磁共振扩散张量成像对急性一氧化碳中毒后迟发性脑病的应用研究

摘要

本文对磁共振扩散张量成像对急性一氧化碳中毒后迟发性脑病的应用进行了研究。本研究分为两个部分：
　　 第一部分：正常成人脑磁共振扩散张量成像最佳扫描参数的优选。
　　 目的：磁共振扩散张量成像技术(diffusion tensor imaging，DTI)的图像质量受很多因素影响，其中扩散敏感梯度方向数(number of diffusion gradient directions，NDGD)、扩散敏感因子b值(b-value)、层厚/层间距是影响DTI图像质量的关键因素。如何在较短的时间内获得高质量的DTI图像，一直是影像学所关注的热点。本研究对30例正常成人健康志愿者进行脑DTI扫描，探讨不同扫描参数对DTI图像质量的影响，以期在最短的扫描时间内获得最佳扫描参数。
　　 方法：将30例正常成人健康志愿者(男19例，女11例，年龄20～65岁，平均40.3岁)随机分为NDGD组、b值组和层厚/层间距组(每组10人)。各组分别应用不同的DTI扫描参数：NDGD组：NDGD分别为6个、15个、25个，层厚/层间距为5/0mm，b值为1000s/mm2。b值组：b值分别为500s/mm2、1000s/mm2、3000s/mm2，层厚/层间距为5/0mm，15个NDGD。层厚/层间距组：层厚/层间距分别为8/2mm、5/0mm、3/0mm，b值为1000s/mm2，15个NDGD。将DTI原始图像传输至工作站后处理生成部分各向异性(fractional anisotropy，FA)图及方向编码彩色(directionally encoded color，DEC)图，由两名放射科医师采用双盲法，按3分标准对图像质量进行综合评分(见表1)。1分为差(纤维束边缘显示不清，皮质内杂乱粗点状信号，背景噪声多)，2分为较好(纤维束边缘显示较清，皮质内有少许点状信号，背景噪声较多)，3分为好(纤维束边缘显示清晰，皮质内无信号，背景噪声少)。应用SPSS18.0统计分析软件，所得评分以均数±标准差(x±s)表示，采用两独立样本t检验分析比较三组DTI图像质量评分是否存在差异。p值<0.01认为差异有显著统计学意义，p值<0.05认为差异有统计学意义。
　　 结果：⑴25个NDGD时所获得的DTI图像质量最高，图像背景噪声少，纤维束显示更清晰，其次是15个NDGD时的图像质量亦较高，二者图像质量评分相比较，差异有统计学意义(2.83±0.38 vs2.67±0.51，p<0.05)。6个NDGD时所获得图像的背景噪声多，纤维束边缘不光滑，皮质内可见较多点状信号，图像质量最差(评分为2.17±0.43)，其分别与15个NDGD和25个NDGD所获得的图像质量评分相比较，差异均具有统计学意义(p<0.05)。⑵b值为500s/mm2和b值为1000s/mm2时所获得的DTI图像质量较好，虽然b值为1000s/mm2时图像信噪比较b值为500s/mm2时略有所下降，但脑灰白质对比增加，二者图像质量评分相比较，差异无统计学意义(2.50±0.56 vs2.67±0.49，p>0.05)。b值为3000s/mm2时所获图像扩散权重虽然很强，脑灰白质对比明显增加，但图像的信噪比显著下降，图像质量最差(评分为2.06±0.55)，其分别与b为500s/mm2)和1000s/mm2时所获得的图像质量评分相比较，差异均具有统计学意义(p<0.05)。⑶层厚/层间距为8/2mm和5/0mm时所获得的DTI图像质量较高，图像背景噪声少、纤维束边缘显示清晰，二者图像质量评分相比较，差异无统计学意义(2.67±0.54 vs2.61±0.42，p>0.05)。而层厚/层间距为3/0mm时图像质量最差(评分为1.94±0.35)，与层厚/层间距为5/0mm所获得的图像质量评分相比较，差异具有统计学意义(p<0.05)，与层厚/层间距为8/2mm时所获得的图像质量评分相比较，差异具有显著统计学意义(p<0.01)。
　　 结论：综合考虑认为脑DTI最优扫描参数为：25个NDGD，b值为1000s/mm2，层厚/层间距为5/0mm。此组扫描参数所生成的DTI后处理图像信噪比较高，脑组织灰白质对比度较佳，能提供更多的扩散信息，更好地反应脑组织内水分子的扩散各向异性特性，适用于研究脑白质的细微结构。
　　 第二部分：磁共振成像扩散张量成像对急性一氧化碳中毒后迟发性脑病的应用研究。
　　 目的：急性一氧化碳中毒后迟发性脑病(delayed encephalopathy after acute carbonmonoxide poisoning，DEACMP)是急性CO中毒后最严重的并发症之一，其发病机制迄今不明。磁共振成像((magnetic resonance imaging，MRI)能较好的显示脑组织形态、结构及信号的变化，对DEACMP的诊断及鉴别诊断有重要临床价值。目前，磁共振扩散张量成像技术(diffusion tensor imaging，DTI)为该疾病开辟了新的研究方向。本研究的目的是，通过采用平均扩散系数(average diffusioncoefficient，ADC)值、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值定量分析DEACMP组与正常对照组、DEACMP预后不良组与预后较好组不同脑白质及灰质区微观结构扩散及各向异性特征的差异，探讨DTI技术对DEACMP的临床应用价值。
　　 方法：选择GE3.0T MR扫描仪，对35例临床确诊为DEACMP的患者(DEACMP组)和35例正常志愿者(正常对照组)行DTI扫描。DEACMP组男19例，女16例，年龄27-84岁，平均年龄50.2±4.5岁。正常对照组男19例，女16例，年龄27岁～85岁，平均50.5±4.3岁。根据临床治疗效果及随访1年结果，将DEACMP患者分为预后不良组和预后较好组。采用感兴趣区(region of interest，ROI)测量DEACMP组与正常对照组、DEACMP预后不良组和预后较好组不同脑白质及灰质区的ADC值及FA值(图1-6)。应用SPSS18.0统计学分析软件包对所测数据进行分析。所测数据均以均数±标准差(x±s)表示。应用配对t检验及两独立样本t检验，分析比较DEACMP组及正常对照组、DEACMP预后较好组及预后不良组相对应脑区的ADC值和FA值之间是否存在差异，DEACMP预后较好组及预后不良组临床相关因素是否存在差异。p值<0.01认为差异有显著统计学意义，p值<0.05认为差异有统计学意义。
　　 结果：⑴脑白质受累型32例，以脑室周围白质、半卵圆中心白质受累为著，表现为对称性、弥漫性T1WI等或略低信号，T2WI及FLAIR高信号，在各相同性图上为高信号，在ADC图上为明显低或等信号，FA图示各向异性程度减低呈低信号。⑵神经核团受累型21例，以双侧苍白球受累为著，表现为T1WI等或低信号，T2WI及FLAIR呈高信号；在各相同性图上表现为等或略高信号，在ADC图上为略高信号或明显高信号，FA图示各向异性程度减低呈低信号。3例MR/及DTI均无明显异常信号。⑶与正常对照组相比较，DEACMP组各不同脑白质区及脑白质总和的ADC值及FA值均降低，且差异均具有统计学意义(p<0.05)，其中尤以半卵圆中心及侧脑室周围的ADC值下降最明显(半卵圆中心：3.87±0.42 vs6.82±0.35，p=0.00；侧脑室周围：4.48±0.51 vs7.47±0.39，p=0.00)，FA值亦下降最明显(半卵圆中心：0.32±0.05 vs0.51±0.04，p=0.00；侧脑室周围：042±0.01 vs0.63±0.03，p=0.00)，且差异均具有显著统计学意义(p<0.01)。⑷与正常对照组相比较，DEACMP组苍白球，壳核，尾状核，黑质及灰质总和的ADC值高于正常对照组，且差异具有统计学意义(p<0.05)，其中尤以苍白球.ADC值升高最明显(13.2±0.29 vs6.26±0.60，p=0.00，p<0.01)，而丘脑及红核的ADC值较正常对照组略升高，但差异无统计学意义(p>0.05)。与正常对照组相比较，所测各不同灰质核团及灰质总和的FA值亦降低，且差异具有统计学意义(p<0.05)，其中尤以苍白球的FA值下降最显著(0.19±0.07 vs0.36±0.05，p=0.00，p<0.01)。⑸与预后较好组相比较，预后不良组DEACMP患者的发病年龄较高，患者急性CO中毒后昏迷时间较长，假愈期较短，患者多有心脑血管及呼吸系统等基础疾病病史，差异均有统计学意义(p<0.05)。预后不良组脑白质平均ADC值及FA值亦低于预后较好组(ADC：4.87±0.52 vs6.20±0.46，p<0.05；FA：0.41±0.05vs0.53±0.03，p<0.05)。预后不良组脑灰质区的平均ADC值较预后较好组明显增高(9.45±0.32 vs7.31±0.43，p<0.05)，而FA值较预后较好组明显下降(0.17±0.06 vs0.28±0.04，p<0.05)，差异具有统计学意义。
　　 结论：DEACMP患者脑组织损害的范围是广泛的，DTI能够反映MRI所不能观察的脑组织微观结构病理变化，DTI的扩散特征参数(ADC值、FA值)可准确反映DEACMP脑白质及灰质区微观结构病理变化的不同，量化脑组织损害的程度，为临床评估病情进展、监测治疗效果及判断预后等方面提供非常有价值的信息。