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磁共振弥散张量成像技术在神经外科疾病中的临
发布时间发布时间:2021-11-22 01:48

  作者:内蒙古医科大学内蒙古临床医学院(王博);内蒙古自治区人民医院神经外科(王忠)

  正常脑组织水分子运动具有明显各向异性,然而,损伤神经元的各向异性会减弱。1994年,Basser等首次报道磁共振弥散张量成像(magneticresonance diffusion tensor imaging,MR-DTI),可无创检测体内水分子在不同组织中各向异性,定量评估神经组织的完整性。近20多年,MR-DTI在神经系统疾病中被广泛应用,定性及定量分析神经纤维束损伤后的变化。本文就MR-DTI在神经外科疾病中的临床应用进展进行综述。

  MR-DTI 的生理基础是水分子弥散的各向异性,即弥散张量。在水分子进行热运动扩散时,垂直作用于纤维束方向的阻力远远大于水平方向,因此,水分子的扩散模式可以揭示正常或患病状态下的组织结构的微观改变。通常,DTI产生多个参数,如平均弥散率(mean diffusivity,MD)、各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、表观弥散系数(apparentdiffusion coefficient,ADC)等。DTI可以显示白质纤维结构的异常,并且可以提供大脑白质连通性的模型。随着MR-DTI 技术的不断发展,使用软件与MR-DTI 结合后,把MR-DTI 数据整合成三维图像,将白质束的走行方向、空间位置、数量以及纤维间的连接关系充分可视化。

  临床上,轻型TBI占多数,其诊断,一般基于CT检查,包括脑挫裂伤、硬膜外出血等;对出血量很少的病人,常规检查不易判断,尤其是脑震荡,常规CT、MRI呈阴性,只能通过病人症状的评估进行诊断,给临床诊治带来很大困扰。熊坤林研究表明与正常人相比,轻型TBI病人脑白质区域DTI参数FA值显著下降,主要分布在上纵束、内囊、放射冠等区域,部分白质纤维束MD值显著增高,主要包括视束及内囊等区域;并且,轻型TBI病人认知功能障碍与白质结构的变化显著相关。因此,白质纤维束可作为评价轻型TBI病人认知功能障碍更客观的形态学基础,对于轻型TBI的诊断和治疗具有重要意义。

  一般需要抢救,头颅CT检查基本可以诊断明确,而MRI检查时间长,危重病人不适宜。应用DTI技术可以预测病人预后。杜彦李研究发现重型TBI病人内囊和胼胝体FA值明显降低,而且对评估病人病情严重性及预后也具有临床意义。

  脑胶质瘤是常见的颅内原发性肿瘤,沿白质纤维束浸润性生长,因此常规影像学检查确定肿瘤边界的位置较为困难。术前确定肿瘤边界、肿瘤分级对治疗方案的选择具有一定的指导作用,对预后的评估也具有一定的意义。研究发现,胶质瘤瘤体区FA值、ADC值明显低于对侧正常脑白质;而且ADC值与肿瘤实质部分细胞的密集度密切相关,在一定程度上可用于指导肿瘤分级。随着肿瘤恶性程度的升高,肿瘤细胞的密度增加,因此肿瘤病理级别越高,FA和ADC值越低。

  目前,应用荧光素钠染色结合术中超声、神经导航系统明显提高胶质瘤切除程度。Chen等用DTI技术进行弥散张量纤维束成像,能够更加准确地判断胶质瘤周白质纤维受损程度,对肿瘤细胞浸润程度有更直观的体现,有助于确认肿瘤细胞浸润区与瘤周水肿区正常组织的界限。

  刘俊华应用DTI重建有效锥体束(effective fibers of pyramidal tract,EPT)为主的脑白质纤维束,指导术中最大限度切除肿瘤并保护EPT,与常规切除肿瘤的全切率无明显差异,但术后3个月致残率却显著下降。

  垂体腺瘤是颅内常见的良性肿瘤。Ylva等发现DTI检查可检测垂体腺瘤压迫前视通路的病理学和损伤程度,低水平轴向扩散性提示视觉通路的早期萎缩,即为视束损伤的早期征兆,是确定垂体腺瘤手术适应证的可靠方法。Mohamadreza等发现术后3个月视辐射FA值可作为临床评价垂体大腺瘤手术及预后的时间点,术前双侧视辐射FA值下降程度与手术效果及预后密切相关。垂体柄的保存在垂体腺瘤切除术中非常重要,而有时术中难以识别垂体柄。

  Wang等利用DTI技术进行下丘脑垂体束的追踪并成功进行纤维追踪和三维可视化,发现术后MRI 显示垂体柄与脑道位置一致,表明DTI对术前定位垂体柄有一定帮助,避免术中误切。

  起源于雪旺细胞的良性肿瘤,占颅内神经鞘瘤的91%,主要起源于第Ⅷ颅神经的前庭支,因而国际统一命名为前庭神经雪旺细胞瘤(vestibular schwannoma,VS),俗称听神经瘤。保留神经功能和生活质量的全肿瘤切除是现代VS 手术的目标。术后面神经麻痹是VS手术的严重并发症。术前确定面神经非常重要。Amey等发现超过90%的VS术前应用DTI能成功识别出完整的面神经,对手术方案的制定有一定的辅助作用。

  Zhang等利用DTI指数观察永久性缺血闭塞的猕猴模型脑卒中后2~96 h脑灰质和白质缺血性损伤的时间演变,发现白质束MD从超级性期到急性期逐渐变化与整个梗死区域的MD变化在时间上相关。孟庆强等发现DTI在脑梗死诊断准确率、成本以及效率等方面都较常规MRI检查有较高的应用价值,可以有效的展现脑梗死前期的病变状况,准确判断病人是否存在白质纤维束的受累情况,实现对疾病严重程度的量化。认知功能障碍是急性缺血性卒中后常见的并发症。

  Biesbroek等发现DTI分数各向异性和平均扩散率评估右上纵束、左皮质脊髓束、左钩束的损伤,与脑梗死后病人认知障碍密切相关。Hugo等发现基于DTI的脑连通性测量对脑卒中后认知障碍病人在日常临床实践中1年的认知结局的预测非常有必要。

  与缺血性卒中相比,出血性卒中的病死率和致残率更高。皮质脊髓束(cortico⁃spinal tract,CST)损伤是致残的重要原因。脑出血后,患侧感兴趣区FA值、ADC值均较对侧有不同程度的降低,而且早期利用DTI技术可作为脑出血病人运动功能恢复的预测手段。

  MR-DTI在颅内动脉瘤的应用鲜有报道。很少有人知道动脉瘤性蛛网膜下腔出血后的视放射损伤。Jang等发现动脉瘤性蛛网膜下腔出血病人较正常对照组,视辐射FA值显著降低、ADC值显著升高,而视辐射纤维数目没有显著差异,提示蛛网膜下腔出血后视辐射的损伤,而且视神经水肿明显。

  是一种多发于中老年人,以肌肉静止性震颤、肌肉僵直、运动活动起动困难、姿势反射丧失为特征的中枢神经系统疾病,CT、MRI等常规检查并无特异性表现,而症状明显时病人已进入中晚期,治疗难度大增。滕佳岐和李坤成发现PD病人黑质、额叶白质FA值明显低于正常对照组,这种差异可能是因为PD病人多巴胺能神经元丢失,胶质细胞增生导致神经纤维结构紊乱;而且PD病人额叶和颞叶白质等ADC值明显高于对照组,表明PD病人脑微观结构有异常改变,这说明DTI测定的FA、ADC值在对PD早期的诊断有一定指导意义。

  Kirsten等发现PD病人脑干、小脑、胼胝体前部、额下和额枕下白质FA显著升高,运动区MD显著升高,病程1年以上的PD病人视辐射、胼胝体、顶枕叶等FA下降显著,额叶、岛叶和丘脑后部灰质及视神经放射和胼胝体MD明显增加。这种DTI变化与神经解剖学相一致,表明DTI可以作为早期PD 进展的敏感检查。目前,脑深部电刺激术(deep brain stimulation,DBS)是治疗PD的有效方法。

  陈宇昆和王学廉认为DBS电极触电到齿状-红核-丘脑纤维束的空间距离,与震颤症状改善的程度有相关性,距离这条纤维束越近,震颤改善越好。所以,DTI可评价DBS电极触点刺激作用范围和纤维束的空间关系,选择最佳刺激靶点和参数,为达到最佳治疗效果。

  癫痫产生的原因就是脑内神经细胞不正常同步性过度放电。颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy,TLE)发病率较高,是局限性癫痫的代表。Lionel等发现MD值升高、FA值降低的区域不仅表现在海马区,同样出现在杏仁核、颞极,这与脑电图痫性放电区域有很好的一致性,间接反映了癫痫网络,对于癫痫灶的手术切除具有一定的指导意义。Simon等发现48.8%的TLE病人行颞叶手术后仍会出现癫痫发作,利用DTI的量化参数计算穹窿伞、海马旁白质束和钩束的长度,发现术后并无发生癫痫的病人较发生癫痫的病人的钩束切除范围更大,这表明钩束的较小切除可能造成癫痫发生网络断开不充分,导致术后癫痫再次发作。因此,DTI能显示常规MRI不能显示的癫痫灶,可以指导外科手术对癫痫灶的充分切除,提高疗效。

  总之,MR-DTI作为一种新型的可在活体研究脑白质神经纤维的无创成像技术,在神经外科疾病的发展以及预后的评估中有着重要的参考价值。

  来源:王博,王忠.磁共振弥散张量成像技术在神经外科疾病中的临床应用[J].中国临床神经外科杂志,2020,25(09):644-647.

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