精神分裂癥患者腦白質纖維擴散張量成像測量方法研究

茍輝亮，黎勝強，覃穎，丁輝，鄧生華，盧俊風，安娜，楊倩

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精神分裂癥患者腦白質纖維擴散張量成像測量方法研究

茍輝亮，黎勝強*，覃穎，丁輝，鄧生華，盧俊風，安娜，楊倩

[摘要]目的 探討用MR擴散張量成像(DTI)對精神分裂癥患者腦白質纖維測量方法研究和意義。材料與方法 對10～50歲精神分裂癥住院患者(研究組)和50名健康人群(對照組)擴散張量成像腦白質纖維形態和量的分析。結果 (1)比較研究組與對照組年齡和性別無顯著統計學意義；(2)比較對照組和研究組各部位對應左右差值分布差異有顯著統計學意義(P＜0.05)，發現研究組雙側顳上回、雙側外囊中部及雙側海馬鉤回左右FA差值明顯低于對照組，差值越大，越有統計學意義。結論 用擴散張量成像對精神分裂癥患者腦白質測量FA值時，取連續相鄰兩個層面最清晰部位進行對稱性測量，發現腦白質某部位擴散張量成像FA值異常，進行左右FA值(胼胝體除外)比較分析時，用左減右FA差值的方法進一步分析腦白質細微結構變化具有臨床意義，可用于臨床分析。

[關鍵詞]彌散張量成像；精神分裂癥；腦

貴州省衛生廳科學技術基金項目(編號：gzwkj2013-1-048)

作者單位：

貴州省第二人民醫院影像科，貴陽550004

黎勝強，E-mail: lishengqiang@163. com

茍輝亮, 黎勝強, 覃穎, 等. 精神分裂癥患者腦白質纖維擴散張量成像測量方法研究. 磁共振成像, 2016, 7(3): 161-166.

擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是目前惟一無創性活體研究腦白質纖維束形態結構的方法，可以清晰勾畫出腦內主要腦白質纖維束的走行及空間分布，顯示腦內病變對白質纖維束形態結構的直接或間接影響。DTI已初步應用于臨床，對腦內白質纖維束正常及神經系統各種疾病的研究正處于初始階段[1]。

目前，國內已有運用DTI對精神分裂癥患者腦部結構進行研究，我省幾乎還沒有用DTI對精神分裂癥患者研究。腦白質纖維如果在神經細胞存活的前提下，受損的神經纖維有著活躍的再生能力[2]。所以DTI探討精神分裂癥患者腦白質纖維FA值的測量方法，為臨床診斷提供一定的幫助。

1 材料與方法

1.1 材料

對50例10～50歲(男女不限)精神分裂癥患者(研究組)和50名10～50歲(男女不限)健康人(對照組)行MR DTI檢查，比較研究組和對照組的部分各向異性(FA)差異性。用MR DTI技術探討研究精神分裂癥患者可能的腦白質纖維的病理生理變化的方法。用不同年齡組正常健康人群的DTI腦白質FA值改變與50例不同年齡組精神分裂癥患者的DTI腦白質FA值改變相對比：探討分析精神分裂癥患者腦白質結構異常的病理生理學和影像學表現的測量方法。

1.2 方法

將50名健康人(對照組)和50例精神分裂癥患者(研究組)采用GE- Sigma? HDe 1.5 T磁共振儀對其頭部掃描，標準頭頸聯合(NV)線圈行射頻脈沖發射和磁共振信號的接收。掃描主要序列及參數包括軸位FSE T2WI：TR 4000 ms，TE 129 ms，矩陣352×256，激勵次數1次，FOV 24 cm×18 cm，層厚5 mm，間隔1.5 mm；軸面DTI (15個擴散編碼方向)，為單次激發雙自旋回波EPI脈沖序列：b值0，1000 s/mm2，TR 8000 ms，設定TE為最小，一般為129.4 ms，矩陣128×130，激勵次數2次，FOV 24 cm×24 cm，層厚為3 mm，間隔均為0；掃描過程中受試對象取仰臥位，首先用T1WI進行矢狀面(5 mm，1 mm間隔)掃描，于正中矢狀面圖像上尋找前后聯合，以其連線(即AC-PC線)的平行線作為T2WI FLAIR和軸面DTI掃描的定位線，其中必須有一條定位線通過扣帶回的正中，以垂直海馬長軸的線作為冠狀位DTI掃描的定位線。掃描結束后，將原始數據傳輸至GE Advantage Windows工作站進行數據后處理。

1.3 實驗方案

根據1998 年我國頒布了《藥品臨床試驗管理規范(實行) 》和《赫爾辛基宣言》從事人體實驗研究的道德守則，本對照組50名健康受試者是自愿簽署醫院倫理委員會通過的《健康人群受試者“知情同意”協議書》。將50名健康人群(對照組)分成4組：11～20歲，21～30歲，31～40歲，41～50歲組，經過臨床醫師初步篩查，無神經系統疾病后，用CT平掃初步篩查腦內無異常病灶后，進行磁共振平掃 + DTI掃描；將50例根據CCMD-3診斷標準確診為精神分裂癥的患者(研究組)分成4組11～20歲，21～30歲，31～40歲，41～50歲組，用苯二氮卓藥物控制患者精神癥狀，能在安靜狀態下進行磁共振平掃 + DTI成像。將圖像傳入GE Advantage Windows工作站，采用Function tool 9.4.04 b軟件對DTI圖像進行后處理。該軟件可對因EPI技術引起的圖像變形進行自動校正，然后重建出FA圖像。在彩色編碼的FA圖像上分別測量雙側顳葉、頂葉、額葉、枕葉白質、胼胝體膝部和壓部、內囊前肢中部、外囊中部、前后扣帶回以及海馬頭體部、海馬尾、海馬鉤回白質、丘腦腹內側及腹外側、腦干、小腦半球腦白質的FA值。感興趣區(region of interest，ROI)大小為30 mm×30 mm左右，ROI置放位置均為相應部位上下連續相鄰層面上的最佳位置；ROI基本為圓形、橢圓形，分別放置在FA圖像上及同層面的b=0 (即T2WI)圖像的相同位置上。測得每個ROI多個層面的FA值后取平均值。數據采取盲法測量(圖1，2)。

1.4 統計學方法

所收集數據由2名副主任醫師同時用EpiData 3.1軟件雙錄入后進行一致性檢驗無誤后，對兩組數據用SPSS 16.0統計軟件進行統計學分析。

圖1　A，B：左側海馬鉤ROI放置點；C：ROI FA值；D：ROI腦白質纖維。Fig. 1 A, B: The left hippocampal placement uncus region of interest. C: FA value of region of interest. D: Cerebral white matter fiber for region of interest.

圖2　A，B：右側海馬鉤ROI放置點；C：ROI FA值；D：ROI腦白質纖維Fig. 2 A, B: The right hippocampal placement uncus region of interest. C: FA value of region of interest. D: Cerebral white matter fiber for region of interest.

2 結果

對照組中，11～20歲11名，21～30歲11名，31～40歲11名，41～50歲17名，男性21名，女性29名。研究組中11～20歲9例，21～30歲8例，31～40歲19例，41～50歲14例，男性26例，女性24例。比較對照組與研究組年齡分布差異用秩和檢驗無顯著差異(表1)。P=0.082無明顯統計學意義。比較對照組與研究組性別分布差異用卡方檢驗無顯顯差異(表2)。

表1　對照組與研究組年齡分布差異Tab. 1 The difference between the control group and the study group in age distribution

表2　對照組與研究組性別分布差異Tab. 2 The difference between the control group and the study group in gender distribution

先描述對照組和研究組各部位FA值用百分位數描述。通過對照組和研究組、男與女各部位FA值比較，對照組取平均數±標準偏差得出一組各部位正常FA值取值范圍：雙額葉中心為0.43 ± 0.09；雙額上回為0.44 ± 0.07；雙頂葉為0.40 ± 0.06；雙顳葉中心為0.48 ± 0.09；雙顳上回為0.48 ± 0.08；雙枕葉為0.39 ± 0.10；雙內囊前肢為0.43 ± 0.05；雙外囊中部為0.43 ± 0.05；腦干中心為0.42 ± 0.05；雙前扣帶回為0.24 ± 0.06 ，雙后扣帶回為0.25 ± 0.06；雙側丘腦腹內側為0.35 ± 0.08；雙側丘腦腹外側為0.70 ± 0.04；胼胝體膝部(前)為0.81 ±0.06；胼胝體壓部(后)為0.80 ± 0.06；雙側海馬尾部(男)為0.17 ± 0.05；雙側小腦半球為0.27 ± 0.06；雙側海馬頭體部為0.20 ± 0.06；雙側海馬鉤回為0.20 ± 0.05 (表3)。

表3　對照組和研究組、男與女各部位FA值比較，取平均數正常取值范圍Tab. 3 A contrast on the FA value in parts of the brain in the two groups (take the average normal value range)

比較對照組和研究組各部位對應左右差值分布差異用Mann-Whitney檢驗有顯著統學意義(P＜0.05)(表4)。本研究組均用左減右的差值進行統計，正數代表左大于右，負數代表右大于左。結果研究組雙側顳上回、雙側外囊中部及雙側海馬鉤回左右FA值明顯低于對照組，差值越大，越有統計學意義。且均為負值，說明右側高于左側。

表4　對照組和研究組各部位對應左右差值分布差異Tab. 4 The distribution difference on the variations between the left and the right among the control and study groups

3 討論

在腦白質纖維中，垂直于神經纖維方向的擴散受髓鞘和細胞膜的限制，其擴散速率較平行于神經纖維方向的擴散慢，為了顯示這種組織中的各向特異性，用DTI技術，它是非方向依賴的，可以測量水分子在所有方向上的擴散能力[1]。其中用部分各向異性指數分析各向異性最常用的參數，指擴散的各向異性部分與擴散張量總值的比值，反應各向異性成分占整個擴散張量的比例。取值在0～1之間，0代表最大各向同性擴散，比如在完全均質介質中的水分子擴散，1代表假想下最大各向異性的擴散。腦白質中FA值與髓鞘的完整性、纖維致密性及平行性呈正相關[3-4]。本對照組和研究組DTI掃描方向均為15個方向，對照組中各部位FA值正常范圍因為無性別和年齡統計學意義，故對照組各部位正常FA值是只取男性組平均值 ± 標準偏差所得。與蔡宗堯等在《磁共振成像讀片指南—中樞神經系統》一書中所列出的不一樣[2]，可能是對ROI放置點和ROI面積大小有關。還有目前在 DTI中普遍使用的平面回波技術(EPI)可在數分鐘內得到多層影像，但由于 EPI技術對磁場不均一性更為敏感，容易產生影像的扭曲變形；另外當一個像素內存在多個白質纖維交錯或分支成角時，測出的擴散各向異性參數如FA值往往偏小，從而使 FA值的測定不準確 ；不同年齡組之間以及不同解剖部位之間腦組織的擴散各向異性參數均存在差異，因而難以對腦組織的各向異性參數的正常值做出明確界定[3]。因此在用DTI 技術觀察和診斷腦疾病，必須考慮到腦DTI 技術目前需要解決的一些環節并對其臨床應用帶來的影響[4]，患者年齡因素以及與年齡有關的腦白質微細結構的相應退化程度[5]。

本研究組相應部位差值有正有負，結果雙側顳上回、雙側外囊中部及雙側海馬鉤回左右FA值明顯低于對照組，均為負值，差值越大，越有統計學意義。由于精神分裂癥患者在患病后難以說清是左手利還是右手利，故研究時沒有進行左右手利患者的統計。所以本研究采用雙側對應部位左減右的方法比較FA差值的大小診斷精神分裂癥腦白質纖維值FA值變化。筆者發現不管是左手利還是右手利患者，用左減右FA差值的方法只要FA值差值在0.05以上就有統計學意義。筆者認為該患者在此腦部功能區腦白質纖維受到損傷，且隨著病程延長時受損的FA值較正常高。說明精神分裂癥患者腦部白質纖維的量和質變化是不完整性、對稱性。陳皓等[6]認為MCI患者雙側海馬旁回及右側顳葉可能存在白質纖維束完整性的受損有關。喬君等[7]在用擴散張量成像技術檢測精神分裂病患者腦白質纖維的過程中，發現能夠明確顯示出患者腦內軸索密度出現的異常下降趨勢，或檢測出軸索髓鞘化出現不同程度的下降等現象。王秀霞等[8]發現精神分裂癥高危人群腦白質微結構的改變位于左側額葉和左側內囊前肢。龔霞蓉等[9]彩色編碼DTI成像在MCI患者的后扣帶束結構的完整性定量診斷中很有優勢，并可預測不同年齡、不同病因導致的纖維髓鞘改變引發的認知障礙。劉虎等[10]發現左側小腦中腳的FA值顯著降低，表明精神分裂癥患者左側小腦中腳內纖維的走行和排列紊亂，可能導致左側小腦與相應大腦皮層的連接異常。趙明慧等[11]FA值反映了白質纖維各向異性的程度，FA值大，說明纖維走向較為一致，排列緊密，白質纖維的完整性好；FA值降低說明纖維的致密度下降，微細結構可能受到損害。王宏磊等[12]用DTI能發現偏執型SP患者雙側鉤束纖維微觀結構的損害以及兩側不對稱性的缺失并且這些損害與臨床癥狀及病情嚴重程度相關。賈艷濱等[13]首發精神分裂癥陽性型患者早期即存在海馬及額葉白質神經元細胞數目和(或)功能顯示不對稱，左側低于右側。劉嶺嶺等[14]新生兒腦組織FA值隨胎齡增長逐漸增高，不同部位的FA值不同并表現出一定的發育次序。岳倩等[15]FA值的大小與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性密切相關，能夠反映白質纖維束是否完整。綜合上述，提示精神分裂癥患者腦白質纖維與對照組對比在量和質上的變化，并且在不同區域的腦白質纖維變化不同，視覺通路和聽覺通路、左右通路、前后通路、上下通路的腦白質纖維均有量和質的變化。發病機制可能是神經回路中斷，而不是單純的某一區域損害所致。因此筆者認為DTI對精神分裂癥患者腦白質測量FA值時，取連續相鄰兩個層面最清晰部位進行對稱性測量，發現腦白質某部位DTI FA值異常，進行左右FA值(胼胝體除外)比較分析時，用左減右FA差值的方法進一步分析腦白質細微結構變化具有臨床意義。

本研究由于設計課題時對顳葉解剖部位的不熟悉，將海馬鉤回、海馬尾部、海馬頭體部誤認為島葉、海馬、海馬旁回，因此本組對島葉、海馬旁回ROI未進行研究測量，有待下一步進行研究。本研究未對精神分裂癥患者進行臨床分型研究，有待一步進行研究。

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An imaging measurement study on the diffusion tensor tractography of white matter fibers in the brains of schizophrenia patients

GOU Hui-liang, LI Sheng-qiang*, QIN Ying, DING Hui, DENG Sheng-hua, LU Junfeng, AN Na, YANG Qian
Department of Radiology, the Second People's Hospital of Guizhou Province, Guiyang 550004, China

*Correspondence to: Li SQ, E-mail: lishengqiang@163.com

Received 26 Nov 2015, Accepted 25 Jan 2016

ACKNOWLEDGMENTS Science and technology fund of Guizhou Provincial Health Department (No. gzwkj2013-1-048).

AbstractObjective: To investigate the viability and significance of imaging measurement on the diffusion tensor tractography of white matter fibers. Materials and Methods: A study group of 50 patients suffering from schizophrenia, a control group of 50 healthy persons. Taking the above-mentioned 2 groups as subjects of study and making imaging tractography measurement on the diffusion tensor of the amount of white matter fibers among the two groups of people. Results: (1) No obvious significant difference statistically was found in contrasting the age and gender of the two groups of people. (2) The differences were significant statistically (P＜0.05) when comparing comparison between the two groups in terms of distribution differences between left and right parts of the brain. Tests on the study group showed that subjects in this group register lower volume in such aspects as bilateral temporal gyros, bilateral middle and outer bag hook back around bilateral hippocampal FA difference than the control group. The bigger the difference is the more statistical value the study shows. Conclusions: In measuring the FA value of white matter in the study group using diffusion tensor imaging, the researchers made symmetrical measurements on the clearest parts of the two levels of successive adjacent parts. When the FA value of white matter shown in the diffusion tensor tractography is found to be abnormal, bilateral FA value can be measured, the difference between the right side FA value and the left side FA value can be used in carrying out clinical analysis on microscopic structure chang of white matter.

Key wordsDiffusion tensor imaging; Schizophrenia; Brain

DOI:10.12015/issn.1674-8034.2016.03.001

文獻標識碼：A

中圖分類號：R445.2；R749

收稿日期：2015-11-26接受日期：2016-01-25

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