张 放 文 雯朱文卿沙 炎叶昕裴王申江

作者单位：1复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放射科　2复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科



原发性青光眼视放射损害的磁共振弥散张量成像研究

张 放 文 雯2朱文卿2沙 炎1叶昕裴1王申江

作者单位：1复旦大学附属眼耳鼻喉科医院放射科2复旦大学附属眼耳鼻喉科医院眼科

【摘要】目的：探讨磁共振弥散张量成像（DTI）技术显示不同时期青光眼视放射神经变性的价值。方法：选择原发性青光眼早、晚期及正常对照组各15例行视觉通路DTI检查。分别测量左右两侧视放射的各向异性分数（FA）、平均弥散率（MD）、平行扩散率（λ//）和垂直扩散率（ λ⊥），使用SPSS16．0统计学软件分析病变组与对照组各参数之间的差异。结果：与正常对照组比较，早期青光眼患者视放射FA值、λ//值轻度降低，MD值轻度增高，差异无统计学意义（P ＞0．05），λ⊥值显著升高（P =0．033）；晚期青光眼患者视放射FA值、λ//值显著降低（P =0．000，P =0．028），MD值、λ⊥值显著升高（P =0．043，P =0．000）。晚期青光眼较早期青光眼视放射FA值显著降低（P =0．000），λ⊥值显著升高（P=0．001），MD值升高，λ//值降低，差异无统计学意义（P ＞0．05）。结论：DTI技术可以多参数显示不同时期青光眼视放射的神经变性，并能一定程度上反映病变严重程度，FA值和λ⊥值较MD值和λ//值更能敏感地反映视放射的损害。

【关键词】原发性青光眼；扩散张量成像；视放射

中国医学计算机成像杂志，2016，22：17-21

2 国家自然科学基金青年基金（编号：81500752）

Chin Comput Med Imag，2016，22：17-21

1 Department of Radiology, Eye and ENT Hospital of Fudan University

2 Department of Ophthalmology, Eye and ENT Hospital of Fudan University

Address: No.83, Fenyang Road, Xuhui District, Shanghai 200031, P.R.C

Address Correspondence to SHA Yan （E-mail: cjr.shayan @vip.163.com）

Foundation items: 1 Shanghai Health Bureau Youth Fund Project，No.20124y097;2 The National Nature Science Foundation of China Grants. No.81500752

青光眼是世界上第二位致盲性眼病，影响着全世界7960万人的生活［1］。它是一组以视神经凹陷性萎缩和视野缺损为共同特征的神经性眼病，表现为视网膜神经节细胞的进行性丢失和视神经轴突纤维数量的减少［2］。它是一种仅受部分眼内因素影响的中枢系统变性疾病［3］，青光眼视网膜神经节细胞的凋亡可累及视神经、外侧膝状体及视觉皮层［4］，但目前这一机制在人类青光眼的研究中仍是不确定的。

磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可以通过水分子在白质结构内弥散的定量信息，包括水分子的各向异性分数（fractional anisotropy，FA）及平均弥散率（mean diffusivity， MD）等参数来评价神经纤维轴突、髓鞘结构的损伤［5］。目前已有学者将MR DTI FA值及MD值用于青光眼的诊断研究中［6-7］，但尚需进一步大样本的研究证实。为进一步深入探讨DTI对青光眼的应用价值，本研究探讨了不同临床分期的青光眼患者视放射DTI的多参数改变，旨在更好地理解青光眼神经变性的病理生理机制，为青光眼的诊断提供帮助。

方 法

1．病例资料

选择2013年6月-2014年12月我院诊断原发性青光眼早、晚期的患者各15例为病变组。其中男性22例，女性8例，年龄21～60岁，平均36．9岁。青光眼诊断由两位青光眼专家根据青光眼视神经损害独立进行，意见不统一时由第三位青光眼专家判定。青光眼视神经损害主要表现为凹陷扩大，盘沿超薄或切迹，神经纤维层缺损，或双眼杯盘比差异大于0．2。所有患者均排除先天性青光眼、眼内手术史和其他病因（如糖皮质激素诱导、外伤、虹膜睫状体炎等）导致眼内压升高，或者视神经病变（如感染、炎症、缺血性疾病等），其他影响视野的疾病（垂体病变、糖尿病性视网膜病等）、药物及其他系统性疾病引起的视野改变等。青光眼分期根据2006年Mills等［8］修订的青光眼分期标准。另选择15例年龄匹配的健康成人作为对照组，其中男8例，女7例，年龄20～58岁，平均35．1岁。检查为正常视功能者，无眼部疾病和神经系统病史。本研究经医院伦理委员会批准，所有受试者均经本人同意并签署知情同意书。

2．检查方法

设备采用德国西门子公司3T Verio超导型磁共振成像仪，12通道相控阵头颅线圈。首先使用三维预磁化快速梯度回波序列（Three Dimensional Magnetization Prepared Rapid Acquisition Gradient Echo，3D MPRAGE）T1加权成像采集全脑解剖数据。成像参数为：TR=2000ms，TE=3．03ms，FOV=256×256mm，矩阵256×256，采集次数为1，层厚1mm。然后行轴位DTI扫描，采用SE-EPI序列，覆盖整个视觉通路，b值分别取1000 s/mm2和0s/mm2， 扩散敏感梯度方向为30，TR＝8400ms，TE=86ms，FOV＝256mm×256mm，矩阵128×128，采集次数为1，层厚2mm，扫描时间4分47秒。轴位平行于视神经走形扫描，嘱患者扫描过程中控制眼球转动。

3．图像分析

DTI原始数据经Siemens自带软件functool处理后，获得彩色编码张量FA图、ADC图、b0图等。彩色编码张量FA图设定为前→后方向为绿色、左→右为红色，上→下为蓝色。将感兴趣区（region of interest， ROI）放于侧脑室三角区层面视放射（图1），左右两侧分别设定3个ROI，每个ROI大小约为直径3mm的圆形，选择ROI时尽量避免部分容积效应，获得每个ROI的FA值，MD值，λ1值，λ2值及λ3值，并通过公式（1，2）计算获得λ//值及λ⊥值，然后取其平均值。测量采用双盲法原则，由两位高年资的放射科医师在不知道性别、年龄及分组情况下对正常组及病变组进行测量，测量值取两次测量的平均值。

4．统计学分析

采用SPSS 16．0软件进行统计学分析。采用单因素方差分析（ANOVA）比较早期、晚期青光眼及对照组之间FA值，MD值，λ//及λ⊥的差异；最小显著差法（Least-Signigicance-Difference Method， LSD）进行两两比较。数据以均值x±SD表示，以P ＜0．05作为有统计学意义标准。

结 果

所有青光眼患者和正常对照组DTI扫描均获得清晰的视放射后处理图像，无明显伪影。早期、晚期青光眼及正常对照组年龄无统计学差异，视放射的FA值、MD值、λ//和λ⊥值见表1。

早期、晚期青光眼与对照组之视放射的FA值和λ⊥值有显著性差异，MD值及λ//值无显著性差异（表1）。与正常对照组比较，早期青光眼患者视放射FA值、λ//值轻度降低，MD值轻度增高，差异无统计学意义，λ⊥值显著升高；晚期青光眼患者视放射FA值、λ//值显著降低，MD值、λ⊥值显著升高。晚期青光眼较早期青光眼视放射FA值显著降低，λ⊥值显著升高，MD值升高，λ//值降低，差异无统计学意义。详见表2。

图1 视放射的感兴趣区，A～F分别为FA图，MD图，b0图，λ1图，λ2图及λ3图。测得的平均FA，MD，λ//，λ⊥值分别为0．614×10-3，0．810×10-3mm2/s，1．46×10-3，0．487×10-3。

表1 病变组与对照组视放射DTI参数值比较（± s ）

表1 病变组与对照组视放射DTI参数值比较（± s ）

FA（×10-3）　MD（10-3mm2/s）　　λ//（×10-3）　　λ⊥（×10-3）正常对照组　0．624±0．36　0．812±0．36　1．479±0．98　0．482±0．4早期青光眼　0．619±0．27　0．816±0．25　1．432±0．97　0．511±0．18晚期青光眼　0．538±0．34　0．838±0．4　1．401±0．85　0．557±0．4 F值　27．063　2．516　2．628　16．176 P值　0．000　0．093　0．084　0．000

讨 论

青光眼是以视网膜神经节细胞凋亡和视神经纤维层缺失为特征的神经变性疾病。近年来研究表明青光眼视网膜神经节细胞的凋亡可累及视神经、外侧膝状体及视觉皮层，但这种神经变性的机制仍是不确定的，有研究提出视网膜神经节细胞凋亡的一个可能的机制是视放射的缺血损伤［9］，因此了解青光眼视觉通路的微观改变非常重要。传统的MRI不能准确地评价发生不可逆性的结构损伤之前的病理生理改变。DTI是目前唯一能够在活体无创性研究脑白质纤维连续性及完整性的影像学检查技术，因此本研究探讨了DTI技术在原发性青光眼视放射中的应用价值。

DTI技术利用组织中水分子扩散运动存在各向异性的原理，使用多个方向的扩散梯度，分别采集数据，通过计算得到体素内各向异性扩散指标。当视放射白质纤维发生病变时，由于髓鞘脱失、崩解和组织含水量的增加，髓鞘对水分子扩散的限制作用减低，因此其各向异性程度明显降低，表现为与正常视放射纤维相比其FA值下降，MD增高，从而可以间接反映视放射纤维组织的完整性和病理改变。本研究结果表明，从正常对照组到晚期青光眼，视放射的FA值有逐渐下降的趋势，MD值有逐渐升高的趋势，这与以往的研究结果大致相仿［6-7］。但本研究中FA值有统计学差异，而MD值无统计学差异，这可能与本研究中λ//值降低，λ⊥值升高，使得MD值互相抵消了有关。而Garaci等［10］的研究结果也表明，FA值的降低比MD值的升高能更可靠地反映视放射的损害。本研究的结果也证实了以往的理论，认为FA值反映了白质纤维束的方向性和完整性，比反映水分子弥散大小的MD值更能敏感地评价神经组织的变性［11-12］。

以往的研究表明FA值与病变的严重程度呈负相关，而MD值与病变的严重程度呈正相关，认为FA值与MD值可以作为反映青光眼严重程度的指标［7，10］。本研究中尽管从正常对照组到晚期青光眼，FA值和MD值的变化趋势与文献报道结果相同，但早期青光眼与正常对照组FA值、MD值均无显著性差异，这可能与本研究中早期青光眼患者的病变程度相对较轻有关，但对于DTI技术能否准确反映早期青光眼视放射的损害，达到早期诊断的目的，可能还需要进一步大样本的研究来证实。

本研究中还探讨了λ//和λ⊥在反映视放射损害中的价值。λ//和λ⊥值分别反映神经纤维平行方向和垂直方向的水分子扩散状态。Hui等［13］在大鼠青光眼模型DTI检查中发现大鼠视神经λ⊥值明显升高，而λ//值变化不明显，其组织病理学基础是由于轴突密度降低所致。同样，xu等［14］研究自身免疫性脑脊髓炎大鼠模型发现λ//值降低和λ⊥值明显升高。本研究结果也表明从正常对照组到晚期青光眼，视放射的λ⊥值显著增高，而λ//值降低，但无统计学意义。这些结果都表明了λ⊥值较λ//值更能敏感地反映视放射的病理改变，这可能与轴突密度和脱髓鞘是影响垂直视神经方向水分子扩散变化的主要因素有关［15］。

综上所述，DTI技术可以通过多参数反映青光眼视放射的神经变性，并能在一定程度上反映病变的严重程度，FA值及λ⊥值较MD值及λ//值更能敏感地反映视放射微观结构的改变。

参 考 文 献

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［4］梁雯雯，张雪林，江晓勇，等.原发性青光眼患者双侧视放射及视皮质的磁化传递成像.中华放射学杂志，2012，46：485-488.

［5］倪建明，张追阳，张威江.正常脑老化过程中脑组织弥散各向异性的变化规律研究.中国医学计算机成像杂志，2013，19：307-311.

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Application of MR Diffusion Tensor Imaging in Primary Glaucoma Patients with Optic Radiation Damage

ZHANG Fang1, WEN Wen2, ZHU Wen-qing2, SHA Yan1, YE Xin-pei1, WANG Shen-jiang1

【Abstract】Purpose: To study the value of MR diffusion tensor imaging （DTI） in evaluating the neurodegenerative changes of optic radiations in primary glaucoma patients. Methods: Fifteen early glaucoma patients, 15 severe glaucoma patients, and 15 normal volunteers were enrolled．All subjects were undergone conventional MRI and DTI on a Siemens Verio 3T scanner. Fractional anisotropy （FA），mean diffusivity （MD），axial diffusivities （λ//） and radial diffusivities （λ⊥） were measured in optic radiation area, and then the difference between patients group and control group was analyzed by using the statistical software of SPSS 16.0. Results: Compared with control group, the values of FA and λ// in early glaucoma weres lightly decreased, and that of MD weres lightly increased, which was with no statistical significant difference （P＞0.05）. While the value of λ⊥ was significantly higher than that in control group （P=0.033）. In severe glaucoma, the values of FA and λ// were decreased obviously （P=0.000, P=0.028）, and the values of MD and λ⊥were increased significantly （P=0.043, P=0.000） than those in control group. Compared with early glaucoma, the value of FA in severe glaucoma was obviously decreased （P=0.000）, and that of λ⊥was significantlybook=23,ebook=23increased （P=0.001）. While the value of MD was slightly increased, that of λ// was slightly decreased, and no statistical significant difference could be found （P＞0.05）. Conclusions: DTI can detect the neurodegenerative abnormality of optic radiations in patients with different stages glaucoma and reflect the severity of damage in a certain extent. The values of FA and λ⊥ are more sensitive than those of MD and λ// for the assessment of optic radiation damage.

【Key words】Primary glaucoma; Diffusion tensor imaging; Optic radiation

收稿时间:（2015.08.13;修回时间：2015.10.29）

基金项目：1 2012年上海市卫生局青年基金项目，项目编号：20124y097

通信作者：沙炎（电子邮箱：cjr.shayan @vip.163.com）

通信地址：上海市徐汇区汾阳路83号，上海200031

中图分类号：R445.2

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-01-0017-05