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(Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of ChongqingMedical University, Chongqing 400016, China)

Diffusion tensor imaging tractography in assessing damage of
limbic system pathways of relapsing-remitting multiple sclerosis patients

LUOQi,LIYongmei*,HANYongliang,LIAODan,ZENGChun,WANGJingjie,DUSilin

(DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China)

Objective To assess the damage of limbic system pathways in relapsing-remitting multiple sclerosis (RRMS) by diffusion tensor imaging (DTI) tractography. Methods DTI tractography was used to acquire fiber numbers, fractional anisotropy (FA), mean diffusivity (MD) of cingulum, fornix, and uncinate fasciculus (UF) in 20 RRMS patients (MS group) and 20 healthy volunteers (control group), and statistical analysis was performed. Results Compared with control group, lower FA value (P<0.01) and higher MD value (P<0.05) were found in cingulum, fornix and UF of MS group, and the fiber numbers of fornix decreased in MS group (P<0.001). There were significant differences between the left and the right UF in fiber numbers and FA value of control group and the fiber numbers of MS group. Negative correlations were found between FA value of cingulum and UF and EDSS scores in MS group (r=-0.572, -0.665, bothP<0.05), and positive correlations were found between MD value and EDSS scores (r=0.627, 0.603, bothP<0.05). Conclusion DTI tractography is valuable in assessing MS associated limbic system damage and in monitoring the clinical progression of the disease.

Diffusion magnetic resonance imaging; Tractography; Limbic system; Multiple sclerosis

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis, MS)是自身免疫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性炎癥導(dǎo)致的脫髓鞘疾病，病理特征為中樞神經(jīng)系統(tǒng)廣泛脫髓鞘、軸索丟失及膠質(zhì)增生[1]，臨床可出現(xiàn)視力受損、運(yùn)動障礙、感覺異常、認(rèn)知障礙等癥狀，臨床分型以復(fù)發(fā)緩解型(relapsing-remitting multiple sclerosis, RRMS)最多見。常規(guī)MR表現(xiàn)難以完全解釋患者臨床癥狀?；跀U(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)的纖維束示蹤成像技術(shù)可識別特定纖維束并在活體量化纖維束損傷[2]。邊緣系統(tǒng)參與學(xué)習(xí)、記憶、情緒表達(dá)、應(yīng)激反應(yīng)和對內(nèi)臟與內(nèi)分泌活動的調(diào)節(jié)，額顳葉灰質(zhì)、丘腦和海馬是邊緣系統(tǒng)重要的皮質(zhì)和皮質(zhì)下核團(tuán)，丘腦和海馬通過扣帶束、穹窿雙向聯(lián)系，鉤束連接前顳葉及前額葉[3]。本研究采用DTI纖維束示蹤成像技術(shù)觀察MS邊緣系統(tǒng)重要纖維通路(扣帶束、穹窿及鉤束)損害及其與臨床的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2014年6月—2016年3月本院神經(jīng)內(nèi)科診斷的RRMS患者20例(MS組)，男7例，女13例，年齡23～62歲，平均(37.4±11.3)歲，病程6個月～13年，平均(5.67±3.81)年。MR掃描前，患者接受臨床擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表(expanded disability status scale, EDSS)和簡易智能精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination, MMSE)評分。納入標(biāo)準(zhǔn)：①RRMS的診斷符合2010年McDonald臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]；②常規(guī)MR檢查無腦缺血灶、腦梗死、腫瘤和腦萎縮；③既往無腦血管病、腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病史。對照組為同期20名健康志愿者，男9名，女11名，年齡21～67歲，平均(37.9±12.5)歲，納入標(biāo)準(zhǔn)：既往均無神經(jīng)精神、神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，無神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，體檢無明確神經(jīng)系統(tǒng)陽性體征，行常規(guī)MR檢查無異常。所有患者及健康志愿者均為右利手。本研究經(jīng)我院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者或家屬均知情同意。

1.2儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR系統(tǒng)，8通道頭線圈。掃描過程中囑受試者安靜平躺，閉目，保持清醒。采用常規(guī)軸位T1WI(TR 250 ms，TE 2.86 ms)、T2WI(TR 3 600 ms，TE 120 ms)、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery, FLAIR)序列(TR 8 000 ms，TE 120 ms)，層厚均為 5 mm，層數(shù)20層；軸位DTI采用單次激發(fā)自旋回波平面回波(spin echo-echo planar imaging, SE-EPI)序列(TR 15 000 ms，TE 86.8 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣128×128，層厚2.4 mm，無間隔，層數(shù)53層，b值分別為0和1 000 s/mm2，30個擴(kuò)散方向)。

1.3數(shù)據(jù)處理

1.3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理 ①采用MRIcron軟件(http://www.nitrc.org/projects/mricron)將原始DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為NIfTI文件格式。②采用Funtional MRI Software Library(FSL，Version 5.0.8；http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl)軟件提供的FDT工具行頭動和渦流校正。③利用FSL的BET(Brain Extraction Tool)工具提取腦組織，除去多余頭皮、骨組織，在b=0圖像上分割蒙板(閾值=0.2)。④采用FSL中DTIFIT工具進(jìn)行擴(kuò)散指標(biāo)提取，獲得部分各向異性(fraction anisotropy, FA)圖、平均擴(kuò)散(mean diffusion, MD)圖，采用Diffusion Toolkit Version 0.6.3提取纖維圖。⑤采用FSL中兩步配準(zhǔn)法將所有被試個體空間擴(kuò)散指標(biāo)及纖維圖配準(zhǔn)至MNI標(biāo)準(zhǔn)空間。

1.3.2纖維束追蹤 基于已知解剖結(jié)構(gòu)，采用Trackvis Version 0.6.0.1在MNI標(biāo)準(zhǔn)空間勾畫ROI，角度閾值為50°，F(xiàn)A閾值為0.2，追蹤雙側(cè)扣帶束、穹窿及鉤束，并獲得纖維條數(shù)、FA值、MD值。于冠狀位圖像一側(cè)扣帶前部和后部勾畫ROI，追蹤扣帶纖維束；冠狀位勾畫穹窿體，軸位勾畫單側(cè)海馬尾，追蹤走行于海馬尾和穹窿體ROI間的穹窿纖維束；冠狀位前額葉及一側(cè)顳葉白質(zhì)勾畫ROI，追蹤鉤束。同樣方法追蹤對側(cè)纖維束，獲得雙側(cè)纖維條數(shù)、FA值、MD值并計(jì)算均值。ROI選取及勾畫由2名放射科醫(yī)師協(xié)商完成。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以±s表示。對兩組年齡行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；性別分布行χ2檢驗(yàn)。兩組雙側(cè)扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值及左右側(cè)值分別行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，方差不齊者采用校正t檢驗(yàn)。MS組扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值與病程、EDSS、MMSE相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

MS組與對照組年齡(t=0.146，P=0.885)及性別(χ2=0.417，P=0.519)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MS組患者EDSS得分0.5～7.5分，中位數(shù)2.5分，MMSE得分20～29分，中位數(shù)26分。MS組患者顱內(nèi)病灶T2WI均呈高信號，以腦室旁多發(fā)病灶分布為主，9例患者存在近皮層病灶，8例患者存在幕下病灶，部分病灶可見融合。

圖1 對照組纖維束追蹤圖，志愿者女，48歲 A.左側(cè)扣帶束、穹窿及鉤束左側(cè)面觀, B.左右側(cè)鉤束后上面觀 圖2 MS組纖維束追蹤圖，患者男，39歲 A.左側(cè)扣帶束、穹窿及鉤束左側(cè)面觀： B.左右側(cè)鉤束后上面觀

圖3 MS組扣帶束(A)、鉤束(B)FA值與EDSS評分散點(diǎn)圖

2.1 組間纖維束追蹤參數(shù)比較 2組扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值見表1，2組纖維追蹤圖像見圖1、2。與對照組比較，MS組扣帶束、穹窿、鉤束FA值減低(P均<0.01)，MD值升高(P均<0.05)。MS組穹窿纖維條數(shù)減少，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，扣帶束、鉤束纖維條數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 (P=0.050、0.698)。

2.2左右側(cè)纖維束追蹤參數(shù)比較 2組中，左側(cè)與右側(cè)扣帶束和穹窿各參數(shù)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，左側(cè)與右側(cè)鉤束各參數(shù)見表2、3。MS組右側(cè)鉤束纖維條數(shù)多于左側(cè)(P=0.024)。對照組右側(cè)鉤束纖維條數(shù)多于左側(cè)(P=0.001)，F(xiàn)A值高于左側(cè) (P=0.027)。MS組左側(cè)與右側(cè)鉤束FA值、MD值及對照組左側(cè)與右側(cè)鉤束MD值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

2.3相關(guān)性分析 MS組扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值與病程、EDSS、MMSE相關(guān)性見表4。MS組扣帶束、鉤束FA值與EDSS評分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.572、-0.665，P均<0.05；圖3)，MD值與EDSS評分呈正相關(guān)(r=0.627、0.603，P均<0.05)。

表1 MS組與對照組扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

表1 MS組與對照組扣帶束、穹窿及鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

組別扣帶束纖維條數(shù)FA值MD值(×10-3mm2/s)穹窿纖維條數(shù)FA值MD值(×10-3mm2/s)鉤束纖維條數(shù)FA值MD值(×10-3mm2/s)MS組139．40±51．810．46±0．030．81±0．0418．70±11．300．37±0．031．27±0．28146．70±52．890．45±0．030．85±0．05對照組167．10±32．610．50±0．020．78±0．0245．75±18．450．43±0．031．11±0．14153．40±55．340．47±0．020．82±0．02t值2．0244．406-3．0255．5936．378-2．3670．3913．125-2．787P值0．050<0．0010．005<0．001<0．0010．0230．6980．0030．010

表2 MS組左側(cè)與右側(cè)鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

表2 MS組左側(cè)與右側(cè)鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

部位纖維條數(shù)FA值MD值(×10-3mm2/s)左側(cè)鉤束61．15±33．000．44±0．030．85±0．06右側(cè)鉤束85．55±32．570．45±0．030．85±0．05t值-2．354-1．449-0．174P值0．0240．1560．862

表3 對照組左側(cè)與右側(cè)鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

表3 對照組左側(cè)與右側(cè)鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值比較(±s)

部位纖維條數(shù)FA值MD值(×10-3mm2/s)左側(cè)鉤束58．20±28．810．46±0．020．81±0．02右側(cè)鉤束95．20±32．920．47±0．020．82±0．02t值-3．783-2．293-1．945P值0．0010．0270．059

表4 MS組扣帶束、穹窿及鉤束FA值、MD值、纖維條數(shù)與病程、EDSS、MMSE評分相關(guān)性分析[r(P)值]

3 討論

邊緣系統(tǒng)既包括海馬、乳頭體、丘腦前核、扣帶回、海馬旁回等邊緣葉結(jié)構(gòu)，也包括與邊緣葉功能形態(tài)密切相關(guān)的一些皮質(zhì)和皮質(zhì)下核團(tuán)[3]。邊緣系統(tǒng)纖維聯(lián)系廣泛復(fù)雜，皮質(zhì)間有扣帶束連接邊緣葉扣帶回、海馬旁回以及鄰近新皮質(zhì)，鉤束連接額葉眶回與前顳葉皮質(zhì)。皮質(zhì)與皮質(zhì)下聯(lián)系的內(nèi)環(huán)路以穹窿系統(tǒng)為中心，穹窿是海馬主要傳出纖維，經(jīng)穹窿體、穹窿柱前行至丘腦前核、乳頭體、下丘腦等[5]?？蹘?、穹窿、鉤束均為邊緣系統(tǒng)重要通路，三者相互聯(lián)系構(gòu)成連接海馬—丘腦—前額顳葉環(huán)路。

MS皮層及皮層下灰質(zhì)存在不同程度的病變，且丘腦早期受累與MS認(rèn)知受損有關(guān)[6]，海馬結(jié)構(gòu)萎縮與MS記憶下降有關(guān)[7]，此外，雙側(cè)殼核也存在功能連接的改變，盡管其參數(shù)與所測量表及病程無相關(guān)性[8]。且MS患者正常腦白質(zhì)隱匿性損傷也與某些癥狀有關(guān)，劉義等[9]發(fā)現(xiàn)有共濟(jì)失調(diào)癥狀但無明顯小腦病灶的MS患者小腦齒狀核—丘腦—皮質(zhì)束結(jié)構(gòu)完整性存在異常；郭油油等[10]發(fā)現(xiàn)聽力損害的MS患者中樞聽覺傳導(dǎo)通路的DTI參數(shù)改變。DTI是唯一可無創(chuàng)定量分析活體組織微結(jié)構(gòu)的技術(shù)，可重建人腦白質(zhì)纖維束[11]，其參數(shù)如FA、MD值對組織損傷十分敏感，F(xiàn)A值與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性有關(guān)，MD值則反映細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性。

本組結(jié)果顯示MS組扣帶束、穹窿、鉤束FA值明顯下降，MD值顯著增高，提示MS組邊緣系統(tǒng)纖維束受MS微觀病理損傷影響，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性破壞，軸突丟失，軸索密度減低，致纖維走行一致性減低，與既往研究[12-13]報道相符。Kern等[12]利用基于纖維束的空間統(tǒng)計(jì)方法發(fā)現(xiàn)扣帶束、穹窿及鉤束FA值降低，并伴丘腦和海馬體積減少。Roosendaal等[13]報道MS患者影像表現(xiàn)正常的白質(zhì)區(qū)FA值顯著降低，包括穹窿、放射冠和部分胼胝體等。而周福慶等[14]對邊緣系統(tǒng)纖維束研究顯示，RRMS組扣帶束FA值與對照組比較無明顯差異，考慮與研究樣本的選擇有關(guān)，也可能因FA值提取方法不同所致。此外，本研究中MS組穹窿纖維數(shù)較對照組顯著減少，可能因MS脫髓鞘損傷穹窿致纖維條數(shù)減少，或穹窿纖維比扣帶束鉤束更細(xì)小，纖維條數(shù)基數(shù)少。

本組結(jié)果顯示正常人右側(cè)鉤束纖維條數(shù)多于左側(cè)，F(xiàn)A值高于左側(cè)，可能因本組受試者均為右利手，與研究[15]報道的鉤束參數(shù)偏側(cè)性與受試者偏手性相關(guān)一致。而本組結(jié)果中MS組右側(cè)鉤束纖維條數(shù)多于左側(cè)，左右側(cè)FA值無差異，提示鉤束MS脫髓鞘改變以FA值減低為主，左右破壞程度不平行。

EDSS評分以評價中樞神經(jīng)系統(tǒng)8大功能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，是臨床最常用的MS殘疾程度測評量表，殘疾程度越嚴(yán)重，評分越高。本研究顯示MS組扣帶束、鉤束FA值與EDSS呈負(fù)相關(guān)，MD值與EDSS呈正相關(guān)，與Syc等[16]研究一致，提示DTI擴(kuò)散指標(biāo)對MS病變敏感?？蹘^束FA值減低越明顯、MD值增加越多，EDSS評分越高，在一定程度上可預(yù)測MS臨床病程進(jìn)展。與Koenig等[17]研究結(jié)果不同，本組研究中穹窿各參數(shù)與EDSS無相關(guān)性，可能因本組樣本量較小以及穹窿纖維細(xì)小，且不能除外存在非殘疾癥狀相關(guān)組織損傷。

MMSE是目前使用最普遍的認(rèn)知功能障礙篩查工具之一。本研究結(jié)果顯示扣帶束、穹窿、鉤束纖維條數(shù)、FA值、MD值均與MMSE評分無明顯相關(guān)性，可能與本研究患者病程短、樣本量小以及認(rèn)知損害較輕有關(guān)。今后還需加入符號數(shù)字形態(tài)測驗(yàn)、步進(jìn)式聽覺序列疊加測驗(yàn)、加利福利亞語言學(xué)習(xí)測試等探討MS患者認(rèn)知損害情況。

總之，本研究采用纖維束示蹤成像顯示邊緣系統(tǒng)纖維通路存在病理微結(jié)構(gòu)改變，為患者邊緣系統(tǒng)損害評估提供了影像解剖依據(jù)，以后將增大樣本量聯(lián)合功能連接及結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)縱向隨訪研究以揭示MS邊緣系統(tǒng)微觀病理機(jī)制。

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國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81371523)、重慶市衛(wèi)生計(jì)生委醫(yī)學(xué)科研計(jì)劃項(xiàng)目(2016ZDXM002、2012-1-017)、國家臨床重點(diǎn)?？平ㄔO(shè)項(xiàng)目(2013-544)。

羅琦(1991—)，女，四川南充人，在讀碩士。研究方向：神經(jīng)影像學(xué)。E-mail： luo70304@163.com

李詠梅，重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，400016。E-mail: lymzhang70@aliyun.com

2016-12-01

2017-05-19

纖維束示蹤成像評價復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者邊緣系統(tǒng)纖維通路損傷

羅 琦，李詠梅*，韓永良，廖 旦，曾 春，王靜杰，杜思霖

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016)

目的 利用擴(kuò)散張量纖維束示蹤成像評估多發(fā)性硬化(MS)邊緣系統(tǒng)纖維通路損害。方法 對20例復(fù)發(fā)緩解型MS患者(MS組)和20名健康志愿者(對照組)進(jìn)行纖維束示蹤成像。追蹤扣帶束、穹窿、鉤束，獲得相應(yīng)纖維條數(shù)、FA值、MD值。并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果 與對照組比較，MS組扣帶束、穹窿、鉤束FA值均減低(P均<0.01)，MD值均升高(P均<0.05)。MS組穹窿纖維條數(shù)較對照組減少(P<0.001)。MS組中左側(cè)與右側(cè)鉤束纖維條數(shù)、對照組中左側(cè)與右側(cè)鉤束FA值、纖維條數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。MS組扣帶束、鉤束FA值與EDSS評分呈負(fù)相關(guān) (r=-0.572、-0.665，P均<0.05)，MD值與EDSS評分呈正相關(guān)(r=0.627、0.603，P均<0.05)。結(jié)論 纖維束示蹤成像對評估MS邊緣系統(tǒng)纖維通路損害及監(jiān)測臨床進(jìn)程有重要應(yīng)用價值。

擴(kuò)散磁共振成像；纖維示蹤成像；邊緣系統(tǒng)；多發(fā)性硬化

R744.51; R445.2

A

1003-3289(2017)08-1176-05

10.13929/j.1003-3289.201612001