磁共振扩散张量成像在不同时期急性缺血性脑梗死鉴别中的应用价值研究

吴艳梅，张德智，沈松柏，叶军

本文创新点：

（1）本研究比较了不同时期急性缺血性脑梗死（AICI）患者磁共振扩散张量成像（DTI）各参数及其相对值，利用相对量化数据信息从分子层面及微观角度研究脑结构、功能变化；（2）通过DTT三维显示脑白质神经纤维束的形态、方向及数量，直观显示不同时期AICI患者神经纤维损伤的部位及严重程度，能将脑白质纤维损伤真实体现出来，有别于传统的诊断方法。

急性缺血性脑梗死（acute ischemic cerebral infarction，AICI）是由于脑部供血动脉病变致使局部脑组织缺血坏死，从而引发的一系列脑神经功能障碍综合征［1］，其致残率和死亡率均较高，可严重影响人们的生命健康和生活质量［2-3］。目前，不同时期AICI的治疗方案不同，特别是超急性期AICI，容易受到溶栓时间窗的限制，故精准诊断对AICI选择治疗方案尤为重要，但临床鉴别不同时期AICI仍缺乏客观依据。磁共振扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前唯一可活体观察脑白质纤维束的成像方法［4］，已逐渐用于缺血性脑梗死的诊断及预后判断，但鉴别超急性期、急性期及亚急性期AICI的研究报道较少。本研究旨在比较不同时期AICI患者磁共振DTI中平均弥散系数（average diffusion coefficient，DCavg）、各向异性指数（fractional anisotropy，FA）、各向同性（isotropic image，ISO）、容积比各向异性（volume ratio anisotropy，VRA）及衰减指数（exponential attenuation，Exat）的差异，以为临床医生合理制定个体化治疗方案提供参考依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018年3月至2021年8月在中国人民解放军海军安庆医院神经内科就诊的AICI患者52例，主要临床表现为单侧肢体无力、言语不清、口角歪斜、头晕头痛等，并经颅脑MRI及DTI检查确诊。所有患者中男28例，女24例；年龄48～94岁，平均（67.1±13.1）岁。根据发病时间将AICI患者分为超急性期（＜6 h）13例、急性期（≤3 d）25例和亚急性期（4～10 d）14例。本研究获得中国人民解放军海军安庆医院伦理委员会审核批准（编号：HY2017017）。

1.2 纳入与排除标准 纳入标准：（1）单侧AICI；（2）患者发病后未进行任何治疗。排除标准：（1）发病时间＞10 d者；（2）合并脑肿瘤、脑出血等其他颅脑疾病者；（3）影像学图像质量不佳者。

1.3 检查方法 使用GE公司MR 750 3.0T磁共振仪，8通道高分辨头线圈。常规MRI扫描参数：轴位T1-FLAIR（TR 1 750 ms/TE 25 ms，TI 780 ms）、T2WI（TR 6 800 ms/TE 110 ms）、T2-FLAIR（TR 8 400 ms/TE 122 ms，TI 2 100 ms）、DWI（TR 3 000 ms/TE 66 ms，b值为0、1 000 s/mm2），FOV为240 mm×240 mm，层厚5 mm/层间距6.5 mm；矢状位T1-FLAIR（TR 1 750 ms/TE 25 ms，TI 780 ms），FOV为240 mm×240 mm，层厚5 mm/层间距6 mm。DTI采用单次激发平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，弥散敏感梯度方向为25个，b值分别为0、1 000 s/mm2。扫描范围从颅顶至枕骨大孔，参数：TR 4 600 ms/TE mininum，层厚 4.0 mm，层间距0.0 mm，FOV 240 mm×240 mm，矩阵128×130，NEX为2，扫描时间4′4″。

1.4 图像处理及分析 将DTI原始数据上传至GE ADW4.6工作站，运用Functool DTI后处理软件进行分析，由两位高年资的影像科医师分别在DTI参数图上梗死灶中心及梗死灶旁选取感兴趣区域（region of interest，ROI），梗死灶旁ROI为DTI上不是高信号区但紧靠梗死灶，由软件镜像自动生成对侧相应区域，记录各ROI及对侧相应区域的DCavg、FA、ISO、VRA及Exat。并计算梗死灶与梗死灶对侧、梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比值，即得到各参数的相对值。病灶ROI选择应在梗死灶最大层面，如单侧脑组织内多个梗死灶，则选取最大梗死灶进行测量。并以梗死灶及梗死灶对侧 ROI为种子点，重建扩散张量纤维束（diffusiontensor tractography，DTT）图。

1.5 统计学方法 采用SPSS 25.0统计学软件进行数据处理。符合正态分布或近似正态分布的计量资料以（±s）表示，自身平行比较采用配对t检验，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用Bonferroni法。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同时期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较超急性期、急性期及亚急性期AICI患者，梗死灶DCavg分别低于梗死灶对侧，ISO、Exat分别高于梗死灶对侧，差异有统计学意义（P＜0.05）；超急性期AICI患者，梗死灶与梗死灶对侧FA、VRA比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；但急性期及亚急性期AICI患者，梗死灶FA、VRA分别低于梗死灶对侧，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1～3。

表1 超急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=13）Table 1 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

表1 超急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=13）Table 1 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

注：DCavg=平均弥散系数，FA=各向异性指数，ISO=各向同性，VRA=容积比各向异性，Exat=衰减指数

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 4.36±1.33 0.28±0.11 1 399.81±285.60 0.14±0.09 0.59±0.08梗死灶对侧 6.58±1.84 0.31±0.12 1 073.70±557.17 0.17±0.09 0.48±0.08 t配对值 -3.67 -0.97 2.79 -1.93 4.18 P值 0.003 0.353 0.016 0.078 0.001

表2 急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=25）Table 2 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with acute stage AICI

表2 急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=25）Table 2 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with acute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 4.92±1.23 0.19±0.07 1 573.65±402.80 0.04±0.03 0.59±0.09梗死灶对侧 8.57±0.81 0.34±0.09 784.65±254.95 0.14±0.07 0.43±0.03 t配对值 -12.82 -7.65 11.55 -6.23 9.58 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表3 亚急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=14）Table 3 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with subacute stage AICI

表3 亚急性期AICI患者梗死灶与梗死灶对侧DTI各参数比较（±s，n=14）Table 3 Comparison of DTI parameters between infarct focus and contralateral to infarct focus in patients with subacute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶 5.52±0.77 0.22±0.11 1 615.80±414.76 0.07±0.06 0.58±0.04梗死灶对侧 8.86±0.90 0.31±0.08 711.19±148.22 0.14±0.08 0.42±0.03 t配对值 -9.21 -4.51 10.18 -3.74 9.71 P值 ＜0.001 0.001 ＜0.001 0.002 ＜0.001

2.2 不同时期AICI患者梗死灶旁及梗死灶旁对侧DTI各参数比较 超急性期AICI患者梗死灶旁、梗死灶旁对侧DCavg和ISO比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；但急性期、亚急性期AICI患者梗死灶旁 DCavg分别低于梗死灶旁对侧，ISO分别高于梗死灶旁对侧，差异有统计学意义（P＜0.05）。不同时期AICI患者的梗死灶旁Exat分别高于梗死灶旁对侧，差异有统计学意义（P＜0.05）；但不同时期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧FA、VRA比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表4～6。

表4 超急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=13）Table 4 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

表4 超急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=13）Table 4 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with hyperacute stage AICI

部位 D C a v g F A I S O V R A E x a t梗死灶旁 6.6 9±2.5 5 0.4 0±0.1 9 8 4 2.9 3±2 0 0.7 4 0.2 0±0.1 7 0.4 5±0.0 6梗死灶旁对侧 8.4 4±0.9 9 0.4 3±0.1 6 7 7 8.9 7±1 6 7.7 6 0.2 0±0.1 6 0.4 2±0.0 4 t配对值 -2.0 4 -1.2 1 1.0 3 0.2 9 2.2 6 P值 0.0 6 4 0.2 4 9 0.3 2 3 0.7 7 4 0.0 4 4

表5 急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=25）Table 5 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with acute stage AICI

表5 急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=25）Table 5 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with acute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶旁 7.15±1.66 0.34±0.12 866.37±173.02 0.14±0.08 0.46±0.05梗死灶旁对侧 8.62±0.81 0.34±0.10 753.62±152.25 0.14±0.07 0.44±0.04 t配对值 -3.97 -0.20 5.73 -0.33 4.20 P值 0.001 0.844 ＜0.001 0.747 ＜0.001

表6 亚急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=14）Table 6 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with subacute stage AICI

表6 亚急性期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧DTI各参数比较（±s，n=14）Table 6 Comparison of DTI parameters between near infarct focus and contralateral to near infarct focus in patients with subacute stage AICI

部位 DCavg FA ISO VRA Exat梗死灶旁 7.14±1.95 0.35±0.09 900.34±156.13 0.13±0.07 0.46±0.05梗死灶旁对侧 7.63±1.99 0.35±0.08 782.45±195.50 0.15±0.09 0.44±0.04 t配对值 -2.53 -0.06 3.43 -1.06 2.43 P值 0.025 0.950 0.005 0.307 0.030

2.3 不同时期AICI患者DTI各参数相对值比较 不同时期AICI患者梗死灶FA、ISO、VRA相对值比较，差异有统计学意义（P＜0.05）；其中急性期、亚急性期AICI患者梗死灶FA、VRA相对值低于超急性期AICI患者，ISO相对值高于超急性期AICI患者，差异有统计学意义（P＜0.05）。不同时期AICI患者梗死灶DCavg、Exat相对值及梗死灶旁DCavg、FA、ISO、VRA、Exat相对值比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表7。

表7 不同时期AICI患者梗死灶、梗死灶旁DTI各参数相对值比较（±s）Table 7 Comparison of relative values of DTI parameters of infarct focus and near infarct focus in patients with AICI in different stages

表7 不同时期AICI患者梗死灶、梗死灶旁DTI各参数相对值比较（±s）Table 7 Comparison of relative values of DTI parameters of infarct focus and near infarct focus in patients with AICI in different stages

注：a表示与超急性期AICI患者相比，P＜0.05

梗死灶Exat相对值超急性期 13 0.71±0.25 0.99±0.47 1.55±0.57 0.83±0.31 1.25±0.22急性期 25 0.58±0.15 0.57±0.24a2.07±0.49a0.37±0.35a1.39±0.21亚急性期 14 0.63±0.13 0.70±0.25a2.29±0.40a0.45±0.36a1.38±0.16 F值 2.40 7.77 8.07 8.05 2.29 P值 0.101 0.001 0.001 0.001 0.112时期 例数 梗死灶DCavg相对值梗死灶FA相对值梗死灶ISO相对值梗死灶VRA相对值时期 梗死灶旁DCavg相对值梗死灶旁FA相对值梗死灶旁VRA相对值梗死灶旁ISO相对值梗死灶旁Exat相对值超急性期 0.82±0.32 0.92±0.23 1.13±0.36 1.29±0.91 1.07±0.12急性期 0.84±0.20 1.08±0.66 1.16±0.14 1.40±2.04 1.06±0.07亚急性期 0.94±0.08 1.01±0.31 1.18±0.19 1.07±0.68 1.05±0.08 F值 1.44 0.46 0.20 0.21 0.23 P值 0.246 0.634 0.821 0.814 0.799

2.4 不同时期AICI患者梗死灶DTT图表现 图1A为DTI原始图，图1B为DCavg参数图。超急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg图上显示信号减低（见图1C），在DTT FA图上显示信号无明显改变（见图1D）；急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg图及FA图上显示信号均减低，白质纤维束破坏、中断（见图2A、2B）；亚急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg图及FA图上可见白质纤维束明显中断、减少（见图3A、3B）。

图1 超急性期AICI患者DTT表现Figure 1 DTT manifestations of hyperacute stage AICI patients

图2 急性期AICI患者DTT表现Figure 2 DTT manifestations of acute stage AICI patients

图3 亚急性期AICI患者DTT表现Figure 3 DTT manifestations of subacute stage AICI patients

3 讨论

AICI起病急骤，应根据发病时间、适应证等迅速采取如静脉溶栓、血管内治疗等特定的治疗方案［5］。AICI患者如能得到及时治疗则可以有效解除梗阻、恢复脑组织血供，促进患者脑神经功能恢复［6］。但临床上有时无法准确判断起病时间，如意识不清、语言障碍患者。目前，临床常根据DWI诊断AICI，但缺乏对AICI进一步分期（如超急性期、急性期、亚急性期）。DTI可以反映AICI发生后随时间变化脑组织微结构的异常，可能有助于判断AICI的发病时间［7］。

3.1 DTI各参数的意义 DTI是BASSER等［8］于1994 年基于DWI的基本原理提出的一种新的成像技术，其可以从分子层面评价三维空间方向上水分子弥散情况，从而从微观角度研究脑结构、功能变化［9］。DTI参数很多，本研究选取DCavg、FA、ISO、VRA、Exat等常用参数来评估不同时期AICI的变化，以期能找出DTI各参数在AICI不同时期的差异。

DCavg可以反映水分子弥散速度，与方向无关，其值越小提示水分子弥散能力越受限。与表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）不同，DCavg是成像体素内各方向弥散幅度的均值［10］，包含了空间水分子弥散信息，而ADC仅代表DWI相应层面水分子扩散信息。正常脑白质含有不同组织结构（轴突、髓鞘等），水分子在不同方向上的扩散程度不同，即各向异性［11］。FA是反映组织各向异性的指标，其变化范围为0～1，1为最大各向异性，0为最小各向异性［12］。FA对于脑白质纤维的微结构损伤很敏感，其值降低说明脑白质纤维完整性破坏及不可逆的细胞损伤。VRA与FA相同，也可以反映组织各向异性，其对较高的各向异性敏感［13］。ISO可以反映组织扩散的ISO程度，与DWI的图像信号相似。Exat即指数ADC，与DCavg一样可以反映组织弥散特性，但变化方向相反［14］。

3.2 不同时期AICI病理基础与DTI各参数的关系 本研究结果显示，超急性期、急性期及亚急性期AICI患者，梗死灶DCavg分别低于梗死灶对侧，ISO、Exat分别高于梗死灶对侧，分析其病理基础如下：AICI早期脑组织缺氧致细胞能量代谢异常，细胞膜上钠-钾泵转运障碍，大量水分子进入细胞内，致细胞毒性水肿，同时细胞外间隙变小、曲度增大，使水分子扩散受限，因而使反映水分子自由运动的DCavg值减低，与其方向相反的Exat值增高，而ISO可反映组织扩散的ISO，当组织扩散受限时其信号增高。

本研究结果显示，超急性期AICI患者，梗死灶与梗死灶对侧FA、VRA比较无统计学差异；但急性期及亚急性期AICI患者，梗死灶FA、VRA分别低于梗死灶对侧，与ALEGIANI等［15］研究结果相似，即FA、VRA在超急性期AICI变化不明显。分析其病理基础如下：AICI超急性期脑组织因缺血缺氧而引起细胞毒性水肿，而神经纤维束微结构尚未出现破坏，直至AICI急性期、亚急性期由于血管源性水肿出现，梗死区髓鞘脱失、轴突崩解等病理改变而导致神经纤维束完整性破坏，白质纤维束空间增加，进而降低了水分子沿髓鞘垂直方向的弥散限制［16］，导致反映脑组织各向异性的FA、VRA减低。

既往研究表明，AICI患者梗死灶旁DWI显示正常脑组织也存在异常灌注现象，且有复发风险［17］。本研究结果显示，超急性期AICI患者梗死灶旁、梗死灶旁对侧DCavg和ISO比较无统计学差异；但急性期、亚急性期AICI患者梗死灶旁 DCavg分别低于梗死灶旁对侧，ISO分别高于梗死灶旁对侧，表明AICI急性期、亚急性期梗死灶旁水分子也存在扩散受限；不同时期AICI患者梗死灶旁与梗死灶旁对侧FA、VRA比较无统计学差异，推测与各时期AICI梗死灶旁脑组织神经纤维束微结构尚未破坏有关。

本研究结果显示，急性期、亚急性期AICI患者梗死灶FA、VRA相对值低于超急性期AICI患者，ISO相对值高于超急性期AICI患者，与张军等［1］研究结果相似；但不同时期AICI患者梗死灶DCavg、Exat相对值及梗死灶旁DCavg、FA、ISO、VRA、Exat相对值比较无统计学差异，与梁志鹏等［18］报道的脑梗死急性期梗死灶与梗死灶对侧DCavg相对值低于超急性期的结果不同，分析其原因可能与两个研究的患者梗死位置、梗死灶大小、样本量、影像技术及后处理技术存在差异有关。

3.3 不同时期AICI患者DTT的诊断价值分析 DTT是基于脑白质的各向异性成像，可以通过三维成像直观地显示神经纤维的形态、走向及数量，有利于观察纤维束在不同脑区的联系［19］。本研究结果显示，超急性期、急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg图均可见白质纤维束破坏、信号减低，亚急性期AICI患者梗死灶在DTT DCavg图上可见白质纤维束明显中断、减少；急性期AICI患者梗死灶在DTT FA图上显示信号减低、纤维束破坏，亚急性期AICI患者梗死灶在DTT FA图上可见白质纤维明显中断、减少，而超急性期AICI患者梗死灶在DTT FA图上显示信号无明显改变，提示脑白质纤维在AICI超急性期存在细胞毒性水肿，但无明显纤维束结构破坏。

综上所述，DCavg、FA、VRA、ISO及 Exat在不同时期AICI中存在一定变化规律，在AICI急性期、亚急性期梗死灶旁脑组织水分子扩散受限，FA、ISO、VRA相对值对超急性期与急性期、亚急性期AICI具有一定鉴别诊断价值，DTI有助于临床判断发病时间不明确的AICI患者，以为临床医生合理制定个体化治疗方案提供参考依据。此外，还有研究表明，DTI对AICI患者预后判断具有一定价值［9，14］。但本研究为单中心、回顾性研究，样本量较小，且缺乏治疗后复查DTI的数据，尚无法进行预后判断。

作者贡献：吴艳梅进行文章的构思与设计，结果分析与解释，负责撰写、修订论文，并负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责、监督管理；吴艳梅、叶军进行研究的实施与可行性分析；吴艳梅、张德智、沈松柏进行数据收集、整理、分析。

本文无利益冲突。