【摘要】 目的 探讨扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)在脑外伤诊断与严重程度评估中的应用价值。方法收集轻型、中型、重型脑外伤患者及正常志愿者各20 例,行MRI 平扫、DTI 扫描并进行格拉斯哥昏迷评分(Glasgow coma scale, GCS)。于胼胝体、扣带束等共27 个脑白质区域内勾画感兴趣区(region of interest, ROI),并记录各向异性分数(fractional anisotropy, FA)值。对正常对照组、轻型、中型、重型脑外伤组四组间各个区域的FA 值数据分别进行多组间比较,并采用相应检验方法进行两两比较,以P <0. 05 为差异具有统计学意义。对患者的GCS 与各个区域的FA 值分别行相关性分析,以P <0. 05 为两者间具有相关性。结果 对正常对照组、轻型、中型、重型脑外伤组各区域FA 值之间进行比较,胼胝体膝、体、压部、双侧扣带束、双侧半卵圆中心等25 个区域,四组间FA 值的差异具有统计学意义( P < 0. 05)。进一步对四组间进行两两比较,正常与轻型、正常与中型、正常与重型、轻型与中型、轻型与重型、中型与重型组间FA 值差异具有统计学意义的区域分别为14 个、20 个、25 个、5 个、23 个、17 个,其中以正常与重型、轻型与重型组间有差异的区域数为最多,轻型与中型间最少。胼胝体膝、体、压部、双侧扣带束等共26 个区域的FA 值与患者GCS 间存在正相关性。其中,以右侧扣带束的相关系数为最大( r =0. 872)。结论 DTI 序列在脑外伤的诊断及严重程度评估中具有重要的临床应用价值。

【关键词】 脑外伤,磁共振成像,扩散张量成像

随着社会及经济的快速发展,由交通和设施建设等原因引起的外伤人数正逐年增加。其中脑外伤所占比例位居第二位,且脑外伤的病死率、致残率居第一位。因此,对脑外伤的早期确诊和严重程度的准确评估,有利于治疗及有效康复训练的及时进行,从而尽可能的降低病死率和致残率、减轻后遗症状。脑外伤诊断主要依赖影像学技术,CT 和常规MRI 仅能显示脑组织的解剖学改变,诊断具有较大的局限性,常常漏诊或对脑外伤的严重程度判断不当。DTI 开创了活体脑白质变化检测的先河,用于检测脑白质的微细结构性变化 ,近年来越来越多的被应用于脑外伤严重程度的判定,具有一定的不可取代性。

本部分研究通过对不同严重程度脑外伤患者的DTI 相关数据进行分析比较,并将患者的GCS 评分与患者各脑实质区域的FA 值行相关性分析,探讨其在脑外伤诊断及严重程度评估中的临床应用价值。

1 资料与方法

1. 1 一般资料

收集和分析近年来我院收治的脑外伤患者共60 例,其中轻型、中型、重型脑外伤患者各20 例,外伤类型为车祸伤、坠落伤。60 例患者均为成年,其中男42 例,女18 例,年龄18 ~ 60 岁。对照组共选取与60 例脑外伤患者的年龄、性别分布相匹配的正常志愿者20 例。所有患者及正常志愿者均行MRI平扫及DTI 检查,检查均于外伤后4 周内完成,多数于2 周内完成。检查前均让被试者了解检查内容并签署知情同意书。

脑外伤患者纳入标准:1) 患者有明确脑外伤史,外伤时间小于4 周;2)常规脑部MRI 平扫显示,患者脑白质区域无大面积血肿及挫伤、无蛛网膜下腔出血、无大量硬膜外/ 下血肿等;3)患者病情相对稳定,允许进行磁共振检查;4)伤前无脑梗死、脑肿瘤、严重白质脱髓鞘等神经系统疾病,无严重的慢性疾患;5)无磁共振检查禁忌症(如装有心脏起搏器、金属异物、幽闭恐惧症等)。

脑外伤患者剔除标准:1)颅脑术后患者;2)因TIA、脑梗死、脑肿瘤等疾病急性发作或加重致摔伤所导致的脑外伤者;3)有危及生命的重症损伤需尽快处理者,如合并内脏出血、休克、呼吸困难、多发骨折等;4)有磁共振检查禁忌症者。

脑外伤患者分组标准:由同一位有经验的神经外科医师对患者进行入院时GCS 评分,两者意见不统一时进行再次讨论或取平均值。轻型脑外伤:13~15 分;中型脑外伤:9 ~ 12 分;重型脑外伤:≤8分。

1. 2 检查方法

使用德国Siemens Verio 3. 0T MR 扫描仪,采用16 通道头颅线圈,患者取头先进仰卧位。取与前后联合平行方向进行横断面定位扫描。DTI 扫描包括DTI 序列及T1mpr 序列,于MRI 平扫完成后进行,采用与横断面平扫相同定位。T1mpr 序列为薄层T1WI,用于与DTI 序列融合进行解剖学定位。T1mpr 序列扫描参数:TR 1 750ms,TE 3. 0ms,TI900ms,FOV 256mm × 256mm,层厚1. 0mm,层间距0mm,层数192 层。DTI 序列为单次激发自旋回波-回波平面(single shot spin echo-echo planar imaging,SS-SE-EPI)成像序列。扫描参数:于30 个方向上施加扩散敏感梯度场,b 值分别选取0、1 000s/ mm2,TE 124ms,TR 12 000ms,FOV 230 × 230mm,层厚2．0mm,层间距0mm,层数68 层,带宽1240 Hz/ Px,激励次数1 次。

1. 3 图像处理和分析

由同一位有经验的影像科医师对DTI 进行后处理。将DTI 原始图像、T1mpr 图及MRI 平扫图像传送至Siemens 的SYNGO workstation,打开Neuro3D软件包,将TENSOR(张量) 图、T1mpr 图像依次拖入,软件即可自动生成FA 图、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)图、Tracew 图等。

参考T1mpr 图、FA 图、ADC 图、Tracew 图等进行ROI 绘制。绘制时可结合轴位、矢状位、冠状位进行三轴定位,以确保ROI 定位准确,不超出区域范围。当定位困难时,可将T2WI 或FLAIR 与DTI图像进行融合后进行定位。ROI 绘制区域共27 个,(绘制方法详见图1 ~3)包括:1 胼胝体膝、2 胼胝体体部、3 胼胝体压部、4 右侧扣带束、5 左侧扣带束、6右侧半卵圆中心、7 左侧半卵圆中心、8 右侧额叶、9左侧额叶、10 右侧顶叶、11 左侧顶叶、12 右侧枕叶、13 左侧枕叶、14 右侧颞叶、15 左侧颞叶、16 右侧内囊前肢、17 左侧内囊前肢、18 右侧内囊膝、19 左侧内囊膝、20 右侧内囊后肢、21 左侧内囊后肢、22 右侧外囊、23 左侧外囊、24 右侧桥脑、25 左侧桥脑、26右侧中脑、27 左侧中脑,并记录FA 值。

ROI 选择应注意:1)内囊、外囊等较细小区域ROI 绘制时采用Free-Hand 工具进行手绘,其余区域绘制采用圆形ROI,ROI 不得小于15 像素;2)绘制时在不超出范围的情况下,尽可能多的包括白质区域;3)避开脑沟、脑室、血管、脑组织明显异常等区域。

1. 4 统计学分析

使用SPSS 17. 0 统计软件对数据进行统计分析。对正常对照组、轻型脑外伤组、中型脑外伤组、重型脑外伤组四组,各个区域的FA 值数据分别进行正态性检验和方差齐性检验。若数据同时具有正态性和方差齐性,则选用单因素方差分析进行多组间比较,并采用LSD- t 检验方法进行两两比较,以P<0. 05 为差异有统计学意义。若数据不具方差齐性,则选用Kruskal-Wallis 检验方法进行多组间比较,并采用Bonferroni 法进行两两比较。对60 例脑外伤患者各个测量区域的FA 值数据分别进行正态性检验。若符合正态性则对GCS 与各个测量区域的FA 值分别行Pearson 相关性分析,若不符合正态性则对GCS 与各个测量区域的FA 值分别行Spearman 秩相关性分析,以P <0. 05 为两者间具有相关性。

2 结果

2. 1 轻型、中型、重型脑外伤组、正常对照组间不同区域的FA 值的比较

对所得轻型、中型、重型脑外伤组、正常对照组不同区域的FA 值数据分别进行正态性检验,结果显示:各组不同区域的FA 值均服从正态性分布( P>0. 1),用-x ± s 表示,见表1,但并非所有数据均具备方差齐性。对同时具有正态性和方差齐性的数据选用单因素方差分析,对不具有方差齐性的数据选用Kruskal-Wallis 检验方法进行多组间比较。结果显示:对于所测27 个区域中仅有10 右侧顶叶、11左侧顶叶2 个区域,其四组间FA 值的差异不具有统计学意义( P > 0. 05),其余25 个区域其四组间FA 值的差异均具有统计学意义( P <0. 05)。

进一步对有差异的各组间进行两两比较,当数据具有方差齐性时,采用LSD- t 检验方法。当不具有方差齐性时,采用Bonferroni 法进行两两比较。结果显示以正常与重型、轻型与重型组间有差异的区域数为最多,轻型与中型间最少,见表2。

结合具体各区域平均FA 值分析发现:对于大部分区域,在具有差异性的各组之间,FA 值大小顺序为重型< 中型< 轻型< 正常。共有17个区域(1胼胝体膝、2 胼胝体体部、3 胼胝体压部、5 左侧扣带束、12 右侧枕叶、13 左侧枕叶、14 右侧颞叶、15 左侧颞叶、16 右侧内囊前肢、17 左侧内囊前肢、19 左侧内囊膝、20 右侧内囊后肢、21 左侧内囊后肢、22 右侧外囊、23 左侧外囊、26 右侧中脑、27 左侧中脑),其FA 值随着脑外伤分型的加重而逐渐减低。与正常对照组相比,FA 值下降程度由大到小依次为重型、中型、轻型。

2. 2 GCS 与各个区域的FA 值间相关性的分析

对各测量区域60 例脑外伤患者的FA 值分别进行正态性检验,结果显示并非所有数据均具有正态性,因此选用Spearman 方法对GCS 与各个测量区域的FA 值间进行相关性分析。

分析结果显示共26 个测量区域的FA 值与GCS间存在正相关性。其中,以4 右侧扣带束的相关系数为最大( r =0. 872),其后依次为16 右侧内囊前肢( r =0. 801)、5 左侧扣带束( r = 0. 787)、3 胼胝体压部( r =0. 775)等区域。

对于10 右侧顶叶区域,其FA 值与GCS 间不存在相关性,11 左侧顶叶区域其FA 值虽与GCS 间存在正相关性,但相关系数较小( r =0. 319),见表3。

3 讨论

3. 1 概述

尽管CT 和常规MRI 已广泛应用于脑外伤的临床诊断,但是两者经常出现阴性假象的情况,或者所显示的病灶与外伤后认知障碍的性质、严重性不相符合。因此,我们需要更多更为有效的影像学检查手段。DTI 是一种新颖的MRI 技术,可检测活体脑内水分子的扩散情况,即各向异性(FA),以此来代表白质纤维束的整体连接情况。其不仅反映水分子扩散受限的整体情况,还反映水分子扩散受限的方向性,开创了活体内脑白质微细结构性变化检测的先河,这是其他技术无可比拟的。DTI 作为对白质损伤的检测最为有效的手段,最常用的度量标准是FA 值。

在轴索紧密排列的脑组织内,脑白质结构迫使水分子的扩散统一沿平行于轴索的方向进行(各向异性扩散),伴随着低ADC 值和高FA 值。但是在脑外伤超急性期,细胞肿胀会使得水分子的扩散更加局限于一个方向,从而引起FA 值的上升。随着外伤时间延长,这种效应会发生反转,细胞膜发生蜕变使得水分子扩散的空间增加,引起FA 值下降。考虑到超急性期脑外伤患者病情重,DTI 扫描时间较长导致患者配合度差,因此为保证图像质量及测量数据的准确性,