陶慶霞 楊藝 何江弘 王路斌 夏小雨 王翀 王勇 徐如祥

彌散張量成像對(duì)意識(shí)障礙患者診斷與預(yù)后評(píng)估的作用

陶慶霞1楊藝2何江弘2王路斌3夏小雨2王翀4王勇5徐如祥2

目的探討彌散張量成像（DTI）對(duì)意識(shí)障礙（DOC）患者的臨床應(yīng)用價(jià)值及其各指標(biāo)變化規(guī)律。方法選取自2014年1月至2015年12月陸軍總醫(yī)院附屬八一腦科醫(yī)院臨床診斷為DOC的患者[植物狀態(tài)（VS）患者56例，微意識(shí)狀態(tài)（MCS）患者19例]進(jìn)行彌散張量掃描，分別收集腦干、丘腦、皮層下三個(gè)相關(guān)的感興趣區(qū)域評(píng)價(jià)FA、MD等指標(biāo)數(shù)據(jù)。對(duì)不同意識(shí)狀態(tài)的兩組的參數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，并將感興趣區(qū)的各向異性（FA）、平均彌散率（MD）均值與臨床昏迷恢復(fù)量表（CRS-R）評(píng)分進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果VS組FA值明顯低于MCS組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （P＜0.05）；MD值則高于MCS組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；感興趣區(qū)（腦干、皮層下，丘腦）FA值和MD值與CRS-R評(píng)分具有較好相關(guān)性，尤其是丘腦部。結(jié)論DTI對(duì)于DOC影像學(xué)分級(jí)具有一定的臨床參考價(jià)值。意識(shí)障礙程度越重，MD值越高，F(xiàn)A值越低。

彌散張量成像；意識(shí)障礙；植物狀態(tài)；微意識(shí)狀態(tài)；預(yù)后評(píng)估

隨著急救和重癥醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，顱腦損傷的存活率大大提高，越來(lái)越多的患者從重度昏迷轉(zhuǎn)歸為意識(shí)障礙（disorders of consciousness，DOC）[1]。意識(shí)障礙分為不同的層次[2]?；杳曰颊咛幱陂]眼狀態(tài)，對(duì)外部刺激無(wú)反應(yīng)；當(dāng)其睜開(kāi)眼睛但仍對(duì)外界刺激無(wú)反應(yīng)時(shí)，被定義為植物狀態(tài)（vegetative state，VS）[3]；當(dāng)其表現(xiàn)出波動(dòng)的意識(shí)跡象及可重復(fù)的非反射行為時(shí)，被認(rèn)為達(dá)到微意識(shí)狀態(tài) （minimally conscious state，MCS）[4]。Luaute等[5]研究發(fā)現(xiàn)MCS患者比VS患者的遠(yuǎn)期恢復(fù)情況好。因此，選擇合適而敏感的評(píng)價(jià)方法將兩者早期鑒別顯得尤為重要。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)是描述大腦結(jié)構(gòu)細(xì)微變化的一種成熟方法，也是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)在活體中觀察組織結(jié)構(gòu)的完整性[6]，觀察和追蹤腦白質(zhì)纖維束走形、方向、髓鞘變化等信息的非侵入性手段[7,8]。本研究應(yīng)用DTI技術(shù)對(duì)VS和MCS患者分別進(jìn)行掃面，并選取決定意識(shí)水平的感興趣區(qū)（腦干、皮層下、丘腦），以部分各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）和平均彌散率（mean diffusivity，MD）作為觀察指標(biāo)，比較兩組的差異性，探討DOC不同程度的患者各參數(shù)均值的差異和變化規(guī)律，并分析不同感興趣區(qū)參數(shù)值與昏迷恢復(fù)量表（coma recovery scalerevised，CRS-R）評(píng)分值的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步探討DTI技術(shù)在DOC診斷及分級(jí)中的臨床應(yīng)用。

資料與方法

一、研究對(duì)象

選取自2014年1月至2015年12月陸軍總醫(yī)院附屬八一腦科醫(yī)院臨床診斷為DOC的患者75例，納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）符合2002年多學(xué)科協(xié)作小組頒布的DOC診斷標(biāo)準(zhǔn)。（2）年齡18～60歲，性別不限。（3）突發(fā)意識(shí)障礙，2～4周，病情穩(wěn)定，無(wú)癲癇病史。（4）大腦結(jié)構(gòu)基本完整，無(wú)大于3 cm的出血、梗死及手術(shù)腔隙。（5）無(wú)MR掃描禁忌證。

經(jīng)過(guò)排除后，納入VS組56例，其中男性28例，女性 28例；年齡 23～58歲，平均 35.2±2.1歲。MCS組19例，其中男性7例，女性12例；年齡20～55歲，平均30.1±1.6歲，兩組性別 （χ2=0.031，P＞0.05），年齡（t=0.836，P＞0.05）比較，差別均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中外傷的27例，腦出血19例，腦梗死11例，缺血缺氧性腦病9例，腦萎縮及變形程度＜30%。所有患者均完成DTI檢查。本研究經(jīng)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，受試者及其家屬均簽訂知情同意書(shū)。

二、量表評(píng)估

根據(jù)CRS-R量表進(jìn)行評(píng)估。CRS-R量表包括聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)言和喚醒度共6個(gè)分量表，兩名主治醫(yī)師分別在患者覺(jué)醒狀態(tài)時(shí)對(duì)患者意識(shí)程度進(jìn)行評(píng)估，取兩個(gè)分?jǐn)?shù)均值作為該患者的最終評(píng)分結(jié)果?；颊?個(gè)分量表中有一項(xiàng)達(dá)到微意識(shí)狀態(tài)即分入MCS組。

三、掃描方法

采用陸軍總醫(yī)院GE HD750 3.0T超導(dǎo)型MR儀（美國(guó)，GE公司），常規(guī)磁共振成像檢查：軸位T1加權(quán)像（T1 weighted imaging，T1WI）[重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR）/回波時(shí)間（time of echo，TE）= 2 000 ms/20 ms]、T2加權(quán)像 （T2 weighted imaging，T2WI）（TR/TE=3 000 ms/80 ms）、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（TR/TE=11 000 ms/120 ms）序列，冠狀位T2WI（TR/ TE=3 000 ms/80 ms）快速自旋回波序列（turbo spin echo，TSE）掃描；矢狀位T1WI（TR/TE=2 000 ms/20 ms）；矢狀位層厚6.0 mm、軸位層厚7.0 mm、冠狀位層厚6.0 mm，層間距均為0；矩陣512×512，掃描視野（field of view，F(xiàn)OV）=220 mm×220 mm。DTI掃描：掃描層面與前后聯(lián)合線平行，采用單次激發(fā)自旋回波的平面回 波成像序 列（spin echo-echo planar imaging，SE-EPI）；TR/TE=10 000 ms/90 ms、FOV= 256 mm×256 mm×120 mm；矩陣=128×128、SENSE因子=2；層數(shù)=70，層厚均為2 mm，層間距為0；15個(gè)非線性方向，b值為0、800 s/mm2，掃描時(shí)間5 min。

四、數(shù)據(jù)處理

采用FiberTrak軟件進(jìn)行DTI參數(shù)處理，在不同層面彩色張量圖及B0圖中測(cè)量FA值、MD值。確定感興趣區(qū)（region of interest，ROI）為腦干、皮層下、丘腦，每個(gè)感興趣區(qū)選取相應(yīng)面積ROI進(jìn)行測(cè)量（ROI面積為9～20像素范圍），取均值為統(tǒng)計(jì)值進(jìn)行F檢驗(yàn)。檢測(cè)由兩名具有5年以上經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師完成，連續(xù)測(cè)量3個(gè)相鄰層面取其平均值。

五、統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，F(xiàn)A統(tǒng)計(jì)值等計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)（±s）表示，兩組間FA值及MD值取均值進(jìn)行方差分析及t檢驗(yàn)，F(xiàn)A值及MD值與CRS-R評(píng)分進(jìn)行Pearson直線相關(guān)性分析，以P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

一、不同意識(shí)狀態(tài)組關(guān)鍵區(qū)的特征值差別

比較VS組和MCS組之間的腦干、皮層下、丘腦三個(gè)區(qū)域的FA值和MD值。在VS組中，皮層下FA值最高，其次是丘腦、腦干，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=7.050，P=0.0011），丘腦部MD值最高，皮層下與丘腦部比較差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 ；在MCS組中，皮層下FA值最高，其次是丘腦、腦干，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （F=9.523，P=0.0105）,丘腦部MD值最高 （F= 8.379，P=0.0017），腦干與丘腦之間差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 。與VS組比較，MCS組皮層下、丘腦、腦干FA值明顯較高，尤其是腦干區(qū)域，差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖1）；將VS組與MCS組感興趣區(qū)域的MD值進(jìn)行比較（圖2），VS組MD值較MCS組高，尤其是丘腦部，具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

二、關(guān)鍵區(qū)的特征值與CRS-R評(píng)分的相關(guān)

計(jì)算ROI區(qū)域FA值與CRS-R評(píng)分的相關(guān)系數(shù)及相應(yīng)P值見(jiàn)表2，相應(yīng)部位FA、MD值與CRS-R評(píng)分之間的散點(diǎn)圖及相關(guān)直線圖可看出，F(xiàn)A值與CRS-R評(píng)分呈正相關(guān)，即一定范圍內(nèi)，CRS-R評(píng)分隨FA值的增加而增加。而MD值與CRS-R評(píng)分均呈負(fù)相關(guān)性。

圖1 入組患者的部分各向異性值骨架提取

圖2 植物狀態(tài)組與微意識(shí)組不同感興趣區(qū)特征值的差異比較

討論

隨著醫(yī)療技術(shù)和監(jiān)護(hù)水平的提高，嚴(yán)重腦損傷后處于長(zhǎng)期VS和MCS的患者明顯增加[9]，因此精確判斷患者的意識(shí)水平成為迫切需要解決的問(wèn)題。然而，雖然現(xiàn)在臨床上用于評(píng)價(jià)意識(shí)狀態(tài)的評(píng)分量表有很多，但都具有很強(qiáng)的主觀性，單純依靠量表來(lái)劃分意識(shí)狀態(tài)顯然存在很多不足[10]。而對(duì)DOC患者的意識(shí)水平進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估是神經(jīng)外科醫(yī)生做出診斷和治療決策的關(guān)鍵，也是患者家屬的迫切要求。所以有必要尋找更加敏感和準(zhǔn)確的影像學(xué)技術(shù)加以輔助。

表1 植物狀態(tài)組和微意識(shí)組感興趣區(qū)各向異性值和平均彌散率值比較（±s）

表1 植物狀態(tài)組和微意識(shí)組感興趣區(qū)各向異性值和平均彌散率值比較（±s）

a1：與腦干部分各向異性值比較P＜0.05，a2：與丘腦部分各向異性值比較 P＜0.05；b1：與腦干平均彌散率值比較 P＜0.05，b2與丘腦平均彌散率值比較P＜0.05

腦干 丘腦 皮層下部分各向異性值 平均彌散率值 部分各向異性值 平均彌散率值 部分各向異性值 平均彌散率值植物狀態(tài)組 66 0.164±0.0619 0.0012±0.0003 0.1996±0.0650a1 0.0019±0.0003 0.2055±0.0781a1 0.0015±0.0003b2微意識(shí)組 9 0.2150±0.0434 0.0010±0.0002 0.2457±0.0591a1 0.0016±0.0004b1 0.2639±0.0388a1 0.0013±0.0003 t值 2.386 1.936 1.999 2.701 2.197 2.011 P值 0.020 0.047 0.049 0.009 0.031 0.048組別 例數(shù)

表2 感興趣區(qū)彌散張量成像參數(shù)與昏迷恢復(fù)量表評(píng)分之間的相關(guān)性

腦干的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、丘腦、皮層下等都與意識(shí)有不同程度的關(guān)系[11-13]，因此本研究選用這三個(gè)區(qū)域作為感興趣區(qū)，探討DTI在DOC患者影像學(xué)分級(jí)中的應(yīng)用價(jià)值。

DTI可以檢測(cè)水分子的擴(kuò)散方向及各方向上的擴(kuò)散程度，是磁共振成像的特殊形式，是在彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）基礎(chǔ)上的發(fā)展與深化，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中，如腦腫瘤，腦梗塞、阿爾茨海默病等，尤其可以檢測(cè)各種疾病引起的白質(zhì)纖維束的損害[14]。

DTI常用的指標(biāo)主要有FA、表觀擴(kuò)散系數(shù)、MD[15]。部分FA值是指水分子各向異性部分與彌散張量總值的比值，取值在0～1之間，其值越趨近于1，則組織排列結(jié)構(gòu)越規(guī)則，神經(jīng)元、神經(jīng)纖維等損傷程度越小[16]。易亞輝等[6]研究發(fā)現(xiàn)有些早期彌散性軸索損傷患者CT、MRI檢查并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)出血或水腫病灶，而DTI掃描后測(cè)量FA值發(fā)現(xiàn)，該患者損傷部位已出現(xiàn)FA值的降低，反應(yīng)出DTI對(duì)神經(jīng)纖維變化的敏感性。2011年DTI開(kāi)始用于DOC研究，有研究發(fā)現(xiàn)DOC患者丘腦FA值有不同程度的下降，提示其對(duì)VS和MCS兩種狀態(tài)的鑒別具有特異性[17-18]。

本研究利用對(duì)應(yīng)的定位像選擇ROI，使得所測(cè)量的FA值較準(zhǔn)確。與MCS組比較，VS組FA值降低，可能為該組患者損傷部位細(xì)胞膜通透性增加，神經(jīng)纖維髓鞘完整性遭到破壞，使水分子在平行于神經(jīng)軸突方向上的運(yùn)動(dòng)減弱而垂直方向上的運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，MCS患者白質(zhì)纖維束則較輕，或患者從VS狀態(tài)恢復(fù)到MCS狀態(tài)后白質(zhì)纖維束損傷程度得到改善。

MD是DTI技術(shù)中的另一常用指標(biāo)，反應(yīng)水分子彌散能力的大小，在不同方向施加彌散敏感梯度場(chǎng)進(jìn)行DTI，所測(cè)的水分子在所有梯度場(chǎng)方向上總的彌散受限程度即為MD值[19]。本研究中，兩組意識(shí)障礙程度不同的患者在感興趣區(qū)均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可認(rèn)為與MCS組相比，VS組感興趣區(qū)腦組織損傷重，因而昏迷程度較深，而該細(xì)微差別無(wú)法用傳統(tǒng)影像學(xué)檢查區(qū)分開(kāi)。

此外通過(guò)進(jìn)行Person相關(guān)分析還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A值與臨床CRS-R評(píng)分呈正相關(guān)，尤其是丘腦部FA值與CRS-R相關(guān)性較好，可能是因?yàn)樵摬课坏姆峭渡湎到y(tǒng)對(duì)大腦的覺(jué)醒和意識(shí)狀態(tài)有重要意義，故與CRS-R評(píng)分關(guān)系最密切。而MD值與CRS-R評(píng)分在感興趣區(qū)表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即MD值越小說(shuō)明該部位腦損傷程度越輕，因此DTI參數(shù)的變化可在一定程度上可反應(yīng)出DOC患者的意識(shí)狀態(tài)及意識(shí)水平是否得到改善。

綜上所述，DTI技術(shù)能夠敏感地檢測(cè)出DOC患者神經(jīng)和白質(zhì)的損傷程度，并較早的反應(yīng)神經(jīng)纖維的恢復(fù)情況[20]。通過(guò)各參考值的測(cè)定，可以量化損傷程度，因此，DTI技術(shù)作為MRI檢查的重要技術(shù)和行為評(píng)估的補(bǔ)充及完善，可以對(duì)患者意識(shí)狀態(tài)作出客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，減少誤診和延診率，具有一定的臨床參考價(jià)值和進(jìn)一步研究的意義。但本研究MCS組患者樣本量相對(duì)較少，對(duì)于各參數(shù)與意識(shí)狀態(tài)之間的關(guān)系及與CRS-R的相關(guān)性有必要通過(guò)增加樣本量做進(jìn)一步研究。

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The value of MR diffusion tensor imaging on diagnosis and prognosise evaluation in patients with disorders of consciousness

Tao Qingxia1,Yang Yi2,He Jianghong2,Wang Lubin3,Xia Xiaoyu2,Wang Chong4,Wang Yong5,Xu Ruxiang2.1Weifang Medical University,Weifang 261053,China;2The Bayi Brain Hospital affiliated to Beijing PLA Hospital,Beijing 100700,China;3Research Center for Military Cognition and Mental Hygiene of PLA,Beijing 100800,China;4The First People’s Hospital of Jining, Jining 272011,China;5Faculty of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004, China

Yang Yi,Email:yangyi_81nk@163.com

ObjectiveTo investigate the clinical application value and the changing regularity of several metrics of diffusion tensor imaging (DTI)in consciousness disorder patients(DOC).MethodsThe patient who were diagnosed with DOC(VS group was 66,MCS group was 9)were recruited at The Bayi Brain Hospital affiliated to Beijing PLA Hospital from Jun.2014 to Dec.2015 to examined with DTI.The evaluating metrics data of brainstem,subcortical thalamus related regions of interesting (ROI)were collected respectively.The data of ROI between the two groups were compared, then correlated the mean FA and MD value with the clinical CRS-R in ROI.ResultsThe FA of the VS group was significantly lower than that at MCS group(P＜0.05).The MD of the VS group was significantly higher than that at MCS group(P＜0.05).The mean FA and MD value of ROI correlated with clinical CRS-R score well,expecially in thalamus.ConclusinsDTI has certain clinical significance on imaging grading DOC.The degree of consciousness disorder greater,the MD is higher and the FA is lower.

Diffusion tensor imaging;disorders of consciousness;Vegetative state; Minimally conscious state;Prognosis evaluation

2016-11-07）

（本文編輯：張麗）

10.3877/cma.j.issn.2095-9141.2016.06.005

全軍青年基金孵育項(xiàng)目(15QNP006)

261053 濰坊，濰坊醫(yī)學(xué)院1；100700 北京，陸軍總醫(yī)院附屬八一腦科醫(yī)院2；100800 北京，全軍軍事認(rèn)知與心理衛(wèi)生研究中心3；272011 濟(jì)寧，濟(jì)寧市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科4；066004 秦皇島，燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院5

楊藝，Email：yangyi_81nk@163.com

陶慶霞,楊藝,何江弘,等.彌散張量成像對(duì)意識(shí)障礙患者診斷與預(yù)后評(píng)估的作用[J/CD].2016,2(6):341-345.