弥散张量成像评估脑卒中运动功能预后的研究进展

宋杰 王大明⋆

脑卒中患者康复治疗耗时长、费用高、恢复慢，如何能早期有效评估、预测疗效，一直是神经病学、康复医学研究的重点和热点。目前，较多学者对如何能预测脑卒中患者运动功能感兴趣，尤其是通过应用神经影像学技术，以促进脑卒中运动功能康复的新型治疗方法和预测模型的发展。然而，对于哪种技术能最有价值的预测运动功能并未达成共识［1］。随着弥散张量成像（DTI）技术的发展，越来越多的应用于神经系统疾病的研究，发现DTI对脑卒中的预后和判断神经功能康复具有重要意义。本文对DTI评估脑卒中运动功能作如下综述。

1 DTI概述

DTI是无创磁共振成像技术，应用水分子在人体组织中弥散时的各向异性原理，依据弥散内在方向性探寻组织的微观结构，从而定量分析病变和组织的弥散特性，获得皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）定性、定量数据，可反映出轴突、髓鞘和微管等脑白质微结构的方向性及完整性。在此基础上的弥散张量纤维束成像（Diffusion tensor tractography，DTT），是目前唯一可无创体内跟踪白质纤维束三维结构的方法，能直观三维显示白质束的走行方向。

DTI可用于评估的参数有平均扩散系数（average diffusion coefficient，DCavg）、各向异性（fractional anisotropy，FA）、表观扩散系数（apparent dimlsion coemcient，ADC）和平均弥散率（medial diffusivity，MD）和相对各向异性（relative anisotropy，RA）等。ADC宏观反映水分子的扩散运动能力。其值越大水分子的扩散能力越强，信号下降越明显。ADC仅代表扩散梯度磁场施加方向上水分子的扩散特点，不能评价组织各向异性的特点。MD值是各个方向弥散大小的平均值，能更全面反映弥散运动的快慢［2］。DCavg值是指水分子在各个方向弥散的平均值，比ADC值更能表示组织内水分子整体的弥散能力，其值越大意味着弥散的程度越大。FA值反映水分子弥散受限的程度，细胞膜等超微结构的影响对水分子产生影响，造成垂直于白质纤维束方向上的水分子运动程度要低于纤维束平行方向，FA值的范围为0～1，FA值越高即水分子在各个方向上弥散程度越低［3］。另外，在某些中枢神经系统的疾病中，由于脑组织微观结构遭破坏，可以通过DTI特征值DCavg值及FA值定量分析疾病的病理过程。

2 DTI在脑卒中的应用

2.1 DTI在脑梗死的应用 应用DTI技术可对脑梗死患者的病情进行评估，同时对患者预后进行判断，为脑梗死患者的康复策略的制定提供依据。首先，对于每种参数在每个时期变化研究，有助于推断脑梗死患者所处的时期。脑梗死超急性期和急性期，将FA值、DCavg值的变化结合，可对其病理生理过程进行分析。研究表明超急性期，因细胞毒性水肿，髓鞘肿胀，白质纤维束间隙缩小致使细胞外间隙产生变化，白质纤维束紊乱，使水分子在垂直于纤维走行方向上的弥散运动受限，继而使FA值增加［4］。急性期和亚急性早期，FA值开始逐渐持续降低，这时由于血管内皮细胞受损局部形成血管源性水肿，神经元、神经轴突及胶质细胞完整性开始遭到破坏，导致FA值进行性降低［5］。而超急性期和急性期 DCavg值较病灶对侧减少显著，在亚急性期和慢性期，细胞外含水量增加，水分子弥散提高，DCaVg值增加，呈现假正常化。虽然DCavg值恢复，但局部病理生理过程的演变却并未停止，当梗死灶坏死的脑组织发生溶解、液化时，由于局部水分含量进一步增加，DCavg值将升高并可能超过对侧正常脑组织［6］。

Puig等［7］观察皮层、半卵圆区、放射冠、内囊后肢等的纤维束图和桥脑感兴趣区的FA值与梗死病灶的关系，发现无论梗死体积有大多，卒中后12h内囊后肢纤维的损害程度与患者3个月运动功能恢复程度最为紧密。应用DTI技术发现脑梗死病灶近端和远端纤维束的FA值，3个月内随病程的延长而逐步减低，并发现FA值减低与神经功能评分呈负相关，这表明神经纤维发生顺行性及逆行性的变性，这可能会推迟功能的恢复［8］。Kwon等［9］分析CST的完整性并依据DTI扫描的时间预测放射冠（corona radiata，CR）脑梗死患者的运动功能预后。首次讲明若要准确预测患者预后，需进行评估的时间。依据DTI扫描时间分为早期扫描组（发病后＜14d）和后期扫描组（发病后15～28d）。结果发现后期扫描组比早期扫描组的预测性更好。原因可能为：（1）由于早期梗塞周围水肿造成假阴性结果，即发病后前2周比发病后4周更易导致假阴性结果［10］。另外，可能随着时间发生病理生理的改变，如Wallerian变性（发病后2～3周）［11］。这是常规MRI较难显示这种继发性变性现象。（2）最近的DTI研究表明，脑梗死后完全受损的CST在发病后9d开始退化，且在发病16d观察到CST退化最快速［12］。（3）受损后的CST随着时间不断自我恢复。Maeda等［13］对幕上脑梗死患者发病后2周测量大脑脚的rFA值（病灶侧的值除以病灶对侧的值，rFA）进行研究，结果提示，rFA值＞0.8，患者3个月后临床预后较好，而rFA值＜0.8，患者3个月后临床预后较差。这些研究表明DTI在脑梗死患者的病情评估及预后判断应用中具有重要作用。

2.2 DTI在脑出血的应用 近年来也有较多研究者将DTI应用于脑出血患者病情变化的研究。Jang等［14］描述1例脑出血患者卒中后CST毁损后的重塑过程，发现CST受损后最初的修复为自顶叶皮层至初级运动皮层的正常化；患侧手功能的恢复则与CR水平的纤维束重建有关。Wang等［15］报道幕上脑出血后早期（起病＜3d）大脑脚（内囊后肢以外CST最为集中的区域）的rFA值（反映纤维束的完整性）改变与起病28d时、＞6个月的运动结局均显著相关，独立于NIHSS缺损程度分值和昏迷程度。另外，作为小脑最大的传入纤维，位于小脑中脚的桥小脑束在对侧幕上卒中后常发生继发性变性（可用DTI测量证实）改变，令人感兴趣的是，与大脑脚的继发性变性相比，桥小脑束的DTI改变与下肢运动结局关系更为密切［16］。这些表明DTI通过评估脑出血患者CST在密集区域的完整性能更好预测、评价患者运动功能恢复情况。

3 CST的解剖结构及DTT在脑卒中的应用

3.1 CST的解剖结构 CST起源于初级运动皮层，被认为是人脑运动系统中关键的传导纤维［17］。CST是连接运动皮层和脊髓中枢核团的主要神经纤维，是锥体束中最大的下行纤维束，主要支配肢体运动功能。主要起源于第一躯体运动皮层（4区）、辅助运动皮质和前运动皮层（6区）的神经元，及中央前回上中部和中央旁小叶前部。汇集其他皮层区域锥体细胞的轴突，经内囊后肢下行至大脑脚底，后至脑桥基底部，分散成大小不等纤维束，继续下行至延髓锥体束，从而聚拢为一束，多数CST在延髓锥体处交叉，交叉的即皮质脊髓侧束，并向下走行。不交叉的CST则为皮质脊髓前束。可以看出中央前回部、基底节、脑桥、延髓等部位损伤，均可造成CST损伤。

3.2 DTT在脑卒中的应用 脑卒中患者的运动功能与CST的损伤程度和残留完整性密切相关［18］。了解脑卒中患者CST的精确状态，有助于更准确地预测运动恢复情况。DTT来源于DTI，因其可在三维空间内显示CST的结构和完整性而具有优势，且常规MRI不能实现［19］。DTT的信度和效度在一些文献中也有证明［20］。研究常用纤维追踪算法，分为概率性算法和确定性算法。概率性算法通过使用蒙特卡罗（MonteCarlo）模拟，从种子点创建多条曲线产生纤维追踪成像。确定性算法中的一种是连续追踪（continuous tracking，FACT）算法。FACT算法可以以连续的方式改变离散体素信息。追踪线以离散坐标在像素的向量方向上传播，且可以更准确地跟踪实际路径。FACT算法比概率算法更易使用［21］。

回顾国内外文献发现主要是通过使用DTT半定量或定性分析病灶侧CST的方法预测运动功能恢复［22-23］。Cho等［24］应用DTT对55例发病后7～30 d的放射冠梗死患者进行研究，发现CST有4型：CST完整（A型）；CST起源于皮质，而不是运动皮质（B型）；CST断裂（C型）；CST由于变性而未及梗死灶（D型）。结果表明6个月后运动功能的恢复与DTT分型关系密切。其中A型恢复最好，D型恢复最差。Lindenberg等［25］研究慢性期脑梗死患者，根据皮质脊髓前束及侧束的完整性分为3组：皮质脊髓前束及侧束存在，运动功能轻度受损，且恢复最好；皮质脊髓侧束存在，前束受损，运动功能中度受损，可部分恢复；皮质脊髓前束及侧束均消失，运动功能严重受损，恢复最差。这种分类方法对评价脑梗死患者的预后及神经康复的选择均有帮助。Kim等［26］使用FACT算法和三维纤维束重建算法PRIDE软件（Philips Medical Systems，Best，the Netherlands）的纤维束分配评估CST的纤维连接。CST重建过程中使用两个感兴趣区，计算rFA值和纤维数比［27］。结果发现病灶侧可见CST的患者在早期阶段比不可见CST患者运动恢复较好。病灶侧可见CST患者的参数与脑卒中后3个月的上肢运动功能显著相关，而在早期阶段相关不明显。这表明脑卒中患者的运动恢复与残留的病灶侧CST完整性相关。在卒中早期阶段，残留的病灶侧CST完整性是卒中后3个月进一步运动功能增加的基础。发现病灶侧CST的DTT参数和下肢运动功能间无相关性。这原因可能是其他运动纤维比如延髓皮质和红核皮质束，也参与脑卒中后患者下肢运动功能的恢复［28］。Kim研究也发现FA和纤维数与脑卒中后3个月患者上肢功能的恢复无明显相关性。但以前在中风患者中的研究报道，DTT纤维数量在慢性期与运动功能明显相关［25］。因此，不能断定纤维数量是否具有卒中患者运动恢复的预测价值。这些研究表明DTT技术对预测脑卒中患者的运动功能具有重要作用。

对于脑卒中好发部位的研究，发现基底节区的病变多数是高血压脑出血导致，其中血肿占位效应、血细胞分解后释放的有害物质、自由基及水肿效应等致内囊神经纤维束被推移、破坏；特别对CST影响直接关乎患者运动功能障碍的程度。Jellison［29］研究CST保持完整的基底节区出血患者，根据CST来源分为A中央前回、B中央后回、C后顶叶皮层、D运动前区皮质4型，6个月后发现A型M1区患者预后最好，其FA比值也呈正相关，而ADC比值及纤维数量无相关性。脑干内CST分布复杂，导致脑干梗死灶与CST的空间关系较其他部位更加复杂。对正常人研究发现，支配手部运动功能的CST主要位于脑桥腹内侧，支配足部运动功能的纤维束主要位于脑桥背外侧［30］。因此，全面评价脑干梗死患者的预后情况，还需结合梗死灶的部位、范围等多种因素进行综合分析。

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