighted imaging，T1WI）、T2加权成像 （T2-weighted imaging，T2WI）及流动衰减反转恢复序列 （fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）各序列检出DAI病灶分布部位，利用GCS评分和随访后得出的GOS评分等多种因素对DAI做出临床分级及预后判断，旨在加强认识SWAN在DAI诊断分级及预后判断中的重要作用。

资料与方法

一、一般资料

选取自2013年1月至2015年3月济南军区总医院神经外科50例疑诊DAI患者，在外伤当天接受CT扫描，CT的影像表现不能解释临床症状者，在病情相对稳定的 24～72 h内行常规 MRI及SWAN扫描。

纳入标准：（1）头部有加速性损伤或旋转暴力等病史；（2）伤后立即出现昏迷症状，一般持续时间大于6 h，少数患者有中间清醒期；（3）CT扫描疑似为DAI患者；（4）CT无明显征象而临床表现重、神经系统定位体征不明显患者；（5）手术活检病理发现轴索损伤证据患者。具有上述特征的患者均可作为此次实验纳入的对象。

排除标准：对于入院行CT颅内有明显占位性血肿，或入院时己出现脑疝患者、病情危重无法行MRI者，患有中枢神经其他疾病者，有如冠心病、高血压等其他系统慢性疾病者，临床资料不全影响实验等情况患者给予排除。

行MRI及SWAN当天均对每位患者行GCS评分。患者经过住院治疗，出院后进行随访给予GOS评分，随访时间3个月。

二、实验方法

采用美国GE Excited 3.0T超导磁共振扫描仪，行MRI常规序列及SWAN序列扫描。所有患者行横断面T1WI（TR 635 ms，TE 23.4 ms）、快速自旋回波（fast spin echo，FST）T2WI（TR 4 600 ms，TE 110 ms）、FLAIR（TR 9 602 ms，TE 117 ms，TI2 400 ms）扫描，观察野（fied of view，Fov）240 mm×240 mm，层厚5.0 mm，层间距1.5 mm，各横轴位MR扫描定位层面相同。SWAN序列采用完全速度补偿，三维、梯度回波序列，成像参数如下：TE 11 ms，TR 24 ms，FOV 240 mm×240 mm。扫描所得常规MRI及SWAN图像资料刻盘存档，排除小静脉、钙化灶、含铁血黄素沉积或者脑血管周围间隙，观察病灶的大小、形态、数量、边界、信号，并对图像质量进行评价，对诊断为DAI患者比较T1WI、T2WI、FLAIR及SWAN序列上微出血灶情况。所有的TBI患者均在接受常规MRI及SWAN扫描当天给予GCS评分。参考Levi等[3]方法，根据患者GCS评分及瞳孔有无改变，把DAI分为4级：I级GCS 11～15分；Ⅱ级：GCS 6～10分；Ⅲ级：GCS 3～5分，无瞳孔改变；Ⅳ级：GCS 3～5分，伴有瞳孔改变。50例患者情况如下：I级9例（18%），Ⅱ级 12例（24%），Ⅲ级 16例（32%），Ⅳ级13例（26%）。经济南军区总医院神经外科住院治疗后，出院后随访时间3个月，对每例患者进行GOS评分。SWAN对DAI分级参照Levi等[3]提出的上述分级标准进行。

三、统计学分析

使用SPSS19.0统计分析软件，用DunnettT3检验，以P＜0.01作为检验水准，选取3个层面，分析MRI常规序列及SWAN序列检出病灶数目差异；使用χ2检验，以P＜0.05作为检验水准，分析SWAN序列中研究对象对DAI诊断分级及预后判断；应用Graphpad统计分析软件，绘制DAI各分级预后的生存曲线。

结果

一、DAI影像学表现

50例患者MRI常规序列与SWAN序列检出病灶相比较，SWAN序列中出现的病灶有部分出现在常规序列上，而在SWAN为显示的异常信号范围外在常规序列无明显显示，部分患者表现正常或者轻度脑水肿征象。SWAN成像特点为大小不等、形状不一点状、串珠样、或甩鞭样的低信号病灶（图1）。

图1 弥漫性轴索损伤患者不同序列的影像学特征表现

二、MRI各序列上DAI病灶分布及特点

在常规MRI各序列及SWAN中，SWAN的DAI病灶检出数较常规MRI序列检出病灶数明显增多，选取经胼胝体干层面、经上丘和后连合、经小脑上脚三个层面，用工作站自带软件分别计算每例患者各层面检出病灶数目，50例患者SWAN序列三个层面病灶总数相加得出数据，如表1所示，病灶检出数目SWAN＞FLAIR＞T2WI＞T1WI（仅做描述性表述）。

表1 50例常规MRI各序列及磁敏感加权血管成像检出弥漫性轴索损伤病灶数目（个）

三、SWAN对DAI的分级

本研究参考Levi等[3]方法将50例患者分为Ⅰ～Ⅳ级。在SWAN序列上，Ⅰ级9例（18%），Ⅱ级12例（24%），Ⅲ级16例（32%），Ⅳ级13例（26%）。Ⅰ级DAI患者CT扫描未见明显异常，MRI可显示出血点，SWAN可见散在的低信号出血点，主要分布在额叶、脑室周围等白质区呈纺锤形或条形信号，长轴呈甩鞭样或串珠状，病灶未累计中线，无弥漫性脑肿胀（diffuse brain swelling，DBS），无脑干损伤等。Ⅱ级DAI患者部分CT扫描可发现病灶，常规MRI扫描T2、FLAIR序列可出现低信号或者高信号出血灶，SWAN显示出病灶已累及胼胝体等中线部位，呈斑片状或小结节状改变，少数患者伴有DBS，中线移位不明显，通常小于5 mm，脑干无明显损伤。Ⅲ级DAI病灶主要涉及胼胝体及脑干，多数出现DBS，中线移位小于5 mm，部分双侧DBS无中线移位，环池受压或者消失。Ⅳ级DAI病灶不但涉及胼胝体等中线部位，主要伴发脑干原发损伤，和/或严重DBS，中线移位＞5 mm，或有明显手术指征等。基于SWAN在DAI分级的不同影像学表现，如表2所示与分级密切关联的因素主要包括：微出血病灶检出及累及部位、环池变化、脑干损伤及DBS。而中线移位、合并挫裂伤及蛛网膜下腔出血等其他影像特征与GCS分级无关。

四、预后评估分析

（一）SWAN影像表现与DAI预后分析

50例临床诊断DAI患者出院后经3个月随访得出良好（5分）17例（34%），较差（4分）4例（8%），差（3分）5例（10%），植物生存（2分）5例（10%），死亡（1分）19例（38%）。分析SWAN各项阅片指标与DAI患者预后分级的相关性。由表3可见病灶累及中线、中线移位、脑干损伤、DBS与DAI患者的GOS分级相关。而病灶数量、环池变化及并其他脑伤患者GOS分级无关。

表2 弥漫性轴索损伤各项阅片指标与DAI分级的卡方检验结果

表3 磁敏感加权血管成像各项阅片指标与弥漫性轴索损伤患者预后的相关性分析结果

（二）DAI患者生存分析

将不同分级50例患者出院后3个月内随访期间的生存时间绘制生存曲线，随访截止日期为2015年3月1日，以随访时间为横轴，以生存率为纵轴作图。如图2所示，从50例患者分级的生存曲线明显看出，Ⅰ、Ⅱ级患者生存曲线非常平缓，尤其Ⅰ及患者生存曲线为直线，代表DAI一级患者存活率为100%；Ⅲ、Ⅳ级患者生存曲线较Ⅰ、Ⅱ级明显陡峭，生存期短，Ⅳ级生存率最低，Ⅲ级患者生存曲线虽然没有Ⅳ级陡峭，有长拖尾，说明即使生存时间超过3个月的患者几乎为植物状态，且生存质量很低。另外，从曲线的走向明显看出DAI患者预后呈明显两级分化趋势。

图2 50例患者的分级与预后生存曲线

讨论

DAI是TBI中最严重的损伤之一，是引发TBI患者死亡、植物生存或严重神经功能障碍的最主要原因。患者头部在加速度外力作用下突然旋转和减速运动使不同质量的脑组织产生剪应力，导致神经轴索损伤发生断裂，因此，损伤轴索周围的毛细血管也受到撕裂，出现微小的灶性出血[4-6]，这是目前DAI患者最重要的损伤机制。大量国内外研究资料显示：DAI患者颅内病灶易损区主要分布于密度不同的脑组织间，常见于白质与灰质交界处，胼胝体和脑干头端[7]。部分学者研究认为，DAI出血灶总数与GCS评分具有相关性，而且与患者昏迷天数呈正相关[8-11]。也有文献报道DAI病灶累及近脑中线部位者患者GCS评分较低，临床症状重，预后差[12]。本研究中观察50例患者SWAN序列病灶分布亦常见于这三个部位。DAI患者预后呈两极分化状态，GCS评分低可存活的患者预后大多很差，例如记忆力、语言能力、计算能力损害，运动功能的丧失或减弱，最严重为植物状态长期生存[13]。

DAI确诊的金标准为病理诊断，但在临床应用中有很大局限性，对于绝大多数TBI患者无法获取病理标本。DAI通过影像学诊断主要依据TBI患者颅内微小出血灶，近年研究显示神经轴索损伤不会发生出血，也无有效的检查方法可以检测神经轴索本身损伤。临床中对TBI患者入院初步诊断主要依靠CT扫描，绝大多数CT结果显示无异常，但患者临床表现为同神经体征不相符的持续昏迷，伤后早期尤为多见。对于病情无法解释者行MRI检查弥补CT不足，但微小病灶和轻度的DAI在MRI常规序列检出率很低，造成假阴性结果。目前随着SWAN、SWI和其他衍生序列、弥散加权成像、弥散张量成像等新型影像技术诞生，对DAI患者的诊断有很大提高，对病灶数目、血肿体积、水肿程度等能明确体现出来。病灶显示为低信号与周围组织有明显区别[14]。Tong等[15,16]研究结果显示磁敏感加权成像检出DAI病灶数目是T2WI的4～7倍，病灶体积是T2WI的2倍。利用其对微小出血的敏感性[17,18]，早期诊断DAI，提高临床对DAI的诊治水平及伤情判断和预后评估有着重要的临床意义[19,20]。

SWAN与GCS评分相结合对DAI分级及预后均有很大临床意义。DAI轴索本身损伤缺乏有力的检查依据，但轴突的广泛损伤可引起不同程度昏迷或意识障碍的，且持续时间较长。50例患者中，DAII级患者昏迷时间持续在6～24 h之间，瞳孔光反存在，CT扫描结果几乎无DAI表现，经过治疗后大部分3 d左右可遵医嘱活动，出院3个月随访中恢复良好，个别有遗忘、烦躁症状，也可称这类患者为轻型弥漫性轴索损伤；DAIⅡ级患者昏迷时间大概在24～72 h之间，往往完全清醒平均时间需要10 d左右，CT可见个别的出血灶，也可并发其他类型脑损伤。MRI扫描可发现微小出血灶，检出率高于CT。经过治疗及出院随访，最严重表现为认知缺陷，个性变化，思维简单，工作能力较受伤前降低。死亡患者非DAI导致，由其他并发症引起，不足说明DAIⅡ级患者死亡率，可称为中型弥漫性轴索损伤。DAIⅢ级患者典型临床表现为深昏迷，轴索损伤严重、广泛，病灶累计间脑、脑干，持续去皮质强直状态是其最严重特征表现，但瞳孔有光反存在，多伴随严重DBS，SAH等病死率高，归为重型弥漫性轴索损伤。DAIⅣ级，以深昏迷和持续去脑强直为表现特征。GCS评分3～5分，大多瞳孔散大固定，无光反。评分3分死亡率高达78.4%，预后极差。幸存者多为植物状态生存或者重度残废，又称特重型弥漫性轴索损伤。本研究对DAI的诊断分级主要结合常规MRI序列及SWAN的影像学表现，可作为仅次于病理诊断的技术手段。

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Application of SWAN technology in DAI diagnosis classification and prognosis evaluation

Hu Xiaofang,Lyu Xueming,Li Bo,Yuan Shaoji.Department of Neurosurgery,Ji’nan Militray General Hospital,Ji’nan 250031,China

Yuan Shaoji,Email:libo_soldier@aliyun.com

ObjectiveTo study the value of star weighted angiography (SWAN）in the diagnostic grading and prognostic evaluation of patients with brain DAI.MethodsFifty patients with brain DAI hospitalized in Department of Neurosurgery of Ji’nan Military General Hospital during 2013 January to 2015 March,were selected to receive 3.0T MRI,including sequences of T1WI、T2WI、FLAIR and SWAN.The number of the lesions and distributional characteristics in each sequence was analyzed.Furthermore,the correlativity of the grading and prognosis in patients with DAI in combination with GCS score and GOS score was also analyzed.Results(1）The detection rate of cerebral microbleeds through SWAN was significantly higher than that with the method of T1WI、T2WI and FLAIR.(2）SWAN detected lesion distribution,diffuse brain swelling and brain stem injury is closely related to the GCS score grading and GOS score.(3）The prognosis of DAI displayed polarization state,the higher grade of the GCS score,the lower of GOS score,and the greater value of the risk of death.ConclusionSWAN was a reliable method for the grading of clinical diagnosis and prognosis assessment in the patients of DAI after TBI,and the accuracy of diagnosis of DAI was second only to pathological diagnosis.

Diffuse axonal injury;Star weighted angiography;Cerebral microbleeds; Glasgow coma scale;Glasgow outcome scale

2016-10-08）

（本文编辑：张丽）

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.06.002

国家自然科学基金（81471214）；济南军区总医院院长基金（ZD201405）

250031 济南，济南军区总医院神经外科

袁绍纪，Email：libo_soldier@aliyun.com

胡晓芳,吕学明,李博,等.SWAN技术在DAI诊断分级及预后评判中的应用研究[J/CD].中华神经创伤外科电子杂志,2016,2 (6):328-333.