《眼科新进展》 2022年4期
319-322
出版日期：2022-04-05
ISSN:1003-5141
CN:41-1105/R
磁共振成像在眼科常见疾病患者脑功能与结构研究中的应用
在人类胚胎发育过程中，视网膜和视神经从间脑延伸出来，因此被认为是中枢神经系统的一部分［1］。视网膜感光细胞在接收到视觉刺激信号后将其传递到视觉通路，最终投射到大脑视皮层，期间任何异常都可能导致大脑相应区域功能和结构的改变［2］。磁共振成像（MRI）可以无创性地反映眼病对大脑的影响。本文对MRI在弱视、青光眼、年龄相关性黄斑变性(AMD)、视网膜色素变性和近视患者脑功能与结构研究中的应用做一综述。
1 MRI的主要特点及其在眼科领域中应用的优势
MRI具有无创、软组织分辨力高、病灶检出率高、敏感性强，多序列、多参数、多方位成像等特点。因其具有独特的优势，在眼科疾病的诊断及治疗中发挥重要的作用。功能MRI（fMRI）具有良好的时空分辨率，已经被广泛应用于眼病患者视皮层的功能研究中。fMRI也是评价患者残存视皮层功能的一种适合的手段。
2 MRI在常见眼病患者脑功能与结构研究中的应用
2.1 MRI与弱视 弱视是一种与神经发育相关的视觉障碍［3］。研究发现，弱视患者存在多脑区功能的损伤，而且损伤不仅仅存在于初级视皮层［4-6］、背侧及腹侧视觉通路［5］，还存在于视觉注意、视觉认知相关的高级脑区［6］。脑区功能损伤不仅表现为多个独立脑区的变化，还表现为这些脑区间的功能连接变化。王浩然等［7］探索了弱视儿童静息状态下脑神经网络功能连接的变化，发现了弱视儿童的默认网络与额顶控制网络及背侧注意网络之间的静息态功能连接减弱，提出“静息态功能连接的多变量模式分析”可以将弱视儿童识别出来。屈光参差性弱视患者和斜视性弱视患者亦存在脑功能的异常。Liang等［4］采用静息态fMRI基于体素镜像同伦连接的方法，探讨了屈光参差性弱视患者和斜视性弱视患者大脑半球间的相互作用，发现了屈光参差性弱视和斜视性弱视患者脑区间的功能连接存在差异，弱视患者在静息状态下视觉相关脑区的功能协调性受损。Tang等［8］采用静息态fMRI中的低频振幅测量方法，发现斜视性弱视患者脑功能存在的异常变化是代偿视觉运动协调和视觉空间成像缺陷所产生。值得一提的是，弱视患者除了存在多脑区功能异常外，还可能存在白质结构及灰质形态的改变。Liang等［9］利用表面形态学方法，发现屈光参差性弱视患者的大脑结构发生了改变，其中初级视皮层的结构变化是双侧的，而次级和高级视皮层的结构变化是单侧的，表明了弱视患者视皮层高级区域的发育可能存在偏侧性。
应用MRI技术对弱视患者神经损伤机制的深入研究，不仅对临床治疗具有指导意义，而且有助于探索新的弱视治疗方法。这对进一步理解视觉神经系统的可塑性和信息处理机制具有重要意义。
2.2 MRI与青光眼 青光眼是全球范围内导致不可逆性盲的首要原因，以进行性视网膜神经节细胞及其轴突丢失为主要特征，患者视野会出现渐进性损害，最终导致完全失明。尽管视网膜神经节细胞及其轴突渐进性丢失是其主要的病理特征，但越来越多的组织学及影像学研究证实整个视觉通路均可能受累。
青光眼是利用MRI技术对脑功能和结构研究较多的眼科疾病之一。通过影像学检查人们发现，青光眼患者的视神经直径和视交叉高度都明显小于正常人。Murphy等［10］通过fMRI测量青光眼患者的视皮层功能和视野缺损情况，发现患者脑功能和结构的变化比眼部临床症状发生得更早。另外，有学者发现，青光眼患者的脑功能和结构的神经影像学表现与其视野缺损的严重程度相关［11- 12］。在临床中使用弥散张量成像（DTI）的参数可以灵敏地定量青光眼患者的神经轴突和髓鞘损伤［13］，而且DTI参数可以作为青光眼严重程度的量化指标［14］。
由于正常眼压性青光眼患者在疾病早期没有明显的症状，因此，大脑功能和结构的评估对于正常眼压性青光眼的早期诊断和疾病进展的监测更有意义。Wang等［15］应用DTI研究表明，正常眼压性青光眼患者在出现可检测到的视野缺损之前，视觉相关功能区域的白质就已经产生了损伤，视网膜神经纤维厚度变薄。此外，Wu等［16］利用静息态fMRI研究发现，新生血管性青光眼患者大脑的视觉和认知相关区域与初级视皮层均存在异常的功能联系。
青光眼若能早诊断、早治疗，其导致的失明是可预防的。因此，探究青光眼患者脑功能和结构的MRI变化将有助于我们了解青光眼患者视力丧失的神经病理机制和疾病进展情况，并有望为青光眼后期的治疗监测提供一定帮助。
2.3 MRI与AMD AMD是一种主要影响视网膜黄斑区进而导致视力进行性丧失的疾病［17-18］。近年来，多项MRI相关研究表明，AMD患者不仅存在脑功能的变化，亦存在大脑结构的异常。
在有关脑功能的研究中，Whitson等［19］对7例AMD患者静息态fMRI数据进行了分析，发现与健康个体相比，AMD患者的语言流畅性相关脑区中的功能连接增强，提示这可能是由于患者视力丧失导致大脑产生代偿性功能变化所致。此外，Ramanol等［20］探讨了AMD患者在不同视觉场景中脑功能变化，结果发现，AMD患者对高空间频率的视觉场景微小细节的处理功能受到了损害，而低空间频率的形状处理功能相对较好地保留，通过增加对比度能改善患者对高空间频率信息的处理能力并且也能增强枕叶皮质的激活作用。而在对大脑结构的研究中，人们发现，AMD患者大脑的灰质密度降低区域主要位于枕极附近，尤其是在距状沟后部，并且随着时间的推移，不同程度的视野缺损会造成视皮层出现不同程度的萎缩，之后伴随而来的是患者视网膜神经纤维层变薄和脑白质发生改变［21-26］。
2.4 MRI与视网膜色素变性 视网膜色素变性是一组以视杆细胞和视锥细胞退化为特征的遗传性视网膜变性疾病。MRI的DTI测量可作为视网膜色素变性患者视神经病变中轴突和髓鞘损伤的生物标志物，并且可以用来评估视网膜色素变性患者在病情早期的视神经状态［27］。Castaldi等［28］ 对8例仅有微弱光感且视觉诱发电位或视网膜电图反应微弱（或缺失）的视网膜色素变性患者进行了fMRI检测，发现微弱亮度的闪光能在视网膜色素变性患者的视皮层区域引起显著的血氧水平依赖的MRI信号，证实了fMRI比起视觉诱发电位和视网膜电图更能显示患者的残余视觉反应。研究报道，视网膜色素变性患者脑功能异常主要表现为初级视皮层区域神经活动同步性降低，空间视觉和立体视觉功能受损［29-30］。另外，Huang等［31］利用静息态fMRI的度中心度方法对视网膜色素变性患者进行研究发现，患者周边视野的长期缺损不仅会导致视皮层功能异常还会引起大脑结构重组。视网膜色素变性患者大脑结构重组区域主要集中在枕叶皮层、视皮层腹侧通路和背侧通路的固有视觉网络［30-31］。
目前视网膜色素变性尚无治愈方法，未来的治疗策略旨在恢复或替代视网膜信息输入［32］。有学者探索了这一问题，Lunghi等［33］研究发现，视网膜色素变性患者的短期眼部神经可塑性可以保留。人们利用MRI检测发现，经过长时间的视网膜假体训练，视网膜色素变性患者的视皮层对闪光的刺激反应增强［34-35］。
2.5 MRI与近视 随着视频终端设备使用的日益增多，近视已成为世界范围内主要的公共卫生问题。近视是屈光不正的一种，其发病机制是平行光线通过眼的屈光作用后，不能在视网膜上形成清晰的物像，进而改变从视网膜到视皮层的信号。
Mirzajani等［36］研究表明，诱导性近视对个体视皮层的活动有相当大的影响，屈光度+1 D的变化足以改变fMRI的检测结果，因此即使是低度近视在进行视觉功能的MRI研究之前，矫正近视也非常必要。MRI中的度中心度方法可用作大脑活动差异的生物标志物。Cheng等［37］采用度中心度方法对高度近视和低度近视患者脑功能的差异进行了研究，他们发现高度近视组患者右侧小脑、脑干、右侧海马旁回和左侧尾状核的度中心度值明显高于低度近视组，而高度近视组患者左侧额内侧回、右侧额下回、左侧额中回和左顶下小叶的度中心度值明显低于低度近视组，并且高度近视和低度近视患者的视觉神经功能可能存在差异。需要关注的是，在不同程度的近视个体中都可能存在异常的脑活动，特别是在高度近视患者中更容易出现［38］。Holden等［39］使用基于体素的形态学测量方法对高度近视患者进行研究发现，在患者视觉传导通路区域和边缘系统都出现了结构的改变。此外，高度近视所属的脑功能网络之间也显示出明显的功能连接降低，因此可以认为，高度近视患者异常的视觉体验会导致患者脑结构和功能的异常［40］。Holden等［39］应用动脉自旋标记成像技术检测到高度近视患者双侧小脑存在异常血流灌注，这也许能从不同的角度更好地理解高度近视患者脑功能和结构的异常。但是，近视与大脑异常改变之间的因果关系仍需要进一步研究。
3 总结与展望
MRI能显示出常见眼病患者（弱视、青光眼、AMD、视网膜色素变性和近视）大脑功能和结构的异常变化。它不仅可用于临床辅助诊断以及确定潜在的治疗过程和疗效，还有望成为常规视觉评估的实用工具，并且能提高人们对眼科疾病视觉生理机制的理解。相信在不久的将来，随着国内外对眼科疾病脑功能与结构研究的不断深入，MRI能为眼科疾病的研究提供更有价值的帮助。