肌萎缩侧索硬化症患者非锥体束的磁共振扩散张量成像研究

　 作者：徐艳炜    作者单位：300052 天津医科大学总医院神经内科

　【摘要】  目的 研究肌萎缩侧索硬化症（ALS）患者非锥体束区域磁共振扩散张量成像（DTI）的特点。方法 选择ALS患者（病例组）21例及健康志愿者（健康对照组）20名，行轴位MRDTI扫描，选取感兴趣区（ROI），测量部分各向异性（FA）和平均扩散系数（MD）。结果 病例组胼胝体压部（0.73±0.087）（u=－2.004，P<0.05）、丘脑（0.29±0.020）（u=－3.580，P<0.01）的FA值与健康对照组（0.79±0.034，0.32±0.010）比较，明显减低；两组间各ROI水平MD的差异无统计学意义。结论 除中枢运动传导系统外，ALS患者的胼胝体压部、丘脑亦被累及，ALS更有可能是一种以运动系统损害为主的多系统变性疾病。

　【关键词】  肌萎缩侧索硬化症 非锥体束 磁共振 扩散张量

    Investigation on MR diffusion tensor imaging of nonpyramidal tracts in patients with amyotrophic lateral sclerosis  XU Yanwei, XIE Bingdi, ZHAI Hui. Department of Neurology,Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin 300052, China

    Abstract：Objective  Investigate MR resonance diffusion tensor imaging (DTI)  characteristics of nonpyramid tracts in the patients with amyotrophic lateral sclerosis(ALS). Methods  21 patients with ALS were served as case group.20 healthy volunteers were served as healthy controls. All subjects underwent a DTI sequence, chose region of interest (ROI) to measure fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD).Results  In case group, FA decreased on the splenium of corpus callosum （0.73±0.087）（u=－2.004，P<0.05）and dorsal thalamus level（0.29±0.020）（u=－3.580，P<0.01）, compared with the healthy controls（0.79±0.034，0.32±0.010）. The differents of MD on each Rol levels between case group and controls had no statistical meaning.Conclusions  Except for central motor conduct system, the splenium of corpus callosum and dorsal thalamus are all affected in patients with ALS.ALS is probable a kind of multisystem degeneration disease which center is the damage of motor system.

    Key words：amyotrophic lateral sclerosis;nonpyramid tracts;MR,diffusion tensor

       近年来，随着对肌萎缩侧索硬化症(ALS)研究的深入，人们逐渐认为ALS更有可能是一种以运动系统受累为主的多系统疾病。磁共振扩散张量成像（DTI）能够显示水分子各向异性扩散的强度和方向，从而可检测到常规MRI无法显示的白质病变［1］。为此，本研究对21例ALS患者进行了MR DTI检查，前瞻性观察ALS患者非锥体束区域的扩散特性，以探讨该病的更广泛的病理改变。

    1  对象与方法

    1.1  对象  （1）病例组：21例。系2006年1月～2007年4月就诊于天津医科大学总医院神经内科的ALS患者，符合世界神经病学联盟ALS诊断标准（修订版，1998）［2］ ，临床确诊ALS 15例，临床很可能ALS 6例。男12例，女9例；年龄28～70岁，平均（51.6±9.8）岁；病程6～72个月，平均（17.4±13.6）个月。排除标准为既往无感觉运动多发性神经病、正中神经病变、异常蛋白血症、恶性肿瘤、腕管综合征、自身免疫性疾病、甲状腺功能亢进、糖尿病、高血压、脑血管疾病史，无接触神经系统活性药物史；肌电图提示不同区域（延髓、颈、胸、腰骶节段）下运动神经元损害，且节段性运动神经传导检测无传导阻滞；部分患者行脑脊液检查均无异常，颅脑、颈椎常规MR扫描未发现脑和脊髓实质异常。（2）健康对照组：20名,为健康志愿者。男12人，女8人；年龄33～69岁，平均（50.4±10.3）岁。其性别、年龄均与病例组性别（χ2=0.034，P=0.853）、年龄（F=0.325，P=0.637）相匹配。

    1.2  方法

    1.2.1  MR扫描方法  使用GE 1.5 T双梯度超导型MRI系统对两组研究对象进行扫描。常规MRI包括横轴位FLAIR序列T1WI：TR 2025 ms，TE 8.4 ms，TI 750 ms，FOV 24 cm×18 cm，矩阵320×224，2NEX；轴横位FRFSE 序列T2WI：TR 4000 ms，TE 110 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×224，2NEX。DTI采用DWEPI序列行轴横位扫描：TR 8300 ms，TE 82.7 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵128×128，b=1000 s/mm2，13个扩散敏感梯度方向，2NEX，扫描时间3 min 52 s。以上检查采用相同层面，层厚6.0 mm，间隔1.5 mm。应用AW4.0工作站Functool 2.0软件对DTI图像进行分析处理，构建平均扩散系数（MD）图和部分各向异性（FA）图。在非锥体束走行区的胼胝体膝部、胼胝体压部、丘脑，共选取6个感兴趣区（ROI），面积20～30 mm2（图1），测量ROI的FA和MD值。

    1.2.2  统计学方法  所有计量数据均用均数±标准差(±s)表示，应用SPSS11.5软件进行统计分析。两组间样本均数的比较采用非参数检验MannWhitney u检验，检验水准α＝0.05。

    2  结  果

    所有研究对象的图像质量符合研究要求，未见明显变形。病例组、健康对照组ROI的FA和MD值在左右两侧差异无统计学意义（均P>0.05），故将之合并进行统计分析。与健康对照组比较，病例组胼胝体压部（u=－2.004，P<0.05）、丘脑（u=－3.580，P<0.01）的FA值明显减低，差异有统计学意义，见表1。 表1  病例组及健康对照组各ROI的FA和MD值的比较

    3  讨  论

    扩散是自由水分子的不规则随机运动。在人体生理条件下，水分子向三维空间各个方向的扩散运动不仅受细胞本身特征的影响，还受各种屏障如轴突髓鞘、基底膜的状态等的影响，结果导致水分子在某些方向的扩散比其他方向更容易，这种具有很强方向依赖性的扩散被称为扩散的各向异性（anisotropy）。DTI是一项显示组织内微观结构的成像技术，能够显示水分子各向异性扩散的强度和方向，扩散各向异性是DTI技术的关键。

    FA是最常用的定量分析各向异性的参数，表示组织纤维的各向异性，是扩散各向异性与整个扩散的比值，其范围为0～1，0代表最大各向同性（isotropy）的扩散（如脑脊液），1则代表最大各向异性的扩散。MD则用来反映单位时间内水分子自由扩散的范围，可评价水分子运动的受限程度，MD增加意味着受限程度小，MD减低则意味着受限程度大。当各种病变累及白质束的轴索和（或）髓鞘时，受累区域的FA值会有不同程度降低，而MD值则有不同程度增大。

    ALS上运动神经元的病理改变主要表现为运动皮质的Betz细胞、大锥体细胞消失，锥体束变性和脱髓鞘。ALS患者脑组织中可能存在以下微观的改变：（1）细胞结构不稳定；（2）由于髓鞘脱失和轴突Wallerian变性引起细胞膜的破坏；（3）胶质细胞反应性增生造成细胞外间隙增大；（4）离子环境出现了变化；（5）继发于细胞结构和功能改变的血流阻滞及轴索流的下降。所有这些微观结构的改变均可使得脑组织对水分子扩散的限制能力下降，引起水分子扩散能力的增加以及扩散各向异性的改变，故DTI可发现患者脑组织的异常改变。

    本研究结果显示，与健康对照组比较，病例组胼胝体压部（P<0.05）、丘脑（P<0.01）的FA值明显减低，提示该两部位脑组织发生了病理改变，使得水分子在该区域可更加自由地向非平行于纤维束走行的方向运动，从而引起FA值的减低。这与Miriam等［3］的研究结果一致。

    有研究［4-6］表明，健康人胼胝体压部水分子有较高的各向异性，其FA值的减低反映了ALS患者的穿越胼胝体的纤维束的变性［7］，这也与常规MRI上显示的ALS患者胼胝体萎缩以及其他锥体束变性病例（如家族性痉挛性瘫痪）胼胝体的改变相一致［8，9］。有研究［10］报道,对无痴呆家族史的ALS患者进行各种神经心理测定，并进行常规MRI、DTI和MR波谱分析，在20例ALS患者中，发现9例存在认知功能异常，神经心理测定与影像学诊断间有明显相关性。还有研究［10］对18例ALS患者进行了各种心理量表和痴呆量表测定，发现40％有执行功能障碍，而记忆、语言或视空间能力均正常，但尚无长期随访的资料。胼胝体的严重萎缩与ALS的认知功能障碍及精神症状相一致。对已故ALS患者进行的尸检结果显示其丘脑发生了变性［11］。另外，在正电子发射计算机断层扫描(PET)研究［12］中，口语流畅性损害的ALS患者丘脑前核和复合体的局部脑血流（rCBF）反应减弱。家族性ALS患者的单光子发射断层扫描（SPECT）显示其双侧丘脑的血流灌注不足［13］。这均与本研究中ALS患者丘脑FA值的减低相一致。

    本研究中健康对照组、病例组胼胝体膝部处FA值差异无统计学意义，这可能与该处纤维束密集性差、健康人该区域水分子各向异性较低有关。另外，两组间各ROI处MD的差异亦无统计学意义，这可能表明上述区域虽有损害，但细胞密度并未发生改变［14］。这是由于伴随的胶质细胞增生填充了由于纤维、细胞变性缺失而扩大的细胞外间隙，使得细胞密度保留，水分子的扩散特性未发生明显改变。由此可见，与MD比较，FA是脑组织微观结构损害更为敏感的指标。

    综上所述，除中枢运动传导系统外，ALS患者脑部非运动区及锥体束以外的白质亦受累。Sage等［15］的研究亦表明，ALS的神经元变性不仅局限于锥体束，ALS更有可能是一种以运动系统损害为主的多系统变性疾病。尚需进行更深入的研究以阐明ALS的发病机制，以期早日找到真正切实有效的治疗ALS的方法。

【参考文献】  ［1］Le Bihan D，Mangin JF，Poupon C，et al. Diffusion tensor imaging：concepts and applications［J］. J Magn Reson Imaging，2001，13：534.

［2］World Federation of Neurology Research Group on Motor Neuron Diseases. El Escorial revisited：revised criteria for the diagnosis of amyotrophic lateral sclerosis［J］. Amyotrophic Lateral Sclerosis & Other Motor Neuron Disorders，2000，1：293.

［3］Miriam S，Gerhard W，Volkmar G，et al. Diffusion tensor MRI of early upper motor neuron involvement in amyotrophic lateral sclerosis［J］. Brain，2004，127：340.

［4］Pierpaoli C，Jezzard P，Basser PJ，et al.Diffusion tensor MR imaging of the human brain［J］.Radiology，1996，201：637.

［5］Chepuri NB，Yen YF，Burdette JH，et al.Diffusion anisotropy in the corpus callosum［J］. AJNR，2002，23：803.

［6］陈宁，蔡宗尧，刘文，等.磁共振弥散张量成像在诊断中枢系统疾病的初步应用［Ｊ］.临床神经病学杂志,2003,16:339.

［7］Brownell B，Oppenheimer DR，Hughes JT. The central nervous system in motor neurone disease［J］. J Neurol Neurosurg & Psychiatry，1970，33：338.

［8］Yamauchi H，Fukuyama H，Ouchi Y，et al. Corpus callosum atrophy in amyotrophic lateral sclerosis［J］. J Neurol Sci，1995，134：189.

［9］Krabbe K，Nielsen JE，Fallentin E，et al. MRI of autosomal dominant pure spastic paraplegia［J］. Neuroradiology，1997，39：724.

［10］崔丽英.第十三届国际肌萎缩侧索硬化症/运动神经元病专题纪要［J］.中华神经科杂志，2003，36：393.

［11］Iwanaga K，Hayashi S，Oyake M，et al. Neuropathology of sporadic amyotrophic lateral sclerosis of long duration［J］. J Neurol Sci，1997，146：139.

［12］Kew JJ，Goldstein LH，Leigh PN，et al.The relationship between abnormalities of cognitive function and cerebral activation in amyotrophic lateral sclerosis. A neuropsychological and positron emission tomography study［J］. Brain，1993，116：1399.

［13］Kumar M，AbdelDayem HM. Three generations of amyotrophic lateral sclerosis in a family：SPECT brain perfusion findings［J］. Clin Nucl Med，1999，24：539.

［14］Wieshmann UC，Clark CA，Symma MR，et al. Reduced anisotropy of water diffusion in structural cerebral abnormalities demonstrated with diffusion tensor imaging［J］. Magn Reson Imaging，1999，17：1269.

［15］Sage CA，Peeters RR，Gorner A，et al. Quantitative diffusion tensor imaging in amyotrophic lateral sclerosis［J］. Neuroimage，2007，34：486.