儿童脑性瘫痪弥散张量成像研究进展

虎玉龙，商立民 综述 王 宏 审校

儿童脑性瘫痪弥散张量成像研究进展

虎玉龙1,2，商立民3综述 王 宏1审校

脑瘫；磁共振；弥散张量成像

脑性瘫痪(cerebral palsy，CP)，简称脑瘫，一般是指自受孕起始至婴儿期内各种非进行性脑损伤所致的，以运动障碍和姿势异常为主要特点的综合征。脑瘫患儿常伴有感觉、认知、语言、视觉、行为等方面的障碍，及癫痫发作、继发性骨骼肌及关节的发育异常[1]。脑瘫发病率为2.0‰～2.5‰，早产、新生儿窒息、低出生体重等是引发脑瘫的常见高危因素[2-4]。脑瘫的临床分型包括痉挛型、不随意运动型、共济失调型、肌张力低下型、混合型，其中痉挛型为最常见类型[5]。脑瘫是导致儿童持久性发育障碍、活动受限以及肢体残疾的主要原因，多数脑瘫患儿经过早期干预后，症状均有显著的改善，所以早期诊断、早期治疗是脑瘫患儿能否预后良好的关键[6]。

1 脑瘫的常规MRI表现

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)具有安全无创、较高的软组织分辨率、多方位成像等优势，现已成为脑瘫影像学检查的首选方法。有70%～90%脑瘫患儿在常规MRI中有异常表现，其影像学表现可分为4种类型。(1)早产儿型：主要表现为脑室旁白质软化，多见于痉挛型双瘫或四肢瘫的早产儿，其发生率约占所有脑瘫患儿的30%～40%；(2)足月儿型：包括皮质、皮质下梗死、多发囊性脑软化等，病变部位可发生于基底节区、大脑皮质、丘脑等；(3)先天性发育畸形：包括无脑回畸形、无脑裂畸形、脑穿通性囊肿和皮质发育不良等；(4)无法分类型：包括脑萎缩、大脑中动脉梗死、半侧脑萎缩等[7-10]。大多数脑瘫患儿在常规 MRI中有阳性表现，但在实际工作中发现，仍有部分脑瘫患儿常规MRI可未见异常。此外，部分临床症状较重的脑瘫患儿，其常规MRI仅表现为范围较小的脑白质异常信号，上述情况使得常规MRI检查结果与脑瘫患儿临床症状之间很难建立一个稳定的联系。常规MRI在脑瘫的诊断及预后判断中尚存在一定局限性，所以国内外学者把弥散张量成像技术(diffusion tensor imaging，DTI)应用于脑瘫的研究，并取得了一定进展。

2 DTI的临床应用

在体外液体中，水分子在各方向运动的速率是一致的，其运动轨迹近似球体，称为各项同性。但在中枢神经系统中，水分子的自由扩散受到细胞结构及细胞膜特性的限制，使其在各方向的扩散速率产生差异，其运动轨迹近似椭球体，称为各项异性。DTI是一种非创伤性检查方法，能够定量测量水分子弥散的各项异性，经过计算后可以清晰的显示大脑白质纤维形态，使得DTI技术在中枢神经系统得到广泛应用。

2.1 评估正常儿童大脑发育 婴幼儿大脑灰、白质在常规MRI上的对比度与成人相反。例如，在T1加权像上(T1WI)，成人表现为脑白质信号高于脑灰质，但婴幼儿脑白质信号要低于脑灰质。组织学研究已证实，婴幼儿随着大脑发育成熟，白质纤维髓鞘化逐渐完成，可以导致上述大脑灰、白质对比度发生改变[11]。影像学上将大脑灰、白质对比度的改变作为判断婴幼儿大脑发育成熟的指标，但上述方法存在一定主观性，缺乏量化标准，给进一步研究带来困难。

在大脑的发育过程中，白质纤维髓鞘化逐渐完善，细胞排列更加紧密，细胞内含水量减少等因素导致大脑白质纤维中水分子在垂直于轴突长轴方向上的弥散能力受限。DTI能够反映水分子在各矢量方向上弥散能力的改变，从而提示大脑白质纤维在成熟过程中微观结构改变的信息[12]，即随着年龄增长，表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)逐渐降低，各项异性分数(fractional anisotropy，FA)逐渐增高，FA、ADC值可作为判断大脑发育状况的有效指标[13，14]。肖江喜等[15]研究正常儿童脑白质发育规律，结果显示正常儿童脑白质FA值随年龄增加，并与年龄呈对数正相关。此外，该研究发现胼胝体FA值最高，脑灰质最低，余依次为内囊后肢、小脑中脚、半卵圆中心、内囊前肢、视放射、额顶叶白质、丘脑等。Won-jin等[16]选取了87名健康儿童及青少年作为受试对象研究其大脑白质各感兴趣区FA值、ADC值随年龄的变化规律，并得出了与上述相似的结论。

2.2 评估早产儿大脑发育 早产、低出生体重、极低出生体重均是造成婴幼儿脑白质损伤的高危因素，有极大的可能会导致运动发育迟缓，严重者会导致脑瘫。Arzoumanin等[17]对137例早产儿进行18～24个月的追踪随访，结果发现其中3例发展为脑性瘫痪，10例表现为神经系统发育异常。DTI扫描显示该13例受试者较余神经发育正常受试者的内囊后肢FA值显著降低。Bruïne等[18]使用粗大运动分级系统(gross motor function classification system，GMFCS)和贝利婴幼儿发展量表(bayley scales of infant development version 3，BSID-Ⅲ)评估64名早产儿2年内的生长发育情况。该研究认为GMFCS分级高于Ⅱ级者考虑为脑瘫，BSID评分低于规范标准者考虑为神经运动功能发育迟缓。DTI扫描结果表明：根据BSID-Ⅲ考虑为神经运动功能发育迟缓的早产儿，在内囊后肢的FA值较其他受试对象降低、ADC值升高；根据GMFCS考虑为患有脑瘫的早产儿内囊后肢FA也表现为降低，结果具有统计学意义。DTI可早期发现脑白质纤维的异常改变，可以做到对早产儿运动功能发育的预测，从而指导临床早期干预治疗。

2.3 脑瘫诊断 DTI在脑瘫中的应用价值最重要体现在诊断方面。王欣欣等[19]发现，42例临床确诊为脑瘫的患儿中有36例在常规MRI中表现异常，包括脑室周围白质软化，脑萎缩、脑裂畸形等， 6例患儿颅脑常规MRI未见异常。该6例患儿与性别、年龄相匹配的健康儿童对比，结果发现,脑瘫患儿半卵圆中心FA值降低、ADC值增高，差异有统计学意义。DTI可为常规MRI表现正常的脑瘫患儿提供更多的诊断信息。Arrigoni 等[20]对比研究25例脑瘫患儿，结果发现在以小脑脚、皮质脊髓束、丘脑后辐射、胼胝体压部、外囊、视神经及视辐射等为感兴趣区域的FA值显著低于健康对照组。应用DTI定量分析脑瘫患儿脑白质纤维的改变，有助于诊断常规MRI表现未见异常的“隐匿性”脑瘫，对于诊断脑瘫具有较高的应用价值[6]。

2.4 评估脑瘫严重程度 脑瘫的定义强调了患儿以活动受限和姿势障碍为特征，但并不包含其症状严重程度的描述。精确的病情分级对患者治疗方案的制定及预后判断有重要的指导意义。在GMFCS被广泛应用之前，临床医师只能根据脑瘫患儿的认知能力、行走能力等来进行大致推测或根据临床经验进行简单的轻度、中度、重度的分级。该分级缺乏一定的客观性和统一标准，因此难以进行深入性研究[21]。GMFCS是基于脑瘫患儿运动能力随年龄变化规律所设计的一套分级系统，能够客观反映脑瘫患儿粗大运动功能的发育情况[22]。粗大运动功能被评为I 级的脑瘫患儿，其运动能力表现与同年龄的健康儿童表现一致，但在完成速度、平衡能力、协调能力方面存在一定欠缺，粗大运动为IV级的患儿多数不能控制其头部不自主运动，并在多数情况下存在躯体姿势异常和自主运动障碍。

粗大运动功能分级系统只能根据脑瘫患儿的典型运动表现进行分级，并不能定量的对脑瘫患儿严重程度进行评估。DTI联合GMFCS可以定量对脑瘫患儿严重程度进行评估。李同欢等[23]对痉挛型脑瘫患儿严重程度与DTI参数的相关性进行研究，发现45例痉挛性脑瘫患儿内囊后肢、大脑脚腹侧、脑桥FA值较健康对照组降低，ADC值不同程度升高，差异具有统计学意义；研究者将45例痉挛型脑瘫患儿根据其GMFCS等级进行分组，对比其组间差异，结果显示：随着粗大运动功能分级加重，各部位ADC值逐渐升高，FA值逐渐降低，差异具有统计学意义，挛型脑瘫患儿运动功能障碍程度与DTI检查结果有相关性。

2.5 评估脑瘫康复疗效 Jin等[24]将DTI技术应用于脑瘫患儿康复治疗后上肢运动功能的评估中。研究收集了36例偏瘫型脑瘫患儿，在治疗前、后对比患儿双侧皮质脊髓束的纤维束数量(fiber number，FN)及FA值。结果表明：治疗前、后患侧与对侧皮质脊髓束FN、FA均有一定程度增高，且患侧增高程度显著高于对侧。治疗前后DTI参数的变化量与偏瘫上肢功能分级评分(functional level of hemiplegia scale，FxL)变化量进行相关性分析。结果表明，治疗前、后FN、FA值的改变量与评分改变存在显著正相关性。张晓凡等[25]运用DTI和弥散张量纤维束示踪成像对脑瘫患儿早期诊断及康复评价进行研究。研究从300例脑瘫患儿中随机追踪随访治疗1年后的90例脑瘫患儿并行DTI扫描，自身对比发现有78例随访患儿治疗前、后同感兴趣区FA值有不同程度升高；经单因素方差分析，右侧大脑脚、两侧内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部、左侧弓状束、右侧扣带回、双侧内囊前肢、双侧内囊膝、左侧丘脑后辐射康复前、后差异具有统计学意义。此外，对比该90例随访脑瘫患儿大脑纤维，69例脑瘫患儿大脑纤维束可直观显示有不同程度增多和走行方向的改善。应用DTI可为评估脑瘫患儿预后及治疗效果提供直观的参考信息。

综上所述，DTI已经在临床工作中得到广泛应用，但缺乏大样本研究的报道，多数研究只能进行自身或与健康对照组对比，仍然缺乏定量的标准值。此外，在以感兴趣区(region of interest，ROI)为基础的研究中，所选取的ROI数量也较为有限，存在一定局限性。期望在以后的研究中，进行大样本量的研究得出各个感兴趣区FA等参考量的标准值，可以定量评估脑白质纤维的损伤程度。

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(2016-08-23收稿 2016-09-28修回)

(责任编辑 郭 青)

虎玉龙，硕士研究生。

1.100039 北京，武警总医院磁共振科；2.121000，锦州医科大学；3.116013，武警辽宁总队医院大连分院外科

王 宏，E-mail:wanghongmri@sina.com

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