磁共振成像2011年第2卷第4期Chin JMagnResonImaging,2011,Vol 2,No4 弥漫性轴索损伤的MR I研究进展 尹春红,李玉华 作者单位: [摘要] 弥漫性轴索损伤是外伤性脑损伤的严重形式之一,是造成患者死亡和 上海交通大学医学院新华医院放射 致残的一个主要原因,由于轴索损伤的临床表现缺乏特异性,故影像学诊断 科,上海200092 第一作者简介: 尹春红(1985一),女,硕士研究生。 [关键词] 弥漫性轴索损伤;磁共振成像;弥散加权成像;磁敏感加权成像;弥 研究方向:小儿神经影像学。E.mail 散张量成像;磁共振波谱学 chunhongyinlove@126.com 通讯作者: 李玉华,E-mail:liyuhual0@sim.com 收稿日期:2010—06.23 接受日期:2011一O5一O9 越来越受到人们的关注。随着磁共振(MRI)硬件设备及软件技术的不断发展, MRI对弥漫性轴索损伤的诊断水平也在逐步提高,本文就MRI的各种序列对弥 漫性轴索损伤的应用价值及前景作一综述。 Status of MR imaging diagnosis of diffuse axonal injury YIN Chun—hong,LI Yu—hua Department of Radiology,Xinhua Hospital,Shanghai Jiao Tong University School of Medicine,Shanghai 200092,China Correspondence fD Li YH,E-mail:l ̄uhualO@sina com 中图分类号:R445.2;R742.7 文献标识码:A Received 23 Jun 2010;Accepted 9 May 201 1 tract Diffuse axonal injury(DAI)iS a serious form of brain injury,which is a DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2011.04.012 Absprimary cause of the death and disabi1itv of patients.The clinica1 manifestations of ack specificity.Therefore the imaging diagnosis iS attracting more and more 尹春红,李玉华.弥漫性轴索损伤的 DAI lon.With the continuous development Of MR technique.the MRI diagnostic MRI研究进展.磁共振成像,201 1,2(4): attenti300.304. level of DAI iS also gradually improving.This article reviews the various MRI sequences for diagnosing DAI and predicts the future prospects of their application. Key words Diffuse axonal injury;Magnetic resonance imaging;Difusion—weighted imaging;Susceptibility—weighted imaging;Diffusion tensor imaging;Magnetic resonance spectroscopy 4]。这种损伤好发于不同密度的组织结构之间, 弥漫性轴索损伤(diffuse axonal injury,DAI)是由 断裂[Adams等做了大量研究于1982年正式提出的概念, 如大脑灰质和白质的结合处(胼胝体、基底节、内囊 是由颅脑损伤导致的大脑半球、胼胝体、脑干(有时 及脑干上端等1。DAI的主要病理改变为外伤后脑组 为小脑1轴突的弥漫性损伤I】],占颅脑损伤的5 左 织轴索逐渐发生肿胀,形成弥漫的收缩球,胼胝体 右。临床上,DAI伤势一般较严重,死亡率高,是严 或脑干可出现小出血灶。神经轴索因发生折曲、断 重威胁人类生命安全的一类疾病_2]。在当前的医学影 裂、轴浆外溢而形成轴索球。尽管病理上DAI是非出 像检查手段中,由于DAI临床表现缺乏特异性,CT 血性的,斑点状的出血被认为是由邻近小血管的损 比较容易显示部分重型DAI的出血灶和水肿等间接征 伤引起,但是常规的影像学检查常常难以发现较弥 5】。 象,但较难显示非出血性损伤I3】。MRI被认为是DAI 漫的变化,出血仍是影像学上的诊断标准【最佳影像诊断手段,尤其是弥散加权成像及磁敏感 加权成像的发展,对及时准确的诊断及评估DAI作出 2 CT对弥漫性轴索损伤的诊断价值 了较大的贡献。 DAI是~个病理学诊断,目前临床对DAI的诊断 1 弥散性轴索损伤的发病机理及病理改变 尚存困难。CT虽然不能直接显示神经轴索的损伤, 但可直接显示DAI引起的脑内小出血灶及间质水肿等 DAI发病机制即颅脑产生旋转加速度和/或角加 病变。一般认为脑外伤后原发性昏迷持续6 h以上, 速度外力作用下,由于颅骨、脑膜、脑灰白质及脑 头部CT检查未发现明显占位性损伤灶而中线结构基 脊液质量差异,使运动的加速度不同,产生瞬间剪 本居中者可诊为DAI。DAI合并弥漫性脑肿胀,往 应力作用于神经纤维,造成轴索结构破坏和小血管 往是DAI在CT图像上显示的惟一异常表现,DAI越 ・300・ 僦犬搬臌1永 u¨l牛弟2琶弟4朋 Chin JMagnKesonImaging,2011,Vol 2,No4 严重,损伤越趋于脑深部中线结构。Adams 旨出, Hergan等¨ 将脑外伤DWI图像表现分为3种类 DAI损伤的严重程度随着额、顶部向脑干纵深发展而 型:①DWI¥ ̄ADC均表现高信号,提示病变为血 加重,并可分为III期:I期为较轻的DAI,损伤仅见 管源性水肿,细胞外水分增多,提示病灶具有可逆 于脑白质,常见于额、额叶;II期损伤较重,胼胝体 性;②DWI呈高信号,ADC呈低信号,提示病变 出现病灶;II1期为严重损伤,病灶已出现存脑干。 为细胞毒性水肿,此种表现多发生在重型脑外伤患 DAI的CT影像学定位对临床判断病情及评估预后均 者中,患者恢复困难;③DwI和ADc呈出血 有重要意义。CT仍然是头颅损伤的首选影像学检查 灶低信号伴周围水肿高信号,预后较差。DWI可以 方法,DAI大多数(8o%1为非出血病变 J,且血肿常 提供可逆性痫灶的信息,帮助判断患者的预后情 较小,故CT对DAI的诊断常出现假阴性。 3 MR I成像技术对弥漫性轴索损伤的应用价值 3.1常规MRI序列 常规磁共振主要依赖于T1WI、T2WI、液体衰 减翻转恢复(FLAIR)序fIJ ̄T2 wI四种序列 ]。对于 I期¥HII期DAI病灶,T2WI具有很高的敏感性,能对 细小的损伤灶显示出高信号,TlWI还可以区分病灶 性质,低信号提示DAI引起的间质水肿病变,高信号 提示为小血管撕裂引起局灶性出血。对丁III期DAI病 例,MRI表现为大脑白质,基底节区,胼胝体和脑 干出血灶。FLAIR序列是神经放射学中应用最基本 的序列之一,它对监测脑挫伤、脑水肿,蛛网膜下 腔出血及脑室内出血具有显著意义。T2 wI对于脑实 质内出血的敏感性优于FLAIR,并且也能监测DAI中 的出血灶【 _ ]。常规的SE T1wI及T2WI常用于显示外 伤后的脑组织的形态改变;快速白旋回波序列是多 个脉7l}J的聚相位,因此对出血产物导致的磁敏感效 应不敏感,对出血灶的显示率不高。快速梯度回波 序ffJf(ORE)由于没有重聚脉冲,不能补偿由于磁场不 均匀造成的信号丢失。小的出血灶与周边正常脑组织 问的磁敏感差异造成信号丢失而成片状低信号 】。因  ̄LGRE序列是对DAI损伤出血比较敏感的序列。常规 磁共振对脑外伤可以做基本的评估,而它们的单独应 用对患者脑损伤后的预后评价还有一定的局限性。 3.2非常规MRI技术 3 2.1弥散加权成像(diffusion—weighted imaging, DWI) 弥散(diffusion)是水分子的随机运动,即布朗 运动。通过施加弥散敏感梯度,DWI可以反映水 分子的弥散运动幅度¨”。DWI ̄IJ用组织中的水的扩 散能力不同产生组织的对比,通常用表观扩散系数 (apparent diffusion coefficient,ADC)来描述组织中 水分子扩散运动的速度和范围。ADC值越大,水分 子的弥散运动越强。根据Stejskal Tanner公式求得, 即ADC=Ln(S低/S高)/(b高一b低)。S低和s高分别代 表用低b值及高b值所得到的弥散加权图象的信号强 麾㈦。 况。Kinoshita等 认为DWI显示DAI痫灶的敏感性 和FLAIR ̄H仿,DWI显示穹窿区的病灶FLAIR不显 示或显示模糊。Hou等 发现严重组ADC图与对照 组明显不同,随访预后差的患者皮质深部及白质 ADC值明显高于预后好的。Ezaki等l】州通过对21例患 者的T2 wI、FLAIR、DW1分析,DwI能检测到在 T2 WI、FLAIR不显示的其他病灶,并且预后好的 DWI显示的脑干病灶明显较预后差的病灶少,说明 DWI存脑外伤的诊断和评估预后有其独特的作用。 由于DWI的敏感性高,且成像时问短,患者容 易完成检查,目前大多医疗单位己将DwI作为DAI的 常规检查序列。研究结果 表明,DWI对非出血性 DAI病灶的检出高于其它序列,对出血性病灶的检出 亦高于常规T1WI、T2WI及FLAIR]芋列,但低于SWI 序列。 3.2.2弥散张量成像(difusion tensor imaging,DTI) DTI是在弥散加权成像基础发展起来的无创伤 MRI检查技术,DTI成像通过任多个方向施加扩散 梯度,并分别进行采集,得出多种数据和图像,反 应水分子沿着各个方向上的运动,并通过各向异性 值的测定对其量化。脑组织的各向异性可用各向异 性分数(fractional anistrophy,FA)、相对各向异性 frelative anistrophy,RA)、各向异性指数(anistrophy index,AI)表示。FA是各向异性与整个扩散张量的 比值,非常规则的纤维束FA值接近1,自由水FA值 为0,兴趣区的FA值取决于体素中水分子弥散时各 向异性的程度,各向异性程度越高,FA值越大。RA 是扩散张量各向异性和各向同性部分大小的比值, 和各向异性呈线性相关。FA相对于RA、AI其变异 度较小,观察大脑白质纤维结构更清晰,临床上更 常用。白质纤维束示踪成像(fiber tractography,FT) 技术可以利用图像信息重建出白质纤维束,显示其 结构位置和走行方向及完整性,是目前惟一能进行 活体无创性研究神经纤维的成像技术,在神经生理 学、解剖学、神经外科以及颅脑肿瘤等的研究和诊 断中发挥了重要的作用 。脑外伤后受累白质的形 态结构和功能会发生改变,相应地可以在DTI上表现 为髓鞘的不完整或扭曲及各向异性值的降低,可以 ・301・ 磁共振成像2011年第2巷第4期Chin JMagnResonImaging,2011,Vol 2,No4 反映受伤的范围和和程度。Arfanakis等“ 对5例DAI T2JJ ̄I权的权重等。对于SWI而言,大多数血红蛋白 患者和l0名健康对照者研究表明,DAI患者弥散FA 值较对照组显著降低,而且在脑外伤早期病变区脑 白质结构FA值较对侧半球相应部位亦显著降低。王 双坤等[2伽研究表明双侧内囊后肢FA值与GCS相关性 代谢产物包括脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白及含铁 血黄素都是顺磁性物质,这些物质可因快速自旋失 相位而出现明显的信号强度下降,因此即使是微量 的出血灶也可以在SWI上非常敏感地检测出来。研 最显著,可能因为内囊后肢走行纤维束主要为锥体 究表明在SWI上显示的出血性病灶的数目和出血量 束,与人体运动功能有关。脑外伤后受累白质的形 分别是T2 WI的6倍及2倍l2 。 态结构和功能会发生改变,打破了水分子规律的弥 3.4磁共振波谱分析(magnetic resonance spectroscopy, 散方向,相应地表现为FA值降低,提示髓鞘的不完 MRS) 整或扭曲中断。同时,FA值与扩散方向的线性关系 也能反映FA值降低的程度,可以直接反映受伤的范 围和程度。轻度TBI患者常规MRI序列无明显异常区 域的FA值降低,即表明存在被忽略的白质损伤[2”。 FA值为神经轴索损伤提供了量化的指标,在严重脑 损伤 ̄NDAI中,DTI也可用于评估损伤严重程度,并 提示预后 ' 。 3.3磁敏感加权成像技术(SU SCeptibility weighted imaging,SWI) SWI是一种新的磁共振成像法,不同于以往的 质子密度、Tl或T2)JH权成像,这种新的方法使用 了一直被忽略的相位图,同时采用相位图和幅值图 像,相位图对应磁敏感性,幅值图包含组织的对 比,对相位图进行蒙版处理后加权至幅值图,从而 得到强调组织问磁敏感差异的图像【2 。它实际上是 -* ̄T2 技术,它通过长TE、高分辨率、完全流动补 偿和3D梯度回波伴滤过的相位信息以增加磁矩图的 对比和增加组织间的磁敏感差异【2 ,使对磁敏感效 应的敏感性最大化。DAI表现为深部脑内小出血灶, 尤其胼胝体和脑于这些在CT*I常规MRI上难以显示 的微小出血对DAI的诊断相当重要。大多数出血产 物都是顺磁性物质,可产生磁敏感效应。在急性和 亚急性早期,其磁敏感效应多来自去氧血红蛋白和 细胞内高铁血红蛋白。最近的研究发现在外伤后的 儿童,SWI对于出血性DAI病灶的显示较常规MRI和 GRE序列更为敏感。Akter等 叫将SWI与GRE、GRE EPI序列对脑内出血灶的显示能力进行了比较,其结 果同样也发现SWI对小出血灶的检出率高于GRE和 GRE.EPI序列,对于位于颅底或者幕下的小低信号 出血灶,SWI的检出能力仍很高,而且SWI的对比噪 声比fCNR)明显高于GRE和GRE、EPI序列。崔明惠 等【】 研究,SWI能更好地显示微量出血、微小血管及 细小的血管畸形。对于诊断微出血及其鉴别诊断更 敏感。 出血灶在常规MRI上的表现多种多样,易受多 种因素影响,如血红蛋白的氧化状态、红细胞的完 整性以及磁场强度、接收器带宽、成像序列、T1或 ・302・ MRS是目前惟一能够无创性观察活体组织代谢 及生化变化的技术,利用不同化合物中的H、P等原 子在强磁场下表现的化学位移不同,定量地反映在 脑内不同区域的一些生化物质含量,临床上常用 H— MRS。 H.MRS可以检NUN.乙酰天门冬氨酸(NAA)、 胆碱复合物(Cho)、肌酸和磷酸肌酸(Cr)、肌醇 (mI)、谷氨酸和谷氨酰胺(Glx)和乳酸(LAC)等人脑 的基本生化物质。NAA完全定位于神经元胞体和突 触中,由线粒体合成,是神经元和神经系统完整性 的重要标志物。Cho、mI、Glx、Lac等与细胞膜的 合成分解、营养及兴奋毒性等相关 如】。颅脑外伤 后直接的损伤以及继发的脑组织缺血导致轴索损伤 和神经元缺失,及伤后线粒体内合成NAA不足,而 胶质细胞增生,所以表现为NAA降低,Cho及mI增 高,LAC是糖酵解的产物,它的出现提示有氧呼吸 不再有效进行。 Smith等p 对猪弥漫性脑损伤后白质区轴索的 MRS检查结合病理生理研究发现,NAA在损伤后1 h内降低20%且持续了至少7天,表明白质区弥漫性 轴索病变后即发生了严重的代谢紊乱,提示MRS可 作为评价轴索损伤的高度敏感性早期诊断手段。夏 海坚等p 研究表明对 ̄hDAI组 H—MRS和非DAI组 H. MRS各指标的变化,发现DAI组胼胝体膝部和压部 的NAA/Cr、Cho/Cr、mlNs/Cr ̄HCho/Cr均发生了显 著的变化,而非DAI组 H.MRS发现有NAA/Cr和Cho/ cr的改变。检测点同时显示4个指标异常即可确定检 测部位存在轴索损伤灶。该研究还表示,在胼胝体 部和压部各指标的变化最明显,这与DAI最常累及 胼胝体的病理发现相符合。 H.MRS可对脑外伤患者 局部脑组织进行无创、动态的生化代谢的观察。 H— MRS所提供的信息对于DAI的诊断、严重程度和预 后的评估,以及治疗的调整具有重要意义。 H—MRS 是MRI成像技术的有益补充口 。 4各种成像技术的不足及展望 尽管各种MRI成像技术在脑外伤的诊断、治疗 和预后判断中有着较大的作用,但是这些成像技术 …… … T ‘ 爿 叶,如 乙‘ “  ̄vlagn凡e uIJ uimgmg,zull,VOI厶NO斗 的局限性不可忽视。常规MRI序列存在的不足主要 表现在不能直接检 ̄UDAI的存在,往往通过DAI的一 comer.Answer to last months radiology case f 291:difuse axonal injury with negative CT and positive MRI ifndings. Mil Med,2008,173(1 11:xx—xxi. 些伴随损伤,如小血管的破裂出血,来提示DAI的存 在。DwI和DTI图像容易变形,尤其在靠近颅骨、气 体或脑脊液处,不利于病灶的准确定位和测量,另 外大脑皮质下的白质用人工方法测量各向异性值受 主观影响因素较大。由于SWI的高空间分辨率和敏 【8】Beseuski N.Traumatic injuries:imaging of head injuries. Eur Radio/,2002,12(6):1237—1252. 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