DTI观察慢性丘脑梗死患者躯体感觉传导纤维继发性变性

程润田，陈 莉，罗天友*，龚军伟

(1.重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016；2.川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637000)

脑卒中的发病率和致死率均较高，其中缺血性脑卒中(即脑梗死)约占脑卒中67.3%～80.5%[1]。脑梗死除梗死灶外还可引起与之相连的轴突及髓鞘继发性变性，包括顺行性变性(即沃勒变性)和逆行性变性，对患者神经功能造成严重影响[2-3]。DTI技术通过监测组织内水分子扩散运动，可定量分析神经纤维束继发性变性，目前已广泛用于研究脑卒中后神经纤维束的完整性[4-5]，且主要集中于对下行运动传导纤维束的研究，而对以感觉损伤为主的上行传导通路的研究相对较少。丘脑是躯体感觉传导中继站，损伤后可出现不同程度感觉功能障碍。研究[6]发现，丘脑梗死(thalamic infarction, TI)约占脑梗死的7.7%，而TI慢性期，其下行方向的脊髓丘脑束和上行方向的丘脑中央辐射发生继发性损害的表现特征尚不清楚。本研究采用DTI技术观察慢性TI患者丘脑中央辐射和脊髓丘脑束各扩散指标，探讨躯体感觉传导纤维束继发性损害的表现特征。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2014年4月—2016年8月于我院经头颅CT或MRI证实的慢性TI患者28例(TI组)，男10例，女18例，年龄45～75岁，平均(58.6±9.3)岁；13例病灶位于左侧，15例位于右侧；病程6～9个月。纳入标准：①丘脑区域单一病灶；②均为右利手；③梗死发生前无明显神经精神症状。排除标准：①颅内丘脑以外其他部位存在脑梗死、脑出血、肿瘤及炎症等病灶，或有脑外伤及癫痫等病史；②患有神经精神疾病；③存在心肺功能不全。同期招募与TI组年龄、性别相匹配的健康志愿者28名作为对照组，男10名，女18名，年龄45～75岁，平均(56.0±5.4)岁。纳入标准：①经头颅CT或MR检查除外颅内病灶；②无神经精神疾病、酗酒及药物滥用史；③不存在可能导致认知功能障碍的相关疾病。2组性别分布相同，年龄差异无统计学意义(t=8.585，P=0.50)。本研究经我院伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa 3.0T HDX超导型MR扫描仪，标准8通道头部线圈。固定受检者头部，嘱其保持安静。分别行轴位T1W FLAIR(TR 1 625 ms，TE 10 ms)、T2W(TR 2 860 ms，TE 80 ms)、T2W FLAIR(TR 7 000 ms，TE 120 ms)扫描，FOV 24 cm×24 cm，NEX 1。随后行全脑三维高分辨率解剖像及DTI序列扫描。全脑三维高分辨率解剖像参数：TR 8.3 ms，TE 3.3 ms，翻转角15°，层厚1.0 mm，层间距0，FOV 240 mm×240 mm，矩阵256×192，扫描时间6.45 min。DTI参数：TR 1 000 ms，TE 115 ms，矩阵128×128，FOV 240 mm×240 mm，层厚2 mm，层间距0，层数53，体素体积1.68 mm×1.68 mm×2.70 mm，30个扩散敏感梯度方向，b值分别为0、1 000 s/mm2。

1.3 DTI图像后处理 为便于分析，采用基于Matlab平台的nifti软件包将13例左侧TI患者的DTI数据翻转至正中矢状位的右侧，使患者的右侧即为患侧，而左侧为健侧。对所有DTI数据采用基于Linux平台的FSL 5.1软件(http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fsl)进行图像预处理，主要步骤：①图像转化；②涡流校正；③剥脑，去掉颅骨及头皮等非脑组织，以减少DTI拟合和追踪过程中的运算量并提高配准的准确性；④扩散指标计算，获得每个体素的部分各项异性(fractional anisotropy, FA)、平均弥散量(mean diffusivity, MD)值和扩散本征值(primary eigenvalue, λ1; transverse eigenvalue, λ23)；⑤空间配准，将所得个体空间的DTI数据配准至蒙特利尔神经病学研究所(Montreal Neurological Institute， MNI)标准空间；⑥纤维束确定性追踪，采用Toolkit及TrackVis软件包(http://www.trackvis.org/)，将初级感觉皮层(S1)、丘脑以及中脑的mask导入软件包进行纤维束追踪，当FA值<0.2或角度阈值>50°时停止追踪，获得对照组一侧脊髓丘脑束颅内段(中脑—丘脑)和丘脑中央辐射(丘脑—S1区)纤维束数据(图1)；⑦纤维束空间转换，将所得纤维束数据转换至标准MNI空间；⑧概率模板，叠加上述步骤所得对照组单侧丘脑中央辐射和脊髓丘脑束，获得目标纤维束的最大概率模板，选取最大概率的50%作为概率模板；⑨采用Matlab 2009a后处理软件，利用上述概率模板，分别提取TI组和对照组同侧目标纤维束的扩散指标值，提取层面均不包含丘脑层面。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。计量资料以±s表示，以受试者年龄、性别及全脑体积为协变量，采用一般线性模型比较2组同一纤维束扩散指标值的差异。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 MRI表现 TI组梗死灶均位于丘脑，其中13例位于左侧，15例位于右侧，内囊膝部、前肢与后肢未见明显受累。TI组与对照组脊髓丘脑束及丘脑中央辐射走行区域均未见异常信号。

2.2 DTI测量结果 2组脊髓丘脑束及丘脑中央辐射的DTI扩散指标测值比较见表1、2。与对照组相比，TI组梗死灶下方脊髓丘脑束和上方丘脑中央辐射FA值降低(P均<0.001)，而MD值、λ1值及λ23值均升高(P均<0.05)。

表1 2组脊髓丘脑束DTI扩散指标测值比较(±s)

表1 2组脊髓丘脑束DTI扩散指标测值比较(±s)

组别FAMD(×10-4mm2/s)λ1(×10-4mm2/s)λ23(×10-4mm2/s)TI组0．40±0．130．50±0．071．99±0．531．22±0．64对照组0．51±0．060．40±0．131．68±0．230．81±0．25F值26．8311．1615．0318．74P值<0．0010．002<0．001<0．001

表2 2组丘脑中央辐射DTI扩散指标测值比较(±s)

表2 2组丘脑中央辐射DTI扩散指标测值比较(±s)

组别FAMD(×10-4mm2/s)λ1(×10-4mm2/s)λ23(×10-4mm2/s)TI组0．37±0．050．41±0．051．24±0．080．70±0．08对照组0．48±0．110．37±0．051．16±0．070．63±0．10F值24．046．9613．208．59P值<0．0010．0110．0010．005

图1 纤维束确定性追踪所得对照组单侧一般感觉传导纤维束 [a：丘脑中央辐射(丘脑—S1区)；b：脊髓丘脑束(颅内段)]

3 讨论

神经细胞损伤后，神经纤维束会沿其顺行方向发生轴突坏死、髓鞘崩解及神经胶质细胞增生等一系列变化，即发生顺行性变性，也称沃勒变性[7]。除沿纤维束顺行方向的远隔部位会发生顺行性变性外，其逆行方向的纤维束也会发生继发性损害，称为逆行性变性[8]。继发性变性可能是患者神经功能发生不可逆改变的重要原因[9-10]。DTI探测组织中水分子随机扩散的能力远超其他MRI技术[11]，可无创定量评价活体神经纤维微结构变化，已广泛应用于评估神经损伤、神经退行性及脑血管疾病等[12-14]，在脑缺血性疾病中的应用最为常见[15]。DTI技术的扩散指标可反映脑梗死所致神经纤维束的继发性改变，包括FA值降低、MD值升高等。本研究TI组FA值较对照组降低，而MD值、λ1值、λ23值较对照组升高，提示丘脑梗死可同时引起顺行和逆行方向的纤维束损伤。

丘脑由多个拥有独立神经功能的神经细胞群组成，是皮质下最大的信息接收站和中继站，直接参与躯体感觉功能[16]。研究[17]显示，局灶性丘脑梗死后第1、4、12周，同侧半卵圆中心区域丘脑皮质纤维束FA值均较正常对照组显著降低，且降低幅度逐渐增加，与本研究TI组丘脑中央辐射FA值降低结果一致。目前关于丘脑梗死灶下方纤维束逆行性变性的研究较少见。本研究发现，TI组患侧脊髓丘脑束颅内段(中脑至丘脑层面)FA值也较正常对照组减低，与Yoon等[18]关于脊髓损伤后轴突逆行性变性结果相符。

脑梗死不同时期的纤维束继发性变性特征相异，表现为扩散指标值的变化存在差异[19]。脑梗死急性期，由于轴突崩解和髓鞘溶解，导致λ1值降低、λ23值升高；而在慢性期，由于小胶质细胞激活、髓鞘碎片清除及星形细胞增多，λ1和λ23值升高，而FA值和MD值均可由λ1值和λ23值计算获得，导致FA值降低及MD值升高[20]。FA值反映神经纤维束内水分子扩散的方向性，与髓鞘的完整性及平行性密切相关。MD值反映水分子整体扩散水平，与扩散方向无关[21]。研究[22]发现，脊髓损伤后慢性期皮质脊髓束逆行性变性除FA值降低外，MD值可明显升高。本研究TI组脊髓丘脑束及丘脑中央辐射λ1值、λ23值及MD值升高，FA值降低，提示脊髓丘脑束及丘脑中央辐射均发生继发性变性。

本研究的局限性：样本量较小，且为非纵向研究，结果可能存在偏倚，将在今后的研究中增加样本量，进一步纵向追踪观察丘脑梗死急性期。

综上所述，丘脑梗死可致躯体感觉传导通路的继发性损害；梗死慢性期，病灶下方脊髓丘脑束及上方丘脑中央辐射继发性变性具有相同的DTI表现。

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