弥散张量纤维示踪技术显示锥体束及其变异的可行性研究

　　作者：何黎民,韩立新,曹惠霞,王俊　　作者单位：中国人民解放军广州军区广州总医院 1. 神经外科 2. 磁共振室， 广东 广州 510010

　　【摘要】目的探讨应用弥散张量成像和纤维示踪技术显示变异锥体束的可行性。 方法 对62例神经外科病人和4名正常人应用1.5 T MRI设备进行弥散张量成像，选用延髓、中脑、内囊后支和中央前回手结四个兴趣区中的两个进行联合纤维示踪。 结果 示踪锥体束符合解剖学特征，47例病人和4名正常人示踪到变异的锥体束，另有3例病人存在显著的锥体束走行方式异常。 结论 弥散张量成像和纤维示踪技术可以在宏观上显示锥体束及其变异;有必要选用延髓全部横断面和中脑全部横断面或内囊后支作为兴趣区进行联合示踪，以防遗漏变异的锥体束。

　　【关键词】 锥体束 磁共振成像，弥散 纤维示踪

　　Feasibility research of visualizing normal and aberrant pyramidal tract

　　by diffusion tensor imaging and fiber tractography

　　HE Limin1, HAN Lixin2, CAO Huixia2, et al.

　　1. Department of Neurosurgery; 2. MRI Center, Guangzhou General Hospital of Guangzhou Military Area Command, Guangzhou 510010, China

　　Abstract: Objective To explore the feasibility of visualizing normal and aberrant pyramidal tract by diffusion tensor imaging and fiber tractography. Methods In 62 neurosurgical patients and four normal persons, diffusion tensor images were obtained on a 1.5 T Siemens scanner. Two of four regions-of-interest were selected to trace the pyramidal tract. The four regions include the medulla oblongata, midbrain, and posterior portion of the internal capsule and hand-knob portion of pre-central gyrus. Results The pyramidal tract visualized by tractography accorded with anatomical feature. In forty-seven patients and four normal persons, so-called aberrant pyramidal tract (APT) was visualized. And remarkably abnormal course of the pyramidal tracts was observed in 3 cases. Conclusion Diffusion tensor imaging and fiber tractography is reliable in visualizing normal and aberrant pyramidal tract. It is necessary to use the all transections of the medulla oblongata on axial plane and midbrain or posterior portion of the internal capsule as regions of interest to trace aberrant pyramidal tract.

　　Key words: pyramidal tracts; diffusion magnetic resonance imaging; fiber tractography 弥散张量成像 (diffusion tensor imaging， DTI) 和纤维示踪 (fiber tractography，FT) 是重要的脑白质功能成像技术，可以将重要神经通路进行三维可视化，为分析重要神经束在脑白质内的走行状况，判断其与比邻脑结构、病灶关系等，提供三维空间信息。该技术最常用于锥体束的示踪。本研究对62例神经外科病人和4名正常人的锥体束示踪方法和发现的锥体束走行变异进行分析，并报告如下。

　　1 材料与方法

　　1.1 临床资料 62例病人中男33例，女29例;年龄7~66岁。其中胶质瘤33例，海绵状血管瘤4例，血管畸形4例，脑发育畸形2例，大脑中动脉闭塞引起的脑发育障碍1例，脑脓肿4例，脑膜瘤3例，表皮样囊肿2例，脊索瘤1例，蛛网膜囊肿2例，神经系统原发性脉管炎1例，外伤3例，不能确诊2例。

　　1.2 DTI磁共振图像采集及FT显示锥体束 采用Siemens Sonata磁共振成像设备，场强1.5 T，常规头部线圈，DTI序列为12个梯度方向，扫描参数：TR 5 900 ms，TE 89 ms，34层，层厚3 mm，Dist factor 10%，FOV 230 mm × 230 mm，成像体素1.8 mm × 1.8 mm × 3.0 mm，信噪比1。使用Siemens 自带Leonardosyngo工作站生成FA、FA_color等参数图。在FA、FA_color或DWI (b = 0) 三种图像的横轴位定义兴趣区 (region of interested，ROI)。根据已有脑白质神经纤维束解剖知识[1-3]，采用双兴趣区联合示踪锥体束。选择并考察应用下述四个兴趣区中的两个进行示踪：延髓横断面、大脑脚、内囊后支前2/3、中央前回手结皮质下白质。全部病例及正常人均采用相同的纤维束示踪条件：各向异性分数 (anisotropy fraction，FA) 阈值为0.2，两主特征向量之间夹角阈值30°，步长0.5 mm，体素内采样点个数为2。显示参数：高斯滤波，tuber直径0.2 mm，衰减因子50%。

　　2 结 果

　　2.1 正常锥体束示踪 对正常人和病变未严重侵及锥体束通路的病人，均可在皮质脊髓投射通路上显示锥体束走行，与解剖学发现吻合，其走行路径为从中央前回、额上回经半卵圆中心放射冠到达内囊后支前2/3，经间脑到达中脑大脑脚腹侧，经脑桥腹侧至延髓腹侧。对病灶累及锥体束通路的病人，示踪的纤维表现为减少或中断。

　　2.2 变异的锥体束[4] (aberrant pyramidal tract，APT) 示踪 在四个兴趣区中，以延髓横断面对锥体束的限定最显著。中脑大脑脚和内囊后支兴趣区的联合示踪，可同时显示锥体束、皮质核束等。中央前回皮质兴趣区可示踪到锥体束的主体部分。对62例病人选择延髓横断面与大脑脚或内囊后支前2/3作为兴趣区进行锥体束示踪，发现存在APT 47例，其中双侧均存在APT 34例，仅左侧存在8例，仅右侧5例;13例单侧显示APT的病人，未显示APT侧均为病灶侧。4名正常人双侧均可示踪到APT。示踪到的APT多数起源于中央前回，向下与锥体束同经内囊后支，在中脑水平与锥体束分离，在脑桥内与内侧丘系位置关系密切，达延髓 (图1)。在中脑以上水平，APT与锥体束常混合并行。

　　2.3 锥体束走行方式异常 指锥体束的起源发生变异，并存在相应的路径改变。本组病人中共出现3例，其中1例为双侧蛛网膜囊肿，DIT-FT显示右侧部分额叶和中央前回下部神经元发出锥体束，经胼胝体体部腹侧到达对侧，与起源于左侧皮质的锥体束共同经内囊后支、大脑脚、延髓腹侧下行 (图2A)。1例为右侧大脑半球发育障碍，以大脑中动脉供血区最严重，DIT-FT显示锥体束主要由右侧大脑皮质神经元发出的纤维构成，左侧额叶皮质有少量投射纤维达到延髓下部;另外，其双侧运动区皮质间出现异常的半球间联合纤维，走行通路为经内囊后支、中脑、脑桥腹侧，后以同样路径向上终止于对侧中央前回和额上回 (图2B)。另1例为右额、颞、左顶叶挫裂开颅术后，DIT-FT显示双侧锥体束、皮质核束均起源于左侧额、顶叶，并经胼胝体体部到达右侧放射冠水平后，经右侧内囊后支、中脑到达脑桥、延髓;少量神经纤维经左侧正常锥体束路径到达延髓 (图2C)。

　　3 讨 论

　　3.1 临床病人示踪锥体束兴趣区的确定 锥体束由有髓、无髓鞘神经纤维组成，起源于初级运动区 (中央前回、4区)、初级感觉区 (1~3区) 和运动前区 (6区)。锥体束向下进入内囊后肢，途经大脑脚、脑桥、延髓，在延髓腹侧形成锥体，并大部分交叉到对侧。在内囊和中脑水平，皮质核束与锥体束的走行关系密切。对正常人而言，联合应用延髓腹侧和中脑大脑脚兴趣区，可完成对正常锥体束的示踪[1，5];但对存在颅脑疾病的病人，锥体束的走行路径可能受到侵害，锥体束原有走行方式可能发生改变，所以有必要考察更多的兴趣区，以满足不同病人的需求。延髓兴趣区易于标志;中脑大脑脚兴趣区可根据FA图的中脑前部高信号区确定，或FA_color图粉红色区域 (锥体束在此断面由外上向内下走行，呈现与左右红色、上下蓝色之间的过渡色);在内囊水平，后支前2/3在FA_color图上呈典型的蓝色 (上下走行)，FA图可清晰显示内囊，也容易确定后支前2/3的兴趣区;中央前回兴趣区应包括全部横轴位的中央前回手结[6，7]，具体方法是，选择半卵圆中心以上，显示中央前回区的横断面，兴趣区的前、后边界为中央前沟、中央沟，外侧边界为皮质蛛网膜下腔，内侧为中央沟、中央前沟最深处的连线。由于锥体束纤维主体起源于初级运动区，虽然用中央前回皮质兴趣区不能完全包括锥体束起源，但来源于中央前回手结的纤维数占锥体束纤维主体，所以仍可较好地实现锥体束示踪。

　　3.2 APT示踪方法 Yamashita[4]对150例连续尸解标本进行轴突Bielschowsky染色，发现除1例前脑无裂畸形外，均存在APT，并证实其属于皮质投射纤维，是锥体束的一部分。本组病人中，采用延髓 (全部横断面) 与中脑或内囊后支作为兴趣区，示踪到与锥体束伴行的纤维束，其走行与Yamashita所描述的APT一致。本组62例病人中示踪到APT 47例，比例较低，原因可能与示踪对象为脑疾病病人有关。根据上述APT走行方式，在选择锥体束示踪兴趣区时，应以延髓全部横断面与中脑全部断面或内囊后支作为锥体束的兴趣区，否则可能遗漏APT。如选择延髓腹侧1/2为兴趣区，将不能发现大部分APT。随着DTI技术在临床得以越来越广泛的应用[8-12]，应当重视对APT的示踪，防止因遗漏而误导诊治。

　　锥体束起源、走行方式显著异常的情况较为少见，在本组病人中仅出现3例。锥体束起源、走行异常的原因不清，可能出现在脑发育阶段，也可能是后天神经功能代偿的结果。图2显示的锥体束异常与病人大脑病变有显著相关性，如图2A中，锥体束异常的病人诊断为双侧顶叶蛛网膜囊肿，其双侧中央后回变薄、萎缩，右侧较左侧重，双侧病灶向下均累及皮质下白质，达半卵圆中心，DTI显示病变较重的右侧部分额叶和中央前回下部的投射纤维通过胼胝体，利用病变较轻的左侧锥体束通路向脊髓投射;图2B病人为右侧大脑半球整体发育障碍，以大脑中动脉供血区最严重，DTI所示锥体束、半球间联合纤维异常，提示正常侧运动相关皮质神经元经异常存在的两侧半球皮质间的联合纤维，代偿性地影响病侧运动皮质运动神经元的功能，共同控制、调节病侧脑支配的运动功能;图2C病人诊断为右额、颞及左顶叶挫裂伤开颅术后，DTI提示其单侧皮质支配双侧头颈、肢体运动，病人表现为左侧肢体肌力下降，右上肢运动障碍较右下肢、左侧肢体运动障碍为重，出现锥体束异常的原因尚不能解释。

　　由于DTI-FT技术与生俱来的局限性[13]，其显示的纤维与组织学神经纤维有本质区别，不能在细胞水平上反映神经元之间的神经纤维联系。但DTI-FT技术仍是目前最好的在体神经纤维示踪技术，其对锥体束的示踪基本符合已有的解剖学知识，对我们定位锥体束，判定和保护锥体束功能具有重要价值。其显示的APT在神经外科病人相关手术中应当引起足够的重视，避免忽视因APT存在而导致医源性损害。

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