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Home医源资料库在线期刊中华现代影像学杂志2005年第2卷第12期

扩散张量纤维束成像对非脑回性皮层发育不良脑内主要纤维结构分析

来源:中华现代影像学杂志
摘要:【摘要】目的用扩散张量纤维束成像技术对左侧非脑回性皮层发育不良患者脑内主要白质纤维进行研究,旨在揭示该病脑内重要纤维结构改变特征,为临床预后评估提供功能解剖学依据。方法用SIEMENSTrio2003T对患者行全脑常规检查和扩散张量成像,然后进行数据收集和后处理。结果常规MRI左侧大脑半球体积增大,顶叶脑回增......

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    【摘要】  目的  用扩散张量纤维束成像技术对左侧非脑回性皮层发育不良患者脑内主要白质纤维进行研究,旨在揭示该病脑内重要纤维结构改变特征,为临床预后评估提供功能解剖学依据。方法  用SIEMENS Trio 2003T对患者行全脑常规检查和扩散张量成像,然后进行数据收集和后处理。结果  常规MRI左侧大脑半球体积增大,顶叶脑回增宽,左侧半卵圆中心大片块样异常信号影。扩散张量纤维束成像显示左侧弓状纤维束、下纵行纤维束、扣带束、海马等重要的联络、连合纤维明显比对侧增大,左侧内囊后肢及外囊较右侧纤维束少,左侧内囊后肢交叉到对侧小脑的纤维明显减少。结论  扩散张量成像技术可精确、直观显示先天性发育畸形的脑内主要纤维结构特征,可提供脑白质的先天性畸形与后天性白质结构异常鉴别的依据,同时对预后的评估有参考价值。

  【关键词】  扩散张量成像;扩散张量纤维束成像;先天畸形;纤维束,非脑回性皮层发育不良
  
  DTI fiber tractography analysis of main fibrous structure in nonlissencephalic cortical dysplasias

  SUN Xue-jin,DAI Jian-ping,GAO Pei-yi,et al.

  Department of Neuroradiology,the Affiliated Beijing TianTan Hospital of Capital University of Medical Sciences,Beijing Neurosurgical Institute,Beijing 100050,China

  【Abstract】  Objective  To exhibit the main fiber bundles of white matter,with aims at demonstrating fiber characteristic of the nonlissencephalic cortical dysplasias with diffusion tensor imaging and fiber tracking technique,hence providing anatomical basis for prognosis prediction.Methods  Conventional MRI,diffusion tensor imaging (DTI) and diffusion tensor fiber tractography (DTFT) were performed in a 15 years old girl with nonlissencephalic cortical dysplasias by 3.0T SIEMENS Trio 2003T MRI.Transverse (commissural) fibers,association fibers and projection fibers were measured with FA values,as seeds to track fibers.Results  Conventional MRI demonstrated the left hemisphere was larger than the right side,there were widened gyri in left parietal lobe.DTI demonstrated tracks of left arcuate fasciculus,inferior longitudinal fasciculus,hippocampal commissure and cingulum tracks were larger than the right side.The external capsule and the postal internal capsule were differed from normal,and the left side tracks were obviously smaller than the right.Conclusion  DTI fiber tracking can accurately demonstrate white matters fibers of congenital malformation.It is very useful to evaluate prognosis.

  【Key words】  diffusion tensor imaging (DTI);diffasion tensor fiber tractography (DTFT);congenital malformation;neural fasciculus;nonlissencephalic cortical dysplasias

    一侧大脑半球发育异常、体积增大、脑回增宽,属于巨脑回畸形的范畴,是神经细胞增生、分化、移行异常[1~3]。利用3.0T磁共振扩散张量成像技术(diffusion tensor imaging,DTI) 和纤维追踪技术(DT tractography,DTT)对1例左侧半球发育畸形患儿进行脑内功能影像学的分析,旨在客观显示一侧大脑半球发育异常状态下脑白质的形态学及功能改变,为临床提供脑白质纤维结构与临床症状的关系,同时提供预后评价的功能解剖学的依据。

  1  资料与方法

  1.1  一般资料 

  患者,女,15岁,右利手,自幼智力低下,运动及平衡功能欠佳,走路向右侧偏斜。性格孤僻,语言能力低下,不愿说话。临床检查:右侧肢体肌张力较对侧稍高,病理征阴性,走路向右侧偏斜,平衡功能欠佳。

  1.2  影像学检查方法及参数 

  SIEMENS Trio 2003T 磁共振仪及SIEMENS AG 2003 work station完成全脑的数据收集和后处理。(1)常规MRI检查,包括T1WI、T2WI、FLAIR序列,层数为24层,层厚5.0mm,层间距1.5mm。T1WI:FOV 175mm×220mm、TR=1680ms、TE=11ms、flip=150°,TI=800ms,matrix=256×256,带宽为184;T2WI:FOV 240mm×240mm、TR=6980ms、TE=103ms、flip=150°,matrix=307×512;FLAIR:FOV 172mm×220mm、TR=9000ms、TE=100ms、flip=179°,TI=2500ms,matrix=256×256,带宽为210;(2)扩散张量成像,slice=36,层厚=2.5mm,层间距=0.8mm,FOV 230mm×230mm,TR=6000ms,TE=103ms,fat sat=154×192,phase partial fourier 6~8,different directors=12,b=0~1000 s/mm2,bandwidth=1086,EPI factor=154。常规MRI显示左侧大脑半球体积较对侧大,放射冠及半卵圆中心可见块状的稍长T1、T2异常信号影,边缘略显模糊,左侧额叶、顶叶脑回较对侧增宽,DTI 的FA图示左侧大脑半球的纤维束信号减低,结构变形,见图1~3。

  1.3  DT纤维成像后处理 

  angle threshold=35 degrees,FA threshold=0.15,step length=2,apply gaussian smoothing,kemel size=5×5×5,sigma=0.50;smooth and interpolate:Tensor。选定胼胝体全部、扣带、弓状纤维束、下纵行纤维束、内囊后肢、外囊和海马等脑内重要的纤维束为兴趣区行纤维成像分析。

  2  结果

  先天性脑内结构发育畸形,常规MRI不能够提示脑白质结构的改变,特别是临床上没有足够的证据解释畸形与临床症状、预后之间的关系,新的MRI技术可提供大量脑内结构和功能改变的信息,尤其是DTI技术实现了在活体上显示脑内神经纤维的细微结构,从而使影像学上观察神经纤维结构的改变更加精确和直观。(1)胼胝体:纤维束为874束,平均FA值为0.348455。左侧胼胝体体中后部的纤维结构不完整,部分纤维远端中断,部分纤维的走行方向改变,见图4。(2)扣带:左右明显不对称,左侧明显大于右侧,左侧纤维束较对侧长,见图4、图5。左侧纤维束为132束,平均FA值为0.317152,左侧部分向后的纤维束中断,体中部的大部分纤维向外横行,无过胼胝体到对侧的纤维束。右侧纤维束为43束,平均FA值为0.293198,少部分纤维束过胼胝体到对侧。(3)弓状束:左侧为122束,平均FA值为0.332023,纤维束向内侧移位,向颞叶、枕叶和顶叶的纤维束分布减少。右侧弓状束为73束,平均FA值为0.370185,见图4、图5。(4)下纵束:左侧为129束,平均FA值为0.314527,到枕叶的纤维束多数中断,但有过胼胝体压部到对侧枕叶的纤维束。右侧为73束,平均FA值为0.349582,纤维束前端有到额叶的纤维,到枕叶的纤维较对侧多,见图5。(5)内囊后肢:左侧为193束,平均FA值为0.3934,左侧前1/3纤维转向外侧,前部及中部部分纤维中断,左侧向外侧移位,向下到小脑半球的纤维束明显减少。右侧为222束,平均FA值为0.416773。双侧内囊后肢均向后移位,双侧内囊后肢较短,见图6。(6)外囊:左侧为180束,平均FA值为0.277583,左侧外囊到额叶的少量纤维束中断,其中、后部少量纤维束向外横行。右侧为212束,平均FA为0.32615,右侧到额叶的纤维束中断。双侧到半卵圆中心的纤维少,见图7。(7)海马结构:左侧为185束,平均FA值为0.280607,右侧为169束,平均FA为0.266776。左侧海马结构受压变形和移位,失去正常结构形态,从而导致纤维结构分布位置的改变,左侧海马无到额叶、枕叶的纤维束,到顶叶的纤维少,右侧到额叶的纤维束较多,见图8。

  3  讨论

  巨脑回(pachygyria)属于神经元移行异常类疾病,系由于病变局部神经元移行受阻,导致皮层形成异常,常局限,多位于额叶和颞叶,未受累部分神经元移行及脑形态正常。巨脑回畸形常与无脑回畸形同时存在,称为无脑回—巨脑复合型(agyria-pachygyria complex)。由于巨脑回实际上是一种组织学诊断,因此目前将巨脑回等通称为非脑回性皮层发育不良(nonlissencephalic cortical dysplasias)。患者常表现为发育迟缓、癫痫、肌张力异常等。病理改变范围可累及一侧或双侧大脑半球,病变下方脑白质常伴有异常改变[1~3]。文中15岁女孩,临床表现为自幼智力低下,运动及平衡功能欠佳,走路向右侧偏斜;性格孤僻,语言能力低下,不愿说话等症状。临床检查:右侧肢体肌张力较对侧稍高,病理征阴性,走路向右侧偏斜,平衡功能欠佳。常规MRI显示左侧大脑半球皮层下白质呈稍长T1、T2信号影,FLAIR上呈高信号影,增强无强化,说明有胶质细胞增生表现,见图1、图2。

  脑白质由投射纤维、连合纤维及联络纤维组成,投射纤维是联系大脑皮层与皮层下结构和脊髓的纤维,包括传入和传出纤维;连合纤维是联系两侧大脑半球的纤维,包括胼胝体、前连合、海马连合或穹隆连合;联络纤维是连接大脑半球各个脑区,使整个大脑成为一个功能整体,从而完成极为复杂的功能活动,包括短纤维(U形纤维)和长纤维(如弓状纤维、扣带纤维束、额枕纤维束、纵行纤维束、钩状纤维束等)[4,5]。常规MRI不能够对脑白质解剖结构进行活体上的观察,扩散张量成像技术的出现完成了对活体进行复杂的白质纤维束细微解剖结构的研究。扩散张量成像技术对脑内细微结构的改变较常规MRI敏感,具有显示白质纤维束的特有功能,因为它能够测量白质纤维束的走行方向和结构的完整性。DTI 技术是沿6个方向或更多非共线性方向上测量MR信号,通过测定3个相互正交的特征值(特征值是与主要的扩散方向一致的向量),综合这三个向量就可得出扩散指数(diffusion indices),扩散张量成像对水分子的轻微移位十分敏感。在脑白质中,水分子在沿平行于纤维纵轴方向上的运动相对自由,而在垂直方向上的运动受到限制,称为扩散的各向异性(diffusion anisotropy),可用部分各向异性(fractional anisotropy,FA)表示,近来的研究表明,FA可提供脑白质的细微结构的信息[6,7]。这一技术是据于观察脑白质内自身的水分子扩散运动的各向异性,且与白质纤维的长轴方向一致扩散水分子的扩散最大,不同的空间方向上的扩散各不相同,可以提供有关扩散各向异性的信息,最终反映出组织的结构特点[6~13]。纤维束成像是从所选兴趣区的“seed”开始,根据每个体素内的主本征向量方向沿着线性传播轨迹的顺行和倒退方向进行追踪显示。纤维追踪的延伸是基于与体素内最大本征值一致的本征向量的方向,当追踪到体素的FA值低于域值水平和两个本征向量间的角度>35°~40°时终止。FA域值可帮助排除灰质和分割被灰质分离的白质部分。当两束纤维非常靠近时,其相邻白质体素的主本征向量间的角度就成为主要的区分标准[14~16]。利用扩散张量成像及纤维追踪技术,可具体研究脑白质的结构改变,尤其是白质纤维束在脑区间的联系。利用DTT技术对先天性发育畸形,如胼胝体发育不良的脑内主要纤维束观察,可直观显示和分析纤维束的改变。DTI显示左侧大脑半球变形,脑内一些主要的纤维束变形和移位,FA值局部区域有减低表现,见图3。DTFT显示患儿的胼胝体纤维束较正常人减少,左侧胼胝体体中后部的纤维结构不完整。扣带左右明显不对称,左侧扣带明显大于右侧,左侧纤维束较对侧长。左侧部分向后的纤维束中断,体中部的大部分纤维向外横行,无过胼胝体到对侧的纤维束。左侧弓状束较对侧增粗,纤维束向内侧移位,向颞叶、枕叶和顶叶的纤维束分布减少。左侧下纵束较对侧粗大,到枕叶的纤维束多数中断,无到额叶的纤维束,有过胼胝体压部到对侧枕叶的纤维束。内囊后肢:左侧前1/3纤维转向外侧,前部及中部部分纤维中断,左侧向外侧移位,向下到小脑半球的纤维束明显减少。双侧内囊后肢均向后移位,内囊后肢较短。外囊:左侧外囊到额叶的少量纤维束中断,其中、后部少量纤维束向外横行;右侧到额叶的纤维束中断。双侧到半卵圆中心的纤维少。海马结构:左侧海马无到额叶、枕叶的纤维束,到顶叶的纤维少,右侧到额叶的纤维束较多。这样看来,大脑半球的功能是在正常数量的纤维束的解剖基础上,实现功能的联系和完善,纤维束结构的数量和质量上的改变均可引起功能的异常表现。性格孤僻,语言能力低下,不愿说话等症状的出现可能与其脑内白质结构的改变有关,如语言可能与患者的Broca区的纤维联系有关,智力低下、性格孤僻等可能与脑区间与额叶的联系减少,尤其是海马结构的异常可能有密切的关系。DTFT显示患儿脑内主要的联合纤维束,多数是左侧明显大于右侧,但结构和分布存在异常,从而导致大脑功能的异常。海马结构、弓状束、外囊等结构与额叶间联系减少,可能与智力、语言能力低下有关,步态不稳可能与到左侧小脑半球纤维束减少有关。扩散张量成像技术是对活体进行脑白质结构研究的有效方法,为临床脑白质病变的研究乃至于一些先天性发育不良的预后评估提供了功能解剖学的依据。

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  作者单位: 1 100050 北京,首都医科大学附属北京天坛医院(▲神经影像中心,北京市神经外科研究所神经影像室;△神经内科)

        2 650032 云南昆明,昆明医学院第一附属医院医学影像中心

        3 100120 北京,西门子医疗磁共振部

  (编辑:刘俊)

  (收稿日期:2005-11-08) 

作者: 孙学进,戴建平,高培毅,艾林,田胜勇,张玉梅,庞瑞 2006-9-3
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