1H?MRS磁共振波譜分析在腦干損傷患者傷情及預后評判中的應用

周和平　陳新生　施正生　查正江　王俊　趙鵬　陳敏

安徽醫科大學附屬安慶醫院神經外科（安徽安慶 246003）

腦干損傷是常見且嚴重的重型顱腦損傷，致殘、致死率極高，目前臨床療效不佳，進一步提高其救治水平，是目前一個很實際而迫切的問題。腦干損傷診斷及治療主要依靠癥狀及醫生經驗，常規影像學檢查難以科學判斷病情，給臨床治療帶來困難，因而探尋準確且可靠的檢測方法對腦干損傷的診斷及治療意義重大。腦干損傷患者多出現嚴重的神經功能障礙，伴有神經核團及纖維束的損害，通過檢測損傷區神經物質變化，從而能更加客觀反映病情。質子磁共振波譜分析（1H?magnetic resonance spectroscopy，1H?MRS）為一種新型功能磁共振技術，在新生兒腦發育障礙、神經系統變性等疾病中運用較廣［1-2］。通過定量檢測腦細胞內一些神經物質，對腦組織的生化代謝變化進行動態檢測，可直接客觀反映腦內病情［3-4］。1H?MRS作為新技術為腦干損傷的診斷、治療及療效評判提供了新的方法，有著廣泛的應用前景，1H?MRS作為新技術目前臨床研究報道不多。本研究對45例腦干損傷患者在傷后進行1H?MRS檢測，并進行直線回歸分析，以探討腦干損傷后神經代謝特點及其對病情程度和預后評估的臨床價值。

1　資料與方法

1.1一般資料按腦干損傷納入標準：（1）顱腦外傷后持續性意識障礙，格拉斯哥評分（Glasgow coma score，GCS）：3～10分，且伴有瞳孔、生命體征改變；（2）顱腦CT顯示腦干周邊腫脹及點片狀出血；（3）病情允許進行磁共振波譜分析檢查。排除標準：（1）腦干功能衰竭合并呼吸、循環衰竭；（2）傷前有嚴重的中樞神經系統疾患，如腦梗死、腦出血、癲癇、多發性硬化、老年性癡呆等。共納入2015年3月至2016年10月安徽醫科大學附屬安慶醫院神經外科收治的腦干損傷患者45例（損傷組），其中男22例，女23例；年齡18～65歲。致傷原因：車禍傷22例，墜落傷16例，打擊傷7例。GCS評分：3～5分18例，6～8分16例，9～10分11例。全部病例均進行頭顱CT檢查，1H?MRS檢測時間為傷后8 h～16 d，平均10.6 d。腦干損傷病患根據GCS分為特重傷組（3～5分）、重度傷組（6～8分）、中度傷組（9～12分）；依據格拉斯哥預后評分（Glasgow outcome scale，GOS）分為預后不良組（1～3分）和預后良好組（4～5分）。另以10例健康志愿者為對照組，其中男6例，女4例，年齡26～42歲。

1.2影像學檢查及數據獲取對45例腦干損傷患者及10例正常人群常規行頭顱CT、MRI，CT和磁共振檢查均在我院影像科進行。CT型號為德國西門子公司PQ?5000，MR型號SIEMENS 3.0T Avanto超導型磁共振儀。所有臨床病例檢測均用我院3.0T（SIEMENS Avanto）MRI/MRS磁共振影像機進行，運用環形極化標準頭部線圈，圖像及波譜分析分別采用Xwin?NMRI3.0及Jmrui1.3版處理軟件。全部患者行常規MRI和單體素1H?MRS掃描，層厚5 mm，確定顱腦及腦干受損狀況。主要波譜初始數值分析通過傅立葉變換、零校正、像位調動和基準線校驗后，測算代謝物包括N?乙酰天冬氨酸（NAA）、膽堿化合物（Cho）和總肌酸（肌酸+磷酸肌酸）（Cr）。通過計算代謝物化學位移處所對照波峰下面積積分，作為化合物濃度的相對定量值，并計算NAA/Cr、NAA/Cho和Cho/Cr值，據此歸納計算。檢查主要集中于腦干損傷區域即磁共振波譜分析興趣區（ROI），獲得不同時間窗內的磁共振波譜分析數據資料。

1.3隨訪對腦干損傷患者進行療效回訪，隨訪6～15個月，平均（8.3±1.2）個月，根據GOS預后評定標準進行預后判斷。傷后6個月GOS評分：良好15例，中度殘疾14例，重度殘疾5例，植物生存7例，死亡4例。依據GOS分為預后不良組16例（1～3分）和預后良好組29例（4～5分）。

1.4統計學方法所有實驗數據應用SAS 8.0統計軟件，數據以表示，兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，3組間比較采用方差分析。各指標與預后之間直線相關用直線相關積差Pearson分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.11H?MRS檢測腦干損傷區域物質波譜情況對照組有清晰的NAA、Cho、Cr波峰，NAA波峰位置最高，Cho及Cr波峰位置相仿。損傷組NAA波峰下降明顯，Cho波峰上升，甚至出現神經壞死的乳酸（Lac）波峰；與對照組相比，損傷組NAA/Cho值和NAA/Cr降低，Cho/Cr值顯著升高，損傷病情越嚴重，此趨勢更加明顯。見圖1～4。

2.2不同傷情患者1H?MRS值比較腦干損傷病灶區1H?MRS發現，NAA峰下降明顯，Cho峰上升，NAA/Cho比值下降，且損傷病情越嚴重，此趨勢更加明顯。對照組、中度傷組、重度傷組間和特重度傷組NAA/Cho、NAA/Cr和Cho/Cr值比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；不同預后者，預后不良組NAA/Cr和NAA/Cho值也顯著降低（P＜0.05）。見表1。

圖1　1H?MRS體素定位像　圖2　對照組磁共振波譜　圖3　預后良好組磁共振波譜　圖4　預后不良組磁共振波譜Fig.1　1H?MRS voxel localization　Fig.2　Normal control group1H?MRS　Fig.3　Good prognosis group1H?MRS　Fig.4　Poor prognosis group1H?MRS

表1　不同傷情及預后腦干損傷患者與對照組1H?MRS比值Tab.1　Different injury and prognosis of brain stem injury patients and the control group1H?MRS ratio ±s

表1　不同傷情及預后腦干損傷患者與對照組1H?MRS比值Tab.1　Different injury and prognosis of brain stem injury patients and the control group1H?MRS ratio ±s

組別對照組G C S分組中度傷（9～1 2分）重度傷（6～8分）特重度傷（3～5分）G O S分組良好組（4～5分）不良組（1～3分）1 0 1.8 6±0.1 2 1.8 3±0.1 7 0.9 8±0.1 0 1 1 1 6 1 8 1.1 2±0.0 9 0.9 8±0.0 7 0.6 8±0.0 8 1.2 2±0.1 1 0.8 5±0.0 9 0.5 9±0.0 6 1.0 8±0.1 2 1.3 5±0.1 8 1.5 6±0.1 3 2 9 1 6 1.2 6±0.1 3 0.8 5±0.0 6 1.1 9±0.1 1 0.7 6±0.0 3 1.1 8±0.1 5 1.3 7±0.0 5例數N A A/C r N A A/C h o C h o/C r

2.3腦干損傷患者1H?MRS值與GOS間的相關分析經直線回歸分析，損傷組NAA/Cr、NAA/Cho值與GOS呈顯著正相關（r=0.86，P＜0.05）；Cho/Cr值與GOS呈負相關（r=-0.73，P＜0.05）。

3　討論

腦干損傷是一類特殊的重型急性顱腦損傷，傷后病情嚴重，目前臨床療效不佳，死亡率、重殘率高。有效且客觀地判斷其傷情，對臨床診療意義重大。然而，現今腦干損傷的診斷及治療沒有科學的評估方法及檢測手段，仍較多依靠臨床醫生經驗，給診療工作帶來很大困難。研究表明，腦干損傷主要表現為重要神經核團及神經軸束的損害，損傷后這些核團及軸束會出現復雜的神經生化代謝紊亂，因此通過檢測神經物質代謝變化，從而評判傷情輕重及預后轉歸［5-6］。1H?MRS成像技術迅速發展，目前可以定量檢測腦內二十多種神經代謝物質，且可以對這些神經物質生化代謝變化進行活體動態檢測，從而反映腦內神經細胞物質和能量代謝情況，無創傷、準確、可靠性高［7-8］。目前神經系統研究采用的測定方法主要是1H?MRS，1H?MRS能測出含質子的參與細胞膜代謝化合物NAA、Cr、Cho、Lac等物質［9-10］。NAA可很敏感地反映神經損傷情況，主要位于成熟神經元內，是神經元的內標記物，是正常波譜中最大的波峰，常被用來作為評價其他腦代謝物變化的指標［11］。TCr或Cr是神經細胞能量代謝的標識物，在三磷酸腺苷供應不足的情況下參與能量供給，對穩定腦內能量代謝意義重大，常作為其他代謝物質信號強度的對照物［12］。Cho是由磷酸膽堿、磷酸甘油膽堿、磷脂酰膽堿組成，反映腦內的總膽堿量；是細胞膜磷脂代謝的成分之一，是細胞膜轉換的標記物，反映了細胞膜的運轉和細胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標志［13］。Lac是無氧糖酵解的產物，當腦組織存在缺血、缺氧，腦細胞有氧代謝不能正常進行時明顯增高，因此通過磁共振波譜檢測NAA、Cho、Cr、Lac的動態變化能及時準確反映神經系統疾病的病理生理變化，對中樞神經系統疾病的診斷及治療具有非常重要的意義。

腦干周邊血管環繞，富含重要的神經核團及感覺、運動神經傳導束通行，損傷后多致嚴重神經功能障礙，損傷后早期即可出現嚴重的神經物質代謝紊亂，通過檢測這些異常代謝物質可以客觀評估神經損傷情況。WILD等［14］對9例原發性腦干損傷與5例正常對照者的磁共振波譜分析研究中，發現在普通磁共振上顯示正常的區域出現NAA/Cr明顯降低，研究證實磁共振波譜能夠及早敏感反映腦干損傷。SINSON等［15］在其30例腦干損傷患者的磁共振波譜分析研究中，報道10例預后較差的患者體NAA/Cr為1.24±0.28，較20例預后較好的患者體NAA/Cr 1.53±0.37為低。研究認為磁共振波譜分析是檢測顱腦損傷的敏感方法，磁共振波譜分析可以作為一種評價腦干損傷傷情及預后的參考指標［16-17］。本研究中發現對照組有清晰的NAA、Cho、Cr波峰。損傷組NAA波峰下降明顯，Cho波峰上升，甚至出現神經壞死的Lac波峰；與對照組相比，損傷組NAA/Cho值和NAA/Cr降低，Cho/Cr值顯著升高，傷情按GCS評分分級發現，損傷病情越嚴重，此趨勢更加明顯。研究結果提示磁共振波譜分析可以很好地指導腦干損傷的診斷及傷情評定，能很好地指導臨床治療，尤其對于有嚴重神經臨床癥狀而普通影像學檢測陰性的病患有重要意義。

在本研究45例腦干損傷患者中進行1H?MRS的檢測并臨床隨訪，29例預后良好，其中17例蘇醒，預后良好組NAA/Cho、NAA/Cr值較預后不良組明顯升高，接近對照組。提示1H?MRS不僅可以判定腦干損傷的傷情程度，還能指導認知功能的恢復和神經功能的評定，NAA/Cho、NAA/Cr比值越高，預后越佳。腦干包含大量上行網狀系統及傳導束，通過檢測NAA/Cho、NAA/Cr和Cho/Cr值來反映腦干生化代謝變化能敏感地反映病情，評判預后及能否蘇醒。本研究腦干損傷患者1H?MRS值與預后GOS間經直線回歸分析，損傷組NAA/Cr、NAA/Cho值與GOS呈顯著正相關（r=0.86，P＜0.05）；Cho/Cr值與GOS呈負相關（r=-0.73，P＜0.05）。這也與既往研究結果一致。可見，1H?MRS的檢測情況有助于指導臨床評判腦干損傷的預后情況。

［1］劉嶺嶺，孛茹婷，楊文君，等.正常新生兒腦發育的1H?MRS研究［J］.實用醫學雜志，2015，31（20）：3343?3346.

［2］SOLE B，BONNIN C M，TORRENT C，et al.Neurocognitive impairmentand psychosocial functioning in bipolar U disorder［J］.Acta Psychiatr Scand，2012，125（4）：309?317.

［3］YEO R A，PHILLIPS J P，JUNG R E，et al.Magnetic reso?nance spectroscopydetects brain injury and predicts cognitive functioning in children with brain injuries［J］.J Neurotrauma，2013，23（10）：1427?1435.

［4］張海燕，溫盛霖，王繼輝，等.雙相障礙Ⅱ型患者豆狀核的磁共振波譜特征及其與認知功能的關系［J］.中華醫學雜志，2015，95（9）：672?675.

［5］MARCEL S，JAY S R，DEBORA D M，et al.Investigation of central nervous system dysfunction in chronic pelvic pain using magnetic resonance spectroscopy and non?invasive brain stimu?lation［J］.Pain Pract，2015，15（5）：423?432.

［6］黃敏東，鄒劍.磁共振波譜分析聯合腦灌注成像在昏迷患者蘇醒評估中的應用［J］.中國醫藥科學，2015，23（5）：159?161.

［7］MURPHY P S，ROWLAND I，VIVIERS L，et al.Could assess?ment of glioma methylene lipid resonance by in vivo H?MRS be of clinical value［J］.Br J Radiol，2014，76（907）：459?463.

［8］周婷，鞏尊科，王世雁，等.重復經顱磁刺激對腦卒中后執行功能障礙的影響［J］.實用醫學雜志，2017，33（7）：1036?1039.

［9］MATTHEW G S，YAN J L，ALISON S，et al.Assessing Me?tabolism and injury in Acute Human Traumatic Brain injury with Magnetic Resonance Spectroscopy：Current and Future Ap?plications［J］.Front Neurol，2017，8（426）：1?21.

［10］DEELCHAND D K，ADANYEGUH I M，EMIR U E，et al.Two?site reproducibility of cerebellar andbrainstem neurochemi?cal profiles with short?echo，single?voxel MRS at 3T［J］.Magn Reson Med，2014，73（5）：1718?1725.

［11］漆強，鄒玉林，陶僅德，等.彌漫性軸索損傷的MRS診斷與臨床預后的相關研究［J］.中國臨床醫學影像雜志，2014，16（3）：350?352.

［12］MISHKOVSKY M.A Comment.Hyperpolarized MRS：New tool to study real?time brain function and metabolism［J］.Anal Bio?chem，2016，108（37）：569?575.

［13］李在雨，陳云鵬，楊正月，等.創傷性顱腦損傷的氫波譜臨床研究［J］.中國實驗診斷學，2015，19（6）：909?911.

［14］WILD J M，MACMILLAM C S，WARDLAW J M，et al.1H spectroscopic imaging of acute head injury?evidence of diffuse axonal injury［J］.MAGMA，2012，8：109?115.

［15］SINSON G，BAGLEY L J，CECIL K M，et al.Magnetization transfer imaging and proton MR spectroscopy in the evaluation of axonal injury：correlation with clinical outcome after traumat?ic brain injury［J］.Am J Neuroradiol，2010，22：143?151.

［16］WATANABE T，FRAHM J，MICHAELIS T.Amide proton sig?nals as pH indicator for in vivo MRS and MRI of the brain?rse?ponse to hypercapnia and hypothermia［J］.Neuroimage，2016，133（18）：390?398.

［17］ALLAN R M，IZABELA A，JULIEN C A，et al.Translating state?of?the?art spinal cord MRI techniques to clinical use：A systematic review of clinical studies utilizing DTI，MT，MWF，MRS，and fMRI［J］.Neuroimage，2016，10（17）：192?238.