DTI对脑白质疏松症的相关研究

周世维　张健

摘要：脑白质疏松症（leukoaraiosis，LA）是近年来脑白质病变中极为常见的一种，是导致老年人群认知障碍、步态异常、吞咽困难、进行性痴呆的典型因素，目前缺乏有效的治疗手段，一旦得病将增加很多家庭负担。所以，尽早发现病情与及时干预防治成了现在的热点。磁共振弥散扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）作为一种新型检查技术，可以无创性地观察脑白质在大脑内的走形及形态。本文就LA的特征及DTI对LA的作用及意义进行论述。

关键词：脑白质疏松;认知障碍;步态异常;磁共振弥散张量成像

【Abstract】 leukoaraiosis （LA） is a very common white matter disease in recent years. It is a typical factor leading to cognitive impairment， abnormal gait， dysphagia and progressive dementia in the elderly. At present， there is a lack of effective treatment， which will increase the burden of many families in case of illness. Therefore， early detection of the disease and timely intervention and prevention have become hot spots. Magnetic resonance diffusion tensor imaging （DTI）， as a new examination technique， can noninvasively observe the shape and shape of white matter in the brain. This paper discusses the characteristics of La and the function and significance of DTI to LA.

【Key words】 leukoaraiosis; Cognitive impairment; Abnormal gait; Magnetic resonance diffusion tensor imaging

隨着人口老龄化的增加，老年性疾病逐渐被人们重视起来，其中脑白质病以脑白质疏松症（leukoaraiosis，LA）最为常见。LA是一个影像学诊断术语，它由各种原因引起的以斑点或斑片状弥漫性脑缺血为典型代表的神经脱髓鞘疾病，虽然最早由Hachinski在1987年提出来[1]，但现在仍是世界研究的热点，尤其是其发生机制及预后防治。LA患者典型的表现为慢性、进行性痴呆，认知功能下降，思维加工速度减慢，步态异常等。弥散加权张量成像（DTI）作为传统扩散加权成像（DWI）进一步发展的新型成像技术，可以有效、无创地追踪脑内白质纤维束。本文就LA的发生机制及DTI的诊断优势进行论述。

1、LA的临床概述

1.1、LA的发病机制

作为脑白质病变的典型代表，LA的诊断率在老年人群中逐渐增加，并且有年轻化的趋势。病人在患病后出现认知功能障碍的机制非常复杂，汪兰等认为是皮层-皮层环路和额叶-皮层下环路神经纤维受损; 病灶累及额叶-皮层联络纤维、额叶深部白质纤维及杏仁核、海马、扣带回等神经环路，从而造成产生信息提取延迟、错误信息增加[2]。LA的发病机制诸多，在脑白质疏松区域，主要的病理表现为血管周围间隙增大，免疫组化显示LA的病理变化主要是以神经元丢失、少突胶质细胞凋亡、枝状突变性星形细胞增生、脱髓鞘、轴突破坏和胶质增生为特征[3、4]。目前也有研究表明，LA的形成与颈动脉粥样硬化斑块有关，其中不稳定斑块破裂脱落后，通过颅内Willis动脉环易在远端形成血管的微栓塞，最终形成LA[5]。由于脑血管缺血缺氧所致发病在LA中是否担任重要原因还未可知，也有人认为，血脑屏障的破坏和内皮损伤也是其发病的原因。许多关于血脑屏障的研究证明，轻度认知障碍患者脑脊液中tau蛋白、炎症介质和C反应蛋白水平显著升高，与认知损伤的严重程度呈正相关[6]。这也进一步说明关于血脑屏障的假说是有证可循的。LA被认为是血管认知障碍的最常见原因，也有较高的梗死、运动功能障碍和残疾风险。

1.2、LA的临床表现

LA在临床的表现主要是认知功能出现不同程度的障碍，比如对情感表达不确切、思维加工速度减慢、判断能力下降、记忆力减退等。LA的认知障碍病情程度似乎与病变部位、大小、程度息息相关。一项使用弥散张量纤维束成像技术研究年龄对长白质束的影响的研究表明，前束的FA值与后束的FA值分别主要与执行任务能力和视觉记忆任务能力有关，此外，连接额叶区域的白质束与执行功能任务的表现高度相关，而更多连接后部区域的束与视觉记忆测试的表现有明显关系[7]。LA也会致患者有步态异常、跌倒、行动缓慢的倾向。这可能是由于脑内传导运动感觉的白质束遭到破坏，无论是视觉，还是体感和运动输入都依赖于完整的脑神经网络，这对于人体维持平衡是至关重要的[8]。Tekin S等人通过研究证明额叶-皮质通过5条平行的额叶-皮质下回路投射到基底节、丘脑和纹状体，白质束完整性的丧失导致皮质下-皮质投射的中断，从而影响人类的运动和感觉，进一步导致人们摔倒[9]。WeiYi Zhang等人利用DTI检查技术，使用FA值来量化白质束的完整性，研究发现LA病人大脑内胼胝体、扣带回、内囊前肢、脑脚、前冠和额枕束的FA值显著降低，之前的研究想要确定影响平衡和步态功能的特定白质束[8]。LA的临床表现会随病情严重程度有不同的体现，其中还包括感情淡漠、尿失禁、各种慢性疾病、吞咽困难等。0ACE735E-D86E-4B72-842D-147C7533B9DC

2、DTI概述

2.1、DTI原理

DTI作為一种比较新颖的检查方式，属于MRI的特殊形式，可以根据体内水分子的移动方向进行绘图，在诊断脑白质病变中比常规MRI更具权威性。弥散是一种三维运动过程，可以按弥散运动方式的不同将弥散分为两种：一种是指在完全均匀的介质中，分子的运动由于没有不受阻碍，向各个方向运动的距离是相等的，此种弥散方式称为各向同性（isotropic）弥散，例如在纯水中水分子的弥散即为各向同性弥散，在人脑组织中，脑脊液及大脑灰质中水分子的弥散近似各向同性弥散。另一种弥散具有方向依赖性，在按一定方向排列的组织中，分子向各个方向弥散的距离不相等，则称为各向异性（anisotropic）弥散。DTI通过量化脑内水分子定向扩散，能无创地显示出人体脑白质神经纤维束的解剖位置、走形、微观结构的变化[10]。

2.2、DTI参数

平均弥散率（mean diffusivity，MD）：MD反映分子整体的弥散水平（平均椭球的大小）和弥散阻力的整体情况。MD只用来表示水分子弥散的大小，而与水分子弥散的方向无关。MD值与组织内所含自由水分子成正比，因此MD对细胞数量、坏死程度及水肿及其敏感。各向异性分数（fractional anisotropy，FA）：是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，是DTI中最常用的标量单位，它的变化范围从0～1。0代表弥散不受限制，比如脑脊液的FA值接近0;对于非常规则的具有方向性的组织，其FA值大于0，例如大脑白质纤维FA值接近1[11]。FA值标志着轴突完整性，它假定变性可以改变扩散椭球的形状，使它对纤维的微观结构完整性高度敏感[12]。正因FA值对纤维结构有高度敏感性，能够影响其的主要因素包括白质纤维髓鞘结构的完整性、脑白质纤维密度、脑白质纤维束方向的一致性、平行性以及白质纤维束的直径[13]。

2.3、弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）

随着科学技术的进步和发展，DTT成为了DTI的进一步延伸，它能够清楚地显示大脑内白质如何连接、其空间结构及完整性，通过对细胞外水分子的扩散变化表现出神经纤维束的走行，可以直观地对比分析病变情况。基于计算DTI每个体素中的方向信息，纤维束成像可用于重建与三维空间中已知神经解剖学相对应的白质纤维束轨迹[14]。这也是相对于常规DTI而言，DTT更适用于评估神经束的原因。

3、DTI对LA诊断价值

脑内信息传递主要通过脑神经纤维束，而DTT技术可以将脑内神经纤维三维立体地展现出来。Zhao等人的实验证明，LA组与健康对照组相比，LA患者的MD值升高，而FA值降低，同时，LA程度越重，MD值越高，两者呈正相关;LA等级越重，FA值越低，且呈负相关，LA患者脑白质DTI参数的变化与LA的发病机制和病理基础密切相关[15]。这一实验也说明了LA患者由于细胞结构损伤和组织微结构的丧失，各向异性显著降低，致使FA值降低。轴突是自由水分子扩散的屏障，轴突若缺失，脑内屏障功能可能受到损害，从而导致组织内水分子的增加，引起DTI测量数值的变化。目前，人们普遍认为执行功能障碍与前额叶纹状体通路损伤有关[16]。 前额叶-纹状体通路损伤可能导致前额叶自上而下的控制受损，导致执行功能障碍综合征[17]，其特征是执行控制、工作记忆、显性反应抑制以及精神运动迟缓异常。一些研究表明，WML主要影响前额叶纹状体通路的结构和功能[18]，扰乱神经元之间以及前额叶皮质和皮质下中枢之间的信号转导，最终导致执行功能障碍[19]。

结论

LA是脑小血管病的典型表现之一，其引起的认知障碍、运动功能障碍是比较棘手的难题，造成许多家庭负担，影响百姓生活。目前对LA的发生机制已经比较确定，但还是有不同的假说提起。传统MRI对于检测LA的特征性病变不够深入，DTI作为一门新技术，利用DTT可以完美呈现脑内神经纤维束的立体空间结构及其完整性，目前已有很多研究证明DTI对于LA的诊断价值。早期诊断、早期防治LA是我们日后应该关注的热点。

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