颅脑外伤患者脑微结构异常的多模态MRI与认知功能相关性研究

【摘要】目的：基于多模态MRI明确TBI的脑微结构变化，阐明TBI脑微结构异常的多模态MRI研究及其与认知功能的相关性和影像学特点。方法：收集2024年6月-2025年6月就诊的TBI患者80例，根据患者是否并发认知功能障碍分为认知功能障碍组（观察组）、认知功能正常组（对照组），各40例。采用常规MRI、DTI、SWI、MRS等多模态MRI技术，统计分析纳入标准的TBI患者多模态MRI参数与其认知功能障碍的相关性，明确TBI患者认知功能障碍发生发展的影像学特点。结果：观察组MMSE评分、ADL评分、HIS评分、AVLT评分、DST评分、IPS评分、TMT-A评分、BNT评分均低于对照组（P<0.05），CDR评分、Hamilton抑郁评分、Hamilton焦虑评分均高于对照组（P<0.05），左侧、右侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值均低于对照组（P<0.05），左侧、右侧丘脑、壳核、苍白球、黑质、红核、海马的磁敏感值均高于对照组（P<0.05），径向、轴向、平均扩散率、各向异性分数均高于对照组（P<0.05），与认知功能障碍均呈正相关关系（P<0.05）。结论：通过常规MRI、DTI、SWI及MRS等多种MRI技术，能更全面、细致地研究TBI患者脑部微结构的变化，为颅脑外伤后的神经损伤和修复机制提供更为精确的影像学证据。

【关键词】颅脑外伤；脑微结构异常；多模态MRI；认知功能；相关性

颅脑外伤即创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是由外力引起的大脑结构和功能破坏。随着我国人口老龄化的增加，老年人因跌倒及车祸而受伤的发生率也在逐年增加，预计到2030年将成为导致神经系统残疾的三大神经系统疾病之一[1]。颅脑损伤是慢性神经功能障碍的主要原因，可导致精神异常、行为异常、认知功能下降等，其中的轻度TBI（mild TBI，mTBI）却经常因为轻微的初始症状而被人们忽视，然而mTBI发生率占总TBI的80%，相当一部分患有长期认知功能障碍[2]。本研究通过多模态MRI检测TBI认知功能正常和认知功能障碍患者的脑结构和脑功能参数变化情况，了解脑微结构变化特点以及两者的相关性；观察TBI多模态MRI参数与其认知功能障碍的相关性变化特点，探讨TBI认知功能障碍发生发展的影像学特点，为TBI认知功能障碍的早期诊治提供新的方法和依据。

1.资料与方法

1.1一般资料

收集2024年6月-2025年6月就诊的TBI患者80例，根据患者是否并发认知功能障碍分为认知功能障碍组（观察组）、认知功能正常组（对照组），各40例。对照组男女数量：26例、14例，年龄值区间：53～76岁，均龄（56.23±7.60）岁；受教育年限区间：2～14年，均值（8.23±1.36）年。观察组男女数量：25例、15例，年龄值区间：54～77岁，均龄（56.68±7.69）岁；受教育年限区间：3～15年，均值（9.10±1.25）年。两组一般资料经统计学分析无显著性差异（P>0.05）。

1.2纳入与排除标准

纳入标准：（1）均经影像学检查确诊；（2）均符合颅脑外伤的诊断标准；（3）均有明确颅脑外伤史。排除标准：（1）先天愚型；（2）长期酗酒、滥用药物等；（3）脑内有器质性病变。

1.3方法

1.3.1认知神经心理评估

①总体认知能力：采用简易精神状态量表（MMSE）、痴呆评定量表（CDR）评估；②日常生活能力：采用日常生活活动能力（ADL）量表、Hachish缺血指数量表（HIS）评估。③情绪状态：采用Hamilton抑郁、焦虑量表评分。④特定认知域功能评估：a.记忆功能：N-back工作记忆测试、听觉言语学习测验（AVLT）；b.注意力：Rey复杂图形测试回忆测试、数字广度测试（DST）；视空间能力：连线测试A（TMT-A）、Rey复杂图形测试临摹测试；d.c.执行功能和信息处理能力（IPS）：连线测试B（TMT-B）、画钟测试（CDT）、Stroop色词测试（SCWT）；e.语言能力：Boston命名测试（BNT）[4]。

1.3.2 MRI设备及检查方法

①常规MRI：横断面、矢状面T1WI、T2WI及T2FLAIR序列的平扫，扫描野（Field of View，FOV）=230mm×200 mm，矩阵=256×192，信号采集次数=3，层厚=3mm。②DTI：使用自旋回波单射回波平面成像序列（SS-EP-DTI）。重复时间（repetition time，TR）/回波时间（echo time，TE）=4803/83ms，FOV=240mm×230mm,矩阵、层厚、间隔、层数、平均次数、扩散梯度编码方向、b值、采集B0像次数分别为128×128、3 mm、0、45、1、30、1000 s/mm2、8次。③SWI：TR/TE=30/20ms，矩阵=270×271，翻转角15°，体素大小（前后×左右×头足）=0.7×0.7×2.0mm，激励次数1次，扫描时间4分25秒。④MRS：选取海马为感兴趣区域，利用点分辨波谱成像（point resolved spectroscopy，PRESS）序列对质子信号进行检测。将扫描参数扫描持续时间设置为4min 21s，TR=2000ms、TE=144ms。

1.4观察指标

（1）认知功能；（2）双侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值；（3）不同脑区的磁敏感值；（4）扩散参数；（5）扩散参数与认知功能相关性。

1.5统计学方法

采用SPSS28.0，采用成组t、c2检验计量、计数资料。检验水准a=0.05。

2.结果

2.1两组认知功能比较

观察组MMSE评分、ADL评分、HIS评分、AVLT评分、DST评分、IPS评分、TMT-A评分、BNT评分均低于对照组（P<0.05），CDR评分、Hamilton抑郁评分、Hamilton焦虑评分均高于对照组（P<0.05）。见表1。

表1-1两组认知功能比较（分，x̄±s）

表1-2 两组认知功能比较（分，x̄±s）

2.2两组双侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值比较

观察组左侧、右侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值均低于对照组（P<0.05）。见表2。

表2两组双侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值比较（x̄±s）

2.3两组不同脑区的磁敏感值比较

观察组左侧、右侧丘脑、壳核、苍白球、黑质、红核、海马的磁敏感值均高于对照组（P<0.05）。见表3。

表3-1两组不同脑区的磁敏感值比较（ppb，x̄±s）

表3-2 两组不同脑区的磁敏感值比较（ppb，x̄±s）

2.4两组扩散参数比较

观察组径向、轴向、平均扩散率、各向异性分数均高于对照组（P<0.05）。见表4。

表4两组扩散参数比较（x̄±s）

2.5扩散参数与认知功能相关性分析

径向、轴向、平均扩散率、各向异性分数与认知功能障碍均呈正相关关系（P<0.05）。见表5。

表5扩散参数与认知功能相关性分析

3.讨论

TBI认知功能障碍现临床诊断常采用简易精神状态量表（MMSE）和蒙特利尔认知评估量表（MoCA）进行评估。研究发现[5]，MoCA量表较MMSE量表更容易检测出轻度认知损伤（Mild Cognitive Disability，MCI）。多模态磁共振成像技术（magnetic resonance imaging，MRI）是结合两种或多种MRI技术对患者进行诊断和检查的一种新的成像方式，便于在诊断、治疗和监测中一次性获取相关信息。随着MRI及其后处理分析方法的不断发展，特别是扩散张量成像技术（diffusion tensor imaging，DTI）、磁敏感加权成像技术(susceptibility weighting imaging，SWI)、磁共振波谱成像技术（magnetic resonance spectroscopy，MRS）的多模态MRI作为新的成像方式应用到临床，为临床医生提供与脑组织相关的解剖、代谢、细胞功能等重要信息，同时在认知障碍、行为变异型额颞叶痴呆等疾病方面开展了新的研究，为揭示TBI后认知功能障碍的神经病理机制提供可能，有助于早期诊断和预后预测，以便更好地早期干预，提高患者预后[6]。

MRI具有无侵袭性、无电离辐射、可重复性、准确性高等独特优势，技术成熟、方法简单，可重复性强，受检者易于接收；多模态MRI技术虽有多个检查项目但一次扫描即可完成，不增加患者负担[7]。常规MRI、DTI、SWI、MRS所形成的多模态MRI技术的出现为TBI患者认知功能障碍的早期诊治提供可能，通过对TBI患者的脑结构和脑功能变化进行综合研究，并统计分析TBI患者多模态MRI参数与其认知功能障碍的相关性，探究TBI认知功能障碍发生发展的影像学特点，以期实现TBI认知功能障碍的早期诊治，为提升患者临床治疗效果和预后提供可能。本研究结果表明，观察组MMSE评分、ADL评分、HIS评分、AVLT评分、DST评分、IPS评分、TMT-A评分、BNT评分均低于对照组，CDR评分、Hamilton抑郁评分、Hamilton焦虑评分均高于对照组，说明全面的认知神经心理评估不仅仅局限于总体认知能力的评估，还涵盖了日常生活能力、情绪状态及特定的认知域功能，为揭示TBI与多种认知障碍之间的联系提供了坚实的基础。本研究结果还表明，观察组左侧、右侧钩束、海马、上纵束及皮质脊髓束的GFA值均低于对照组，左侧、右侧丘脑、壳核、苍白球、黑质、红核、海马的磁敏感值均高于对照组，径向、轴向、平均扩散率、各向异性分数均高于对照组，与认知功能障碍均呈正相关关系，通过对比分析TBI患者的多模态MRI参数与其认知功能障碍的相关性，可以深入探究TBI患者认知功能障碍发生发展的影像学特点，为颅脑外伤的治疗和预后评估提供更为精确的依据。

综上所述，通过常规MRI、DTI、SWI及MRS等多种MRI技术，能更全面、细致地研究TBI患者脑部微结构的变化，为颅脑外伤后的神经损伤和修复机制提供更为精确的影像学证据。

参考文献：

[1]卢翠玲,周海强,钟敏仪,等.脑梗死患者脑微结构异常的多模态MRI与认知功能的相关性研究[J].中国实用医药,2025,20(2):65-69.

[2]梁斌,孙井松,李雄,等.多模态MRI研究轻微型肝性脑病患者脑亚区体积结构及其功能连接改变[J].中西医结合肝病杂志,2025,35(4):457-463.

[3]亚库甫·尔肯,丁爽.MRI多模态成像在帕金森病合并认知功能障碍患者大脑微观结构与功能的研究进展[J].中外医学研究,2025,23(11):180-184.

[4]赵凯迪,曹新山.2型糖尿病认知功能障碍的多模态MRI研究进展[J].磁共振成像,2025,16(4):145-150.

[5]李云鹏,吕晓飞.放射性认知功能损害的MRI研究进展[J].国际医学放射学杂志,2024,47(4):396-400.

[6]周莹,张硕,谭中建,等.多模态MRI对脑白质高信号伴抑郁状态患者脑微结构的研究[J].磁共振成像,2024,15(11):24-31.

[7]茹宝根,刘文增,杨国财,等.基于多模态MRI探讨参芪益智颗粒对高原地区前驱期阿尔茨海默病患者的疗效观测[J].中风与神经疾病杂志,2024,41(12):1085-1091.

[8]张紫豪,袁云,黄沛钰,等.脑小血管病的7T MRI影像学研究进展[J].中国医学影像学杂志,2025,33(5):512-518.

基金项目：2024年度湖南省大学生创新训练计划一般项目（5940）；湖南省青年骨干教师专项经费的资助（湘教通〔2022〕287号）

作者简介：杨美丽（2003—），女，汉族，在读本科生。

通讯作者：董晓军（1984—），男，汉族，副教授，研究方向：医学影像教育及神经影像学。