磁敏感加權成像對帕金森病患者丘腦底核的顯示價值初探

張 靜，張云亭，何 寧，陳 靜，何亞娜

丘腦底核(subthalamic nucleus, STN)腦深部刺激術是治療進展性帕金森病(Parkinson's disease, PD)的一項新方法，目前公認其療效確定，且安全、并發癥少。STN的精確定位是手術成功的關鍵。MRI檢查是目前術前定位的主要手段，常規T1WI像對STN分辨率較低，在T2WI像得到了明顯改善，利用磁共振技術進一步提高STN與周圍組織間的信號對比、提高其可見性具有重要的臨床意義。磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging, SWI)是一種新的成像序列，對某些細小解剖結構的高分辨率是其主要優勢，本文通過多種序列圖像的比較，初步探討SWI序列對PD患者STN的顯示價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

收集PD患者20例，男性13例，女性7例，年齡(48～69)歲，平均(64.32歲±4.18)，患病時間1.2～9年不等(平均患病時間3.6年)。7例以肢體震顫為主要表現，11例以肢體僵直、動作遲緩為主，2例同時有震顫和肢體僵直表現。所有PD患者均由神經內科錐體外系疾病專家確診，診斷標準參照英國帕金森病協會腦庫臨床診斷標準[1]，排除帕金森疊加綜合癥、繼發性帕金森病患者。所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 成像設備

采用GE公司生產的HDX 3.0 T超導磁共振機，配套頭部正交線圈。

1.2.2 掃描序列和參數

為了比較不同序列對丘腦底核的顯示，所有患者同時行橫軸位及冠狀位T1WI、T2WI和SWI掃描。以正中矢狀位圖像為定位參照像，掃描基線平行于前后聯合線，以中腦為中心行橫軸位掃描，再垂直于前后聯合線，行冠狀位掃描。

掃描參數：均采用2 mm層厚，無間隔掃描。3D SWI序列：TR/TE=35/20 ms，FA 200, 矩陣448×334，NEX 0.75，連續掃描20層，掃描時間1.54 min；T2WI采用快速自旋回波序列(fast spin echo，FSE)序列：TR/TE=3200/103，矩陣 512×256，NEX 2，連續掃描20層，時間2.47 min；T1WI采用3D腦容積掃描序列(brain volume, BRAVO)序列，TR/TE=8.4/3.3 ms，矩陣 288×256，NEX 0.5，時間2.11 min。

1.3 SWI 圖像后處理

SWI序列一次掃描可得到幅值圖和相位圖。幅值圖為T2*權重，可直接進行分析觀察；相位圖是反映腦區間質子自旋頻率差異的原始相位圖。由于主磁場不均勻或空氣-組織界面所致的低頻成分對相位的干擾效應，在原始K空間數據上施加一個低通濾波，濾波器大小為32×32個像素，將磁場的不一致產生的影響從原始相位圖像中去除，得到校正相位圖。在ADW4.2工作站上應用SWI校正相位圖處理軟件包和Functol軟件完成。

1.4 圖像分析

由兩位富有經驗的影像診斷醫師獨立觀察各序列圖像，評價STN在SWI、FSE-T2WI和T1WI三種不同序列上的顯示質量。從STN與周圍組織間的信號對比及邊界的清晰度兩方面綜合評價圖像質量，分四個標準，0級：STN與周圍組織間對比差，邊界不清，無法分辨STN；1級：對比較差，邊界模糊，但依稀能分辨；2級：對比較好，邊界較清，容易分辨；3級：對比好，邊界清晰銳利，容易分辨。

1.5 統計學分析

采用SPSS11.0軟件，三種序列間的比較采用秩和檢驗(Kruskal-Wallis法的H檢驗)，三個序列間進行兩兩比較，采用Bonferoni法調整檢驗水準，取P=0.05/3=0.017。

2 結果

STN在SWI、FSE-T2WI和T1WI三種不同序列上的圖像質量評價見表1。在SWI圖像上(包括幅值圖和相位圖)，絕大多數患者(18/20)的STN均能清晰顯示，表現為雙凸透鏡形低信號。橫軸位(圖1A)位于紅核前方，黑質嘴側的上方，內囊膝部內側；冠狀位(圖1D、2A、2B)呈倒“八”字形，位于紅核外側，大腦腳內側。T2WI像，20例中4例無法分辨，13例依稀能分辨，顯示為低信號，但對比較差(圖1B、圖1E)，僅3例顯示較為清楚、易于分辨。而在T1WI像(圖1C)絕大多數(18/20)STN無法分辨，只有2例依稀可見。(表1)經秩和檢驗，三組間存在顯著差異，兩兩比較P＜0.017，也具有顯著性差異。

表1 STN在SWI、FSE-T2WI和T1WI三種序列上的顯示質量Table 1 The visibility of STN in T1WI, T2WI and SWI

3 討論

圖1 男性，75歲，帕金森病7年，以肢體震顫、僵直少動為主要表現。圖1A：橫軸位SWI序列幅值圖，顯示雙側丘腦底核位于紅核前外側，內囊膝部內側，丘腦前方。圖1B：橫軸位T2WI，雙側丘腦底核顯示不清，局部似可見低信號，但邊界不清。圖1C：橫軸位T1WI，丘腦底核無法分辨。圖1D：冠狀位SWI序列，雙側丘腦底核和黑質均可清晰顯示，丘腦底核位于黑質上方，呈雙凸透鏡形。圖1E：冠狀位T2WI，可見雙側黑質，但丘腦底核顯示不清。圖2 女性，48歲，以右側肢體震顫為主要表現，病史8個月。圖2A：冠狀位SWI序列幅值圖，可見雙側黑質呈明顯低信號，雙側丘腦底核位于黑質上方信號較黑質略高，二者能清晰分辨。圖2B：冠狀位SWI序列相位圖，可見雙側黑質和丘腦底核均呈明顯低信號，更容易辨認。Fig 1 A 75-year-old male PD patient experienced with tremor and slowness of movement, rigidity for 7 years.In the axial SWI magnitude image (1A), bilateral STNs (black arrow) can be visualized as hypointense, biconvex lens-shaped structure with clear margine.It's located immediately lateral to the anterior aspect of the red nucleus (white arrow), medial to the internal capsule, and anterior to the thalamus.Bilateral STNs appeared slightly hypointense compared with adjacent structures and cannot be clearly seen in the axial T2-weighted images (1B).But it cannot be visualized in the axial T1-weighted image (1C).Coronal SWI image(1D) showed bilateral STNs (black arrow) and substantia nigras (white arrow). All can be clearly seen as hypointense.STNs located superior to the substantia nigras.In the coronal T2-weighted image (1E), bilateral STNs cannot be seen clearly.Fig 2 A 48-year-old PD patient experienced with the right side of the limb tremor for eight months.In the Coronal SWI magnitude image (2A) and phase image (2B).Substantia nigras (white arrow) were shown as markedly hypointense.Compared to them, STNs (black arrow) showed slightly high signal intensity and were located superior to substantia nigras.All of them can be easily distinguished.

PD是最常見的錐體外系疾病，臨床以靜止性震顫、運動減少及僵直為主要表現，其發病率逐年上升，嚴重影響患者的生活質量。目前其治療仍以口服多巴胺類及膽堿類藥物為主，但隨疾病的進展、病程的延長，藥物療效逐漸減退成為目前帕金森病治療的一個難點。神經學專家們致力于尋找新的有效治療方法。PD的病理機制主要是由于黑質致密帶多巴胺能神經元的丟失，致投射到紋狀體的多巴胺減少，刺激間接通路，抑制直接通路，其結果是STN過度激活，由蒼白球內側帶發放更多的沖動到丘腦，丘腦對大腦皮層產生抑制，導致患者出現運動不能、僵直等運動癥狀。鑒于此，以雙側STN作為刺激靶點的腦深部刺激術近年來逐步開展起來，并成為治療進展性帕金森病的一項有效方法。它采用立體定向技術，將電極植入雙側STN，給予慢性高頻電刺激，由于高頻電刺激抑制了STN的過度激活，降低STN 對蒼白球內側帶的激活，使丘腦對大腦皮層的抑制減少，可以長期緩解患者的運動障礙[2]。

STN位于紅核外側、內囊膝部的內側，覆蓋于黑質嘴側的上方，由內前向外后呈斜形走行，呈雙凸透鏡形，體積約3 mm×5 mm×12 mm[3]。其位置深，體積小，周圍又有許多重要的解剖結構，因此，盡管該手術被公認安全、有效，但仍存在許多風險。對STN精確的定位是手術成功的關鍵。

臨床上，包括電生理技術和影像手段等在內的多種方法均見用于STN的術前定位，但對各種方法定位的準確性和安全性尚有爭議。術中微電極記錄技術(MEG)是最常用的電生理技術，它是在術中置入多個電極，利用STN高頻高幅的放電特征，判斷STN的上界和下界。盡管尚未有增加出血等并發癥的報道，但推測患者術后出現的譫妄以及其他行為改變可能與增加的電極有關，而且手術時間的延長也增加了手術的危險性。影像學手段主要包括CT、MRI和腦室造影等，其中MRI具有高的組織分辨率最常被采用，可通過圖像直接定位或坐標值定位的方法計算靶點坐標。立體定向術中通常以前后連合間連線作為大腦的基準軸線，以該軸線的中點作為大腦原點，確定腦深部核團的三維坐標，該軸線的長度稱為連合間徑，這是立體定向神經外科的重要基礎。目前的立體定向圖譜都是采用國外圖譜，如Schaltenbrand and Wahren anatomic 圖譜[4]，但連合間徑在中、西方人種之間以及患者與正常人之間均存在差異，這增加了定位的不準確性，影響手術療效，增加手術風險[5]。此外，根據最近的一項尸檢報告，STN的大小、形狀和方向等特征隨著年齡發生變化[6]，MRI檢查也證實了上述結果[7]，因此根據立體定向圖譜很難精確定位。STN在MRI圖像上是可見的，但是各序列顯示的清晰度不同，常規T1WI對STN顯示欠清，組織間對比較差；與T1WI像相比，T2WI明顯提高了STN與周圍組織間的信號對比[4]，是目前最常使用的掃描序列，在T2WI，STN呈低信號，這是因為包括STN在內的腦深部核團通常具有相對較高的鐵含量，引起局部磁場的不均勻性，使鄰近質子失相位，導致橫向弛豫時間T2縮短。但，有作者指出，由于STN在圖像上的低分辨率[8]，MRI所示的STN與微電極記錄技術(microelectrode recording，MER)確定的位置在前后方向上仍有2 mm的誤差；另一項研究[9]指出大約有10%的病例未能在1.5 T的MRI圖像上顯示。

目前更多的學者認為通過影像技術直觀的顯示STN是最準確和安全的定位方法。探索新的影像技術從而更清楚的顯示STN的解剖部位，有助于術前的準確定位，提高手術療效，具有重要的臨床實用價值和社會意義。

SWI是一種能敏感反映不同組織間磁化率差異的新成像技術[10]，初步研究已顯示其在靜脈畸形、微量出血、神經退行性疾病以及腦腫瘤等許多方面都具有廣闊的應用前景。由于組織間磁化率的差異在局部形成磁場ΔB=δB0，產生兩種變化：①局部磁場的不均勻性引起鄰近質子失相位，橫向弛豫時間T2*降低，導致信號減低，產生對比；②同時，局部磁化率差異導致質子本身進動頻率的變化，不同組織之間形成相位差。SWI利用這兩種組織對比成像，同時得到幅值圖像(magnitude image)(圖2A)和相位圖像(phase image)(圖2B)，可分別加以分析，還可以通過后處理技術將相位信息疊加到幅值圖上，產生SWI圖像(圖1D)，借助相位信息進一步增加組織間的對比，對小靜脈及基底節灰質核團等腦內微細的解剖結構有良好的分辨力。組織磁化率取決于特定部位的組織結構和化學成分，主要與血液中鐵的不同形式、出血、儲存鐵的不同蛋白(鐵蛋白、含鐵血黃素)以及鈣化等有關。由于靜脈內富含脫氧血紅蛋白與周圍組織間存在磁敏感性差異，籍此SWI可以顯示亞體素水平的小靜脈。同時，腦是一個富含鐵的組織，不同部位的鐵含量差異較大，基底節的細小核團通常具有相對較高的鐵含量，蒼白球鐵含量甚至高于肝臟。SWI利用組織間由于鐵含量不同所致的磁化率差異成像[11]，對腦內細小解剖結構具有良好的分辨力，尤其是基底節的深部核團，能清晰分辨黑質網狀帶和致密帶，并顯示紅核內分隔小細胞帶和大細胞帶的髓板，甚至增加具有不同血容量的灰、白質之間的對比。本組資料顯示：SWI序列的幅值圖像由于其T2*權重，對組織鐵沉積更敏感，較常規T2WI能更清晰的顯示丘腦底核，同時相位圖像更進一步增加了組織間的對比，使核團更容易識別(圖2)。SWI不僅具有高的分辨率，掃描時間也相對較短。這是因為使用SE或FSE-T2WI序列時為了增加圖像質量，常增加采集次數至2～3次，掃描時間明顯延長。此外，SWI是一種三維成像技術，可以行多方位的重建圖像，使核團的顯示更直觀。

盡管由于臨床條件的限制，本組資料未經立體定向手術證實，但通過圖像對比，SWI顯示出對細小解剖結構非常高的組織分辨率，加之其相對較短的掃描時間和三維成像技術，在立體定向手術中具有可觀的應用前景，亟待我們進一步的研究。

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