輕度創傷性腦損傷的擴散張量成像研究

朱慧玲，丁建平，王付言，宋春瑤

杭州師范大學附屬醫院放射科，杭州310015

輕度創傷性腦損傷(mild traumatic brain injury，mTBI)是臨床常見腦外傷，約30%患者輕度腦外傷后會出現持續的腦震蕩癥候群[1]，臨床表現主要為持久的軀體、認知和行為癥狀，損傷機制可能為旋轉加速度或角加速度導致的腦深部結構非出血性損傷，以軸索腫脹為主，病損程度相對較輕[2]。由于mTBI的受損部位主要分布在灰白質交界處和大腦深部中線結構區域，且輕度腦損傷一般呈彌漫性，常規的CT、MRI檢查一般無陽性發現。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種描述水分子擴散方向的MRI技術，能量化地反映組織微觀水分子的運動。本研究擬通過DTI技術測定mTBI患者的ADC值及FA值，初步探討DTI在mTBI中的應用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取35例輕度mTBI患者作為病例組，男26例，女9例，年齡15～50歲，平均年齡35歲。受傷原因：車禍傷15例，墜落傷8例，打擊傷12例。另選取l5名健康志愿者為對照組，其中男8例，女7例，年齡22～47歲，平均年齡32歲。所有被檢者均嚴格依據以下納入標準及排除標準選取。

1.1.1 納入標準

(1)明確的頭部外傷史或可查到頭部的著力點處有輕微腫脹、頭皮擦損、裂傷。(2)格拉斯哥昏迷評分(Glasgow Coma Scale，GCS)13～15分，有短暫的意識障礙。(3)神經系統檢查未發現陽性體征，腦脊液檢查肉眼或鏡下未見紅細胞。既往無神經系統相關疾病。(4)頭顱X線平片、常規CT、MRI檢查未見腦實質性損害或顱內出血。(5)傷后數日腦電圖或腦地形圖檢查未見異常。(6)文化程度：小學及以上文化，能理解認知功能測驗的內容；(4)自愿參加本研究。

1.1.2 排除標準

(1)以往有腦損傷史、腦部疾患史、精神疾病史者；(2)精神發育遲滯者；(3)嚴重的軀體疾患者；(4)有藥物、酒精或其他影響中樞神經系統功能的物質濫用史者；(6)對影像檢查不合作或不能有效完成者。

所有上述研究對象均被詳細告知試驗目的、方法和注意事項，并簽署知情同意書正式同意參加試驗。病例組和健康對照組在年齡、性別、文化程度上的差異均無顯著性(P＞0.05)。本研究通過杭州師范大學附屬醫院倫理委員會批準。所有患者在傷后1 d至2個月之間進行MRI檢查，并記錄傷后的一般情況。

1.2 檢查方法

1.2.1 設備及掃描方法

使用GE Discovery750超導MR儀，所有研究對象均首先進行常規MRI檢查，除均行常規T1WI、T2WI、T2-FLAIR和DWI掃描外，均加行DTI掃描，采用單次激發SE EPI序列，掃描參數：FOV 192 mm×192 mm，TR 80 000 ms，TE 80.8 ms，b值=1000 s/mm2，擴散敏感梯度方向數30個，slice 67，層厚1.5 mm、層間距0 mm。NEX為2。

1.2.2 分析方法

DTI原始圖像傳至后處理工作站，對擴散張量成像中所有圖像進行校正，采用Funct 2軟件包中的Tensor軟件，構建表觀擴散系數圖(apparent diffusion coeficient，ADC圖)、部分各向異性圖(fractional anisotropy，FA圖)。所有研究對象均在雙側額葉白質、雙側內囊區、胼胝體膝部及壓部中線位置各一個點(共6個)為感興趣區(region of interest，ROI)，分別計算ROI所測定的ADC值、FA值的平均值。

1.3 統計學分析

用SPSS 11.0軟件對資料進行分析，用獨立樣本t檢驗比較病例組與對照組各部位的FA、ADC值有無統計學差異。

圖1～3 分別為輕度創傷性腦損傷患者的常規MRI及DTI成像。圖1為FLAIR成像，圖2為FA偽彩圖，圖3為ADC偽彩圖；均未見明顯異常信號Fig.1—3 The conventional MRI and DTI imaging in patients with mild traumatic brain injury.Fig.1:FLAIR imaging.Fig.2:FA Pseudo color.Fig.3:ADC pseudo color.There was no obvious abnormal signal in these imagings.

2 結果

病例組和對照組的常規MRI及DTI掃描圖像均未見明顯異常信號(圖1～3)。病例組各部位的FA值及ADC值分別與對照組進行分析比較。表1為病例組與對照組各部位ADC值。經獨立樣本t檢驗，各部位ADC值病例組與對照組間均無顯著性差異。表2為病例組與對照組各部位FA值，經獨立樣本t檢驗，病例組雙側額葉白質區、雙側內囊區及胼胝體壓部與對照組間具有統計學差異， FA值較對照組下降。

表1 病例組與對照組各部位ADC值(10-3 mm2/s)Tab.1 The ADC value at each part of the case group and the control group(10-3 mm2/s)

表2 病例組與對照組各部位FA值Tab.2 The FA value at each part of the case group and the control group

3 討論

隨著社會的發展，mTBI已經成為危害人類生命健康和影響人們生活質量的重要問題。DTI可以無創地提供常規MR檢查不能顯示的人體組織的微觀結構、神經纖維束的走向及受損情況、膜滲透性和溫度方面的信息[3]。輕度創傷性腦外傷后受累白質的組織結構和功能會發生一定程度改變，相應地可以在DTI上表現為髓鞘的不完整或扭曲，以及各向異性值的降低，進而能夠反映出腦組織受傷的范圍和程度。

本研究結果表明，mTBI患者腦內出現擴散各向異性的改變，表現為腦內雙側額葉白質區、雙側內囊區及胼胝體壓部區域的FA值均有所降低。FA值降低的區域反映局部存在輕度腦組織損傷。筆者認為引起這些區域FA值降低可能的原因是：mTBI易導致腦白質血管周圍間隙的擴大、動脈壁的纖維透明變性、膠質增生，以及由于輕微血管周圍損傷所導致的脫髓鞘改變。在輕度腦外傷初期腦組織細胞支架軸索的胞膜排列出現紊亂、腫脹，在平行于軸索方向上的擴散受到的阻力增大，擴散減弱，導致擴散的各向異性特征降低，在DTI上相應的表現為FA值的降低。本研究結果顯示，mTBI患者ADC值較健康對照組沒有明顯變化，這可能是由于ADC值僅提供了一個方向的水分子運動情況，由于各向異性的影響，單一方向的擴散不能完全代表擴散的特性。本研究結果表明，FA值較ADC值更能反應出mTBI患者的腦組織損傷情況[4]。

DTI在mTBI方面的應用目前在國內外亦有報道，Arfanakis等[5]研究表明，對于輕度腦外傷患者，24 h內即可見大腦白質FA值顯著性下降，常包括皮質下白質、胼胝體和腦干上端背外側部。Rutgers等[6]研究結果表明，mTBI患者顱腦內多個區域有FA值減低，主要分布在腦白質、扣帶回和胼胝體。Mayer等[7]研究表明，mTBI患者的胼胝體及左側大腦半球的多個區域的FA值均顯著減低。Chu等[8]對10例輕度腦外傷后1～6天的患者進行顱腦DTI研究，結果表明，這些患者的顱腦白質多個區域FA值均減低，這可能與軸突的細胞毒性水腫有關，反映顱腦急性損傷。這些研究結果與本研究發現大致相似，說明mTBI患者可能存在細胞性水腫或者腦組織缺血。王博成等[9]研究結果表明，TBI組各ROI的FA值均下降，因而他們認為DTI技術對白質纖維損傷較為敏感，能準確定量分析損傷程度。楊天和等[10]對14例彌漫性軸索損傷病例進行MR平掃及DTI檢查，測量全部受檢者胼胝體及腦干的ADC值和FA值，研究結果顯示患者除胼胝體膝部外的其他測量區域FA值均明顯減低。 本研究所測得的患處FA值較正常感興趣區降低，這與以往的國內外研究結果一致，說明FA值對mTBI導致的軸索平行方向的擴散受限以及腦白質纖維束的受損、中斷等均較敏感。總之，本研究結果表明在mTBI患者腦內一些區域出現FA值不同程度的降低，提示局部腦組織損傷的存在。DTI對判斷腦外傷后腦損傷的程度和范圍提供了一種無創的新方法。

當然，DTI成像技術仍存在一定的局限性和不足。DTI掃描時間較長，DTI圖像容易變形，尤其在靠近顱骨、氣體或腦脊液處，不利于病灶的準確定位和測量，另外，大腦皮質下的白質用人工方法測量各向異性值易受主觀因素影響[11]。但隨著硬件和工作站軟件的不斷升級，隨著MRI成像技術的不斷發展和進步，DTI測量的范圍及準確性會進一步提高，在mTBI及臨床其他病變中的應用會更加廣泛和準確。

[References]

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[5]Arfanakis K,Haughton VM,Carew JD,et al.Diffusion tensor MR imaging in diffuse axonal injury.AJNR Am Neuroradiol,2002,23(5):794-802.

[6]Rutgers DR,Toulgoat F,Cazejust J,et a1.White matter abnormalities in mild traumatic brain injury:a diffusion tensor imaging study.AJNR Am J Neuroradiol,2008,29(3):514-519.

[7]Mayer AR,Ling J,Mannell MV,et a1.A prospective diffusion tensor imaging study in mild traumatic brain injury.Neurology,2010,74(8):643-650.

[8]Chu Z,Wilde EA,Hunter JV,et a1.Voxel-based analysis of diffusion tensor imaging in mild traumatic brain injury in adolescents.AJNR Am J Neuroradiol,2010,31(2):340-346.

[9]Wang BC,Li M,Wu LZ,et al.Application of MRI diffusion tensor imaging on diagnosis of traumatic brain injury.J Shanghai Jiaotong University(Medieal Science),2009,29(12):1491-1494.王博成,李梅,吳利忠,等.磁共振彌散張量成像在創傷性腦損傷診斷中的應用.上海交通大學學報(醫學版),2009,29(12):1491-1494.

[10]Yang TH,Lin JZ,Tian XH,et al.Combination of MR diffusion tensor imaging and diffusion tensor tracking in diagnosis of diffuse axonal injury.Chin J Med Imaging Technol,2008,24(12):1905-1908.楊天和,林建忠,田新華,等.磁共振彌散張量成像和彌散張量纖維束成像診斷彌漫性軸索損傷.中國醫學影像技術,2008,24(12):1905-1908.

[11]Yin CH,Li YH.Status of MR imaging diagnosis of diffuse axonal injury.Chin J Magn Reson Imaging,2011,2(4):300-304.尹春紅,李玉華.彌漫性軸索損傷的MRI研究進展.磁共振成像,2011,2(4):300-304.