功能磁共振技术在视神经炎中的应用

朱佩文，李清海，邵毅

作者单位：

南昌大学第一附属医院眼科，南昌330006

1 视神经炎简介

视神经炎(optic neuritis，ON)作为眼科常见的急症，是导致青中年患者视力受损的主要疾病之一。广义的ON是指各种病因导致的视神经炎性病变。ON的分类可以根据累及部位分为伴有视盘水肿的视盘炎和不伴有视盘水肿的球后ON，还可以根据其病因分为特发性脱髓鞘性视神经炎(idiopathic demyelinating optic neuritis，IDON)、炎症性ON、感染性ON等。其中，以与多发性硬化(multiple sclerosis，MS)密切相关的IDON最为常见，因此Toosy等[1]提出将其称为典型ON，其余类型ON归为不典型ON。目前，ON多特指IDON。ON的诊断往往依据病史与临床表现，当症状出现时ON已经发展到了较严重的地步，因此在病程早期诊断ON对其治疗与预后意义重大。近年来随着医学影像学技术的蓬勃发展，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)为ON的早期诊断与预后预测提供了可能。

2 功能性磁共振成像简介

fMRI是一种新兴的影像学检查，相对与普通MRI，fMRI能提供更多的信息如大脑皮质的活动等，因此被广泛用于神经系统疾病的研究。由于fMRI的特性，在用于ON检查时可以实时且无创地反映视皮层与视路的功能状态，近年来各种fMRI在ON的应用研究逐渐成为热点。广义的fMRI包括血氧水平依赖功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)、扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)和从DWI基础上发展而来的扩散张量成像(diffusion tensor image，DTI)以及磁化传递成像(magnetization transfer imaging，MTI)等，本文将对各种fMRI在ON的应用情况进行综述。

3 fMRI在ON中的应用

3.1 血氧水平依赖功能磁共振成像在ON中的应用

BOLD-fMRI技术可以在传统MRI技术形成高分辨率解剖学结构图像的基础上显示血流信息，反映大脑皮层的活动。BOLD-fMRI的原理是基于血氧水平依赖效应成像，人体内血红蛋白有氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白两种形式，这两种形式的血红蛋白对磁场有不同的影响，脱氧血红蛋白具有顺磁性特征而氧合血红蛋白则具有抗磁性特征，顺磁性的脱氧血红蛋白可以使横向磁化弛豫时间(T2)缩短。当大脑皮层活动增强时局部血供和氧耗均增加，但是血供相对增加更多，这样局部氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比例增大从而通过磁场的改变反映在BOLD-fMRI形成的图像上。

Shao等[2]利用静息态fMRI对ON患者受影响的脑活动的潜在区域一致性(regional homogeneity，ReHo)及其与行为表现的一致性进行了研究，结果显示ON患者小脑后叶、左侧颞中回、右侧岛叶、右侧颞上回、左侧额中回、双侧前扣带回皮层、左侧额上回、右侧额上回、右中央前回ReHo下降而左侧梭状回和右下顶叶ReHo上升，同时他们发现右眼ON患者视觉诱发电位(visual evoked potential，VEP)振幅与左小脑后叶、右额上回和左梭状回ReHo信号值呈正相关，而右眼患者VEP潜伏期与右侧岛叶的ReHo信号值呈正相关，认为ON可能涉及默认网络的功能障碍。Huang等[3]使用低频振幅技术进行了一项分析ON患者皮层各区域自发性脑活动特点及其与行为表现关系的fMRI研究，结果显示ON患者右小脑前后叶、右壳核、右额下回、右岛叶、右缘上回、右顶下小叶、左额内侧回、左颞上回、双侧扣带前回/额内侧回、双侧楔前叶低频振幅(amplitude of low frequency fluctuations，ALFF)值显著下降，而左右小脑后叶、右颞下回、右颞下/梭状回、左海马旁回、左梭状回、左距状裂，左顶下小叶、左楔叶ALFF值显著上升，同时他们发现右侧ON患者左海马旁回ALFF信号的平均值与VEP振幅呈负相关，ON患者最佳矫正视力与双侧楔前叶ALFF信号平均值呈正相关，由此他们认为ON影响了默认网络、小脑和边缘系统。Shao等[2]和Huang等[3]的研究均指向了默认网络的功能障碍，这可能反映了ON潜在的病理机制。

Faro等[4]采用了一种独特亮度对比分级的棋盘格方法来研究MS患者和正常人的视皮层差异。结果显示随着亮度的提高，BOLD-fMRI显示MS患者与正常人视皮层激活像素均提高，但在同一亮度对比水平下，MS患者视皮层激活像素低于正常人，MS患者视皮层激活阈提高。Langkilde等[5]进行了类似的试验，他们观察了激活区与ON后皮层激活信号的变化并将其与神经眼科学的检查结果进行对比分析，发现视皮层活化区域大小与对比敏感度测试的结果相关。除此之外，与对照组相比，ON患者BOLD信号增强且视皮层不对称，同时他们认为皮质激活区域的减小是因为神经冲动输入减少，而视皮质变得更不对称则可能是由于视神经损伤导致的皮质重组。由此可见，BOLD-fMRI是ON诊疗与研究的有效方式，即使视力严重受损的ON患者，BOLD-fMRI也能取得较好的检查结果。目前认为ON后视力恢复与视皮层的重组有很大的关系，Jenkins等[6]和Korsholm等[7]的试验均支持这一理论。为了研究外侧枕叶复合体激活与ON预后关系和ON后视力提高的原因，Jenkins等[6]利用BOLD-fMRI、VEP、光学相干断层扫描成像(optical coherence tomography，OCT)技术进行了为期12个月的临床对比试验。他们发现BOLD-fMRI显示外侧枕页复合体激活程度更高的患者12个月后视力恢复更好，ON后视力的恢复与高级视觉区域的早期皮层重塑有关，而与视路的损伤如脱髓鞘、轴突缺失等无明显相关。

通过BOLD-fMRI可以动态观察到皮质的活动，对ON的研究十分重要，但BOLD-fMRI也存在着个体差异对结果影响较大、空间定位不够准确等问题，在应用中需要注意。

3.2 扩散张量成像在ON中的应用

DTI是fMRI的重要组成部分，它是从扩散加权成像基础上发展起来的一种利用机体内水分子会自由扩散的特点进行成像的技术。在人的脑组织中，脑脊液和灰质中水分子的扩散近似各向同性扩散，而在白质中髓鞘会阻碍水分子的扩散，故DTI更适合应用于白质病变，而ON就是一种典型的涉及白质的疾病。DTI可以精确测量视路的各向异性分数(fractional anisotropy，FA)和平均扩散率(mean diffusivity，MD)[2]。对急性期IDON患者进行DTI检查时可以发现其受侵犯部分的神经径向扩散系数(radial diffusivity，RD)显著增高而平均FA下降，亚急性IDON患者FA下降而RD、MD、轴向扩散系数(axial diffusivity，AD)上升，病程大于1年的IDON患者视辐射的RD和FA也会出现改变[8]，至于为什么会出现这种改变目前还没有相关研究。Wu等[9]对ON患者与健康对照组进行了基于全脑体素的DTI研究并分析其与VEP的相关性，结果显示ON患者左颞上回、左海马、左前扣带回、尾状核、右额上回、右中央前回、左顶下小叶MD上升，左小脑后叶、左颞上回、左extra-nuclear1脑区、右额中回、左额中回FA下降，而右侧小脑脚、右豆状核、双侧扣带前回、左extra-nuclear2脑区和左楔前叶FA却是上升的，经过分析他们得出结论，右眼ON患者VEP潜伏期与双侧前扣带的FA值呈正相关而与左颞上回的FA值呈负相关，右眼ON患者VEP振幅与左extra-nuclear2脑区FA值呈负相关；左眼ON患者VEP潜伏期与左扣带前回/尾状核的MD值呈正相关而与左顶下小叶MD值呈负相关，左眼ON患者VEP振幅与左顶下小叶的MD值呈负相关。Wu等[9]的研究对ON疾病机制的研究十分重要。从病理学角度看，ON早期主要病变为髓鞘脱失，而在亚急性期与慢性期则主要为轴突损伤[10]，这与DTI的结果是一致的。有学者认为，急性期AD值与急性期后RD值与ON临床预后密切相关，但仍具体需要进一步研究[11]。Walt等[12]的研究同样发现了在ON急性期AD下降，并且推荐在早期对ON进行积极治疗以保护轴突从而改善预后视力。Trip等[13]在对ON患者进行DTI检查的同时还进行了定量的视觉测试和电生理学测试，发现MD值与VEP密切相关，他们认为MD的改变代表了轴突的破坏，而DTI能很好地显示这一情况。这些结果充分表明DTI应用于ON诊断与治疗以及预后评估的重大价值，DTI对于ON的敏感性较传统MRI更高。

3.3 磁化传递成像在ON中的应用

MTI可以显示自由水与大分子之间质子交换的程度，用磁化传递率(magnetisation transfer ratio，MTR)表示机体组织完整性的定量资料，由此反映组织病理学的改变。目前关于MS患者MTR下降的病理生理学基础仍有争议。Klistorner等[14]为了研究MS患者MTR下降的原因，进行了相关试验。他们利用MTI、OCT、多焦VEP对23例单侧急性期ON患者和10名健康人进行检查后将结果对比分析，试验结果显示患侧视神经MTR较健侧与控制组MTR显著降低，MTR与轴突缺失程度关系密切而与脱髓鞘的程度关系不大，由此得出结论：急性ON后MTR的下降与轴突损伤的程度密切相关而与脱髓鞘程度无关，也就是说MTR能反映ON后轴突损伤程度。Trip等[15]进行了与Klistorner等[14]类似的试验，结果却显示MTR下降与轴突损伤的程度和脱髓鞘程度均相关，但是考虑到轴突损伤与脱髓鞘是伴随发生的，因此并不能确定两种病理改变哪种对MTR下降的影响相对更大。值得注意的是，MTR结果与ON临床预后密切相关，前期MTR显著下降往往伴随着后期高、低对比度字母视力和视网膜神经纤维层变薄等不良结果[16]。

虽然有关MTI在ON应用的研究较少，但是MTI在早期发现ON相关病变时更敏感[17]。ON导致的轴突缺失可使视神经MTR降低[14]，而MTR显著的降低则表示预后不良[16]，但是目前仍需更多的研究来确定MTR下降值与ON后量化视力之间的关系。

3.4 扩散加权成像在ON中的应用

DWI是一种无创检测人体内水分子布朗运动的方法，信号来源于组织中的自由水，不用额外注射对比剂，水分子在体内做布朗运动会受到机体组织结构的影响，DWI可以通过水分子在人体组织中布朗运动受影响的方向和程度来反映组织的结构。Fatima等[18]应用DWI分别分析视神经炎急性期和慢性期的视神经影像特征，结果显示急性和慢性ON在视神经的直径、DWI高信号和增强扫描的图像特征均有显著差异，急性ON、慢性ON和对照组之间视神经表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)也有显著性差异，由此他们得出结论：DWI可以提供神经损伤的信息，从而预测患者的预后信息。

Lu等[19]基于诊断准确性和ADC测量的可重复性，评价DWI在急性视神经炎中的作用，他们的结果是DWI应用于ON诊断的敏感性、特异性和准确性均较高，证明了DWI用于ON检查的可行性。Wan等[20]也证实了DWI应用于ON诊断的高敏感性和高特异性。值得注意的是，Mckinney等[21]在以CE T1WI结果与临床诊断为标准对比常规脂肪抑制液体抑制反转恢复脉冲序列与DWI在临床诊断急性视神经炎的准确性时，发现其结果显示DWI敏感性与特异性均低于CE T1WI，但是研究者认为DWI的检查过程受到了人为因素的影响从而导致了这种结果。Mckinney等[21]和其他学者的试验结果相差较大，这提示应在使用DWI的过程中注意人为造成的误差。

虽然DWI在ON中的应用有诸多长处，但也有一些缺陷，有研究显示[22]某些ON患者在某些罕见情况下也有可能出现扩散受限，因而不能仅通过DWI排除ON和MS的诊断。因此在诊断ON的过程中，仍需结合其他证据。

4 总结与展望

近年来，医学影像学技术发展迅速，fMRI在ON乃至眼科的应用越来越广泛。fMRI可以反映ON的病理改变，尤其是反映视神经轴突损伤与脱髓鞘的程度，为早期诊断提供证据并帮助判断患者的预后甚至是分析MS造成ON的病理机制。但是目前ON仍是一种临床诊断的疾病，fMRI虽然可以提供很多有价值的信息，但仍不能将其作为一种诊断的金标准。目前，fMRI应用于ON的诊断和预后判断仍没有相应的指南或专家共识，而且fMRI也有其本身的缺陷，如技术不完善、个体差异大、量化不够精确等。未来fMRI在ON应用的发展方向是提供稳定可重复的量化数据，减小个体差异，提高数据的精确度与准确性，并且将成为ON诊疗中重要的一环。