曾 春 綜述,李詠梅審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 400016)

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的炎性脫髓鞘疾病[1-2]。雖然常規(guī)磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)對檢出MS病灶非常敏感,但它不能區(qū)分病灶的病理學(xué)基礎(chǔ),也不能顯示隱匿性的組織損害。磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是在擴散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù),可以在活體無創(chuàng)地顯示腦白質(zhì)纖維束及其走行,主要用來評價組織微觀結(jié)構(gòu)的完整性、水分子擴散運動的各向同性和各向異性等,是功能M RI的一個重要組成部分。DTI不僅可以顯示微觀的白質(zhì)解剖,還能對MS病灶的性質(zhì)、范圍和常規(guī)M RI不能顯示的隱匿性損害進行分析,為解釋MS微觀病理改變提供了更多信息。

1 DTI的基本原理

在那些具有隨意微觀結(jié)構(gòu)的組織中,水分子向各個方向運動的概率相同,表現(xiàn)為擴散的各向同性,用平均擴散率(mean diffusivity,MD)來表示其大小,它與組織的方向性無關(guān),而與組織結(jié)構(gòu)的大小和完整性有關(guān)。在那些具有固定排列順序的結(jié)構(gòu)如腦組織中,由于神經(jīng)纖維被髓鞘包裹,水分子沿著纖維走行方向的擴散速度遠大于其垂直方向,這種具有明顯方向依賴性的擴散即擴散的各向異性,可用各向異性分數(shù)(fraction anisotropy,FA)、相對各向異性(relative anisotropy,RA)和容積比(volume ratio,VR)來對其量化。FA是指水分子張量各向異性成分占整個擴散張量的比例,為最常用的參數(shù);RA是指張量的各向異性與各向同性的比例;VR是擴散形成的橢圓體與球體的容積比。三者的范圍均為0～1,其中FA值為0,代表最大各向同性的擴散,1代表最大各向異性的擴散,FA值降低代表了神經(jīng)通路的損傷[3]。

2 DTI在MS中的作用

2.1 DTI在MS腦內(nèi)可視病灶中的價值 MS病灶在 T1加權(quán)圖像(T1-weighted imaging,T1WI)上表現(xiàn)為等信號和低信號,DTI對鑒別T1WI上不同信號病灶的病理基礎(chǔ)有價值。國內(nèi)段云云等[3]曾對24例復(fù)發(fā)-緩解型 MS(relapsing-remitting MS,RRM S)患者腦內(nèi)的76處病灶(等信號30處,低信號46處)作了DTI分析。與對照組比較,所有病灶的平均MD值升高,而平均FA值降低,造成這種結(jié)果的原因為髓鞘丟失和軸索破壞,這與Naismith等[4]的研結(jié)果一致,即腦組織結(jié)構(gòu)的破壞和成份的丟失會導(dǎo)致MD值升高,膠質(zhì)增生或炎癥反應(yīng)作為限制水分子運動屏障結(jié)構(gòu)的損害會引起FA值下降;其中,等信號病灶的MD值低于低信號病灶,FA值高于低信號病灶,其研究結(jié)果認為前者大分子結(jié)構(gòu)相對保留,以炎癥或水腫為主,脫髓鞘程度較輕,而后者大分子結(jié)構(gòu)顯著破壞,以髓鞘脫失和軸索破壞為主,脫髓鞘程度較重。還有很多研究[5-6]一致認為,T1WI上最低信號處(即所謂的“黑洞”)有最高的MD值和最低的FA值。

目前判斷MS病灶具有活動性的標準是靜脈注射釓后病灶有強化,但這種定性判斷不能對病灶進行量化,DTI克服了這個缺點,從而使急、慢性期病灶的鑒別更加準確。在MS的超急性期,由于再髓鞘化、炎細胞浸潤和髓鞘崩解產(chǎn)物可導(dǎo)致擴散降低,即MD值降低、FA值增高。李郁欣等[2]分析了34例MS患者的急、慢性期病灶的擴散特點。急性期病灶,由于血管源性水腫、脫髓鞘、軸索脫失,使擴散增加,MD值明顯增加、FA值明顯降低;慢性期病灶,組織丟失會使MD值增加、FA值降低,同時神經(jīng)膠質(zhì)增生和輕度炎性反應(yīng)使M D值稍降低和FA值稍升高,但總的擴散特點仍表現(xiàn)為MD值升高,FA值下降,不如急性期明顯。Castriota-Scanderbeg等[7]也曾對MS患者作了DTI隨訪報道,得出了相同的結(jié)論。因此,DTI聯(lián)合常規(guī)M RI對MS病灶既可以定性診斷又可以定量分析。

盡管如此,大家對強化病灶、未強化病灶及不同強化形式病灶間的MD值和FA值還是有爭議的。雖然DTI結(jié)合其他檢查已經(jīng)證實急性MS病灶發(fā)生了顯著的組織破壞,但是,在強化病灶中究竟哪些損害是永久的(即與軸索丟失有關(guān)),哪些是可逆的(即與水腫、脫髓鞘和髓鞘再生有關(guān))還是不清楚,還有待深入研究。

2.2 DTI在腦內(nèi)隱匿的組織損害中的價值 目前,DTI除了用于研究MS腦內(nèi)可視病灶的改變外,還用于研究病灶周圍看似正常表現(xiàn)腦白質(zhì)(normal appearing white matter,NAWM)和看似正常表現(xiàn)腦灰質(zhì)(normal appearing grey matter,NAGM)的變化特點。國外很多研究表明,MS患者與健康對照組的白質(zhì)(white matter,WM)相比,MS患者NAWM區(qū)的MD值增加[8],FA值下降[9]。最近,國內(nèi)于春水等[10]對MS患者全腦DTI的研究顯示,整個腦組織的MD值和FA值明顯不同于正常人,說明NAWM區(qū)出現(xiàn)了潛在的異常,其病理改變主要為彌漫的膠質(zhì)細胞增生、血管周圍細胞浸潤、髓鞘異常變薄、軸索缺失等,這些均導(dǎo)致了水分子運動的結(jié)構(gòu)屏障損傷。雖然炎癥和膠質(zhì)增生潛在性地限制了水分子運動,但髓鞘脫失和軸索損傷則明顯導(dǎo)致了細胞間隙擴大,水分子擴散增加,表現(xiàn)為MD值增加和FA值降低。胼胝體是連接兩側(cè)大腦半球最大的白質(zhì)纖維束,是腦內(nèi)最具有方向性的組織結(jié)構(gòu),很多學(xué)者在研究MS的NAWM區(qū)損傷時,都將胼胝體作為研究對象。國內(nèi)李郁欣等[11]研究發(fā)現(xiàn),MS患者在常規(guī)MRI上看似正常表現(xiàn)的胼胝體在DTI上已經(jīng)出現(xiàn)了微觀的異常,主要表現(xiàn)為整個胼胝體的MD值升高,FA值下降,以體部最顯著,這與Rueda等[12]和 Hasan等[13]的研究結(jié)果一致,他們推斷軸索的華勒變性是胼胝體出現(xiàn)擴散異常的主要原因。其中胼胝體擴散異常以體部為主,這可能與膝部、體部和壓部的纖維構(gòu)成有關(guān),膝部和壓部主要由直徑小于2 μ m纖細的纖維構(gòu)成,且髓鞘化程度高,纖維排列緊密,間隙很小,而體部的纖維直徑最粗,纖維間的間隙較大,所以,胼胝體擴散異常主要表現(xiàn)在體部。

Zhou等[14]指出,MS患者NAGM 區(qū)的平均MD值也要高于健康對照組的腦灰質(zhì)(gay matter,GM),FA值較之降低,這說明MS患者的NAGM區(qū)也存在著微觀改變。Bozzali等[15]進一步研究指出,在MS患者NAGM區(qū)的病理改變中,原發(fā)進展型MS(primary progressive MS,PPMS)和繼發(fā)進展型MS(secondary progressive MS,SPMS)比RRMS更加顯著。同時,Marco等[16]對PPMS和SPMS作了比較,顯示二者的病理改變沒有明顯的差別。由于基底節(jié)是由灰質(zhì)核團組成的,Ceccarelli等[17]采用擴散圖像研究得出MS患者基底節(jié)區(qū)的各向異性明顯高于對照組,可能反映了基底節(jié)內(nèi)在聯(lián)系的重組,并伴有纖維選擇性的丟失。NAGM區(qū)擴散異?？赡艿脑驗?常規(guī)T2WI不能顯示其已經(jīng)發(fā)生的微小病灶,和繼發(fā)于白質(zhì)病灶的灰質(zhì)神經(jīng)元的逆行性變性。

這些隱匿損害的病理學(xué)機制非常復(fù)雜,它們從不同方面影響水分子的擴散和各向異性,可能減少DTI的靈敏性和特異性,因此,需結(jié)合常規(guī)MRI和DWI等多種方法對其綜合分析。

2.3 DTI在MS患者脊髓中的價值 MS不僅可表現(xiàn)為腦內(nèi)病灶,還可表現(xiàn)為脊髓內(nèi)病灶。脊髓和腦相比,結(jié)構(gòu)較小,有較大的表面積和體積比,且易受腦脊液影響,所以,研究脊髓的擴散圖像需要更高的技術(shù),目前對DTI報道較少。

Van等[18]證明了DTI能夠量化脊髓內(nèi)常規(guī)MRI上可視病灶損害的嚴重程度。最近,Valsasina等[19]對 RRMS和SPMS患者頸髓的DTI研究顯示,MS患者與對照組比較有顯著不同的MD和FA直方圖特征,提示MS患者有彌漫的脊髓損害。Agosta等[20]也發(fā)現(xiàn)PPMS患者頸髓顯示出異常的擴散率和各向異性,它的病理機制仍為脫髓鞘和軸索丟失,這可能使殘存纖維間的細胞外間隙的擴大,從而導(dǎo)致MD值增加和FA值降低。

2.4 DTI對MS患者神經(jīng)功能缺損的評估 目前,常規(guī)M RI雖能顯示MS患者腦白質(zhì)脫髓鞘病變,但其與患者神經(jīng)功能缺損間缺乏良好相關(guān)性,DTI在這方面突顯了其優(yōu)勢。Giorgio等[21]結(jié)合DTI與臨床神經(jīng)功能研究發(fā)現(xiàn),MS患者病灶區(qū)的FA值與擴展殘疾狀態(tài)量表(expended disability status scale,EDSS)評分之間呈中度相關(guān)性,在SPMS患者中,損傷區(qū)的MD值和FA值與EDSS評分有顯著相關(guān)性。還有研究表明[22]MS患者大腦腳的FA值與運動能力喪失狀態(tài)量表的評估和錐體功能積分呈負相關(guān),疾病持續(xù)時間則與大腦腳FA值顯著相關(guān)。Rovaris等[23]認為有輕微殘疾的RRMS患者的總體認知缺損指數(shù)和NAGM的MD值間呈中等相關(guān)。國內(nèi)陳麗萍等[24]的研究發(fā)現(xiàn),有認知障礙的MS患者其NAWM和NAGM區(qū)的FA值均較對照組低?？傊?DTI結(jié)果結(jié)合其他檢查為MS患者神經(jīng)功能的缺損提供了一種可行的辦法,但在這方面的研究還有待深入。

3 結(jié) 語

MS是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一個彌漫性病變,常規(guī)MRI對顯示其病變有局限性,DTI對直接顯示MS的微觀病理損害提供了量化指標,對MS神經(jīng)纖維的損害程度進行定量分析,有助于臨床醫(yī)師認識MS影像學(xué)特點、亞臨床隱匿性病變、神經(jīng)功能缺損癥狀與MS病理學(xué)改變之間的相互聯(lián)系。但是DTI作為一項新技術(shù),還有很多潛能沒有被探知,相信隨著MRI設(shè)備的改進,DTI會更加顯示出它的優(yōu)越性,將對MS的研究提供更加豐富的信息。

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