【摘要】 弱视作为常见的儿童眼病，其发病机制自今仍未完全清楚。近年来神经功能影像学工具和技术不断更新和发展，将其应用于弱视发病机制的研究，发现弱视患者视觉中枢的各项技术检测指标和正常人相比有一定差异，表明这些技术对弱视中枢研究有一定价值。特别是扩散张量成像技术的引入，为弱视发病机制的中枢神经系统假说提供了形态学的证据。
【关键词】 弱视；发病机制；扩散张量成像
Application of diffusion tension imaging in the study of amblyopia nosogenesis
Jing Xu, ManYi Xiao
Department of Ophthalmology, the Second Xiangya Hospital, Central South University, Changsha 410011, Hunan Province, China
Correspondence to:ManYi Xiao.Department of Ophthalmology, the Second Xiangya Hospital, Central South University, Changsha 410011, Hunan Province, China. [email protected]
AbstractAmblyopia is a common ophthalmic disease, but the underlying neural mechanism is still not clear. With the development of neurophysics, functional imaging technology is now widely used to study the mechanism of amblyopia and the research on the underlying neural mechanism of amblyopia reaches a new stage. Many studies have shown that there are imaging differences in the visual cortex of amblyopic and control subjects. With the application of diffusion tension imaging, the results support the sensitivity and feasibility in studying amblyopia, and provide morphological evidence for CNS hypothesis.
KEYWORDS: amblyopia; pathogenesis; diffusion tension imaging
0引言
弱视是眼科临床常见的儿童眼病，患病率约为2.8%[1]，但弱视的发病机制至今仍不清楚。弱视的传统定义为：凡眼部无器质性病变，以功能因素为主所引起的远视力<0.8且不能矫正者。但是随着医学认识水平的发展和临床检查手段的不断更新，医学家们开始从神经生理，心里物理学，脑功能成像等各个方面研究弱视的发病机制。应用于弱视的检查工具也日益更新，除了传统的形态学，电生理学研究之外，还运用了近年来飞速发展的药理学、分子生物学、免疫组织化学以及影像学等新技术，使有关弱视的发病机制研究更加深入，从而发现弱视并非没有器质性的改变，而是其改变比较轻微，或者是其损害部位在当时的检查设备技术上不能发现。目前认为：弱视是一种从视网膜神经节细胞开始至中枢的视觉传导系统及中枢全领域的功能及形态学异常引起的临床表现。特别是将影像学引入弱视发病机制的研究中来后，随着影像学工具和技术的不断发展，使人们能更加直接与直观的进行中枢性研究，为弱视的中枢假说提供有利证据，从而使弱视发病机制的研究进入新的阶段。
1传统的影像学工具
曾应用于弱视检查的脑功能成像技术包括脑磁图、单光子发射计算机断层显像、正电子发射型计算机断层显像以及功能核磁共振等。
1.1脑磁图
脑磁图(magnetoencephalography ,MEG)纪录的是根据神经元的突触后电位所产生的电流形成的相关的磁场信号，从而可以在颅外检测到脑功能活动区。
Anderson等[2]利用MEG对弱视患者的视觉中枢进行研究。他们使用彩色正弦条栅作为刺激诱导受试者中枢产生磁场信号并记录，结果发现弱视眼被诱发出的磁信号潜伏期明显延长,且强度也明显减弱。
1.2单光子发射计算机断层显像
单光子发射计算机断层显像( single photon emission computed tomography,SPECT)利用注入人体内的单光子放射性核素(如99mTc ,123I 等)发出的γ射线在计算机辅助下重建成断层影像。
Kabasakal等[3]选择单眼弱视患者作为研究对象在给受试者注入99mTc后，予以一定刺激后用SPECT采集图像，结果发现弱视眼发出的放射强度相对于正常眼要弱得多，说明弱视眼由刺激所引起的中枢反应明显低于正常。
1.3正电子发射型计算机断层显像
正电子发射型计算机断层显像(positron emission tomography ,PET)是利用人体代谢所必需的物质，如：葡萄糖、蛋白质、核酸等标记上短寿命的放射性核素如18F，15O，13N等制成显影剂注入体内后扫描成像。
Mizoguchi等[4]选择了6例弱视患者作为实验对象，使用低频率（6Hz）和高频率（25Hz）两个频率分别刺激大小细胞通路,在静脉注射H215O后用PET记录局部脑血流成像。结果发现:低频率下健眼对应的V1区血流量的激活水平显著高于弱视眼，而在高频率下这种激活作用无明显差异，从而支持弱视眼所对应的是视觉中枢存在功能上的损害，且主要是小细胞途径的损害这一假说。
1.4功能磁共振
功能磁共振(functional magnetic resonance imaging ,fMRI)是近年来新兴的也是用于中枢研究最多的影像技术,目前应用最广泛的是血氧水平依赖(blood oxygenation level denpendent ,BOLD) 效应的fMRI[5,6]。fMRI利用磁共振图像检测血液中的含氧浓度(BOLD 对比度),对脑组织进行实时功能成像。fMRI具有无创、直观及精确的反映活体皮层功能，并具有可以通过改变条件观察各脑区功能的优势，故被用于弱视发病机制的研究[7,8]。
Nguyen等[9]用fMRI对功能性弱视患者治疗前后视皮质激活强度和范围比较发现：弱视眼对应的视皮质在视觉刺激后的反映强度较正常眼弱。但经过一段时间的治疗后，弱视眼的视力可能仍然低于正常，可是视觉中枢的激活强度却和正常眼相等或更强，并且除视觉中枢外，还有次级视觉皮层、楔叶、舌回、额顶部等多处皮质参与反应。这就证明早期而有效的弱视治疗可以诱导皮质可塑性，从而提高视力。Choi等[10]也发现弱视眼的皮层激活低于正常眼，且屈光参差性弱视在高频率的空间刺激时的减弱表现的比较明显，而斜视性弱视减弱主要表现在低频率时。这些结果证明了两种类型的弱视具有不同的神经生理学机制。刘虎等[11]也用fMRI比较了斜视性弱视组和正常组双眼像素指数以及斜视性弱视组两眼皮层神经元的平均活动水平后发现：正常组与弱视组双眼像素差异有显著意义，在高空间频率刺激时，弱视眼的皮层神经元活动水平较对侧眼显著降低，从而考虑斜视性弱视的发病机制可能与皮层细胞减少以及弱视眼对高空间频率视信息存在的采样、编码异常有关。
由此可见上述影像学方法对于弱视患者的中枢的研究具有一定的敏感性，是切实可行的有效手段，从上述试验研究中可以确定：弱视患者的视觉中枢确实存在与正常视觉中枢的差异，其在功能上表现为减弱，使人们对弱视的发病机制，弱视中枢的定位研究有了进一步的进展。但是上述的研究方法，都需要用刺激诱导视觉皮质产生信号让仪器接收，若患者依从性不佳，则得出的结论准确性有待肯定。或是需要注入外源的显影剂来追踪信号，操作复杂、有创。且得出的结论均为弱视患者视觉皮质中枢功能与正常眼比较存在差异，尚不能精确的定位弱视中枢，同时缺乏形态学的证据支持。因此需要一种更为先进的检测手段，可以准确，无创、直观地观测到脑部结构，为弱视中枢功能减弱找到客观的形态学证据支持。
最新的影像学技术扩散张量成像技术自1994年Basser等[12]引入MRI领域后，已逐渐成为临床神经影像学研究的一项重要工具，是目前唯一能在活体人脑组织显示白质纤维束的走行,反映白质纤维束的病理状态及其邻近病变的解剖关系等信息的非侵入性手段[13,14]。以其无创，快速，直观的显示白质束的走形及结构很好的满足了弱视发病机制中枢研究的要求。
2扩散张量成像(diffusion tension imaging,DTI)
2.1 DTI的成像原理
在活体组织内，水分子的运动受到多种水平的限制，以及在许多组织结构中的相互作用的影响，如在细胞膜、大分子物质、髓鞘及纤维束中，水分子的活动度在垂直于纤维束的方向上受到限制(这种受限制的扩散过程被称为各向异性扩散；没有受到限制的水分子扩散，如脑脊液，被称为各向同性扩散)。DTI能够测量到三维空间方向上水分子扩散的方向和扩散程度，通过采集技术如单次激发扩散加权平面回波序列（EPI）或线扫描扩散成像(LSDI)对扫描进行图像采集，通过后处理，能够精确显示神经纤维走行方向，因此，临床上广泛应用于脑神经纤维走行的研究，白质束的观察，追踪，脑发育和脑认知功能的研究，脑疾病的病理改变以及脑部手术术前计划和术后评估。
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