中华耳科学杂志,年16卷5期弥散张量成像在感音神经性聋患者
中枢听觉成像中应用的研究进展
毛弈韬王菁赵璐晴伍伟景廖伟华
感音神经性耳聋（sensorineuralhearingloss，SNHL）是指发生病变的部位位于耳蜗及其之后的听觉通路，不同于外耳道或者中耳病变所引起的传导性聋，相当一部分感音神经性聋往往是永久性的且较难逆转[1]。影像学是进行这方面研究的重要手段，对于感音神经性耳聋患者的影像学评估通常包括高分辨率CT（HRCT）颞骨成像和磁共振内耳水成像，结合这两种成像技术足够评估中耳、内耳解剖上的异常及听神经的完整性，但对于耳蜗核及以上的中枢听觉通路的功能评估却难以提供有效的信息[2]。随着磁共振技术的发展，越来越多的新技术得以开发出来。磁共振弥散张量成像（DiffusionTensorImaging，DTI）是上世纪90年代发展起来的一种基于体内水分子弥散特性的磁共振成像方法[3]，可以在中枢神经系统追踪神经纤维束的走行，并对反应弥散特征的指标进行测量，借以评估神经通路的完整性，在一些神经相关性疾病的研究与探索中正发挥着越来越重要的作用。听觉剥夺对中枢听觉系统神经纤维连接结构完整性会产生负性影响，本文就DTI技术在感音神经性聋患者中枢听觉成像中的研究应用作一综述。
1DTI成像技术基本原理
人体组织内的水分子在不断进行着弥散运动，这也是自然界中一种最基本的物理现象。体内水分子的弥散运动受到其所处的组织结构环境、细胞生理状态等因素的影响。对于一些有序且规则排列的组织结构（如神经纤维束），水分子往往倾向于沿着某一特定方向（如神经纤维束的走行方向）进行弥散。简单地说，DTI成像即是利用特定组织内水分子的这一弥散特点对神经纤维束的走行进行追踪。DTI本质上是弥散加权成像（Diffusion-weightedimaging，DWI）的一种改进和提升[4,5]。在DWI成像中，弥散速度越快的水分子，其信号丢失得越多，而弥散速度越慢的水分子（即弥散受限的水分子），其信号保留得越多，从而表现出相对高信号。对于DWI，表观弥散系数（ApparentDiffusionCoefficient，ADC）是描述弥散特征的指标，它直观地反应了弥散受限的程度，其值越大，表明其弥散越不受限。DTI在DWI成像的基础上增加了有限个弥散梯度磁场施加方向（至少6个方向），通过计算这些方向上的弥散快慢（λ值），构建出一个三维弥散方向矢量图，通过这个矢量图可以拟合出一个三维椭球体，而这个椭球体的最大长径即是弥散的主轴方向（即弥散发生的最主要方向，图1）[6]。由此可得出弥散张量的几个重要参数[7]（图2）：1.各向异性分数（Fractionalanisotropy，FA），FA反映的是弥散各向异性的程度，其取值从0到1，越接近于0，表明弥散矢量图拟合的椭球体越“短胖”，即越接近于球形。而其值越接近于1，则表明该椭球体越“瘦长”。可以直观地认为，FA值越大，说明该区域的水分子弥散越具有趋同性。2.轴向弥散度（Axialdiffusivity，AD）和径向弥散度（Radialdiffusivity，RD），AD和RD分别反映的是平行和垂直于主轴方向的弥散程度。3.平均弥散度（Meandiffusivity，MD），MD反映某个弥散张量在各个方向上的平均弥散程度。对于DTI中的每一个体素都可以计算出其弥散张量（即三维弥散矢量图），从而得到椭球体的主轴方向。进行纤维束追踪有两种方法：确定性示踪法即是连接每一个相邻体素中的这些主轴方向得到神经纤维束示踪图（图3）；而概率性示踪法则将主轴方向作为一个方向概率，在这一方向邻近处仍可能存在某些其它方向，将所有这些概率方向进行连接，而实际通过两个体素之间的连接数目在所有连接中的占比即是两个体素间的连接概率。这便是对弥散张量成像基本原理的简要概述。对于听力损失者，现有证据表明中枢听觉通路上多数区域存在微观生理结构的改变，进而影响局部水分子的弥散特征，这可以从DTI的弥散指标上反映出来[8-14]。中枢神经系统内的神经纤维粗细、密度、走行方向、神经纤维的髓鞘化程度，周边神经胶质细胞的密度及其与神经元的紧邻程度是构成水分子扩散各向异性的生理结构基础，当有病变累及神经纤维或其髓鞘，局部结构完整性遭到破坏，则局部FA值下降，而此时的AD、RD及MD值不一定下降甚至有所升高。而在损伤修复阶段或神经纤维发育及重塑阶段，由于局部的微观生理结构趋于有序，FA值一般逐渐升高，AD可有一定程度增高，RD和MD一般有所下降。但需要注意的是，在某些神经结构十分成熟完整且无病变的白质区域，其FA值也是较低的，这往往是因为局部的神经纤维走行存在多个不同方向，而DTI扫描的空间分辨率无法区分这些纤维位置的细微差别，致使不同方向的纤维束彼此间带来的各向异性效应相互抵消[12]，此时的AD值和RD值较为接近，而MD值也相对较低。因此，这些指标难以准确映射到具体的临床意义上，在用这些指标作出临床解释时需要结合其代表的生理意义综合考虑。
2听觉通路上的感兴趣区
中枢听觉系统由脑干及其以上与听觉相关的中枢神经系统组成，包括位于这条神经通路上的不同层级和部位的神经核团以及这些核团之间的纤维连接。这些核团由下至上分别为耳蜗核（cochlearnuclei，CN）、上橄榄复合体（superiorolivary