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编号:10264037
正常人脑髓鞘生长发育的MRI评价
http://www.100md.com 《中国医学影像技术》 2000年第6期
     作者:金保良 杨岳松

    单位:上海市第一人民医院放射科,上海 200080

    关键词:

    中国医学影像技术000635[中图分类号] R445.2 [文献标识码] A

    [文章编号] 1003-3289(2000)06-0493-02

    在人脑的正常发育中,髓鞘形成具有很重要的地位,髓鞘的发育成熟标志着人大脑的生长发育完成。了解正常人脑的髓鞘生长发育和成熟过程,对新生儿缺氧缺血性脑病的早期诊断和治疗可提供更多的依据。MRI具有多种成像技术选择,作为目前唯一能在活体内显示髓鞘的无创性影像学方法,与CT、US相比,能更清楚区分脑白质、灰质和深部灰质,便于分析不同年龄的人脑髓鞘生长发育过程。本文就正常人脑髓鞘的生长发育MRI评价现状综述如下。
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    1 正常人脑髓鞘的生长发育

    髓鞘发育始于胎儿期第5个月颅神经的形成,并贯穿于生命中。其形成具有规律性,开始于脑干,延伸至小脑及大脑。总的特点为从中央至外周,从深部到浅部,从背侧到腹侧。髓鞘的形成有助于丘脑及大脑皮质感觉功能的完善。在出生时,脑干、中间纵行束、外侧丘系、中间丘系和小脑脚上下方等传导前庭如听触觉等本体感受器的髓鞘先形成;大脑的膝状体、距状裂周围、中央后回及中央前回(本体感觉)髓鞘形成也较早,而顶后壁及前面区域调节运动感觉的则髓鞘形成较晚,如视放射的髓鞘于孕38~39周形成,孕47周左右成熟,外囊在孕65周左右成熟,内囊在孕38周髓鞘形成,孕52周成熟,而对于胼胝体,压部髓鞘成熟为53周,体部为60周,嘴部为70周左右,且不成熟髓鞘比成熟髓鞘出现早20周左右。

    2 髓鞘生长发育的MRI评价方法

    2.1 常用的MRI成像技术有常规SE序列(自旋回波)和IR序列(反转回复),均可获得T1WI、PD&T2WI。也有采用FLAIR(液体衰减反转回复)用于髓鞘生长评估的报道。IR序列获得的T1WI图像使灰白质的对比更为强烈,理论上较SE T1W图像观察髓鞘要好,但许多文献认为效果接近。FLAIR在观测髓鞘发育障碍及评估中十分有用,但由于成像时间较长,故不作为评估髓鞘发育的常规方法。对于新生儿及4个月以下婴儿尚可运用心电门控来减少血管搏动伪影,用镇静剂及头部固定设备来抑制儿童头部的不自觉运动,以提高图像质量。
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    2.2 快速成像技术 由于单激发快速自旋回波和EPI技术在中高场成像仪的广泛应用,采用快速成像技术用于脑髓鞘生长发育的研究日益增多。其所获图像类似常规SE的T1WI、PD&T2WI,而每序列成像时间显著缩短(以秒计)。

    2.3 弥散加权成像(DWI) 采用DWI用于脑髓鞘生长发育的评价是近年来新生儿脑研究的热点之一。目前多采用EPI技术进行弥散加权成像,如模量消除回波平面单脉冲技术(modulus blipped echo-planar single pulse technique;MBE-ST)。其弥散敏感性通过在梯度快速切换和数据采集前加上一对很强的补偿梯度得到,相位重聚通过简单反转梯度回波的极性或给予一个180度射频脉冲来完成。采用EPI进行DWI最大优点是图像运动伪影少和所测弥散系数精确性高。由于采集时间很短(<100ms),可以得到多幅不同弥散敏感性的图像,弥散系数可通过拟合所有图像数据而获得。
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    3 髓鞘构成及其生长发育的MRI表现

    3.1 髓鞘的化学构成 主要为脂质及大量蛋白质。其化学结构和细胞膜结构一样,由两层膜组成(称为脂质双层),外层胆固醇约占50%,余下部分是大量糖脂;内层主要为磷脂所组成。

    3.2 T1WI 在T1加权图像上无髓鞘化的白质呈低信号,有髓鞘形成者表现为高信号,这主要是由于在生后6~8个月内,髓鞘的糖脂及胆固醇含量成比例增加。胆固醇及糖脂使水的T1弛豫时间缩短,髓鞘脂质双层的蛋白质成份使细胞浆间质和细胞外表面水分子酸化,亦能造成水的T1弛豫时间缩短,从而使髓鞘呈现为高信号改变。

    在T1加权图像上髓鞘生长发育按月龄表现如下:出生时小脑脚交叉上方、丘脑腹外侧及内囊后肢、小脑脚上下方和桥脑背侧为高信号,自桥脑背侧开始高信号沿着皮质脊髓束一直可延伸到大脑脚及半卵圆中心;1个月时小脑深部白质、视神经、视传导束,视放射及大脑皮层前后回髓鞘呈高信号:2~3个月时内囊前肢、距状裂周围的枕叶白质和小脑深部白质的髓鞘信号进一步增加呈树枝状改变;3个月时小脑髓鞘发育成熟,大脑传导束呈高信号;4个月时胼胝体压部呈高信号;6个月时胼胝体膝部呈高信号;6~7个月时枕叶皮层下白质呈高信号,高信号呈树枝状向半卵圆中心扩散;8~11个月时额叶白质呈高信号。
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    3.3 T2WI T2加权图像上无髓鞘白质呈高信号,而成熟髓鞘信号出现衰减,这与髓鞘形成时大脑内水含量的降低有关。在生后两年中脑组织的水含量持续减少,出生时水分占90%,到6个月则下降为82%左右。髓鞘内层磷脂疏水性增加导致自由水分子的减少,使T2弛豫时间缩短,致信号变低。

    尽管T1WI和T2WI均可用于髓鞘生长发育的评价,目前多数文献认为生后6~8个月内采用T1WI较好,而在出生6个月之后以T2WI评价为佳。生后6~8月大多数深部白质传导束髓鞘形成,内囊从后到前获得髓鞘,7个月时达内囊后肢前份,11个月时到内囊前肢;胼胝体压部髓鞘在6个月时发育成熟,8个月时膝部髓鞘发育成熟;9~12个月枕叶到额叶成熟髓鞘呈树枝状模式向半卵圆中心扩散,在18个月时额叶白质髓鞘生长发育结束。

    3.4 DWI 弥散加权成像首先由Le Bihan等应用于神经疾病的诊断,近年来发现在评估人脑髓鞘的生长发育过程中也具有很高价值。Mosely等首先在猫脑白质中发现水分子的各向异性弥散现象,并证明白质中水分子弥散所造成的信号降低主要取决于神经纤维的走行和弥散敏感梯度的施加方向。Chenevert等人的研究表明人脑白质也具有各向异性弥散,并认为其形成是由于髓鞘被膜造成水分子弥散受限所致。
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    水分子弥散程度可以用表观弥散系数(ADC)和弥散张量(diffusion tensor)进行测定,理论上后者定量更为精确,目前以ADC值测量应用较为普遍。髓鞘两层脂质中水的通透性比轴突浆膜的通透性要小10~50倍,而ADC又主要取决于屏障的通透性,因此可以预料到只要未髓鞘化的轴突敷上一层髓鞘,其ADC值便会大大降低。当弥散敏感梯度方向垂直于神经纤维方向时(此时测得的ADC称为ADC90),水分子的随机运动受髓鞘的影响而被限制,ADC90基本不变或仅轻度衰减,DWI上示信号未见衰减,呈较高信号;而当弥散敏感梯度平行于神经纤维方向(此时测得的ADC称为ADC0),水分子的随机运动没有受限制,ADC0衰减明显,DWI上示信号的巨大衰减,呈较低信号。另外髓鞘生长发育成熟的程度、髓鞘面积的大小及通透性均影响ADC值。

    脑组织中的水含量也是影响ADC值的一个重要因素。有作者分别测量新生儿期(1个月内)、婴儿(<6月)及幼儿组(>6月)额叶、枕叶中的GM/WM(灰白质信号强度比值)和ADC90/ADC0(各向异性比率),并与年龄绘成曲线,结果发现:在1~6月枕叶白质GM/WM比值表现为由高到低快速衰减,而在额叶中则基本没有衰减,6个月之后均保持稳定。新生儿和婴儿组ADC90/ADC0比值在视放射比较无显著差异,在新生儿组,额叶白质的比率较枕叶的要高,1个月后额叶白质的比率快速衰减,而与枕叶的比率相当。上述结果表明枕叶白质的髓鞘生长发育要早于额叶。
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    还有作者通过测量脑白质中的ADC值,并且绘制成ADC标记图。在ADC图上,亮区表示沿着白质纤维方向的快速弥散,暗区则表示垂直于白质纤维方向的慢速弥散。在髓鞘未形成前,胼胝体及视放射为暗区,形成后则为亮区。通过测量不同部位的ADC值并标记在ADC图上,可以显示未成熟髓鞘束及其范围,而且可以把不同时间成熟的髓鞘采用伪彩色编码予以区别标记,这样获得的髓鞘发育信息将更加完善。动物试验表明采用弥散加权成像还可以判断髓鞘化前的白质发育情况。

    4 MRI髓鞘生长发育评价方法的比较

    4.1 T1WI与T2WI技术的比较 有资料表明T1WI髓鞘信号增高比T2WI上信号降低出现得早。例如对胼低体髓鞘形成的观测,T1WI显示比T2WI早2个月,在半卵圆中心区域的髓鞘形成T1WI显示比T2WI早6~10个月,但是T1WI髓鞘信号比T2WI出现早的原因并不清楚,有人认为可能是由于髓鞘组成成分的不同,或者是髓鞘发育的成熟程度的不同造成了白质信号强度的变化。在生后6个月内,T2WI上髓鞘形成部位的信号降低变化十分缓慢;而6个月之后,髓鞘的各组成物的比例基本稳定,脑组织水含量的减少仍在继续,因而此时T2WI上髓鞘发育信号强度的改变可以较容易观察到。
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    4.2 T1WI与DWI的比较 有作者通过各年龄段的胼胝体、额枕叶白质、视放射、内囊和外囊进行T1WI及DWI比较发现:在出生时新生儿视放射便已经具有各向异性弥散,而1个月以后T1W上视放射信号强度才变高;在额叶白质一个月以后已出现各向异性弥散,而6个月以后T1W上额叶白质信号强度才变高;在胼胝体膝部及外囊亦有相似发现。因此在评价脑髓鞘生长发育过程中,各向异性弥散改变出现得最早,但全面评价尚须结合常规T1WI和T2WI技术。

    作者简介:金保良(1973—),男,上海人,学士,住院医师。

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    (收稿日期:1999-11-14), http://www.100md.com