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磁共振弥散张量成像在脑小血管病中的应用进展
发布时间发布时间:2021-09-10 18:17

  脑小血管病(CSVD)是各种病因影响脑内小血管所致的一系列临床、影像、病理综合征,其造成的腔隙性梗死约占的25%,所致的痴呆可占45%,对全球社会健康造成了巨大负担。认知损害、情感障碍、步态障碍以及尿便失禁等多种症状均和CSVD紧密相关,CSVD已成为国内外脑血管疾病的研究重点。目前本病诊断主要依靠临床症状及影像学特征,MRI标志性改变包括新发小的皮质下梗死、白质高信号(WMH)、腔隙及血管周围间隙扩大、微出血(CMB)及脑萎缩。

  此外,一些新成像技术能比常规成像序列更早发现疾病,可在常规序列显示正常的区域发现已有的病理变化。MRI弥散张量成像(DTI)是基于DWI发展起来的一种新型功能MRI技术,其对脑白质损伤的检测较常规序列更加敏感,使病程监测提前,在CSVD早期诊断、病理分型、风险评估和指导治疗等方面均有重要意义。本综述就CSVD的临床特点及DTI技术在不同临床表现中的研究情况和未来发展前景进行讨论。

  20世纪60年代,Fisher通过研究脑内的腔隙性梗死的病理特征首次提出了“腔隙综合征”的概念,从而将临床症状和病理病因、治疗等联系起来,对CSVD的定义起到了重要的作用。脑的小血管网是脑组织血供的基本单位,在调节脑血流量中起着重要作用,还具有血-脑屏障功能,更是构成神经血管单元(NVU)的一部分。脑内小血管损伤可破坏以上多种功能,最终导致脑实质损害及各种临床症状。Fisher的病理学描述对CSVD的定义至关重要,但因病理学资料难以获得及神经放射技术的快速发展,目前仍多采用临床和影像学表现对CSVD进行定义。

  CSVD是和年龄相关且具有较高发病率的疾病,没有明显的性别差异。研究发现,60~70岁人群的皮质下WMH患病率为87%,80~90岁人群则接近100%。健康人群的CMB患病率约5%,在缺血性卒中人群中可达34%。CSVD危险因素众多,其中年龄和高血压是关系最为明确的。

  有研究认为,高血压、年龄、肾功能及C反应蛋白(CRP)等炎症指标是CSVD的独立危险因素。此外,糖尿病、高胆固醇血症、高同型半胱氨酸、吸烟、酗酒、既往卒中或TIA史也是CSVD的重要危险因素。

  目前CSVD最常用的病因分类是根据动脉的病理改变分为小动脉硬化、脑淀粉样血管病、遗传、炎症或免疫介导的小血管病、静脉胶原化疾病及其他等6大类,其中小动脉硬化最为多见。由于致病途径多样、NVU结构复杂、缺乏完善的动物模型、不同机制间交叉效应等原因,CSVD的发病机制尚不能完全明确,可能与小血管急性闭塞引起腔隙性脑梗死、长期慢性缺血脑灌注降低、内皮功能障碍、血-脑屏障破坏、局灶性炎性反应、遗传等因素有关。

  CSVD导致的临床症状复杂繁多,没有特异性,可从无症状至认知功能下降、精神情感障碍、步态异常及尿便障碍等多种表现。和大面积脑梗死相比,CSVD引起的缺血或出血性卒中症状常相对较轻,典型表现如多种“腔隙综合征”,短期预后较好,但再发风险不低于其他类型卒中,且常伴有严重白质损害、CMB和腔隙等,使发生认知障碍及死亡的风险长期增加。

  CSVD是血管性认知障碍(VCI)最常见的病因之一,可占血管性痴呆的36%~67%。CSVD导致的认知损害以执行功能、信息处理速度、注意力等特定亚认知域下降为特点,而记忆、再认等功能相对保留。这种特征性的认知损害模式可能与前额叶皮质下环路、脑白质联络纤维核团、胆碱能纤维束等损伤有关。

  研究表明,WMH严重程度、腔隙性梗死、脑萎缩、CMB及腔隙数量这些影像标志物均与认知损害存在一定关系。CSVD所致的情感障碍以抑郁或淡漠为主,可有兴趣缺失、注意力下降、精神运动性阻滞、人格改变等多种表现。CSVD是导致血管性抑郁(VD)的重要原因之一,发生率为10.1%~39.8%。

  2015年一项针对1949名社区人群的随访研究发现,WMH加重、新发腔隙性脑梗死、血管周围间隙扩大、脑萎缩与抑郁有关。2017年一篇纳入48项研究,共43600例研究对象的Meta分析显示,WMH、CMB、小梗死灶是抑郁发生的独立危险因素。国内外不少有关CSVD的研究都提示边缘系统-皮质-纹状体-丘脑环路(LCSPT)受损是CSVD所致的VD发生的结构基础。

  步态异常在年龄≥65岁的老年人中普遍存在。多项横断面研究发现,CSVD是导致步态异常的最主要的血管性因素。步态异常主要表现为步态缓慢、步幅缩小、平衡障碍及精神性运动不能。同样WMH、腔隙性脑梗死、CSVD等影像标志物与步幅参数、行走速度下降、步态不稳都相关。此外,CSVD患者还可以出现吞咽困难、尿便失禁、帕金森样症状等多种表现,严重影响日常生活。

  1994年Basser等首次提出了一种描述生物组织中水分子弥散方向特征的MRI成像技术,即DTI。其主要参数有部分各向异性分数(FA)、平均弥散率(MD)、轴向弥散系数(AD)及径向弥散系数(RD)。生物体内水分子的弥散主要有各项异性和各项同性两种形式,FA反映的是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例,值越大,提示髓鞘化程度越高、轴索排列越紧密;反之,值越小,提示髓鞘、轴索发育障碍,如纯水中的弥散。

  MD是某一区域内整体的弥散程度,反映局部脑组织的完整性。AD代表平行于纤维束走行的水分子弥散程度,反映神经轴索的数量、粗细和病理变化情况。RD代表垂直于最大弥散方向的张量,间接反映了髓鞘结构的完整性及病理变化。

  DTI成像主要用于从微观层面观察白质纤维,因为能够得到FA、MD值等弥散参数,可定量反映白质纤维在髓鞘、轴索、走行等方面的结构变化,相对于常规MRI序列有更好的敏感性,国内外已有许多研究将其应用于CSVD的疾病早期诊断、病程进展预测、治疗评估。众多研究认为,当白质纤维损害时,弥散常数主要表现为FA值下降及MD值上升。

  2013年一项纳入689例受试者的前瞻性研究发现,随访3.5年后,FA值降低、MD值上升,且常规MRI表现正常的白质脑区更易进展为脑白质病变,表明弥散参数具有预测价值。随着LADIS、RUNDMC等经典研究的开展,认知障碍在CSVD临床研究中已处于核心地位,也成为DTI在CSVD中的重要研究方向。

  《脑小血管病相关认知功能障碍中国诊疗指南(2019)》提出,病情诊断主要依靠临床和影像学证据。而DTI技术可以观察早期白质的隐匿性损伤,为认知损害,尤其是一些常规MRI表现正常的轻度认知障碍(MCI)患者提供影像学依据。2018年一项针对MCI和认知正常受试者的研究发现,MCI组患者颞叶MD值上升、左侧扣带回FA值下降,且语言流畅性、视觉和语言记忆能力评分与弥散参数之间存在显著的相关性。同年,一项使用纤维束示踪空间统计分析法的DTI研究发现,非痴呆型认知障碍组患者胼胝体、双侧放射冠、下额枕束等广泛白质脑区出现FA降低和MD值增加。

  这为VCI额叶皮质下环路、脑白质联络纤维核团等损伤的解剖基础提供依据。并且FA、MD值仍和认知测试结果存在显著相关,当用胼胝体额部、nba直播,左侧丘脑前放射的弥散参数进行ROC诊断试验时有较好的诊断效能。在病情进展预测方面,一项针对伴有皮质下梗死和白质脑病的常染色体显性遗传性脑动脉病(CADASIL)患者的随访研究发现,平均MD值是病情临床进展的主要预测因子,可预测未来病程发展。

  2015年,一项纳入444例CSVD患者的前瞻性研究发现,特定部位白质微结构完整性的破坏与特定的认知障碍有关,胼胝体膝部和压部FA值与整体认知功能及执行功能显著相关,扣带回与语言记忆能力相关,胼胝体、扣带回的弥散参数改变可能是相应的执行能力、语言能力等发生损害的独立预测因素。以上研究表明,和常规MRI相比,DTI弥散参数和认知功能间的相关性更好,为CSVD认知障碍的研究提供了更为有效和敏感的评价手段,为疾病早期诊断识别、病情预测、治疗评估等方面的影像标志物提供了可能。情感障碍的检测是DTI技术在CSVD中的另一个重要应用方向。

  2014年一项针对CSVD抑郁患者和非小血管卒中及正常老年人的DTI研究发现,白质损伤是介导CSVD和抑郁发作的重要因素,FA值改变与CSVD患者抑郁明显相关。一项纳入438例CSVD抑郁患者的纤维束示踪空间统计分析研究发现,抑郁组患者在胼胝体、双侧下额枕束、放射冠和钩状束处的FA值下降,MD、AD、RD值上升,为额叶-皮质下环路等情绪调节回路损害导致CSVD抑郁发生的学说提供了依据。

  2017年一项使用DTI技术进行脑结构网络分析的研究发现,CSVD抑郁患者结构网络明显受损,海马、杏仁核和多个皮质区域内的整体网络效率损害,节点效率降低,严重程度和抑郁症状相关。另外,一项针对CSVDMCI患者白质结构和抑郁症状的DTI研究发现,在排除年龄、认知状况等影响后,弥散参数FA、MD值仍和抑郁评分呈显著相关,认为CSVD白质损害和抑郁间的关系不受认知、运动功能状况的影响,从而支持“VD假说”。

  DTI在CSVD患者步态异常中的研究目前相对较少。一项基于DTI的体素分析研究发现,双侧额叶、胼胝体、额枕束及脑室周围白质纤维破坏和步态异常相关性较大。弥散参数方面,2013年一项DTI研究发现,步态障碍患者在运动相关区域(如皮质脊髓束和小脑上脚)以及认知情感相关区域(如内囊前肢和胼胝体膝部处)FA值较低。

  另一项研究则发现,连接前额叶和皮质下区域的白质纤维FA降低与步态不稳有关。2018年一项纳入275例受试者的TBSS研究发现,在老年CSVD患者中,胼胝体和放射冠处的FA值降低及MD值升高和步幅下降明显相关,并且在随访5年后发现白质萎缩和白质完整性破坏与步态障碍的发生有关。

  目前研究认为,额叶运动区及胼胝体联合纤维等白质破坏和CSVD步态异常的相关性较为一致,但总体研究数量相对偏少,有待进一步研究。此外,许多DTI研究在CSVD所致的认知损害、步态异常中都发现了相似的额叶皮质下环路、联合纤维(如胼胝体)及联络纤维(如额枕束)破坏。

  有学者认为,执行功能的损害、注意力的下降导致了启动、行走等一系列概念、动作在形成、转换上的困难,即认知障碍造成了步态异常。但也有研究认为,这两种症状并无直接关联。CSVD不同症状间是否有共同的病理基础值得进一步研究。排尿障碍是CSVD最为多见的自主神经症状之一,主要表现为尿失禁,可早于认知障碍或步态异常出现。既往研究认为,CSVD所致的扣带回、前额叶皮质、岛叶等相关区域损害是排尿障碍的病理基础。

  目前WMH与排尿障碍的相关性仍存在争议。有针对老年尿失禁人群的DTI研究发现,扣带回处有明显的白质结构破坏,且与症状严重程度相关,可作为病情发展的预测因素。而另一些研究则认为两者没有关系,排尿障碍仅与CSVD的脑萎缩相关。CSVD不同影像学特征与尿失禁等自主神经症状的联系还需更多的研究来证实。

  CSVD有较高发病率,其造成的认知损害、精神情感异常、步态障碍及尿便障碍等多种症状严重影响患者的生活质量。DTI技术基于水分子的弥散特征,可无创显示白质超微结构,较常规MRI方法更加敏感、可靠,且已发展出纤维束示踪、基于体素分析、纤维束示踪空间统计分析、纤维自动细分量化、结构网络等多种分析方法,在CSVD认知、情感、步态等多个领域的早期诊断、病理机制研究、病情进展预测、治疗评估方面取得了很大的进展。但DTI也存在耗时、部分容积效应干扰、分析复杂、特异度偏低等局限性。随着影像技术的不断发展,DTI未来具有很大的提升潜力及发展前景。

  来源:李一帆,赵中.磁共振弥散张量成像在脑小血管病中的应用进展[J].临床神经病学杂志,2021,34(01):68-71.

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