DTI在肌萎缩侧索硬化症的应用研究进展

肌萎缩侧索硬化症（ALS）是累及上、下运动神经元的慢性进行性神经变性疾病。扩散张量成像（DTI）是在扩散加权成像基础上发展来的一种新的成像方法，能反应组织细微结构的改变， 可更为客观的评价上运动神经元的损害， ALS 患者FA 值和ADC 值变化明显，并与临床有一定相关性，可为肌萎缩侧索硬化症早期诊断及加深对该病的认识提供有价值信息。

肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis , ALS） 的诊断主要依据EI Escorial 临床标准[1 2]，结合电生理改变并除外其他疾病，其中下运动神经元（lower　motor　neuron，LMN）受累可通过肌电图诊断，而上运动神经元（upper　motor　neuron，UMN）损害主要依赖临床检查，而缺乏客观的评价标准。常规MRI可显示早期的运动系统萎缩，尤其是锥体束，但难于量化，对疾病进展不能提供一个敏感的检测指标，因而具有很大的局限性。

弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是近年来在弥散加权成像（ diffusion weighted imaging ,DWI） 基础上发展起来的一种功能磁共振成像技术，能非侵入性地研究皮质脊髓束（corticospinal tract, CST）解剖结构及变性方式，并可能作为临床治疗试验的客观形态学指标。现将近年的有关进展综述如下。

一、正常皮质脊髓束DTI图象

DTI是研究ALS患者CST的新方法。皮质脊髓束是有明显形态学变化的白质束，由大脑皮层大型锥体细胞的轴突纤维组成，经内囊后肢下行，至中脑的大脑脚底，占其中间3／5的外侧部；然后至脑桥基底部，分散成大小不等的纤维束下行；至延髓锥体，纤维又集拢形成一束。在锥体下端，绝大部分纤维（约70％～90％）左右相互交叉，形成锥体交叉。交叉后的纤维至对侧脊髓外侧索的后外侧部下行，形成皮质脊髓侧束，在下行过程中陆续止于脊髓前角细胞；小部分纤维不交叉，进入脊髓的前索，组成皮质脊髓前束，其纤维逐节经白质前连合交叉终止于对侧的前角运动细胞。这些纤维束粘合紧密的变异程度会反映出部分各向异性（fractional anisotropy，FA）值在CST走行上变异较大 。

DTI 测量的是水分子的弥散运动，它受到细胞本身特征和阻碍水分子运动的细胞结构的影响。脑白质、脑灰质、脑脊液由于细胞本身特征和阻碍水分子运动的细胞结构的不同，其各向异性就有所不同，因而在DTI图像上呈不同灰度的图像。在FA图中可辨认出大多数白质内主要的纤维束。在正常DTI 的FA图上，正常白质表现为高信号，可辨认出脑白质内主要纤维束的走行，如胼胝体、内囊、外囊、锥体束等。

不同解剖水平部分各向异性、平均扩散率（mean diffusivity, MD）值变化很大，从大脑脚到锥体FA逐渐降低，大脑脚FA值最高，脑桥以下水平FA值最低。脑桥至延髓的相邻层面FA也是高度变化的，但在大脑脚的所有层面FA均值相同； 从内囊到锥体MD呈上升趋势，MD值在延髓最高，而在脑桥最低。在脑桥CST纤维分开为多支，相互交叉横向穿越脑桥的纤维，纤维密集程度不如脑桥以上部位的，导致FA降低、MD升高（因为细胞外容积增大使水弥散率更高）。从大脑脚到锥体，许多纤维离开CST,脑桥部位有间接纤维离开各种脑干核团，大脑脚一侧有2千万纤维，而锥体一侧仅1百万纤维组成；尽管运动束在锥体比较集中，但椎体体积小，且ROI（region of interest）分析的限制性，意味着从邻近的多方向纤维束到其他脑干核团，邻近脑脊液以及锥体交叉对纤维连贯性的中断，这些因素综合导致FA降低、MD升高 [10]。Schimrigk SK和 Sage CA等主张将ROI设置在纤维高度集中的内囊后肢的尾侧。Sage CA等发现脑室周围白质FA降低，因为上纵束和胼胝体纤维（与水平CST走向垂直）在该部位出现，它们的不同弥散主方向导致FA下降，而MD不受平均弥散方向的影响，因而在室周水平没有明显变化。

目前对DTI研究主要采用的设置感兴趣区域（region of interest，ROI）的方法，其优点是脑部某些特定部位可准确定位（如锥体束），但也有缺点在感兴趣的CST图像上人为定位，受研究者主观影响大。ROI结构的边缘如何避免脑脊液或灰质的部分容积影响（partial volume contamination）是最普遍关注的问题。采用纤维束追踪成像技术（fibertracking）选择ROI可避免研究者自身因素的影响，能够提供纤维束重建，从该方法获得的量化分析方法能较好量化比较两组间的弥散特性， 可比ROI的FA图提供更多关于白质结构信息，更为客观的评价白质完整性。纤维成像术是一个阐明白质纤维走行的极好工具，但不适用于容积分析（体积分析）。纤维成像依据FA、ROI区域图像清晰度、信噪比而变化，因而作者认为采用纤维成像获得的CST体积量化评价不准确，然而该技术可用于CST特定区域的成像，但不能完全克服ROI分析的部分容积效应，需要更高分辨率的DTI设备及与DTI有关的新技术：弥散频谱成像（diffusion spectrum imaging，DSI）。

鉴于ROI的不足之处，Schimrigk SK介绍了一种新的方法：混合概率模型（probabilistic mixture model）以提高DTI参数的精确度，直接对DTI数据进行量化分析，可将ROI区域内的像素自动分类为纤维、非纤维（背景）和混合状态，可以将混合中的纯纤维分离出来，即使纤维束彼此十分接近。该方法能最大程度的减少研究者个人因素对结果的影响。该结果已在胼胝体得到验证 。

二、ALS皮质脊髓束DTI图象

国外关于DTI在肌萎缩侧索硬化症中的应用研究，选取的感兴趣区（ROI）多集中在皮质脊髓束走行区的放射冠、内囊后肢、大脑脚、脑桥以及延髓的锥体，近年来一些研究者将DTI的研究扩展到全脑 、颈髓。在ALS的DTI图像上，多数文献报告CST的弥散值的改变：FA值降低， ADC/MD值升高，尤其是内囊后肢水平。Schimrigk SK认为辨别健康人与ALS应选择在内囊，具有最小变异和最大差异，如果不考虑年龄，FA＜0.57/0.55可认为异常。