王 譽(yù) 張曉雷

山西醫(yī)科大學(xué)第五臨床醫(yī)學(xué)院，山西 太原 030000

急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke，AIS）是威脅人類生命健康的常見(jiàn)腦血管疾病，起病急、發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出“三高”的特點(diǎn)。AIS是成年人死亡和長(zhǎng)期殘疾的主要原因，造成嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響。人類預(yù)期壽命不斷增加，AIS發(fā)病率有高度年齡依賴性，故預(yù)計(jì)AIS存活人數(shù)將大幅增加［1］。在這種情況下，及時(shí)、準(zhǔn)確、有效地識(shí)別AIS患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)能力至關(guān)重要。因此，尋找能夠評(píng)估臨床療效、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)結(jié)局的生物標(biāo)志物的研究越來(lái)越多，目前以神經(jīng)生物標(biāo)志物效度最佳［2-4］。皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract，CST）是人腦中負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)功能的主要神經(jīng)束，CST損傷是AIS患者肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的主要原因［5］。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是目前研究活體腦白質(zhì)（white matter，WM）纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)的唯一無(wú)創(chuàng)性方法，根據(jù)水分子彌散的各向異性特點(diǎn)進(jìn)行WM纖維束追蹤并對(duì)其形態(tài)和結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行評(píng)估，是研究AIS后運(yùn)動(dòng)損傷的主要評(píng)估工具，研究表明DTI生物標(biāo)志物與運(yùn)動(dòng)障礙之間有顯著相關(guān)性［2，6］。目前在腦血管病、腦腫瘤、帕金森?。?］、孤獨(dú)癥譜系障礙［8］、多發(fā)性硬化［9］等方面的研究中取得了一定進(jìn)展。本文就DTI 的基本原理、CST 完整性與運(yùn)動(dòng)功能的關(guān)系以及DTI 對(duì)AIS 患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后預(yù)測(cè)等方面作簡(jiǎn)單綜述。

1 DTI簡(jiǎn)述

1.1 原理DTI是1994年Basser等［10］基于彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）發(fā)展起來(lái)的一種新型成像方式，根據(jù)腦內(nèi)水分子在磁場(chǎng)中進(jìn)行彌散運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的方向和速度差異進(jìn)行成像。水分子在均勻介質(zhì)中各個(gè)方向的位移相等，稱為各向同性；由于人體組織細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和自身特點(diǎn)的影響，水分子在各方向的運(yùn)動(dòng)距離不盡相同，稱為彌散的各向異性。在WM 中，由于軸突排列的有序性及髓鞘的約束性，水分子在各個(gè)方向的彌散不同，通常更傾向于沿神經(jīng)束走行方向進(jìn)行彌散，很少垂直于其方向彌散。如果從磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）上獲得兩個(gè)具有不同b值的圖像，則可計(jì)算出彌散系數(shù)（diffusion coefficient，DC），表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）可反映D值，但只能代表磁場(chǎng)施加方向上的彌散狀況，不能詳細(xì)、正確地評(píng)價(jià)分子彌散的各向異性，故引入彌散張量的概念—建立彌散信號(hào)模型，分解為特征值（λ）和特征向量（ε），用來(lái)表征體素內(nèi)的水位移信號(hào)。每個(gè)特征向量表示一個(gè)主導(dǎo)擴(kuò)散軸，其擴(kuò)散的大小由相應(yīng)的特征值決定。張量的計(jì)算通?；谝粋€(gè)3×3對(duì)稱矩陣，至少需要一個(gè)b0（非彌散加權(quán)）和6 個(gè)彌散加權(quán)采集的非共線方向，才能用DTI最低限度進(jìn)行描述。一般來(lái)說(shuō)，非共線方向越多越好。如彌散是各向同性的，則特征值具有近似相同的大小（λ1≈λ2≈λ3），可以用球體來(lái)表示；相比之下，如果彌散有優(yōu)先方向，則第一個(gè)特征值大于其他兩個(gè)特征值（λ1＞λ2、λ3），可以用橢球來(lái)表示?？筛鶕?jù)水分子彌散的各向異性特點(diǎn)進(jìn)行WM纖維束追蹤并評(píng)估其形態(tài)和結(jié)構(gòu)完整性［11-14］。

1.2 常用參數(shù)各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、平均彌散率（mean diffusivity，MD）、徑向擴(kuò)散率（radial diffusivity，RD）和軸向擴(kuò)散率（axial diffusivity，AD）。FA用于描述各向異性的程度，與髓鞘完整性、纖維致密性和平行性呈正相關(guān)，反映了WM 的完整性，取值在0（各向同性）到1（最大各向異性）之間。最大值被認(rèn)為在神經(jīng)束中心，灰質(zhì)和腦脊液中觀察到接近0的低FA值。MD為三個(gè)特征值的均數(shù)，反映某一區(qū)域水分子彌散水平的整體情況，只與彌散速度有關(guān)，與彌散方向無(wú)關(guān)。最大值被認(rèn)為在心室。RD表示垂直于第一個(gè)特征向量的平均彌散率，由軸突的髓鞘形成所調(diào)節(jié)；AD表示沿主特征向量的彌散率。研究認(rèn)為AD 主要與軸突變性有關(guān)，而RD 主要與脫髓鞘過(guò)程有關(guān)［2，15-16］。

1.3 分析方式

1.3.1 感興趣區(qū)域分析：感興趣區(qū)域（region of interest，ROI）一種常用的DTI數(shù)據(jù)定量分析方法，對(duì)感興趣參數(shù)的微小變化具有高敏感性。ROI 為圖像的一個(gè)選定區(qū)域，可由經(jīng)驗(yàn)豐富的觀察者手動(dòng)繪制或半自動(dòng)化分割獲得，所選區(qū)域可以是幾何形狀（即球體、立方體），也可以根據(jù)感興趣的解剖結(jié)構(gòu)的形狀決定，從中提取DTI 指標(biāo)，作為同側(cè)/對(duì)側(cè)位置的絕對(duì)值或兩者之間的比值以供進(jìn)一步分析。第一種方法更快但精度較低，第二種方法更耗時(shí)但更準(zhǔn)確［14］。選擇多個(gè)ROI 時(shí)，建議多次比較校正以減少假陽(yáng)性［17-18］。

1.3.2 纖維示蹤成像：纖維示蹤成像（diffusion tensor tractography，DTT）是DTI 三維重建技術(shù)，顯示具有相似彌散特性的體素連接的纖維束。從起始區(qū)域或“種子”區(qū)域，根據(jù)每個(gè)體素中彌散張量給出的主特征向量（與纖維主方向一致），推斷兩體素之間纖維路徑的連續(xù)性跟蹤整個(gè)白質(zhì)路徑，并在活體內(nèi)投射出虛擬纖維路徑的三維軌跡［19］。軌跡基于多個(gè)ROI的放置，為神經(jīng)束內(nèi)的單一重建路徑，并不表示實(shí)際的神經(jīng)纖維或神經(jīng)束。路徑重構(gòu)主要受三方面限制：“種子”區(qū)域、傳播路徑和終止區(qū)域。DTI 指標(biāo)可從整個(gè)重構(gòu)神經(jīng)束中提取，也可從神經(jīng)束的一個(gè)部分（ROI）中提?。?4］。

1.3.3 全腦分析：全腦分析是通過(guò)使用MRI 解剖數(shù)據(jù)集（位于與DTI數(shù)據(jù)相同的圖像空間）中的大腦分割或DTT 的方法選擇納入分析的體素，然后從包含腦白質(zhì)的所有體素中獲得定量的DTI測(cè)量值的一種探索性方法，可用于研究全局WM 變化及其變化的異質(zhì)性，包括全腦體素的直方圖分析、基于體素的分析（voxel-based analysis，VBA）以及基于區(qū)域的空間統(tǒng)計(jì)分析（tract-based spatial statistics，TBSS）［14，20］。

2 CST

CST 是人腦中對(duì)運(yùn)動(dòng)功能有重要意義的下行通路，是負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)功能的最重要神經(jīng)束之一，其主要與遠(yuǎn)端肢體的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，特別是手部的精細(xì)運(yùn)動(dòng)［19，21-23］。CST與下肢運(yùn)動(dòng)的關(guān)系仍處于研究中，但許多研究表明CST與下肢運(yùn)動(dòng)相關(guān)［19，24］。CST受損是AIS患者肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的主要原因，其完整性對(duì)AIS患者運(yùn)動(dòng)功能的良好恢復(fù)至關(guān)重要。因此，DTI對(duì)AIS患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后大多集中于CST 的完整性，在微觀結(jié)構(gòu)水平上對(duì)運(yùn)動(dòng)功能受損的發(fā)病機(jī)制和恢復(fù)機(jī)制進(jìn)行研究。目前報(bào)道的恢復(fù)機(jī)制包括正常CST 通路、病灶周圍區(qū)域重組、受損CST 的皮層起源區(qū)從其他區(qū)域轉(zhuǎn)移到初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層［25］。

皮質(zhì)脊髓側(cè)束是大腦中最主要的下行纖維束，占CST的75%～90%。許多研究證明CST與運(yùn)動(dòng)功能之間關(guān)系如下：（1）手指和腳踝的遠(yuǎn)端肌肉主要由皮質(zhì)脊髓側(cè)束控制，而近端肌肉主要由其他神經(jīng)束控制，如皮質(zhì)網(wǎng)狀脊髓束和皮質(zhì)脊髓前束；（2）皮質(zhì)脊髓側(cè)束對(duì)上肢運(yùn)動(dòng)功能的影響大于對(duì)下肢的影響；（3）手指伸肌反映皮質(zhì)脊髓側(cè)束功能最準(zhǔn)確；（4）手功能必須有皮質(zhì)脊髓側(cè)束參與，相較于行走功能，皮質(zhì)脊髓側(cè)束與手功能有更強(qiáng)相關(guān)性［26-27］。Jang 等［28］對(duì)26 例首次脈絡(luò)膜前動(dòng)脈（anterior choroidal artery，AChA）梗死后手完全無(wú)力的患者進(jìn)行回顧性研究，結(jié)果表明皮質(zhì)脊髓側(cè)束的完整性可能是影響AChA梗死患者運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的一個(gè)重要因素。Plantin等［29］研究表明，卒中后CST 的完整性是手的精準(zhǔn)握力控制恢復(fù)的主要決定因素，這與Pennati 等［30］研究結(jié)果一致。皮質(zhì)脊髓前束、Barne 前外側(cè)束功能尚未明確。有研究報(bào)道皮質(zhì)脊髓前束主要支配近端肌肉，如頸部、軀干和上肢近端肌肉；另外，皮質(zhì)脊髓前束可能在下肢運(yùn)動(dòng)恢復(fù)中發(fā)揮作用［31］。

CST 的運(yùn)動(dòng)纖維來(lái)自額頂皮質(zhì)不同大小的神經(jīng)元，以初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層（primary motor cortex，M1）、輔助運(yùn)動(dòng)皮層（supplementary motor area，SMA）、前運(yùn)動(dòng)皮層（premotor cortex，PMC）和扣帶回運(yùn)動(dòng)區(qū)（cingulate motor area，CMA）的神經(jīng)元為主。M1參與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行，PMC和CMA參與運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃和執(zhí)行，SMA有助于伸展運(yùn)動(dòng)前的肌肉激活。就CST的各種功能和運(yùn)動(dòng)恢復(fù)機(jī)制而言，不同腦源受損時(shí)的運(yùn)動(dòng)受損表現(xiàn)與該區(qū)功能密切相關(guān)，來(lái)自不同腦源的CST 纖維可以補(bǔ)償受損CST纖維的功能，如PMC激活增強(qiáng)可能與AIS患者的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)有關(guān)［23，32］。

3 DTI對(duì)AIS后運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后預(yù)測(cè)

3.1 FA值的預(yù)測(cè)作用Berndt等［33］研究了165例顱內(nèi)前循環(huán)大血管急性閉塞并在7 d 內(nèi)接受機(jī)械取栓和DTI 的AIS 患者，結(jié)果顯示急性期同側(cè)內(nèi)囊后肢（posterior limb of internal capsule，PLIC）內(nèi)FA 值降低，提示CST完整性受損，與DTI時(shí)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表（National Institutes of Health stroke scale，NIHSS）分值呈弱負(fù)相關(guān)、NIHSS運(yùn)動(dòng)分項(xiàng)指數(shù)得分（NIHSS motor subindex scores，mNIHSS）呈正相關(guān)。此外，急性期PLIC內(nèi)FA值與外周梗死90 d的臨床結(jié)果顯著相關(guān)，而與基底神經(jīng)節(jié)梗死（basal ganglia infarction，BGI）未發(fā)現(xiàn)顯著相關(guān)。這表明PLIC 內(nèi)CST 完整性受損對(duì)臨床結(jié)果有負(fù)面影響，F(xiàn)A值顯著介導(dǎo)梗死嚴(yán)重程度和臨床轉(zhuǎn)歸之間的關(guān)系。Xia 等［34］對(duì)34 例病變局限于內(nèi)囊及鄰近區(qū)域的輕中度AIS患者發(fā)病第1、4、12周的DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示卒中后第1周同側(cè)CST-FA下降，后12周內(nèi)呈縱向增加，這與Lu等［35］研究結(jié)果一致。卒中后第1～4 周，腦半球間功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C）和同側(cè)CST-FA的增加均與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)明顯相關(guān)；卒中后第4～12周，僅同側(cè)CST-FA增加與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)顯著相關(guān)。Lin 等［36］研究顯示卒中后3～12 個(gè)月同側(cè)CST-FA 顯著改善，并與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)密切相關(guān)，期間腦半球間FC 無(wú)明顯變化。上述結(jié)果表明卒中后存活腦組織發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能的動(dòng)態(tài)重組，結(jié)構(gòu)重組可能與亞急性晚期、慢性期的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)更為相關(guān)。

3.2 rFA的預(yù)測(cè)作用Darwish 等［37］對(duì)30 例 幕 上AIS 患者在入院時(shí)及腦卒中后1 個(gè)月行DTI 檢查，并在1、6、9 個(gè)月后采用NIHSS 評(píng)分評(píng)估肢體無(wú)力的嚴(yán)重程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卒中后1 個(gè)月腦橋同側(cè)CST 的FA比 值（fractional anisotropy ratio，rFA）與6 個(gè) 月 時(shí)NIHSS 評(píng)分呈顯著負(fù)相關(guān)。Shaheen 等［38］對(duì)34 例大腦中動(dòng)脈（middle cerebral artery，MCA）區(qū)AIS患者卒中后7 d 內(nèi)和6 個(gè)月行DTI 檢查并采用NIHSS、改良Rankin 量表（modified Rankin scale，mRS）、病死率指數(shù)（mortality index，MI）等進(jìn)行臨床評(píng)估，結(jié)果表明患側(cè)基線FA 比值和rFA 與6 個(gè)月時(shí)NIHSS、mRS 均呈顯著負(fù)相關(guān)，與MI呈顯著正相關(guān)。

3.3 MD的預(yù)測(cè)作用Etherton 等［39］對(duì)42 例伴中重度白質(zhì)高信號(hào)（white matter hyperintensity，WMH）的AIS患者卒中后12 h和3～5 d分別進(jìn)行DTI掃描以評(píng)估正常白質(zhì)（normal-appearing white matter，NAWM）微觀結(jié)構(gòu)完整性與早期神經(jīng)系統(tǒng)改善（early neurological improvement，ENI）的關(guān)系，結(jié)果顯示NFI+組NAWMMD明顯低于NFI-組，認(rèn)為在多變量Logistic回歸中，NAWM-MD是ENI的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。Liu等［40］研究了33 例急性皮質(zhì)下梗死累及幕上區(qū)的患者，在卒中后第1、4、12 周采用DTI 和FM 評(píng)分分別對(duì)小腦下腳（inferior cerebellar peduncle，ICP）的完整性和下肢（lower limbs，LL）運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示患側(cè)FM-LL 評(píng)分的變化與對(duì)側(cè)ICP 的FA 值變化呈正相關(guān)，與MD 變化呈負(fù)相關(guān)，表明對(duì)側(cè)ICP 的MD 和FA值均與下肢運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)，這與Kim 等［41］研究結(jié)果一致。

3.4 AD的預(yù)測(cè)作用Liu等［42］研究了22例AIS患者發(fā)病后第1、4、12周的梗死灶上下方運(yùn)動(dòng)纖維通路的DTI 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)第1 周患側(cè)同側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)（primary motor area，PMA）和大腦腳（cerebral peduncle，CP）的AD 均降低，第4～12 周患側(cè)CP 的AD 相對(duì)穩(wěn)定，而患側(cè)PMA的AD顯著升高，并強(qiáng)調(diào)指出患側(cè)PMA的AD對(duì)FM評(píng)分的影響更為顯著，認(rèn)為患側(cè)PMA的AD與運(yùn)動(dòng)改善呈強(qiáng)正相關(guān)。然而，卒中后12 周內(nèi)運(yùn)動(dòng)改善的唯一預(yù)測(cè)因素是初始損傷或病變體積。卒中后梗死灶上下方運(yùn)動(dòng)纖維通路的AD均降低，考慮系病變直接受損纖維的順向或逆向變性，即梗死區(qū)運(yùn)動(dòng)纖維因直接軸索損傷引起的細(xì)胞內(nèi)黏度增加導(dǎo)致軸向擴(kuò)散阻礙增加，AD 下降，后擴(kuò)展至神經(jīng)纖維遠(yuǎn)端。Moulton 等［43］對(duì)17 例輕至重度AIS 溶栓患者發(fā)病24 h 的CST-AD 與卒中后3 個(gè)月運(yùn)動(dòng)結(jié)局的關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明CST 損傷比初始損傷的預(yù)測(cè)價(jià)值更高。卒中后24 h CST-AD 的急性變化是輕至重度AIS患者運(yùn)動(dòng)和失語(yǔ)結(jié)局的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，CST的AD 比值（axial diffusivity ratio，rAD）可預(yù)測(cè)長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)恢復(fù)，突出其作為急性期有效生物標(biāo)志物的潛力。同樣，Bernhardt等［44］對(duì)10例AIS患者發(fā)病后3～7 d進(jìn)行DTI 掃描，并在第2、6 個(gè)月評(píng)估運(yùn)動(dòng)功能，發(fā)現(xiàn)及時(shí)調(diào)整初始損傷和病變體積，CST-AD的早期降低與慢性運(yùn)動(dòng)預(yù)后仍高度相關(guān)。

基于DTI獲取的AIS的FA值、rFA、MD、AD均是能夠評(píng)估臨床療效、準(zhǔn)確預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)結(jié)局的潛在生物標(biāo)志物，在確定預(yù)后相關(guān)性方面具有實(shí)用性，能夠?yàn)榛颊叩闹委煼桨?、康?fù)目標(biāo)以及預(yù)后結(jié)局提供有價(jià)值的信息。然而，許多研究仍有樣本量小、范圍局限、隨訪時(shí)間短、圖像分辨率低、數(shù)據(jù)處理缺乏嚴(yán)格評(píng)價(jià)體系等局限性，所以目前對(duì)能夠預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)功能預(yù)后的最優(yōu)生物標(biāo)志物尚未達(dá)成明確共識(shí)，仍需要更多大樣本、高質(zhì)量數(shù)據(jù)的臨床研究。