脑的弥散张量成像技术在中枢神经系统疾病中的应用 .doc

1脑的弥散张量成像技术在中枢神经系统 疾病中的应用 弥散现象反映水分子的随机运动，即布朗运动在体外无限均匀的流体中或排列自由的微结构组织中，水分子的弥散是一种随机现象，在各个方向上的弥散能力相同，这种现象称弥散各向同性而在人体生理条件下，水分子的弥散受组织内的细胞膜和大分子的影响，随方向改变而变化，这种现象称弥散各向异性，具有很强的方向依赖性弥散各向异性在脑白质纤维束中表现最为明显，由于疏水的细胞膜和髓鞘的作用，水分子的弥散运动在与神经纤维走行一致的方向受限最小，运动最快，而在与神经纤维垂直的方向受限最大，运动最慢［1］弥散张量成像（diffusion tensor imagination，DTI）利用脑实质中水弥散的各向异性，是一种真正意义的定量成像方法，为中枢神经系统疾病的研究提供了可能1 DTI 相关概念弥散张量是指水分子扩散的各向异性，或者不均匀组织的扩散特征常用的定量分析组织扩散特征的参数有：（1）平均扩散度（mean diffusivity，MD）：表示单位时间内分子自由扩散的范围；MD 越大，组织内自由水含量越多；（2）表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）：用来描述磁共振扩散加权成像中不同水分子扩散运动的速度和范围；（3）部分各向异性（fractional anisotropy，FA）：表示组织纤维的各向异性，是扩散各向异性与整个扩散的比值，数值为 0～1，1 为最大各向异性，0 为最大各向同性。

（4）相对各向异性（relative anisotropy，RA）：即扩散各向2异性与扩散各向同性的比值，数值为 0～1，1 为最大各向异性，0 为最大各向同性2 正常脑白质纤维Mamataa 等［2］研究证实 DTI 可获得一系列完整的正常脑白质纤维图像可显示的纤维束包括：弓状束、上下纵行束、钩回束、视听辐射、前连合、胼胝体、锥体束、薄形束、楔形束、内侧束、红核脊髓束、顶盖脊髓束、中盖束、三叉神经丘脑背侧束、上中下大脑脚、动眼和三叉神经根部纤维等脑白质纤维各向异性受多种因素的影响，如纤维及神经胶质细胞的密度、髓鞘化的程度、纤维的直径、轴层流、细胞外主体运动、毛细血管血流以及细胞内涌流等［3］3 中枢神经系统疾病3.1 癫痫 癫痫是一组由大脑神经元异常放电所引起的短暂中枢神经系统功能失常为特征的慢性脑部疾病，脑内形态学异常的癫痫病理灶是其发作的基础长期以来，常规 MRI 检查对原发癫痫的诊断能力较低，DTI 应用临床使磁共振在该领域的研究实现了质的飞跃Arfanakis 等［4］研究颞叶癫痫(TLE)发现，颞叶白质纤维的扩散各向异性明显低于健康组，在垂直于神经轴突方向弥散各向异性增加，但是弥散值并无明显差异，提示癫痫发生对白质纤维中水分子弥散的影响。

Rugg等［5］对 1 例难治性癫痫的病人进行了 DTI 检查，其传统 MR 影像中未见异常，3而 DTI 显示右额叶的异常弥散，之后对异常区域进行手术切除，切除标本显示神经胶质增生，而这例病人术后效果良好由此可见，DTI 可以发现常规 MRI 难以明确的脑白质病变，且有可能反映癫痫的部分病理变化，其结果可以指导外科手术的准确进行，从而影响癫痫病人的预后3.2 多发性硬化 多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是以中枢神经系统白质脱髓鞘病变为特点的自身免疫病，病变可累及大脑半球、视神经、脊髓、脑干和小脑，以白质受累为主，也可累及灰质病灶位于脑室周围，其纵轴多与脑室壁垂直DTI 可以充分显示神经纤维脱髓鞘后扩散各向异性的异常，为临床诊断提供更加充足的影像学信息多数研究发现，T2 加权成像所显示的病灶在 DTI 上表现为平均弥散率增高，且增高的程度与该病的临床阶段有关，同时，常规 MR 无信号异常的白质，其 DTI 的弥散率亦增高（4%～13％），这表明 MS 是一种弥漫性、多灶性的白质病变［6］DTI 还能发现脑灰质及正常表观灰质的病理改变，脑灰质的改变以基底节为著，可能是由于铁的堆积，且脑灰质改变的程度在 MS 进展期更大，提示 MS 病变的弥漫性质。

Mara 等［7］对 78 例 MS 研究发现，DTI 对于复发－缓解型和继发－进展型的分期和评价病情进展有一定意义由此可见，DTI 将有助于 MS 的诊断，同时还可对 MS 进行更准确的临床分期，对病情进展及转归进行预测及随访3.3 阿尔茨海默病 阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）是老年人最常见的神经变性疾病，皮层区Ⅲ和Ⅴ层大椎体细胞神经元的丢失是 AD 进行性痴呆过程的4病理学基础，这与 MRI 中所见的全脑萎缩或特殊脑结构的萎缩相一致Bozzali等［8］对比 10 例 AD 患者和 10 例健康者发现，患者额叶、颞叶、顶叶白质 FA 值低于对照组，而内囊周围和枕叶白质的 FA 值差异无显著性，提示 AD 病白质纤维的扩散性质异常可能是枕叶皮层区神经元丢失而致纤维束发生华勒变性所致其他因素如缺血性血管损害也可能导致 DTI 改变DTI 的研究还发现，轻度认知障碍病人的左侧半卵圆中心、双侧颞叶及海马的平均弥散率增加，这一累及模式与 AD 早期改变类似，尤其是海马结构的受累，而且利用 DTI 鉴别轻度认知障碍与正常人的敏感度为 71.4％，特异度 80％［9］因此，DTI 具有通过量化脑白质束的损害改进监控 AD 进展的潜力。

3.4 肌萎缩侧索硬化症 肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis，ALS）是一种同时累及上下运动神经元的运动神经元病，其主要病理改变为皮层灰质运动神经元细胞的减少和皮质脊髓束走行区的白质纤维束变性，星形胶质细胞增生常规 MR 成像虽可显示 ALS 患者脑部较为特征性的异常信号，但有一定的局限性，李小圳等［10］对 36 例 ALS 患者进行常规 MRI 检查，仅有 6 例 T2WI 和FLAIR 上皮质脊髓束信号增高Kaufmann 等［11］报道 DTI 对于 ALS 患者上运动神经元受累有很高的敏感性，达到 0.86Miriam 等［12］对 15 例 ALS 患者及 12 例健康人进行 DTI 检查，结果表明与健康人相比较，ALS 患者双侧内囊后肢、运动区和运动前区皮层下白质、脑干的 FA 值明显降低，同时，他们还对无明显上运动神经元损害体征的 ALS 患者的 DTI 进行了分析，亦发现了相同的 FA 值改变因此，DTI 可发现 ALS 患者皮质脊髓束的早期损害，有助于该病的早期诊断53.5 脑肿瘤 脑肿瘤是 DTI 的研究热点之一有研究显示，转移瘤瘤周的平均弥散值较胶质瘤具有显著性升高，而 FA 无此差别，据此认为平均弥散值可区别转移瘤和胶质瘤［13］。

DTI 还能显示肿瘤旁在常规 MRI 中显示为正常的脑白质束浸润有报道 DTI 中有 77％恶性胶质瘤的累及范围超过 T2WI，30％发现了对侧半球的侵犯，而常规 MRI 显示为正常［14］另外，DTI 能清楚地显示出瘤周白质的异常位置，计算出其偏移角度，更能显示出远距离白质束因占位效应所致的位置异常，显示了其在肿瘤瘤体与周围组织关系应用中的巨大价值，是其他成像手段无法完成的［15］DTI 的这些特点，可为肿瘤的术前计划、术后处理和评估提供重要的指导作用3.6 精神分裂症和孤僻症 神经生理解剖学曾认为，精神分裂症病人具有神经元连通功能的缺失，即弥漫性脑白质连通性异常，这一假说得到了 DTI 的有力支持DTI 可发现某些精神分裂症患者前额叶白质各向异性明显降低，同时发现额叶皮质和纹状体 18F-FDG-PET 代谢率间相关系数降低，提示额叶-纹状体环路受损，其可以解释感觉、认知信息接收障碍和随意运动、计划形成障碍等表现［1］Szeszko 等［16］发现，首发精神分裂和情感分裂的病人中左侧内囊、左半球额中回和颞上回白质束的 FA 值明显降低以往对孤僻症的认识只局限在精神内科领域，7 例男性青年孤僻症患者与 9 例健康（相同年龄、智商、性别）对比 DTI 发现，患者组双侧颞顶叶连接处白质纤维均出现 FA 值减低，颞枕叶连接白质和杏仁核周围白质也有 FA 值减低发生［17］。

目6前 DTI 对神经功能的研究还远远不够，进一步的研究可能有助于对神经功能区之间的连通性进行了深入了解DTI 是目前惟一能无创绘制活体大脑白质神经纤维通路的方法，它能够从若干特征性参数变化反映中枢神经系统正常或异常改变，其在中枢神经系统中的应用得到越来越多的关注但需要指出的是，DTI 是在传统 DWI 基础上发展起来的观察水分子扩散运动的技术，有其局限和不足之处，因此应将 DTI 与传统 MR 及其他 MR 技术结合，以提高其在诊断中的应用价值参考文献】1 张云亭，孙志华. MR 弥散张量技术及其在中枢神经系统病变中的应用. 诊断学理论与实践，2005，4（4）：333-335.2 Matamaa H，Matamaa Y，Westina CF，et al．High-resolution line scan diffusion tensor MR imaging of white matter fiber tract anatomy．AJNR，2002，23(1)：67-75.3 张龙江，包颜明，祁吉. 脑的磁共振扩散张量成像及其临床应用.国外医学·临床放射学分册，2004，27（5）：278－282.4 Arfanakis K，Hermann BP，Rogers BP，et al. Diffusion Tensor MRI in Temporal Lobe Epilepsy.Magn Reson Imaging，2002，20（7）：511-519.75 Rugg GFJ，Eriksson SH，Symms MR，et al. Diffusion tensor imaging in refractory epilepsy. Lancet，2002，359（9319）：1748-1751.6 Sundgren PC，Dong Q，Gomez-Hassan D，et al. Diffusion tensor imaging of the brain：review of clinical applications. Neuroradiology，2004，46（5）：339－350.7 Mara C，Matidlde L，Elisabtta F，et al. Mean Diffusitivity and Fractional Anisotropy Histograms of Patients with Multiple Sclerosis. AJNR，2001，22（5）： 952－958.8 Bzzali M，Falini A，Franceschi M，et al. White Matter Damage in Alzheimer’s Disease Assessed in Vivo Using Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging. J Neurol Neurosurg Psychiatry，2002，72（6）：742－746.9 Fellgiebel A，Wille P，Muller MJ，et al. Ultrastructural hippocampal and white matter alterations in mile cognitive impairment：a diffusion tensor imaging study. Dement Geriatr Cogn Disord，2004，18（1）：101－108.10 李小圳，冯逢，有慧. 肌萎缩侧索硬化症的 DTI 及 MRS 研究：3T 所见. 中国医学影像技术，2006，22（4）：525－528.11 Kaufma。