神经外科

轻度创伤性脑损伤的功能MRI研究进展

作者:佚名 来源:医脉通 日期:2017-02-27
导读

         创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是重要的脑损伤性疾病,是神经外科最常见的疾病及导致创伤患者伤残及死亡的主要原因。

关键字:  创伤性脑损伤 

        创伤性脑损伤(traumatic brain injury, TBI)是重要的脑损伤性疾病,是神经外科最常见的疾病及导致创伤患者伤残及死亡的主要原因。轻度TBI(mild TBI, mTBI)定义为患者头部受到外来暴力后,最初的格拉斯哥昏迷评分(Glasgowscore, GCS)13~15分、意识丧失持续时间(loss ofconsciousness, LOC)小于30 min、精神状态改变持续时间(alteration of consciousness, AOC) 和伤后遗忘时间(posttraumatic amnesia, PTA)小于24 h,且头颅CT检查结果为阴性。

        大约80%在临床上被认为已痊愈的mTBI患者,在伤后一段时间(大约3个月后)会出现认知功能障碍,这些症状可能持续数月甚至数年。目前临床常用的、用于诊断TBI和评估患者预后的参考因素,包括患者的年龄、临床严重程度、影像学检查(主要为CT)、全身状况及实验室指标,但是这些评价指标对mTBI患者的诊断和预后预测并不理想。

        mTBI患者常规头颅MRI检查结果往往是阴性的,为了发现mTBI患者脑内细微结构与脑功能变化,并探究其与认知功能障碍发生的因果关系,不少学者已开始运用fMRI 对mTBI 患者进行研究。笔者就fMRI技术在mTBI中的研究进展进行综述。

        一、血氧水平依赖(blood oxygen level dependent,BOLD)-fMRI

        BOLD分析方法主要包括两种,一种是根据脑区低频振荡信号的特性分析,包括低频振幅(amplitude oflow-frequency fluctuation, ALFF)和局部一致性(regionalhomogeneity, ReHo);另一种是研究空间上彼此独立脑区之间低频信号的时间相关性,即功能连接(functionalconnectivity, FC)。其中较热门的分析方法是功能连接,常用的分析方法为种子相关法及独立成分分析法(independent component analysis,ICA)。以往研究人员对mTBI患者的研究主要集中在任务相关网络。

        目前,静息态BOLD因客观性强、实施简便,成为mTBI研究的主要手段。在研究部位方面,脑默认网络区(default mode network,DMN)作为调节各种神经心理活动的中枢,已经成为研究人员关注的重点。Iraji等对急性期mTBI患者进行静息态BOLD检查,采用ICA及种子点分析法,发现mTBI患者的后扣带皮层与楔前叶连接减弱,而杏仁体、丘脑与海马区间,尤其与额叶间存在连接增强。

        Mayer等发现亚急性期mTBI患者的DMN内部连接下降,而与前额叶皮层侧存在连接的异常增高,能预测患者在亚急性期认知功能损害方面。Zhou等对mTBI患者(伤后<2个月)的静息态BOLD研究得出了相同结果。而Abbas等对有过多次脑外伤经历的职业橄榄球运动员进行静息态BOLD检查后发现,相较于对照组,DMN内部连接增强,表明重复多次的创伤经历,即使受伤即刻没有任何临床表现,也会对大脑造成长期影响。静息态BOLD能敏感发现mTBI 对患者大脑功能的影响,一定程度上提示mTBI患者的预后。

        二、扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)与扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)

        DTI能量化扩散各向异性的信号数据,显示疾病引起的白质纤维束损害。DTI的分析方法主要包括ROI分析法、定量纤维束成像法和基于体素水平的定量分析法。目前较热门的研究方法是基于纤维素示踪的空间统计方法(tractbased spatial statistics, TBSS),分析参数包括ADC、各向异性分数(fractional anisotropy, FA)、平均扩散率(meandiffusivity,MD)等。由于外伤造成的脑内局灶或弥漫轴索连续性中断是引起一系列脑神经病变及认知水平改变的关键。所以通过DTI检查来明确脑白质损伤对mTBI的诊断及预后判断十分有价值。

        既往研究者发现,急性脑创伤会造成脑细胞毒性水肿、细胞间隙减小,引起FA值升高而MD值减小,随着细胞膜裂解、血管源性水肿导致细胞外间隙增宽,FA值会下降而MD值会增加。Li等对43例mTBI患者的DTI检查也得出相同结果,并发现在慢性期,预后较差的mTBI患者较预后良好者表现出更低的FA值和更高的MD值,认为DTI是预测mTBI 认知功能障碍的有力手段。但是目前mTBI 患者的DTI检查结果并不一致。de Lanerolle等从神经病理学角度比较了穿透和非穿透性直接损伤与爆炸伤造成的脑创伤的不同,发现由穿透性脑创伤造成的轴突损害与闭合性脑创伤相仿,而由爆炸性脑损伤造成的轴索损害则完全不同。

        Hayes等对从战场回来的退伍军人进行DTI检查,发现受到爆炸伤且出现意识丧失的mTBI军人在左内囊豆状核后部存在FA下降,且受伤次数越多FA下降越明显,从而推测意识丧失相关的白质纤维束损伤能影响神经认知功能。而Begonia等对小鼠进行实验后发现,在急性、亚急性期,由钝物击打造成的损伤FA值下降,考虑与弥漫性轴索损伤有关,而爆炸伤会使FA升高,考虑与细胞水肿、神经重塑有关。综上所述,可以推测不同的暴力方式、暴力程度对脑白质纤维束的损害不同;检查时间点对DTI的检查结果也有很大影响。因此到目前为止并没有一个明确的DTI指标来判断mTBI患者的脑白质神经束损伤情况,但DTI技术在mTBI中的应用价值得到了研究者的一致肯定。

        DKI是描绘组织内非正态分布水分子扩散的一种新的MRI方法,能更好地揭示不均质生物组织的细微改变,如脑灰质、创伤后组织、肿瘤微环境等。DKI 技术不仅能获得DTI参量,还能得到评价微观结构复杂性的峰度系数张量,如平均峰度(mean kurtosis, MK)、峰度各向异性(kurtosisanisotropy, KA)、轴向峰度(axial kurtosis, AK)及径向峰度(radial kurtosis, RK)。

        在mTBI的应用方面,Grossman等对22例mTBI患者进行DTI、DKI及神经生理学检查后发现伤后1年mTBI患者的MK、FA值在丘脑、内囊区有显著下降,且MK值下降与认知功能障碍相关。Grossman等之后又对20例mTBI患者在伤后1、9个月进行DTI和DKI检查,也获得了相同的结果。Stokum等对24例mTBI患者进行DKI检查,发现伤后10 d、1个月及6个月,内囊前肢的MK、RK值均下降,而且丘脑、内囊、胼胝体的MK、RK值变化与患者认知功能改善有关联。

        DKI技术不仅能检测mTBI患者的脑损伤,还能比DTI获取更多信息,或许将成为mTBI患者诊断及预后预测的新方向。

        三、MRS技术

        MRS是一项无创地测定脑内代谢物质含量的MRI技术。MRS从代谢角度了解脑组织的变化,可以检测出mTBI患者脑组织细微结构改变造成的代谢异常。在脑创伤方面,Brooks等提出N-乙酰天冬氨酸(NAA)作为神经元完整性的标志物,其含量因轴索损伤或代谢降低而下降,胆碱(Cho)化合物常因细胞膜的破裂或炎性病变而升高。mTBI的MRS检查结果基本与TBI相同,考虑与认知功能下降相关。Lin等发表的关于mTBI的代谢成像综述中提出,MRS的结果受检查时间点、受伤方式、受伤次数的影响而不同。现在对mTBI患者的MRS研究主要集中在NAA、Cho方面,对其他化合物研究比较欠缺。

        四、磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging,SWI)

        SWI是以T2*加权梯度回波序列为基础的一项MRI成像技术,主要强调了不同组织间磁敏感性的差异,对显示小静脉、微出血与铁沉积敏感。与传统的T2WI相比,SWI能敏感地发现mTBI患者脑内的弥漫性轴索损伤和微小出血灶,对提示mTBI 患者的预后有一定意义。有研究表明因mTBI造成的脑铁异常会通过一系列机制参与mTBI的病理过程,包括产生氧自由基,加重氧化应激,引起蛋白磷酸化和神经纤维缠结。这一系列病理过程与mTBI后长期认知行为改变和慢性创伤性脑病有关。

        五、联合应用

        鉴于mTBI的复杂性和MR技术的丰富多样,目前大部分学者都联合应用多种MR技术对mTBI患者进行检查,从多角度阐明轻度脑创伤对患者的影响。值得注意的是,大多数联合检查都包含DTI技术。Dean等联合应用任务态fMRI、DTI及MRS,分别从功能、结构、代谢的角度,对在伤后1年有持续脑震荡后遗症的患者进行检查,发现临床症状更严重的患者随着任务从易至难,在前扣带回出现脑功能活动增强,在颞叶、默认脑网络及左额叶出现活动减弱,这些脑区的功能改变与胼胝体白质结构不完整相关,考虑大脑的这些改变是通过降低脑内非任务相关区域的活动强度来弥补工作记忆容量的减少及白质纤维束的传输异常,这些改变可能是引起脑震荡后遗症的原因。

        Toth等联合应用DTI及SWI对mTBI患者在急性期及亚急性期进行检查,发现mTBI患者在急性期的FA值显著下降而MD值升高,且在亚急性期FA值仍降低,但SWI并无阳性发现。Tang等联合应用DTI与静息态BOLD对轻-中度TBI患者进行检查后发现DTI的FA降低,且与受伤程度呈负相关,而在BOLD方面发现数个脑区与DMN的连接增加,说明在大脑在受到创伤后,在细胞水平进行了修复,弥补了因轴索损伤造成的功能缺陷。

        综上所述,用于mTBI研究的MR技术包括BOLD、DTI、SWI、MRS等,各项MR技术都从不用的角度阐明轻度脑创伤对大脑造成的影响。SWI和MRS的研究结论比较统一,BOLD和DTI的研究结果则并不一致,尤其是DTI。造成研究结果产生争议的原因,考虑是mTBI患者受伤机制、受伤程度、检查时间点等不同,其中最关键的是受伤机制不同。目前仍缺少大规模、多中心的mTBI研究,为了更好地帮助临床诊断、指导治疗,建议今后对mTBI的研究要进行受伤机制分类、严重程度分层并统一检查时间点。虽然目前对于轻度脑创伤的fMRI结论还未统一,但可以肯定的是,现代影像学的发展使人们能深入了解轻度脑创伤对大脑造成的损伤,并对患者的预后提供影像学依据。

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