弥漫性轴索损伤（diffuse axonal injury，DAI）是由Adams等做了大量研究于1982年正式提出的概念，是由颅脑损伤导致的大脑半球、胼胝体、脑干（有时为小脑）轴突的弥漫性损伤^[1]，占颅脑损伤的5％左右。临床上，DAI伤势一般较严重，死亡率高，是严重威胁人类生命安全的一类疾病^[2]。在当前的医学影像检查手段中，由于DAI临床表现缺乏特异性，CT比较容易显示部分重型DAI的出血灶和水肿等间接征象，但较难显示非出血性损伤^[3]。MRI被认为是DAI最佳影像诊断手段，尤其是弥散加权成像及磁敏感加权成像的发展，对及时准确的诊断及评估DAI作出了较大的贡献。

1　弥散性轴索损伤的发病机理及病理改变

       DAI发病机制即颅脑产生旋转加速度和／或角加速度外力作用下，由于颅骨、脑膜、脑灰白质及脑脊液质量差异，使运动的加速度不同，产生瞬间剪应力作用于神经纤维，造成轴索结构破坏和小血管断裂^[4]。这种损伤好发于不同密度的组织结构之间，如大脑灰质和白质的结合处(胼胝体、基底节、内囊及脑干上端等)。DAI的主要病理改变为外伤后脑组织轴索逐渐发生肿胀，形成弥漫的收缩球，胼胝体或脑干可出现小出血灶。神经轴索因发生折曲、断裂、轴浆外溢而形成轴索球。尽管病理上DAI是非出血性的，斑点状的出血被认为是由邻近小血管的损伤引起，但是常规的影像学检查常常难以发现较弥漫的变化，出血仍是影像学上的诊断标准^[5]。

2　CT对弥漫性轴索损伤的诊断价值

       DAI是一个病理学诊断，目前临床对DAI的诊断尚存困难。CT虽然不能直接显示神经轴索的损伤，但可直接显示DAI引起的脑内小出血灶及间质水肿等病变。一般认为脑外伤后原发性昏迷持续6 h以上，头部CT检查未发现明显占位性损伤灶而中线结构基本居中者可诊为DAI。DAI合并弥漫性脑肿胀，往往是DAI在CT图像上显示的惟一异常表现，DAI越严重，损伤越趋于脑深部中线结构。Adams^[6]指出，DAI损伤的严重程度随着额、顶部向脑干纵深发展而加重，并可分为Ⅲ期：I期为较轻的DAI，损伤仅见于脑白质，常见于额、额叶；II期损伤较重，胼胝体出现病灶；Ⅲ期为严重损伤，病灶已出现在脑干。DAI的CT影像学定位对临床判断病情及评估预后均有重要意义。CT仍然是头颅损伤的首选影像学检查方法，DAI大多数（80%）为非出血病变^[7]，且血肿常较小，故CT对DAI的诊断常出现假阴性。

3　MRI成像技术对弥漫性轴索损伤的应用价值

3.1　常规MRI序列

       常规磁共振主要依赖于T1WI、T2WI、液体衰减翻转恢复(FLAIR)序列和T2^*WI四种序列^[8]。对于I期和II期DAI病灶，T2WI具有很高的敏感性，能对细小的损伤灶显示出高信号，T1WI还可以区分病灶性质，低信号提示DAI引起的间质水肿病变，高信号提示为小血管撕裂引起局灶性出血。对于Ⅲ期DAI病例，MRI表现为大脑白质，基底节区，胼胝体和脑干出血灶。FLAIR序列是神经放射学中应用最基本的序列之一，它对监测脑挫伤、脑水肿，蛛网膜下腔出血及脑室内出血具有显著意义。T2^*WI对于脑实质内出血的敏感性优于FLAIR，并且也能监测DAI中的出血灶^{[9, 10]}。常规的SE T1WI及T2WI常用于显示外伤后的脑组织的形态改变；快速自旋回波序列是多个脉冲的聚相位，因此对出血产物导致的磁敏感效应不敏感，对出血灶的显示率不高。快速梯度回波序列（GRE）由于没有重聚脉冲，不能补偿由于磁场不均匀造成的信号丢失。小的出血灶与周边正常脑组织间的磁敏感差异造成信号丢失而成片状低信号^[8]。因此GRE序列是对DAI损伤出血比较敏感的序列。常规磁共振对脑外伤可以做基本的评估，而它们的单独应用对患者脑损伤后的预后评价还有一定的局限性。

3.2　非常规MRI技术

3.2.1　弥散加权成像（diffusion-weighted imaging，DWI）

       弥散(diffusion)是水分子的随机运动，即布朗运动。通过施加弥散敏感梯度，DWI可以反映水分子的弥散运动幅度^[11]。DWI利用组织中的水的扩散能力不同产生组织的对比，通常用表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)来描述组织中水分子扩散运动的速度和范围。ADC值越大，水分子的弥散运动越强。根据Stejskal Tanner公式求得，即ADC=Ln(S低／S高)/(b高－b低)。S低和S高分别代表用低b值及高b值所得到的弥散加权图象的信号强度^[12]。

       Hergan等^[13]将脑外伤DWI图像表现分为3种类型：①DWI和ADC均表现高信号，提示病变为血管源性水肿，细胞外水分增多，提示病灶具有可逆性；②DWI呈高信号，ADC呈低信号，提示病变为细胞毒性水肿，此种表现多发生在重型脑外伤患者中，患者恢复困难；③DWI和ADC呈中央出血灶低信号伴周围水肿高信号，预后较差。DWI可以提供可逆性病灶的信息，帮助判断患者的预后情况。Kinoshita等^[14]认为DWI显示DAI病灶的敏感性和FLAIR相仿，DWI显示穹窿区的病灶FLAIR不显示或显示模糊。Hou等^[15]发现严重组ADC图与对照组明显不同，随访预后差的患者皮质深部及白质ADC值明显高于预后好的。Ezaki等^[16]通过对21例患者的T2^*WI、FLAIR、DWI分析，DWI能检测到在T2^*WI、FLAIR不显示的其他病灶，并且预后好的DWI显示的脑干病灶明显较预后差的病灶少，说明DWI在脑外伤的诊断和评估预后有其独特的作用。

       由于DWI的敏感性高，且成像时间短，患者容易完成检查，目前大多医疗单位已将DWI作为DAI的常规检查序列。研究结果^[17]表明，DWI对非出血性DAI病灶的检出高于其它序列，对出血性病灶的检出亦高于常规T1WI、T2WI及FLAIR序列，但低于SWI序列。

3.2.2　弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）

       DTI是在弥散加权成像基础发展起来的无创伤MRI检查技术，DTI成像通过在多个方向施加扩散梯度，并分别进行采集，得出多种数据和图像，反应水分子沿着各个方向上的运动，并通过各向异性值的测定对其量化。脑组织的各向异性可用各向异性分数（fractional anistrophy，FA）、相对各向异性(relative anistrophy，RA)、各向异性指数（anistrophy index，AI）表示。FA是各向异性与整个扩散张量的比值，非常规则的纤维束FA值接近1，自由水FA值为0，兴趣区的FA值取决于体素中水分子弥散时各向异性的程度，各向异性程度越高，FA值越大。RA是扩散张量各向异性和各向同性部分大小的比值，和各向异性呈线性相关。FA相对于RA、AI其变异度较小，观察大脑白质纤维结构更清晰，临床上更常用。白质纤维束示踪成像（fiber tractography，FT）技术可以利用图像信息重建出白质纤维束，显示其结构位置和走行方向及完整性，是目前惟一能进行活体无创性研究神经纤维的成像技术，在神经生理学、解剖学、神经外科以及颅脑肿瘤等的研究和诊断中发挥了重要的作用^[18]。脑外伤后受累白质的形态结构和功能会发生改变，相应地可以在DTI上表现为髓鞘的不完整或扭曲及各向异性值的降低，可以反映受伤的范围和和程度。Arfanakis等^[19]对5例DAI患者和10名健康对照者研究表明，DAI患者弥散FA值较对照组显著降低，而且在脑外伤早期病变区脑白质结构FA值较对侧半球相应部位亦显著降低。王双坤等^[20]研究表明双侧内囊后肢FA值与GCS相关性最显著，可能因为内囊后肢走行纤维束主要为锥体束，与人体运动功能有关。脑外伤后受累白质的形态结构和功能会发生改变，打破了水分子规律的弥散方向，相应地表现为FA值降低，提示髓鞘的不完整或扭曲中断。同时，FA值与扩散方向的线性关系也能反映FA值降低的程度，可以直接反映受伤的范围和程度。轻度TBI患者常规MRI序列无明显异常区域的FA值降低，即表明存在被忽略的白质损伤^[21]。FA值为神经轴索损伤提供了量化的指标，在严重脑损伤如DAI中，DTI也可用于评估损伤严重程度，并提示预后^{[22, 23]}。

3.3　磁敏感加权成像技术（susceptibility weighted imaging, SWI）

       SWI是一种新的磁共振成像法，不同于以往的质子密度、T1或T2加权成像，这种新的方法使用了一直被忽略的相位图，同时采用相位图和幅值图像，相位图对应磁敏感性，幅值图包含组织的对比，对相位图进行蒙版处理后加权至幅值图，从而得到强调组织间磁敏感差异的图像^[24]。它实际上是一种T2^*技术，它通过长TE、高分辨率、完全流动补偿和3D梯度回波伴滤过的相位信息以增加磁矩图的对比和增加组织间的磁敏感差异^[25]，使对磁敏感效应的敏感性最大化。DAI表现为深部脑内小出血灶，尤其胼胝体和脑干这些在CT和常规MRI上难以显示的微小出血对DAI的诊断相当重要。大多数出血产物都是顺磁性物质，可产生磁敏感效应。在急性和亚急性早期，其磁敏感效应多来自去氧血红蛋白和细胞内高铁血红蛋白。最近的研究发现在外伤后的儿童，SWI对于出血性DAI病灶的显示较常规MRI和GRE序列更为敏感。Akter等^[26]将SWI与GRE、GRE-EPI序列对脑内出血灶的显示能力进行了比较，其结果同样也发现SWI对小出血灶的检出率高于GRE和GRE-EPI序列，对于位于颅底或者幕下的小低信号出血灶，SWI的检出能力仍很高，而且SWI的对比噪声比（CNR）明显高于GRE和GRE、EPI序列。崔明惠等^[17]研究，SWI能更好地显示微量出血、微小血管及细小的血管畸形。对于诊断微出血及其鉴别诊断更敏感。

       出血灶在常规MRI上的表现多种多样，易受多种因素影响，如血红蛋白的氧化状态、红细胞的完整性以及磁场强度、接收器带宽、成像序列、T1或T2加权的权重等。对于SWI而言，大多数血红蛋白代谢产物包括脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白及含铁血黄素都是顺磁性物质，这些物质可因快速自旋失相位而出现明显的信号强度下降，因此即使是微量的出血灶也可以在SWI上非常敏感地检测出来。研究表明在SWI上显示的出血性病灶的数目和出血量分别是T2^*WI的6倍及2倍^[27]。

3.4　磁共振波谱分析（magnetic resonance spectroscopy，MRS）

       MRS是目前惟一能够无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术，利用不同化合物中的H、P等原子在强磁场下表现的化学位移不同，定量地反映在脑内不同区域的一些生化物质含量，临床上常用¹H-MRS。¹H-MRS可以检测N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱复合物（Cho）、肌酸和磷酸肌酸（Cr）、肌醇(mI)、谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）和乳酸（LAC）等人脑的基本生化物质。NAA完全定位于神经元胞体和突触中，由线粒体合成，是神经元和神经系统完整性的重要标志物。Cho、mI、Glx、Lac等与细胞膜的合成分解、营养及兴奋毒性等相关^[28,29,30]。颅脑外伤后直接的损伤以及继发的脑组织缺血导致轴索损伤和神经元缺失，及伤后线粒体内合成NAA不足，而胶质细胞增生，所以表现为NAA降低，Cho及mI增高，LAC是糖酵解的产物，它的出现提示有氧呼吸不再有效进行。

       Smith等^[31]对猪弥漫性脑损伤后白质区轴索的MRS检查结合病理生理研究发现，NAA在损伤后1 h内降低20％且持续了至少7天，表明白质区弥漫性轴索病变后即发生了严重的代谢紊乱，提示MRS可作为评价轴索损伤的高度敏感性早期诊断手段。夏海坚等^[32]研究表明对比DAI组¹H-MRS和非DAI组¹H-MRS各指标的变化，发现DAI组胼胝体膝部和压部的NAA/Cr、Cho/Cr、mINs/Cr和Cho/Cr均发生了显著的变化，而非DAI组¹H-MRS发现有NAA/Cr和Cho/Cr的改变。检测点同时显示4个指标异常即可确定检测部位存在轴索损伤灶。该研究还表示，在胼胝体部和压部各指标的变化最明显，这与DAI最常累及胼胝体的病理发现相符合。¹H-MRS可对脑外伤患者局部脑组织进行无创、动态的生化代谢的观察。¹H-MRS所提供的信息对于DAI的诊断、严重程度和预后的评估，以及治疗的调整具有重要意义。¹H-MRS是MRI成像技术的有益补充^[32]。

4　各种成像技术的不足及展望

       尽管各种MRI成像技术在脑外伤的诊断、治疗和预后判断中有着较大的作用，但是这些成像技术的局限性不可忽视。常规MRI序列存在的不足主要表现在不能直接检测DAI的存在，往往通过DAI的一些伴随损伤，如小血管的破裂出血，来提示DAI的存在。DWI和DTI图像容易变形，尤其在靠近颅骨、气体或脑脊液处，不利于病灶的准确定位和测量，另外大脑皮质下的白质用人工方法测量各向异性值受主观影响因素较大。由于SWI的高空间分辨率和敏感性，有可能造成出血灶的过高估计，特别当出血灶在连续层面的分布用血管走行的连续性无法解释时尤其应当注意。在过去十年中SWI对脑外伤的应用价值已有不少文献报道。目前SWI的数据采集和处理仍在不断的改进中，如提高场强，优化脉冲序列，提高扫描速度、信噪比和空间分辨率等。MRS应用于临床的时间还很短，还存在一系列亟需解决的问题，例如检查时间偏长，头颅轻微运动即可能导致数据采集失败，采集数据时易受颅骨、脑脊液、出血灶等的影响，检查成功率偏低、定量定性标准还没有确立。

       总之，功能MRI技术对创伤脑组织的代谢及血流灌注异常缺乏参照与对照金标准，尚需开展对照技术如MRI与核医学技术及分子生物学技术的联合研究。另外，SWI还可以病理学联合应用，这样可以从病理上更好地理解病变与影像表现的关系。随着高场强MR设备的应用及与其他技术的联合应用，还有图像后处理技术的提高及新型对比剂的使用，MRI对DAI的诊断将会取得更大进展。