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擴散張量影像Diffusion Tensor Imaging(DTI)於腦中風的應用

作者:陳凱峰 

核磁共振為腦中風重要的診斷工具,其中擴散成像( diffusion imaging)利用水分子於人體來平均擴散速度於病理狀態下的局部改變,更廣泛的應用於急性腦梗塞的診斷。擴散加權成像(diffusion weight imaging, DWI)能夠區分2-3小時內發生的腦梗塞的壞死區域,甚至有報導可偵測10分鐘內的腦梗塞。目前擴散成像( diffusion imaging) 中特殊成像序列(imaging sequence)-擴散張量攝影(diffusion tensor imaging, DTI), 提供了可量化的腦部微結構(microstructure)以及神經束評估,提供我們傳統DWI以外的資訊1。

DTI是什麼?
原理為水分子在體內以三維方向自由擴散,水分子擴散的方向會受周圍組織的滲透性,神經軸突方向,甚至細胞內微小管的解聚(microtubule depolymerization)影響。故由觀察水分子之非等向性anisotropy- 水分子是否以單一方向擴散-可以此推測神經白質之微結構是否有變化。FA(非等向性指標, fractional anisotropy)為DTI常用的指標,作為代表水分子擴散張量之大小及水分子擴散之方向性。FA的數值為0~1之間,數值越大越表此部分水分子越以單一方向擴散,臨床上可能代表神經纖維密度(fiber density)或髓鞘化(myelination)的程度,例如脊髓液(cerebrospinal fluid)比較沒有影響擴散方向的因子, 數值接近0;而胼胝體 (corpus callosum)神經走向方向集中, 其數值比較接近1。我們可以區域分析(region of interest)、以體素測量(voxel based morphometry)或神經纖維追蹤(tractograhpy)等方法得到FA等數值, 從而可量化白質微結構的變化1。

腦梗塞在DTI的表現
DTI在動物實驗以及人類腦梗塞實驗中, FA會在急性(<24小時)以及亞急性期(3-5天)上升-可能是因為細胞水腫(cytotoxic edema)致水分子無法自由四處擴散, 增加了非等向性的結果。跟DWI不同, FA在後亞急性至慢性期因為細胞結構被破壞會持續慢慢下降, 甚至持續至腦梗塞6個後2。

DTI於腦中風的應用
目前DTI主要用於對預後的評估, 包括運動以及認知功能。其中運動功能是以評估corticospinal tract(CST)的完整性為主, 發現急性期MRI(3-30天,不同研究MRI時機不同)之FA ratio(即患側跟對側CST的FA比值)跟6個月的預後正相關-即FA值下降越少, 預後(mRS, Barthel index)越好3。Rosalia et al.比右腦中風跟健康受試者的DTI,發現右腦中風患者的認知功能(MMSE, 前額葉功能,精神運動速度等)恢復較差者除了右大腦FA較小以外,在左大腦多處區域之FA均有下降的情況;而認知功能恢復較好的患者則只有左大腦內囊膝(genu of internal capsule)的FA有下降4。

結語
雖然DTI目前多用於研究上,但其提供腦中風影像學上可量化之評估以及預測預後之優勢, 可作為日後新的治療、復健效果以及機制評估非常重要的工具。

Ref

  1. Le Bihan D, Mangin JF, Poupon C, et al. Diffusion tensor imaging: concepts and applications. J Magn Reson Imaging. Apr 2001;13(4):534-546.
  2. Sotak CH. The role of diffusion tensor imaging in the evaluation of ischemic brain injury - a review. NMRBiomed. 2002 Nov-Dec;15(7-8):561-9.
  3. Jang SH. Prediction of motor outcome for hemiparetic stroke patients using diffusion tensor imaging: A review. NeuroRehabilitation. 2010;27(4):367-72.
  4. Dacosta-Aguayo R, Graña M, Fernández-Andújar M, et al. Structural integrity of the contralesional hemisphere predicts cognitive impairment in ischemic stroke at three months. PLoS One. 2014 Jan 24; 9(1): e86119

 

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