不同年齡人群腦白質纖維彌散張量成像研究

許云飛，李月峰（江蘇大學附屬醫(yī)院影像科，江蘇 鎮(zhèn)江212013）

磁共振（纖維）彌散張量成像（DTI）技術是近年來新興的磁共振成像（MRI）的序列手段，已經在中樞神經系統的臨床及科學研究中發(fā)揮著明顯的作用，尤其是在有關精神疾病的發(fā)病機制探討中得到廣泛應用。運用DTI 手段在中樞神經系統疾病的機制探討研究中已取得豐碩成果。然而迄今鮮見有關健康人不同年齡組腦白質纖維完整性差異的研究報道。本文擬用西門子3.0T 高場磁共振對不同年齡組健康人腦白質進行分析，探討年齡因素對不同年齡段人群腦白質纖維完整性的影響，為相關臨床和科學研究提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取健康志愿者40 名，均為2009 年6 月至2012年8 月江蘇大學附屬醫(yī)院門診健康體檢者。按年齡不同分為青年組和老年組各20 名，青年組男女各10 名，年齡20～29 歲，平均（26.3±6.5）歲；老年組男女各10 名，年齡60 歲以上，平均（68.0±4.0）歲。入組標準：（1）右利手，受教育年限大于9 年；（2）CT 或MRI 檢查未發(fā)現腦器質性或腦血管病變或重大軀體疾病；（3）體格檢查無異常，排除任何MRI 禁忌證。本研究經醫(yī)院倫理委員會批準，全部志愿者對本研究知情，并簽署知情同意書。經獨立樣本t 檢驗，兩組在性別、年齡和受教育年限等方面比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 圖像采集 所有受試者均使用西門子Magnetom Trio Tim 3.0T MRI 掃描儀進行檢查，運用標準頭顱線圈。用單次激發(fā)自旋平面成像（EPI）序列進行橫斷面掃描，以正中矢狀位平行前后聯合連線（AC～PC）為定位線；射頻重復時間/回波時間（TR/TE）=1 100 ms/80 ms，掃描野（FOV）=240 mm×240 mm，矩陣（Matrix）=128×128，激勵次數2 次，b 值取0 和1 000 s/mm2，層厚5 mm，層間隔0 mm，獲取圖像300 層。將得到的圖像在工作站上進行橫斷面與矢狀面重建，并調節(jié)至最佳對比度，數據傳入Leonardo 圖像處理工作站并存入光盤。

1.2.2 圖像后處理 應用后處理軟件SPM99，將b=0 圖像匹配到標準蒙特利爾（Montreal neurological institute，MNI）空間中的T2模板，并變換參數應用到受試者對應的部分各向異性（fractional anisotropy，FA）分數圖像，完成FA 圖像的空間標準化。為降低噪聲和彌補空間標準化誤差，取5 mm 半峰值寬度對每個FA 圖像進行空間平滑。根據Tanner 公式計算擴散張量矩陣，得到本征矢量值和本征值，進而計算FA 值。

1.3 統計學處理 應用SPM5 中雙樣本t 檢驗統計模型，以P＜0.05且30 個以上連續(xù)的高亮像素集中區(qū)域作為組間有顯著性差異區(qū)域，分別比較不同年齡組間腦白質纖維FA 值的差異，運用Talairch Daemon Client 軟件判定對應腦區(qū)差異區(qū)域興趣腦區(qū)（MNI）坐標，以X、Y、Z（mm）表示具體每個腦區(qū)的空間位置。

2 結 果

老年組部分腦區(qū)域的FA 值明顯低于青年組，顯示其腦白質纖維的結構遭到破壞，如神經膠質細胞代謝異常、髓鞘完整性損傷、皮質之間環(huán)路連接障礙等。具體區(qū)域位置及參數見表1（表1中所注腦區(qū)均為老年組與青年組有差異性的腦區(qū)，為SPM 軟件自動生成，兩組無差異性腦區(qū)在本文中無參考意義，故未在表中列出，如右側海馬、左側額上回、雙側丘腦等腦區(qū)）。

表1 青年組和老年組FA 值降低有統計學意義的腦白質區(qū)域

3 討 論

有關不同年齡段健康人腦結構的研究已進行多年，并取得較大進展，諸如不同年齡段皮層體積、腦室大小、波譜分析以及血氧水平依賴成像（BLOS）研究等[1-2]。這些研究為神經中樞疾病的研究打下了堅實基礎，為疾病導致的中樞結構變化提供了參考及解釋依據。但迄今有關不同年齡組正常腦白質纖維完整性的研究尚鮮見報道。DTI 是近年來發(fā)展起來的一種新的核磁共振技術[3-4]，主要通過測量水分子的彌散運動重建腦內白質纖維軌跡并提供可以定量的特征性參數，其主要定量參數包括表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）及FA 值。ADC 是體內彌散程度的整體反映，FA 值可以提供較好的灰白質對比，用以評估組織結構的完整性和連通性[5]，其值大說明纖維走向較為一致，排列緊密，髓鞘發(fā)育正常，值減小則表明纖維的微細結構遭到破壞。基于此，作為目前唯一可以無損傷檢測腦白質纖維軌跡和解剖連通性的方法[6-7]，DTI 為進一步探討腦發(fā)育、腦認知功能的研究包括抑郁癥的發(fā)病機制等提供了新的發(fā)展空間。

本研究發(fā)現，青年組和老年組FA 值在諸多腦區(qū)中均存在差異，即老年組白質纖維完整性較青年組有明顯降低。但值得注意的是，其在雙側海馬區(qū)及額葉扣帶回區(qū)的變化尤為明顯（表1 中所注左側海馬和雙側前額葉扣帶回），本研究結果與已有中樞結構學的報道基本一致[8-9]。海馬為邊緣系統中重要的灰質核團，其功能與人類的情感、記憶、認知有著密切關系，近年來有報道證實海馬為短時記憶的存儲場所[10]，而前額葉扣帶回是情感整合的中樞[11]，其豐富的神經纖維與紋狀體、胼胝體、海馬、杏仁核、眶額皮質等緊密聯系，上述區(qū)域神經纖維組織的低結合性導致皮層之間連接功能受損，進而引起一系列的認知改變；同時，前額葉扣帶回也為長時記憶的存儲場所。老年人所表現出的特征性記憶力下降或許與其記憶存儲的效應灰質（海馬、額葉扣帶回）白質纖維的完整性下降有著重要相關性。結合現有報道及解剖學研究，作者認為，有關記憶和認知的病變如阿爾茨海默病患者或許也存在上述結構的FA 值下降。

本研究結果還顯示，老年組雙側額上回、顳中回及顳下回FA值均存在下降（表1），而既往文獻中提示抑郁癥、強迫癥及精神分裂癥患者也會出現上述部分腦區(qū)的變化[12]。通過比較分析作者認為，年齡因素引起的FA 值下降不太顯著，范圍較廣泛，而疾病引起的程度較為明顯，范圍較為局限，這或許可作為二者鑒別的依據，因此，在對疾病患者腦白質纖維完整性進行研究的同時應注意年齡因素的影響。

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