磁共振成像擴散峰度成像技術對抑郁癥患者腦微觀結構變化的評估價值

黃海燕，田兄玲，王 儉，姜春暉，馬 娟，程曉陽,張德清，劉文亞，母代斌

抑郁癥被認為是功能性疾病，臨床磁共振成像(MRI)檢查腦部影像通常呈陰性，但隨著臨床診療技術和磁共振技術的發展，現階段的研究表明抑郁癥與大腦的某些部位結構改變存在聯系[1]。神經影像學作為新興的影像診斷技術在抑郁癥診斷中嶄露頭角，可以為抑郁癥的診斷和預后判定提供可靠的客觀依據，擴散峰度成像技術(diffusion kurtosis imaging，DKI)在正常人、精神疾病、老年性病變以及腦腫瘤級別判定[2-5]方面均取得了進展。本研究采用DKI對抑郁癥患者的腦結構進行研究，對腦白質結構及胼胝體改變與抑郁癥之間的病理關系進行探討。

1 資料與方法

1.1 納入標準 受試者由兩名高年資精神心理學醫師篩選、評估：(1)符合疾病預防控制中心(CDC)《中國精神障礙DSM-Ⅲ診斷標準》；病例組患者漢密爾頓抑郁量表評分≥17分；(2)至少滿足以下臨床癥狀中的4項：①興趣喪失、無愉快感；②精力減退或疲乏感；③精神運動性遲滯或激越；④過低的自我評價、自責和內疚；⑤聯想困難或自覺思考能力下降；⑥反復出現自殺、自傷行為的念頭；⑦失眠、早醒或睡眠過多；⑧食欲降低或體質量明顯減輕；⑨性欲減退。(3) 病程大于2周。對照組漢密爾頓抑郁量表評分<7分。精神分裂、癡呆、神經癥及其他器質性疾病(腦血管性疾病、肝腎功能異常者即軀體疾病所致抑郁)，腦創傷病史者，其他實驗室檢查陽性者，正在使用藥物治療患者，MRI檢查禁忌及圖像不符合評估標準者均被排除。

1.2 臨床資料 搜集2012年2月—2013年10月新疆醫科大學第一附屬醫院心理醫學科確診的抑郁癥患者28例為病例組，其中男8例，女20例；年齡30～49歲，平均(39.6±6.6)歲；漢族16例，維吾爾族12例；受教育年限6～16年，平均(11.7±3.6)年。篩選年齡、受教育程度與病例組匹配的健康志愿者28例為對照組，其中男8例，女20例；年齡30～49歲，平均(39.0±5.8)歲；漢族16例，維吾爾族12例；受教育年限6～16年，平均(11.7±3.7)年。研究經本院倫理委員會批準實施，所有受試者簽署知情同意書。

1.3 試驗設備及檢查技術 采用GE Signa 3.0 T超導磁共振掃描儀、8通道頭部線圈。常規MRI掃描軸位(平行與胼胝體膝部及壓部下緣的連線)、矢狀位、冠狀位(平行于腦干后緣)；常規掃描序列：T1加權像(T1WI)、T2加權像(T2WI)、液體衰減反轉錄恢復序列(FLAIR)；掃描參數：層厚6.0 mm、層距1.0 mm，掃描視野(FOV)24 cm，平均采集次數：1～2次；DKI掃描采用軸位(純軸位Axial)；T2WI和DKI序列-平面回波(EPI)序列；掃描參數：重復時間(TR)9 200 ms、回波時間(TE)118.3 ms、FOV 24 cm、矩陣128×128、層數26、層厚5.0 mm、層間距0 mm、b值(0、1 000、2 000) s/mm2、脈沖重復激光次數(NEX)2、31個擴散磁敏感方向,掃描時間9′58″。

1.4 DKI圖像處理分析 應用GE ADW 4.4后處理工作站及function tool 6.0后處理軟件對采集數據進行分析處理。由兩位高年資影像專科醫師評價，參數調整校正，獲得相應的FA值偽彩圖，MD值偽彩圖及MK值偽彩圖，并將FA值偽彩圖、MD值偽彩圖及MK值偽彩圖與軸位T2擬合，感興趣區域(ROI)選擇分別放置在雙側額上回、額中回、額下回、顳葉、枕葉(可以清楚顯示腦白質層面)的腦白質區域、胼胝體膝部及壓部(顯示胼胝體膝部和壓部最大層面)。ROI大小22 mm2，分別測量3次，取平均值。 ROI避開局部腦溝、血管、骨質等區域。

2 結果

2.1 對照組與病例組不同區域FA值比較 對照組與病例組雙側額上回、額中回、額下回、枕葉、胼胝體膝部及壓部FA值比較，差異均無統計學意義(P>0.05)；病例組雙側顳葉FA值較對照組降低，差異均有統計學意義(P<0.05，見表1)。

2.2 對照組與病例組不同區域MK值比較 對照組與病例組雙側額中回、額下回、枕葉、胼胝體膝部及壓部MK值比較，差異均無統計學意義(P>0.05)；病例組雙側額上回、雙側顳葉MK值較對照組降低，差異均有統計學意義(P<0.05，見表2)。

2.3 對照組與病例組不同區域MD值比較 對照組與病例組雙側額上回、額中回、額下回、顳葉、枕葉、胼胝體膝部及壓部MK值比較，差異均無統計學意義(P>0.05，見表3)。

2.4 聲像圖表現 病例組與對照組T2WI上未見明顯差別，將DKI序列與純軸位T2序列擬合在function tool 6.0后處理軟件的后處理后得到DKI偽彩圖，觀察病例組與對照組偽彩圖，兩者之間未見明顯差別(見圖1～4)。

表1 對照組與病例組不同區域FA值比較

表2 對照組與病例組不同區域MK值比較

表3 對照組與病例組不同區域MD值比較

注：A顯示雙側顳葉，B顯示雙側枕葉，C顯示雙側額上回、額中回和額下回，D顯示胼胝體膝部及壓部

圖1 MRI掃描感興趣區域

Figure1 MRI scanning regions of interest

3 討論

以往對抑郁癥腦功能影像方面的研究多集中在1H-離子波譜、功能性磁共振成像(fMRI)、擴散張量成像技術(DTI)等技術方面，DTI在對抑郁癥患者的研究發現額葉、顳葉胼胝體、海馬及扣帶回等多個腦區FA值降低，其中較多的陽性報道是額葉和顳葉的FA值降低，雙側額葉和顳葉的降低有差異的報道較少[6-7]。

DKI是在DTI基礎上產生，DTI是二階張量，描述水分子擴散高斯分布特性，腦組織結構復雜導致水分子擴散位移概率分布實際上偏離正態分布。DKI是四階張量磁共振轉換成像技術，可以準確描述水分子在非高斯分布特性的擴散，DKI可以得到以下指標，FA值、MD值、徑向峰度(RK)值、峰度各向異性(KA)值、MK值,其中較常用的指標是FA值、MD值和MK值[8]。FA值是總體量化評估組織局部水分子運動的擴散異性，FA值大，說明纖維組織走向較一致，排列精密，髓鞘發育正常，而FA值減小表明纖維的細微結構有損壞，FA值的范圍為0～1，0代表最大各向同性的擴散，1代表假想狀況下最大各向異性的擴散。而關于FA值及MD值可以反映水分子擴散的高斯領域，無法解決多神經纖維交叉問題[9]。MK值被認為是一個復雜的微觀指標，是一個無量綱值，相比于各向異性分數值，MK值的優勢在于不依賴于組織結構的空間方位， MK值為采用多個b值且方向相同的梯度方向上的平均值。一般DKI施加15個方向的敏感梯度場，本研究運用31個方向的敏感梯度場，因此所采集到的數據可靠性更高。MK值的大小取決于ROI內組織結構的復雜程度，結構越復雜，非正態分布水分子擴散受限越顯著，MK值也越大[10]。DKI與傳統的DTI相比具有以下優點：(1)MK值可以反映出多個微觀細胞區室的復雜結構造成的非高斯特性；(2)有利于描述水分子交換過程中腦白質的不均性；(3)對梯度硬件要求不高；(4)可以同時獲得DTI指標，FA值、MD值多指標的評價分析；(5)對圖像處理過程中混雜效應的干擾不敏感[11]。

圖2 DKI顯示FA偽彩圖

Figure2 DKI showed FA pseudocolor images

圖3 DKI顯示MD偽彩圖

Figure3 DKI showed MD pseudocolor images

圖4 DKI顯示MK偽彩圖

Figure4 DKI showed MK pseudocolor images

抑郁癥被認為是腦網絡和回路工作失常而引發的一類精神紊亂，其回路上任何病損均會影響到情緒調節功能，已經被證實與情緒有關的腦結構和功能的區域主要集中在額顳葉神經纖維束連接構成的神經環路中[12]。額葉功能與運動、判斷、預見性和情緒心境有關，顳葉與情緒及其他精神功能有關[13]。胼胝體是由兩側大腦半球的聯合纖維匯集而成，屬邊緣系統的重要組成部分，額葉和顳葉的很多神經纖維經過胼胝體膝部，所以胼胝體擔負著兩半球間的信息傳遞和整合功能，是人類精神活動的重要部位[14]。本研究ROI選擇與情感有關的額葉、顳葉皮質下神經纖維走形區和與額顳葉皮質下神經纖維有聯系的枕葉及胼胝體結構。

腦白質區域主要由神經膠質細胞構成，神經元較少，神經膠質細胞含有很多軸突并分泌神經遞質，起到信息傳遞的作用。抑郁癥患者的額顳葉組織病理學結果提示，神經萎縮是主要問題，同時還有發育和變性的異常，沒有神經元細胞的丟失和凋亡，并且膠質細胞的樹突和突觸在體積和數量上是減少的[15]。本研究病例組患者雙側額上回、雙側顳葉的MK值較對照組降低， MK值可以更加敏感地探測組織的微觀結構改變，結合額顳葉病理學研究結果以活體為基礎推測抑郁癥患者的額顳神經纖維可能存在萎縮或髓鞘脫失，使白質結構松散。劉海霞等[16]在對首發中年女性抑郁癥患者采用形態學研究中發現，左側眶額回、右側尾狀核區白質體積減少，具有類似研究結果的有Taylor等[17]的研究。推測額顳葉的神經纖維可能存在萎縮，使白質結構松散的結論，與劉海霞等[16]的結論相互印證。同時神經纖維的髓鞘脫失或萎縮也會影響默認腦網絡回路的信息傳遞，Sexton等[18]關于心境障礙的系統評價總結出，抑郁癥額葉皮質下環路的纖維束病變造成了額葉和皮質下區域間的“失聯合綜合征”，因此本研究額葉神經纖維束的結構改變為“失聯合綜合征”的產生提供了病理基礎。本研究中病例組患者左側額上回、雙側額中回、雙側額下回、雙側顳葉和胼胝體膝部的FA值有降低趨勢，抑郁癥患者雙側額上回、額中回、額下回、雙側顳葉MK值有降低趨勢，并且雙側額上回MK值較對照組降低，而雙側顳葉既有FA值又有MK值較對照組降低，提示抑郁癥患者存在多個腦區結構改變，盧青等[19]首發和復發中青年重性抑郁癥患者的DTI成像研究中，首發抑郁癥組較對照組在右額葉中央前回、右額中回、右額下回及右額葉下回、顳葉下回、左顳葉梭狀回及胼胝體的FA值降低，復發組額中回、右額下回等腦區的FA值較對照組降低。劉想林等[6]研究顯示青年重性抑郁癥患者多個腦區(雙側額上回、雙側額中回、雙側額葉內側回、雙側中央旁小葉、右頂下小葉、雙側中央后回、右楔狀葉、左枕中回、左語言中樞、左顳上回、右顳中回、右扣帶回、右殼核)的局部一致性(ReHo)降低，本研究雖有諸多腦區FA值及MK值有降低趨勢，這可能與沒有區分首發和復發患者及疾病嚴重程度有關。本研究中雙側額葉MK值較對照組降低，Nilssom等[20]和鄭慧鑫等[2]運用DKI對正常人腦的研究中發現額葉白質MK值隨年齡增長而降低，還發現顳葉的MK值降低，較額葉和胼胝體結構顯著，因MK值較FA值更敏感，本研究中顳葉的MK值及FA值較對照組降低，可以推測額葉和顳葉的腦結構改變先于其他腦區，可能顳葉這種改變程度較其他腦區更重，以往的研究未提到該推測，有待于在今后擴大樣本量證實。

本研究中病例組胼胝體膝部及壓部的FA值和MK值與對照組比較無差異，這一結果與其他人研究結果不同，其中繆光勝[21]研究發現，抑郁癥患者胼胝體壓部的FA值較對照組降低，本研究中抑郁癥患者胼胝體膝部及壓部的MK值及FA值與對照組比較無差異，分析原因為繆光勝研究的病例是9例老年抑郁癥患者，正常人腦髓鞘發育存在階段性改變，成年人33歲之前FA值呈非線性增加，33歲之后隨年齡增加呈非線性降低[1]。胼胝體連接雙側大腦半球的聯合纖維，其神經纖維致密，本研究的病例是中年抑郁癥患者，可能沒有胼胝體的結構改變。本研究中抑郁癥患者的雙側枕葉FA值和MK值與對照組比較無差異，推測枕葉的腦白質可能和情感的調節沒有直接關系。

本研究的不足，一方面樣本量較小，另一方面沒有區分抑郁癥首發和復發患者及疾病嚴重程度分級進行研究，這可能也是本研究發現陽性結果腦區較其他研究結果少的主要原因，有待于在以后的研究中擴大樣本量和區分首發和復發患者以及疾病嚴重程度進一步探討抑郁癥的發病機制。

DKI被用于很多疾病的臨床研究，但存在掃描時間較長的特性，使其臨床應用受到一定限制。隨著核磁檢查設備和后處理軟件的改進與完善，DKI的應用將會突破現有瓶頸，成為研究腦白質的結構改變與抑郁癥發病機制之間的聯系的優選工具，依靠DKI提供的影像診斷學依據，為抑郁癥的研究領域提供更加有價值的研究信息和數據。

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