磁共振弥漫张量成像对儿童弥漫性轴索损伤程度评估的定量研究*

张雨婷，李禄生，何 玲，蔡金华，梁 平，李映良，翟 瑄

（1.重庆医科大学附属儿童医院放射科/儿童发育疾病研究教育部重点实验室/儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地/儿科学重庆市重点实验室 400014；2.重庆医科大学附属儿童医院小儿外科（国家重点临床专科）神经外科 400014）

论著·临床研究doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2017.30.007

磁共振弥漫张量成像对儿童弥漫性轴索损伤程度评估的定量研究*

张雨婷1，李禄生2△，何 玲1，蔡金华1，梁 平2，李映良2，翟 瑄2

（1.重庆医科大学附属儿童医院放射科/儿童发育疾病研究教育部重点实验室/儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地/儿科学重庆市重点实验室 400014；2.重庆医科大学附属儿童医院小儿外科（国家重点临床专科）神经外科 400014）

目的比较磁共振弥漫张量成像（DTI）各向异性分数（FA）与入院时格拉斯哥意识障碍量表（GCS）对儿童弥漫性轴索损伤（DAI）患者损伤程度及预后判断的价值。方法34例DAI患儿入院时采用GCS评分评价意识障碍程度，伤后2周内行DTI检查。健康体检者23例行DTI检查。测量各部位可视性病灶区和健侧对称处FA值及脑中线部位FA值，计算中线部位平均FA值降低程度及可视性病灶平均FA值降低程度。分析GCS评分、可视性病灶平均FA值降低程度及脑中线部位平均FA值与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度的相关性。结果脑中线部位平均FA值降低程度与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度呈显著相关（r=0.519,P=0.002;r=0.669,P=0.000）；可视性病灶平均FA值降低程度及GCS评分与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度均呈低度相关或微弱相关（r=0.285,P=0.103;r=0.487,P=0.003;r=-0.241,P=0.169;r=-0.229,P=0.192）。脑中线部位平均FA值降低程度及可视性病灶平均FA值降低程度与伤后半年患儿恢复程度的相关性高于GCS评分。结论DTI为诊断DAI的敏感方法，较临床普遍采用的GCS评分对DAI患儿的损伤程度及预后判断更有价值。

弥漫性轴索损伤；磁共振成像,弥漫；各向异性分数；格拉斯哥意识障碍量表

弥漫性轴索损伤（diffuse axonal injury，DAI）是指头部在外力作用后引起的以脑白质轴索弥漫性损伤为主要特征的一种创伤性脑损伤，是儿童颅脑损伤较为常见的一种损伤形式，以意识障碍为其主要临床表现。DAI是病理组织形态学的诊断，在脑白质及脑干发现有广泛性分布的轴索收缩球是确诊的依据。目前临床早期准确诊断和判断预后较为困难，给临床治疗带来一定的困扰，格拉斯哥意识障碍量表（Glasgow coma scale，GCS）评分为临床普遍采用的判断损伤程度及预后的依据，但缺乏特异性[1]。磁共振弥漫张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前唯一能应用于活体、定量分析和评估脑白质各向异性改变的技术，部分各向异性分数（fractional anisotropy，FA）是DTI检查最常用的参数，被称为“髓鞘损伤的探针”[2-3]。本研究探讨可视性病灶平均FA值降低程度及脑中线部位平均FA值变化在DAI患儿损伤程度及预后判断中的价值，并与GCS评分作为评价指标的相关性进行比较，现将结果报道如下。

1 资料与方法

1．1一般资料 选择2014年3月至2016年1月在本院治疗的DAI患儿34例，男19例，女15例；年龄1个月至13岁，0～3岁5例，3～6岁15例，6岁以上14例，平均（5.50±3.45）岁。患儿均符合DAI临床及影像诊断标准。其中车祸伤24例，坠落伤10例；根据入院时GCS评分，轻度意识障碍（13～15分）5例，中度意识障碍（9～12分）17例，重度意识障碍 （3～8分）12例；所有患儿伤后立即出现意识障碍，意识障碍时间小于3 d 15例，3～7 d 6例，>7～15 d 9例，大于15 d 4例；治疗方法为急性期防止继发性脑损伤及亚急性期营养支持为主的综合性治疗。病情稳定后行后期康复治疗，半年后随访恢复良好14例，肢体运动障碍17例，面瘫2例，语言障碍2例，智力障碍2例，创伤性精神障碍1例。患儿于伤后2周内完成常规磁共振成像（MRI）及DTI检查。选择本院同期正常体检的对照组23例，男14例，女9例，年龄1～12岁，平均（4.96±3.07）岁，行常规MRI及DTI检查。所有对象由监护人签署知情同意书，研究经本院伦理委员会审核并通过。DAI组和对照组的性别和年龄差异无统计学意义（P>0.05）。

1．2方法

1.2.1诊断标准 目前临床诊断DAI主要根据损伤机制、伤后意识障碍及持续时间，无明确定位体征及影像学（主要是CT）除外其他局灶性脑挫裂伤等[4]，并无统一的诊断标准。影像学表现以脑白质内弥漫性或散在多发小病灶为特征。其好发部位在灰、白质交界处，半卵圆中心深部脑白质，胼胝体及内囊等处。CT和MRI平扫诊断敏感性均较差。DTI灵敏度高于T1、T2、FLAIR序列，可以明确诊断[5]。

1.2.2图像数据采集 采用GE Signa propeller HD 1.5 T超导磁共振扫描仪及标准头部鸟笼线圈。常规MRI扫描采用快速自旋回波序列，轴位DTI扫描采用单次激发自旋回波平面成像。扫描时间252 s（TR/TE：9 000 ms/83．2 ms，弥漫加权系数b值取0和1 000，方向数25，层厚4.0 mm，层间距1.0 mm，NEX=l，视野24 cm×24 cm）。

1.2.3图像后处理 在GE公司的AW4．4工作站上进行数据后处理，产生FA图及三维纤维束成像图（3D-DTT图）。在FA图上选取可视性病灶及健侧对称处作为兴趣区（region of interest，ROI），测量同一部位相近3处FA值后取平均值。测量脑中线结构可视性病灶平均FA值包括胼胝体、内囊、中脑、脑桥及延髓。计算中线部位平均FA值降低程度（对照组中线部位FA值-中线部位FA值/对照组中线部位FA值）及可视性病灶平均FA值降低程度[（健侧FA值-患侧FA值）/健侧FA值+中线部位FA值降低程度/病灶数目]。ROI为标准圆形，面积30～35 mm2。可视性病灶由1名神经外科医生及2名影像科医生共同确认,胼胝体膝部、压部ROI选择示意图见图1。将伤后半年随访患儿按恢复程度分为恢复良好（指不遗留肢体运动障碍、语言障碍、智力障碍及创伤性精神障碍等后遗症）和恢复不良（指遗留肢体运动障碍、语言障碍、智力障碍及创伤性精神障碍等一种或多种后遗症）两大类。分析GCS评分、可视性病灶平均FA值降低程度及脑中线部位平均FA值与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度的相关性。

2 结 果

2．1DAI患儿影像学表现 轻度DAI患儿CT平扫未见明显异常，MRI平扫T1WI、T2WI序列隐约可见胼胝体、双侧额叶散在斑点状稍长T1长T2异常信号。而DTI序列可清晰显示DAI患儿的病灶，并可以定量分析和评估白质各向异性改变，白质纤维束成像可显示脑外伤后白质纤维束的形态变化，见图2。中重度DAI患儿的CT、MRI、DTI表现更明显，显示胼胝体、基底节多发病变，白质纤维束受损，明显稀少，见图3。

2.2DAI患儿可视性病灶FA值的测量结果 DAI患儿可视性病灶FA值（0.12±0.06）与健侧对称处FA值（0.17±0.09）比较，差异有统计学意义（t=-6.801，P<0.01）。

2.3DAI患儿脑中线部位FA值的测量结果 DAI患儿脑中线部位胼胝体膝部FA值（0.22±0.07）、胼胝体压部FA值（0.30±0.14）与对照组（0.32±0.08、0.43±0.07）比较，差异有统计学意义（t=3.461、3.851，P<0.01）。

2.4DAI患儿平均FA值降低程度及GCS评分与患儿临床表现的相关性分析 DAI患儿平均FA值降低程度及GCS评分与患儿临床表现的相关性分析见表1。其中脑中线部位平均FA值降低程度与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度呈显著相关。

A：解剖示意图；B：DTI原始图像；C：FA图；ROI 1：胼胝体膝部；ROI 2:胼胝体压部
图1胼胝体膝部、压部ROI选择示意图

A：CT平扫；B、C：MRI平扫（T1WI、T2WI）；D:弥漫加权成像扫描；E：DTI FA图；F：白质纤维束成像
图2轻度DAI患儿影像学表现

A、B：CT平扫；C、D：MRI平扫（T2FLAIR、T2WI）；E、F：白质纤维束成像
图3中重度DAI患儿影像学表现

2.5平均FA值降低程度及GCS评分与伤后半年患儿恢复程度的关系 将可视性病灶平均FA值降低程度分为轻、中、重3组，3组患儿预后比较，差异有统计学意义（χ2=12.544，P<0.05）。将脑中线部位平均FA值降低程度分为轻、中、重3组，3组患儿预后比较，差异有统计学意义（χ2=17.412，P<0.05）。将患儿意识障碍程度根据GCS评分分为轻、中、重3组，3组患儿预后比较，差异有统计学意义（χ2=3.882，P<0.05），见表2。

表1 FA值及GCS评分与患儿意识障碍时间及伤后半年患儿恢复程度的相关性

表2 平均FA值降低程度及GCS评分与伤后半年患儿恢复程度的比较（n）

3 讨 论

外伤性脑损伤（TBI）是引起人类残疾和死亡的重要原因之一，儿童缺乏安全意识和自我保护能力，TBI一直是威胁儿童健康的主要因素之一。TBI主要包括脑震荡、DAI、脑挫裂伤、原发性脑干损伤及下丘脑损伤等。DAI是儿童最常见和最严重的TBI形式之一[6]。由于颅骨的保护,大脑不易受到暴力直接的损伤,但不同质量的组织因形成相对位移而产生的剪切力会对神经轴索、毛细血管造成损伤，因而脑深部白质更易发生损伤即轴索损伤。胼胝体、内囊是投射和联络纤维高度集中的区域，负责躯体感觉和运动等重要信息的传递，也是DAI最常累及的部位。其病理改变以轴索回缩、断裂和最终神经纤维分解为特征。在脑白质及脑干发现有广泛性分布的轴索收缩球是确诊的依据[7]。

因而，DAI实际是病理组织形态学的诊断，目前尚无统一的临床诊断和判断预后的标准。国际上普遍采用GCS评分作为急性期判断伤情轻重的依据。GCS评分结合早期CT检查对于早期TBI伤情判断有一定的指导作用,但对于判断预后和指导临床抢救及后期康复却不尽如人意。尤其是儿童，不同年龄阶段由于神经功能发育水平不同，配合度较差，统一的GCS评分标准更不能很好地反映早期的意识情况从而判断损伤程度[8]。本研究中，尽管根据不同年龄患儿使用改良GCS评分[9]，但结果仍然是早期GCS评分与伤后半年患儿恢复程度呈微弱相关，也证实用GCS评价DAI损伤程度的准确性较差。传统的影像学检查，头颅CT及MRI平扫对DAI的漏诊率极高[5]。所以至今临床尚没有很好的早期诊断DAI并判断其损伤程度的方法，这已成为制约DAI救治、康复及预后判断的瓶颈。神经科学发展迅猛，而DAI的相关研究却明显滞后，严重制约了其个体化治疗的发展。

DTI是由弥漫加权成像技术改进和发展而来的一项新型MRI技术，可利用弥漫敏感梯度从多个方向对水分子的弥漫各向异性进行量化，从而反映活体组织内的细微结构、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。DTI对白质结构改变十分敏感，可定量分析和评估白质各向异性改变。白质纤维束成像可显示脑白质纤维束的走行和分布，并可观察白质纤维束的完整性和空间方向性，可显示脑外伤后白质纤维束的形态变化[10]。

FA是DTI检查最常用的参数，是弥漫各向异性成分与整个扩散张量的比值，反映各向异性程度，数值在0与1之间，0代表最大各向同性，1代表最大各向异性。FA值的变化与神经元脱失、神经纤维走行方向改变有关，因此被称为“髓鞘损伤的探针”。FA值的高低与白质纤维束的方向有关，平行纤维越多，方向一致性越强，FA值越高；相反，FA值越低。近几年国外已有学者对DTI与DAI患儿神经功能恢复的相关性进行了初步的研究。认为DTI不仅是检测DAI患儿的有效方法，对DAI患儿认知功能障碍的检测也有效。在TBI患儿中，损伤灶越小，FA值越高，FA值的变化越小，预后越好。FA值可定量评估轴索损伤的程度，可作为评价DAI严重程度的指标[11]。但如前文所述，儿童DAI的早期临床诊断和预后判断更为困难，目前尚少见相关研究报道。

笔者的研究表明DAI患儿脑中线部位平均FA值降低程度与患儿意识障碍时间呈显著相关，可视性病灶平均FA值降低程度及GCS评分与患儿意识障碍时间呈微弱相关，前者的相关性略高于后者。脑中线部位平均FA值降低程度与伤后半年患儿恢复程度呈显著相关，可视性病灶平均FA值降低程度与伤后半年患儿恢复程度均呈低度相关；GCS评分与伤后半年患儿恢复程度呈微弱相关；脑中线部位平均FA值降低程度及可视性病灶平均FA值降低程度与伤后半年患儿恢复程度的相关性高于GCS评分。提示DTI为诊断DAI的敏感序列，较临床普遍采用的GCS评分对DAI患儿的损伤程度及预后判断更有价值。脑中线部位的FA值与DAI的意识障碍时间和远期预后均有较强的相关性，优于可视化病灶的FA值和GCS评分，提示脑中线部位的FA值是诊断DAI和判断预后最敏感的指标。这是本研究与目前国内外其他已报道研究的最大区别，既往研究主要集中于可视化病灶[12]。而本研究同时分析脑中线部位的FA值和可视化病灶的FA值，得到这样的结果，分析原因可能是DAI损伤部位通常较为复杂，可视化病灶虽然是损伤最严重的部位，但并不一定是影响预后最大的部位。而脑中线部位是重要的神经功能传导束集中的区域，尽管不一定有普通MRI扫描下的可视化病灶，但其损伤后导致的神经功能障碍更为明显。

尽管本研究在DAI患儿诊断技术方面取得了一定的进步,提示DTI可能成为DAI的早期诊断和预后判断的更为可靠和准确的手段。但作为单中心的临床研究，偏倚较大，又不能进行组织病理学的证实，所以其可靠性仍有待进一步研究。

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AquantitativestudyonevaluationofchilddiffuseaxonalinjuryseveritybyusingMRdiffusiontensorimaging*

ZhangYuting1，LiLusheng2△，HeLing1，CaiJinhua1，LiangPing2，LiYingliang2，ZhaiXuan2

（1.DepartmentofRadiology,AffiliatedChildren′sHospital,ChongqingMedicalUniversity/MinistryofEducationKeyLaboratoryofChildDevelopmentandDisorders,ChongqingInternationalScienceandTechnologyCooperationCenterforChildDevelopmentandDisorders/KeyLaboratoryofPediatricsinChongqing,Chongqing400014,China;2.DepartmentofNeurosurgery,PediatricSurgery（NationalKeyClinicalSpecialist）,AffiliatedChildren′sHospital,ChongqingMedicalUniversity,Chongqing400014,China）

ObjectiveTo compare the value of fractional anisotropy（FA）of MR diffusion tensor imaging（DTI） and Glasgow coma scale（GCS） at admission for judging the injury severity and prognosis of diffuse axonal injury （DAI）．MethodsThirty-four patients with DAI adopted the GCS score to evaluate the conscious disturbance levels at admission and conducted the DTI examination within 2 weeks.Twenty-three individuals undergoing healthy physical examination conducted the DTI examination.The FA values of visuality lesion area in various sites,healthy side symmetric site and cerebral midline site were measured.The reduction degree of mean FA value at midline site and visuality lesions were measured.The correlation between GCS score,mean FA value reduction degree in visuality lesions and mean FA value at cerebral midline site with consciousness disorder time and recovery degree in half a year after injury was analyzed.ResultsThe reduction degree of mean FA value at cerebral midline site was significantly correlated with consciousness disorder time and recovery degree in half a year after injury（r=0.519,P=0.002;r=0.669,P=0.000）;the mean FA value reduction degree in visuality lesions and GCS score had low or weak correlation with consciousness disorder time and recovery degree in half a year after injury（r=0.285,P=0.103;r=0.487,P=0.003;r=-0.241,P=0.169;r=-0.229,P=0.192）.The correlation between mean FA reduction degree in cerebral midline site and mean FA value reduction degree in visuality lesions with the recovery degree in a half years after injury was higher than that in GCS score.ConclusionDTI is a sensitive sequence for diagnosing DAI and has much more value for judging the injury degree and prognosis than the GCS score generally adopted by clinic．

diffuse axonal injury； magnetic resonance imaging,diffusion；fractional anisotropy；Glasgow coma scale

重庆市科委科技攻关（应用技术研发类）基金资助项目（cstc2012gg-yyjs10013）。

张雨婷（1983-），主治医师，博士，主要从事儿科影像诊断的研究。△

，E-mail:404616073@qq.com。

651.1

A

1671-8348（2017）30-4196-04

2017-01-19

2017-04-07）