特发性正常压力脑积水脑室扩张通过生物力学拉伸与压缩导致白质损伤的多模态研究

《Brain》：Modelling the effect of ventricular expansion on white matter in normal pressure hydrocephalus

　　

摘要

特发性正常压力脑积水（iNPH）导致认知障碍、步态功能障碍和尿失禁的机制尚不清楚。主要的影像学特征是脑室扩大，症状可通过手术治疗。我们假设脑室扩张通过拉伸和/或压缩白质纤维束引起临床效应。我们界定了疾病特异性白质异常，探索其与临床特征的关系，并测试它们是否能由 iNPH 脑室扩张的计算模型解释。

在这项观察性研究中，采用基于纤维束的空间统计分析的弥散张量成像，调查了 22 名 iNPH 患者（14 名男性，平均年龄=71.91 岁，标准差=7.06）、28 名阿尔茨海默病（AD）患者（18 名男性，平均年龄=74.80 岁）、23 名中重度创伤性脑损伤（TBI）患者（15 名男性，平均年龄=69.87 岁）和 30 名健康对照者（16 名男性，平均年龄=73.80 岁）的白质异常。我们开发了一个脑积水的有限元生物力学模型，该模型预测了从健康大脑变形为 iNPH 大脑过程中产生的白质拉伸和压缩模式，并研究了它们对提取的扩散性质的影响。

与对照组相比，iNPH、AD 和 TBI 均发现脑室大小增加。然而，与 AD、TBI 和对照组相比，iNPH 在皮质脊髓束和放射冠的不同部分表现出独特的各向异性分数（FA）增加和降低模式。生物力学建模显示，这些纤维束中的拉伸与 FA 增加相关，这由轴向扩散率（AxD）增加驱动，而径向扩散率（RD）变化不大或降低。相比之下，压缩与 FA 降低相关，这是由 AxD 和 RD 均增加所致。基于分区的相关分析显示，生物力学模型在这些纤维束中预测的应变与 FA 强正相关，与 RD 负相关。胼胝体沿其整个长度的拉伸程度大于放射冠和皮质脊髓束，但它表现出最大的 FA 降低，由 AxD 和 RD 均增加驱动。在 iNPH 中，信息处理速度障碍与胼胝体 AxD 增加以及放射冠 AxD 和 RD 增加相关。更高的尿失禁程度与放射冠和皮质脊髓束 FA 降低相关。

iNPH 的特征是独特的生物力学基质，其中与脑室扩张相关的可预测拉伸和压缩模式导致具有临床意义的白质损伤。这些扩散异常将 iNPH 与 AD 和 TBI 区分开来，并可能作为潜在的生物标志物。有必要对接受脑脊液引流的患者进行纵向研究。