以FreeSurfer活體測量屈光參差性弱視枕葉皮質形態學改變的MRI研究

摘要：目的 運用磁共振技術及FreeSurfer軟件，對屈光參差性弱視患者枕葉皮層灰質進行分割測量。方法 以1.5T磁共振對11例屈光參差性弱視患兒及11例視力正常兒童進行全腦掃描，應用三維磁化準備快速遞度回波序列采集三維解剖數據，采用FreeSurfer軟件進行處理分析。結果 弱視患兒雙側枕葉灰質容積與對照組分別進行獨立樣本t檢驗，其結果分別為t=2.618，P=0.016；t=2.515，P=0.021，有顯著性差異（P<0.05）。結論 FreeSurfer對磁共振三維解剖數據的后處理可以無創性、活體測量枕葉灰質容積，屈光參差性弱視枕葉灰質容積較視力正常者降低。

關鍵詞：屈光參差性弱視；灰質容積；磁共振成像；FreeSurfer

屈光參差性弱視是一種嚴重影響患兒視力發育及身心健康的常見疾病。一般認為是患者在視覺發育期，由于各種原因造成視覺剝奪（或）雙眼相互作用異常所引起的單側或雙側視力減退，眼科檢查沒有可查覺的器質性病變。利用FreeSurfer 軟 件（http：//surfer.nmr.mgh.harvard.edu） 處理高分辨的MRI圖像，來進行精確活體測量皮層灰質容積[1-3]，研究弱視患兒枕葉皮層形態學改變。

1資料與方法

1.1一般資料 收集我院眼科屈光參差性弱視患者11例，其中男性6例，女性5例，年齡5～9歲，平均年齡（7.09±1.58）歲。弱視診斷標準以1996年中華眼科學會全國兒童弱視斜視防治學組工作會議為標準，即眼部無明顯器質性病變，以功能性因素為主所引起的遠視力≤0.8且不能矯正者；對于屈光參差性弱視要求為雙側性，發生于未戴過矯正眼鏡的高度屈光不正患者，雙眼視力相等或接近，遠視≥3.00D，近視≥6.00D，散光≥2.00D。所有病例都進行配鏡治療。對照組為視力正常的志愿者11例，其中男性6例，女性5例，年齡4～10歲，平均年齡（7.01±2.45）歲，雙眼裸眼視力均在1.0以上。所有被試均經心理學量表測試證實為右利手，均無其它嚴重眼部疾病及神經系統疾患，無全身疾病病史。

1.2磁共振數據采集 以SIEMENS AVANTO 1.5 T進行數據采集。取仰臥位，由海綿枕及頭盔將頭固定在矩陣頭線圈上，佩戴耳塞，安靜勿動。常規掃描橫軸位T2加權圖像排除腦部病變，而后采用三維磁化準備快速遞度回波（3D MPRAGE）序列，采集患者頭部解剖像，采集層厚為1.3mm，層間距為0.65mm，掃描基線平行于前后聯合線，TR、TE分別為1900、3.37ms，T1為1100ms，翻轉角 15°，FOV為256mm×192mm，矩陣為256×256，共128幅圖像。

1.3圖像處理及數據分析 圖像數據通過基于Linux平臺的工作站進行離線處理。首先采用FreeSurfer軟件包將所采集到三維圖像數據轉換為MGZ（compressed Massachusetts General Hospital file）格式，而后對其自動化分析處理，其主要步驟包括基于分水嶺算法和可變表面模型去除非腦結構、分割腦白質、修正局部解剖結構異常、重建皮層等，最終生成雙側半球皮層重建。由于FreeSurfer軟件根據Desikan-Killiany圖譜自動將雙側半球枕葉皮層各分成四個部分：楔葉、枕外側葉、舌回、距狀溝周邊，因此將該四部分灰質容積相加得到枕葉灰質容積，同時計算每個被試顱內容積（ICV：the estimate total intracranial volume），見表1，2。

個體之間大腦形態存在較大差異，因此不能單從個體枕葉灰質容積進行形態學比較。為消除作為個體顱腦大小的因素影響，本研究將每個個體枕葉灰質容積除以其顱內容積，得到相應的比值后，運用SPSS12.0統計軟件對屈光參差性弱視組和正常組左右半球枕葉的灰質容積比值，分別進行獨立樣本t檢驗，見表3。

2結果

兩組被試在年齡方面沒有統計學差異（t=-0.216，P=0.913>0.05），因此可以排除由于年齡因素所導致的腦解剖結構的差異；兩組被試性別比例相一致，也可以排除性別因素導致的灰質容積差異。對弱視組和對照組患者的左右半球灰質容積比分別進行獨立樣本t檢驗，其結果分別為t=2.618，P=0.016；t=2.515，P=0.021。該結果說明弱視患者左右半球枕葉灰質容積與對照組相比均明顯降低（P<0.05）。

3討論

3.1被試的納入標準與比較方法選擇 因為利手與左右腦皮質的形態學有一定關系[4]，所以所有被試均在實驗前進行利手測定，其主要目的是為了排除由于利手因素導致的腦解剖結構異常。為了剔除性別因素對視覺皮質形態的影響[5，6]，在該實驗中兩組被試的性別比例是相同的（男性6例、女性5例）。其次，年齡也是一個影響皮質形態學的因素，一般認為年輕人的皮質厚度要厚于老年人[7，8]。在該實驗中所選擇的兩組被試在年齡方面比較接近，兩者沒有顯著性差異，基本上可以排除由年齡因素產生的影響。

兒童頭顱大小、形態千差萬別，因此比較兩組枕葉灰質容積數據的絕對值變得毫無意義，故在該實驗中，采用枕葉灰質容積除以顱內容積方法，，通過對獲得的比值系數進行比較，這樣使實驗數據及結果更精確、更可靠。

3.2屈光參差性弱視枕葉灰質容積形態學改變 不同類型的弱視有其不同的致病機制，在皮質形態學上可能也有不同的表現，目前從形態學角度研究神經疾病已取得一些進展[9-11]，但對屈光參差性弱視皮質形態學改變的研究還不多見。既往對屈光參差性弱視患者進行的功能磁共振研究發現弱視患者視覺相關皮層激活功能水平是降低的[12]。本實驗發現，屈光參差性弱視患者皮層灰質容積較視力正常人群明顯變小、減低，因此推測弱視患者視覺相關皮層的形態學改變是功能異常的解剖學基礎。

一般認為，正常大腦視覺皮質發育過程需要接受正常有效的視覺刺激，然而弱視眼由于缺乏正常視覺刺激環境，長期無法在視網膜上形成清晰圖像，視覺輸入信息明顯減少，導致視通路及視皮質無法得到足夠的視覺信號刺激，從而導致視覺相關皮質的神經元數量減少和相應突觸聯系喪失，視覺皮質發育障礙 從而表現為形態學的改變，尤其是對于處在視覺發育可塑期內的患兒，更易發生這種結構、形態上的改變[13]。

Janine D. Mendola等研究發現弱視患者在視皮層及距狀溝周圍區灰質容積減少[13，14]，與本實驗研究結果相一致，視覺經驗異常直接影響視皮層發育及其形態結構改變，其中灰質容積減少歸因于視覺敏感度降低、定位能力和深度知覺喪失、異常的立體視覺等。但基于體素的形態學研究方法及其結果仍存些許爭議，在基于體素的形態學分析過程中，空間標準化及其所用的成人標準腦模板對于兒童可能缺乏精確性、其所采用模型是多變量的，只能多變量形態學分析，而不能行單變量分析[15，16]。

本研究采用FreeSurfer處理分析方法，通過磁共振成像活體上證實了屈光參差性弱視皮層灰質容積降低，進一步證實大腦皮質形態學上的改變與弱視發生機制之間的密切相關性，從而有可能為臨床有效治療及評價預后提供理論支持。

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