急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束早期变化及其影响的影像研究

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研究背景:
  我国是卒中大国,随着我国人口老龄化的发展,脑卒中的发病率居高不下,2013年我国流行病学调查显示,脑卒中年龄标化发病率为345.1/10万,是全球卒中发生率最高的国家之一[1]。脑卒中具有致残率高、死亡率高的特点[2]。脑卒中发生后,只有20-30%的患者生活可以自理,其中运动功能损伤是缺血性卒中后最常见神经功能障碍,可导致患者严重残疾和生活质量低下[3]。脑卒中后运动功能的恢复直接影响到患者的生活质量,早期预测脑卒中后运动功能损伤程度有助于制定针对性的康复治疗方案,对于患者的运动功能康复有着重大意义,因此如何在缺血性卒中早期判断患者远期运动功能恢复是脑血管疾病的研究热点之一[4-6]。
  皮质脊髓束(corticospinal tract, CST)是最重要的连接皮层运动区和脊髓神经元的下行运动传导纤维[7]。既往病理研究表明脑梗死后除病灶区域外,病灶下游远端神经纤维区域也会出现继发性损伤、变性[8]。其中皮质脊髓束的损伤和患者远期运动功能恢复密切相关[9-11]。这种纤维束的延迟变性解体一般被认为是由于华勒变性(wallerian degeneration, WD)引起[8,12]。WD是指神经元细胞体或近段轴突损伤后,其远端轴突及所属髓鞘发生变性、崩解和被吞噬的过程,WD是一种常见的病理过程,既可发生在周围神经,也可累及中枢神经系统。在运动通路受损的脑卒中患者,皮质脊髓束WD是一种常见现象[13]。早期发现WD并定量评估其对神经功能的影响,有助于指导相关神经保护用药,对防止运动功能损伤和促进功能恢复提供可能的帮助。
  磁共振(Magnetic Resonance Imaging, MRI)作为一种无创的检查手段,已成为中枢神经系统疾病最重要的检查方法之一。Sawlani等[14]发现有WD征象的患者,其相应的皮质脊髓束于损伤后1个月T2WI表现为低信号、4个月后转为高信号。然而,常规MRI序列虽可显示WD改变,但对早期WD的检测敏感度较低,且难以量化WD的严重程度[15]。因此,有必要寻找一种具有较高敏感度和特异度,且能定量监测WD的成像手段。弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是一种可以在活体内无创伤地显示脑白质神经纤维的走向,提供关于细胞完整性和病理变化的定量信息的磁共振成像技术[16-18]。在中枢神经系统,走行方向高度一致的脑白质纤维束的水分子扩散具有各向异性,表现为沿神经纤维走行方向的水分子扩散速度明显快于垂直方向,原因是轴突膜和髓鞘阻碍水分子在垂直于神经纤维走向上的扩散[19,20]。因此,任何能改变神经元大小、细胞外间隙和组织完整性的病理过程均可引起组织的扩散变化。根据DTI影像重建得到的各向分数异性(fractional anisotropy, FA)可以反映组织内水分子扩散的方向性,从而间接反映脑白质纤维微结构的完整性。
  既往研究提示病灶下游皮质脊髓束在大脑脚处FA值下降提示皮质脊髓束纤维的WD变性,并可以预测急性缺血性卒中患者远期运动功能不良,但这些研究大多针对于亚急性期和慢性期患者[9,12,21,22]。此前观点认为大脑脚处皮质脊髓束FA值变化变化只有在脑卒中晚期才能检测出来,在急性期可能因变化太小而无法检测及量化,因而认为FA值并不是一个反映WD变性的早期有效指标,没有临床预测价值[23]。近期一项研究改进了检测方法后发现,当感兴趣区(region of interest, ROI)非常接近梗死病灶时,可在卒中后3天左右即发现FA值的下降,而把ROI选取在离病灶更远的位置时(例如:在大脑脚)就不能检测到FA值的下降[24]。提示FA可能也可以作为一种早期反映纤维变性的影像学指标。然而,在缺血性卒中急性期,这种FA值的改变是否真的反映纤维变性,及其是否对预后有预测价值,目前尚不清楚。
  鉴于此,本研究旨在:(1)利用DTI探索急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化规律;(2)急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化规律与近期和远期神经功能的关系;(3)急性期病灶下游皮质脊髓束纤维变化的影响因素,为后续的临床干预研究提供理论指导和实践依据。
  第一部分急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化规律研究
  研究目的:
  明确急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束(CST)纤维早期变化规律。
  研究方法:
  回顾性分析我中心在2016年6月至2019年9月期间前瞻性收集的接受再灌注治疗的急性缺血性卒中患者的影像学资料。所有患者均为首次发病、单侧病灶、且基线均有不同程度的运动功能障碍。完成24小时多模式MRI检查及3天、7天DTI检查。利用DTI重建得到FA图,利用ITK-SNAP软件依次测量患侧病灶下游CST纤维连续5层(5 slices)的FA值,以定量评估CST纤维微结构的完整性。同时测量健侧CST纤维相应层面的FA值。采用配对t检验分别比较不同层面患侧和健侧FA值。
  研究结果:
  共76例患者纳入分析,平均年龄68.0±11.7岁,女性30(39.4%)例,起病3天时,病灶下游不同层面CST纤维患侧与健侧FA值比较结果分别为:第一层(患侧0.6022±0.0902vs健侧0.7039±0.0524,P<0.001,较健侧下降14.4%);第二层:(患侧0.6588±0.0751vs健侧0.7184±0.0453,P<0.001,较健侧下降8.3%);第三层:(患侧0.7137±0.0683vs健侧0.7209±0.0452,P=0.132);第四层:(患侧0.7247±0.0591vs健侧0.7305±0.0492,P=0.200);第五层:(患侧0.7302±0.0518vs健侧0.7352±0.0471,P=0.368)。起病7天时,病灶下游不同层面CST纤维患侧与健侧FA值比较结果分别为:第一层:(患侧0.5675±0.0571vs健侧0.7040±0.0535,P<0.001,较健侧下降19.3%);第二层:(患侧0.6125±0.0952vs健侧0.7181±0.0439,P<0.001,较健侧下降14.7%);第三层:(患侧0.6604±0.0724vs健侧0.7250±0.0465,P<0.001,较健侧下降8.9%);第四层:(患侧0.7017±0.0646vs健侧0.7315±0.0504,P<0.001,较健侧下降4.1%);第五层:(患侧0.7375±0.0468vs健侧0.7436±0.0508,P=0.146)。3天时,患侧和健侧CST的FA值差异仅累及到病灶下游第二层;而7天时,这种差异累及至病灶下游第四层。
  研究结论:
  急性缺血性卒中患者早期皮质脊髓束的纤维变性过程具有时间依赖性和距离依赖性的特点,即距离病灶最近处纤维完整性破坏最严重,随着距离增加而逐渐变小;且随着时间推移由近及远逐渐加重。
  第二部分急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化对预后的影响
  研究目的:
  旨在明确急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束(CST)纤维早期变化对神经功能结局的影响。
  研究方法:
  回顾性分析我中心在2016年6月至2019年9月期间前瞻性收集的接受再灌注治疗的急性缺血性卒中患者的临床资料。所有患者均为首次发病、单侧病灶、且基线均有不同程度的运动功能障碍。完成24小时多模式MRI检查及3天、7天DTI检查。基于DTI重建得到FA图,依次测量患侧病灶下游CST纤维连续5层(5 slices)的FA值,同时测量健侧CST纤维相应层面的FA值;分别计算每一层患侧和健侧CST间FA比值(ratio of fractional anisotropy, rFA),计算公式=患侧FA/健侧FA,以及患侧3-7天FA的差值(ΔFA)。早期神经功能改善(Early neurological improvement, ENI)定义为:7天mNIHSS(Motion related National Institutes of Health Stroke Scale)评分较24小时评分改善≥2分;或一周mNIHSS评分已为0分。远期神经功能评价采用改良Rankin评分(mRS),3月mRS≥2定义为预后不良。分析不同神经功能结局组间,下游CST纤维5slicesFA值、rFA和ΔFA值的差异,二元Logistic回归分析神经功能结局的预测因素。
  研究结果:
  最终纳入分析75例患者,平均年龄68.0±11.7岁,女性30(40.0%)例,基线mNIHSS为6(IQR 2-8)分,发生ENI患者47(62.7%)例,3月预后不良患者32(42.6%)例。校正基线mNIHSS、糖尿病病史、24小时梗死体积后,二元Logistic回归分析显示:3天时,患侧FAslice-1值(OR1.117,95%CI1.037-1.024,P=0.004)和rFAslice-1(OR1.078,95%CI1.018-1.141,P=0.010);患侧FAslice-2值(OR1.086,95%CI1.006-1.173,P=0.035)是ENI的独立预测因素。7天时,患侧FAslice-1值(OR1.189,95%CI1.077-1.313,P=0.001)和rFAslice-1(OR1.113,95%CI1.044-1.187,P=0.001);患侧FAslice-2值(OR1.134,95%CI1.045-1.230,P=0.002)和rFAslice-2(OR1.101,95%CI1.033-1.174,P=0.003);患侧FAslice-3值(OR1.132,95%CI1.034-1.240,P=0.007)和rFAslice-3(OR1.139,95%CI1.042-1.244,P=0.004);患侧FAslice-4值(OR1.127,95%CI1.021-1.243,P=0.017)和rFAslice-4(OR1.212,95%CI1.054-1.392,P=0.007);rFAslice-5(OR1.342,95%CI1.049-1.716,P=0.019)是ENI的独立预测因素。3-7天FA值变化,ΔFAslice-1(OR0.814,95%CI0.705-0.936,P=0.004);ΔFAslice-2(OR0.812,95%CI0.671-0.959,P=0.015);ΔFAslice-3(OR0.802,95%CI0.667-0.994,P=0.043)也是ENI的独立预测因素。
  校正年龄、性别、基线mNIHSS、糖尿病病史、基线收缩压、基线血糖、脑白质Fazakes评分、出血转化、24小时梗死体积后,二元Logistic回归分析显示:3天时,rFAslice-1(OR0.921,95%CI0.852-0.994,P=0.035)是3月神经功能预后不良的独立预测因素。7天时,患侧FAslice-1值(OR0.882,95%CI0.797-0.975,P=0.014)和rFA(OR0.907,95%CI0.841-0.979,P=0.012);患侧FAslice-2值(OR0.912,95%CI0.837-0.992,P=0.033)和rFAslice-2(OR0.920,95%CI0.738-0.964,P=0.021);患侧FAslice-3值(OR0.896,95%CI0.805-0.998,P=0.046)和rFAslice-3(OR0.934,95%CI0.745-0.958,P=0.037);rFAslice-4(OR0.956,95%CI0.721-0.970,P=0.045)是预后不良的独立预测因素。3-7天FA值变化,ΔFAslice-1(OR1.476,95%CI1.103-1.975,P=0.009);ΔFASlice-2(OR1.268,95%CI1.029-1.562,P=0.026)也是预后不良的独立预测因素。
  研究结论:
  接受再灌注治疗的急性缺血性卒中患者3-7天皮质脊髓束纤维继发变性程度可以影响神经功能结局,尤其是距离病灶处较近的纤维。
  第三部分急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化的影响因素研究
  第一节病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化的相关因素
  研究目的:
  旨在探索急性缺血性卒中病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化的影响因素。
  研究方法:
  回顾性分析在2016年6月至2019年9月期间前瞻性收集的在我中心接受再灌注治疗的急性缺血性卒中患者的影像及临床资料。所有患者均为首次发病、单侧病灶、且基线均有不同程度的运动功能障碍。完成24小时多模式MRI检查及3天、7天DTI检查。再灌注定义为溶栓后24h的低灌注体积较溶栓前减少≥70%。24小时出血转化的评价标准参照ECASSⅡ标准。分别测量24小时总梗死体积与累及CST梗死体积。分析再灌注、出血转化及梗死体积大小与病灶下游皮质脊髓束纤维早期变化的关系。
  研究结果:
  纳入75例患者,平均年龄68.0±11.7岁,女性30(40.0%)例,共有44(58.6%)例患者获得了再灌注;24小时出血转化23(30.6%)例;24小时总梗死体积35.2±42.9ml,24小时CST梗死体积3.9±2.6ml。单因素相关分析显示:脑白质Fazakes评分与ΔFAslice-1(r=0.229,P=0.048)相关;24小时mNIHSS评分与ΔFAslice-1(r=0.352,P=0.001)、ΔFAslice-2(r=0.334,P=0.003)、ΔFAslice-3(r=0.255,P=0.028)相关;24小时出血转化与ΔFAslice-1(r=0.369,P=0.001)、ΔFAslice-2(r=0.286,P=0.013)、ΔFAslice-3(r=0.224,P=0.017)相关;24小时梗死体积与ΔFAslice-1(r=0.331,P=0.004)、ΔFAslice-2(r=0.317,P=0.006)、ΔFAslice-3(r=0.263,P=0.023)、ΔFAslice-4(r=0.247,P=0.033)相关。24小时CST梗死体积与所有5slicesΔFA均显著相关(P<0.001)。多元线性回归结果提示:24小时CST梗死体积与ΔFAslice-1(标准化系数β=0.439,95%CI0.192-0.952,P=0.004)、ΔFAslice-2(标准化系数β=0.345,95%CI0.099-1.471,P=0.026)、ΔFAslice-3(标准化系数β=0.327,95%CI0.049-1.243,P=0.034)独立相关。
  研究结论:
  接受再灌注治疗的急性缺血性卒中患者病灶下游3-7天皮质脊髓束纤维变化受24小时出血转化影响,且梗死体积越大,尤其累及CST梗死体积越大,下游纤维变性越严重。
  第二节再灌注治疗后皮质脊髓束梗死体积和出血转化的早期预测
  研究目的:
  旨在明确影响再灌注治疗后24小时皮质脊髓束(CST)梗死体积和出血转化的相关特征。
  研究方法:
  回顾性分析在我中心2014年1月至2018年9月期间前瞻性连续收集的接受机械取栓治疗的前循环大血管闭塞的急性缺血性卒中患者的临床和影像学资料。完善术后即刻头颅CT平扫和24小时多模式MRI检查。“金属征”定义:术后即刻头颅CT平扫基底节区存在高密度影,最大CT值>90HU,且直径≥1cm。24小时出血转化参照ECASSⅡ标准。分别计算“金属征”预测PH型出血转化的敏感度、特异度、阳性预测价值和阴性预测价值。分析基线临床特征与24小时皮质脊髓束(CST)梗死体积的相关性,使用多元线性回归分析24小时CST梗死体积的独立相关因素。
  研究结果:
  纳入95例患者,平均年龄(69.0±11.1)岁,女性47例(49.4%),基线NIHSS中位数为13(IQR,11-17)分,58例(61.0%)患者出现24小时出血转化,其中27例(28.4%)为PH型出血转化。74例患者(77.8%)术后即刻CT平扫上出现脑实质高密度征,其中28例(37.8%)有“金属征”,67例(62.2%)患者为非“金属征”。“金属征”预测24小时PH型出血转化的敏感度、特异度、阳性预测价值、阴性预测价值分别为88.9%、94.1%、85.7%和95.5%。多元线性回归分析表明,24小时CST梗死体积与基线NIHSS评分(标准化系数β=0.303,P=0.023)、基线梗死体积(标准化系数β=0.458,P<0.001)、基线低灌体积(标准化系数β=0.540,P<0.001)和起病到穿刺时间(标准化系数β=0.240,P=0.035)独立相关。
  研究结论:
  急性缺血性卒中患者取栓术后即刻CT平扫上“金属征”作为一种临床应用较为简便的影像标记物,可能有助于早期筛选出24小时PH型出血转化的高危患者;尽早开展再灌注治疗有利于减少患者24小时运动功能损伤程度。
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