T2*值評價健康成年人腦鐵含量及其與性別的相關性研究*

王波，馬莎，芮茂萍，陳婧，張宏江，代紅櫻，陳渝暉，張潔

［云南省第一人民醫院（昆明理工大學附屬醫院），云南 昆明 650032］

論著

T2*值評價健康成年人腦鐵含量及其與性別的相關性研究*

王波，馬莎，芮茂萍，陳婧，張宏江，代紅櫻，陳渝暉，張潔

［云南省第一人民醫院（昆明理工大學附屬醫院），云南 昆明 650032］

目的采用3.0T磁敏感加權成像定量測量健康成年人額葉白質區及灰質核團的T2*值，探討灰質核團與性別的相關性。方法選取年齡25～85歲的128例年齡相匹配的男性組及女性組進行磁共振成像（M R I）常規及磁敏感加權成像（S W I）掃描，經后處理在T2*圖像上分別測量左右側額葉白質區、紅核、黑質網狀帶、黑質致密帶、尾狀核頭、殼核、蒼白球和丘腦的T2*值，分析T2*值與性別的相關性。結果男、女性組左、右側的T2*值在蒼白球最低，其次為黑質網狀帶、紅核，額葉白質區的最高。男性組右側黑質網狀帶、黑質致密帶T2*值小于左側，女性組右側黑質網狀帶T2*值小于左側（P＜0.05）。殼核、丘腦的T2*值男、女性組比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；其余感興趣區的T2*值比較差異無統計學意義（P＞0.05）。結論健康成年人的殼核、丘腦的腦鐵含量與性別具有相關性。

磁共振成像；腦鐵沉積；性別

在健康人群的生長過程中，以及一些神經退行性疾病的病理生理過程中，腦鐵沉積起著一定的作用。而在各種神經退行性疾病中，男性的發病率要較女性高，男性的發病年齡亦較女性早［1］，推測與男性的腦鐵含量相對較高有關［2］。目前能進行準確、無創的活體腦鐵含量檢測成為迫切需要解決的問題，而磁敏感加權成像（s u sceptibility w ei g hted ima g in g，S W I）的應用使人們可以進行無創腦鐵含量測量。本研究對一組年齡相匹配的健康成人志愿者進行顱腦常規及S W I掃描，研究腦內灰質核團及額葉白質區的腦鐵含量與性別的相關性。

1　資料與方法

1.1一般資料

選取2011年1月-2015年7月本院128例右利手的成年健康志愿者作為研究對象，行常規顱腦磁共振成像（ma g netic resonance ima g in g，M R I）掃描及S W I檢查無異常，其中男性組及女性組各64例，年齡匹配，25～85歲，平均58.25歲。所有志愿者排除可能影響神經系統的系統性疾患及代謝性疾病，既往無神經系統、精神疾病病史，掃描前均簽署知情同意書。

1.2掃描方法

1.2.1M R I的掃描使用G E S i g na H D X t 3.0T超導型磁共振儀和8通道顱腦線圈（德國G E通用電氣公司）。掃描參數有：橫軸位自旋回波序列（spin echo，S E）T2加權圖像（T2w ei g hted ima g in g，T2W I）：重復時間（repeatin g time，T R）2 820ms，回波時間（echo time，TE）111 ms；液體衰減反轉恢復成像（f l u id atten u ated in v ersion reco v ery，F L A I R）S ET1加權圖像（T1w ei g hted ima g in g，T1W I）（T R/TE：1777～1 823/26.8 ms，T I：860 ms）；F L A I R S E T2W I（T R/TE：8 002/146～153 ms，T I：2 000～2 250ms）。S W I橫軸位：O blic 3D M ode，快速擾相梯度回波（f ast spoiled g radient echo，F S PG R），T R/TE：68.2 ms/6.06、13.44、20.81、28.18、35.55、42.92、50.30和57.67ms，層厚/層間距：2/0mm，翻轉角20°，信號平均次數（n u mber o f si g nal a v era g ed，nsa）1，掃描視野（f ield o f v ie w，F OV）240mm，B and w ith 31.25，距陣512×512。

1.2.2T2*圖像后處理及T2*值的測量掃描完成后在a w 4.4工作站的F u nctool軟件對S W I強度和相位的信息進行圖像后處理，得到相位圖、幅值圖及T2*圖像。在相位圖、幅值圖上剔除基底節區并發鈣化的病例，全部數據由2位M R I醫師使用多邊形測量工具，分別測量得出雙側額葉白質區、紅核、黑質網狀帶、黑質致密帶、尾狀核頭、殼核、蒼白球和丘腦的T2*值（見圖1～3），并取其均值以盡可能減少人為誤差，不同意見共同協商達成一致意見。

圖1　雙側額葉白質區感興趣區示意圖

圖2　紅核、黑質致密帶、黑質網狀帶感興趣區示意圖

圖3　雙側尾狀核頭、殼核、蒼白球及丘腦感興趣區示意圖

1.3統計學方法

采用S P SS 17.0統計軟件進行數據分析，計量資料以均數±標準差（x±s）表示，用配對t檢驗分別比較男性組及女性組左、右側各額葉白質區及灰質核團的T2*值，用獨立樣本t檢驗比較男性組與女性組不同側別各腦深部核團及額葉白質區T2*值，用協方差分析來分析各額葉白質區及灰質核團的性別差異，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1男性組及女性組各感興趣區的腦鐵含量分布

男性組及女性組蒼白球的T2*值最低，其次為黑質網狀帶、紅核，額葉白質區的T2*值最高，說明男性組及女性組蒼白球腦鐵含量最高，其次為黑質網狀帶、紅核，額葉白質區的腦鐵含量最少。男性組左、右側黑質網狀帶、黑質致密帶的T2*值比較，經配對t檢驗，差異有統計學意義（t=2.052和2.525，P=0.044和0.014），女性組左、右側黑質網狀帶的T2*值比較，經配對t檢驗，差異有統計學意義（t=3.317，P=0.002）；其余感興趣區的T2*值比較差異無統計學意義。見表1、2。

2.2男性組與女性組不同側別各感興趣區的腦鐵含量比較

男性組與女性組不同側別各感興趣區的T2*值比較，經獨立樣本t檢驗，差異有統計學意義（左側殼核：t=1.995，P=0.048；右側丘腦：t=-2.072，P= 0.040），說明女性在殼核的腦鐵含量低于男性，而丘腦的腦鐵含量高于男性。余大腦區域的T2*值比較差異無統計學意義。見表3、4。

2.3大腦不同感興趣區的腦鐵含量與性別的相關性

表1　男性組左、右側各感興趣區的T2*值的比較 （ms，）

表1　男性組左、右側各感興趣區的T2*值的比較 （ms，）

部位額葉白質區左側　2 8 . 1 2 ± 3 . 4 8 　2 7 . 3 6 ± 3 . 6 9 　4 1 . 8 2 ± 5 . 1 0 　3 2 . 6 4 ± 4 . 7 3 　2 7 . 0 6 ± 3 . 3 8 　4 7 . 6 5 ± 4 . 8 9 　3 8 . 0 0 ± 5 . 7 9 　5 0 . 5 3 ± 4 . 7 3右側　2 7 . 7 4 ± 3 . 6 0 　2 6 . 4 9 ± 3 . 4 5 　4 0 . 3 2 ± 4 . 8 9 　3 2 . 2 3 ± 4 . 5 0 　2 6 . 3 0 ± 3 . 4 4 　4 7 . 1 3 ± 4 . 4 9 　3 7 . 1 4 ± 5 . 7 3 　5 0 . 6 3 ± 4 . 5 2 t值　1 . 0 8 4 　2 . 0 5 2 　2 . 5 2 5 　1 . 1 6 4 　1 . 8 5 3 　0 . 7 2 7 　1 . 3 7 5 　-0 . 1 7 4 P值　0 . 2 8 2 　0 . 0 4 4 　0 . 0 1 4 　0 . 2 4 9 　0 . 0 6 9 　0 . 4 7 0 　0 . 1 7 4 　0 . 8 6 2紅核黑質網狀帶黑質致密帶殼核蒼白球丘腦尾狀核頭

表2　女性組左、右側各感興趣區的T2*值的比較 （ms，）

表2　女性組左、右側各感興趣區的T2*值的比較 （ms，）

部位額葉白質區左側　2 8 . 1 0 ± 4 . 5 0 　2 7 . 0 5 ± 4 . 3 4 　4 0 . 4 6 ± 5 . 4 6 　3 0 . 8 0 ± 5 . 6 4 　2 5 . 8 5 ± 3 . 6 5 　4 8 . 8 4 ± 5 . 0 0 　3 7 . 6 9 ± 7 . 2 6 　5 1 . 0 8 ± 5 . 7 8右側　2 7 . 8 9 ± 3 . 8 9 　2 5 . 6 4 ± 3 . 6 8 　3 9 . 7 3 ± 4 . 9 1 　3 0 . 9 2 ± 5 . 7 6 　2 5 . 6 1 ± 3 . 1 7 　4 8 . 6 8 ± 3 . 9 8 　3 7 . 0 3 ± 5 . 8 5 　5 0 . 4 0 ± 3 . 7 5 t值　0 . 5 9 0 　3 . 3 1 7 　1 . 3 1 0 　-0 . 4 4 2 　0 . 7 2 7 　0 . 2 2 7 　1 . 1 4 7 　0 . 9 0 9 P值　0 . 5 5 7 　0 . 0 0 2 　0 . 1 9 5 　0 . 6 6 0 　0 . 4 7 0 　0 . 8 2 1 　0 . 2 5 6 　0 . 3 6 7紅核黑質網狀帶黑質致密帶殼核蒼白球丘腦尾狀核頭

表3　男、女性組各感興趣區左側的T2*值的比較 （ms）

表3　男、女性組各感興趣區左側的T2*值的比較 （ms）

部位額葉白質區男性　2 8 . 1 0 ± 4 . 5 0 　2 7 . 0 5 ± 4 . 3 4 　4 0 . 4 6 ± 5 . 4 6 　3 0 . 8 0 ± 5 . 6 4 　2 5 . 8 5 ± 3 . 6 5 　4 8 . 8 4 ± 5 . 0 0 　3 7 . 6 9 ± 7 . 2 6 　5 1 . 0 8 ± 5 . 7 8女性　2 8 . 1 0 ± 4 . 5 0 　2 7 . 0 5 ± 4 . 3 4 　4 0 . 4 6 ± 5 . 4 6 　3 0 . 8 0 ± 5 . 6 4 　2 5 . 8 5 ± 3 . 6 5 　4 8 . 8 4 ± 5 . 0 0 　3 7 . 6 9 ± 7 . 2 6 　5 1 . 0 8 ± 5 . 7 8 t值　0 . 0 2 6 　0 . 4 3 1 　1 . 4 5 4 　1 . 9 9 5 　1 . 9 3 5 　-1 . 3 6 4 　0 . 2 6 9 　-0 . 5 9 2 P值　0 . 9 7 9 　0 . 6 6 7 　0 . 1 4 9 　0 . 0 4 8 　0 . 0 5 5 　0 . 1 7 5 　0 . 7 8 8 　0 . 5 5 5紅核黑質網狀帶黑質致密帶殼核蒼白球丘腦尾狀核頭

表4　男、女性組各感興趣區右側的T2*值的比較 （ms）

表4　男、女性組各感興趣區右側的T2*值的比較 （ms）

部位額葉白質區男性　2 7 . 7 4 ± 3 . 6 0 　2 6 . 4 9 ± 3 . 4 5 　4 0 . 3 2 ± 4 . 8 9 　3 2 . 2 3 ± 4 . 5 0 　2 6 . 3 0 ± 3 . 4 4 　4 7 . 1 3 ± 4 . 4 9 　3 7 . 1 4 ± 5 . 7 3 　5 0 . 6 3 ± 4 . 5 2女性　2 7 . 8 9 ± 3 . 8 9 　2 5 . 6 4 ± 3 . 6 8 　3 9 . 7 3 ± 4 . 9 1 　3 0 . 9 2 ± 5 . 7 6 　2 5 . 6 1 ± 3 . 1 7 　4 8 . 6 8 ± 3 . 9 8 　3 7 . 0 3 ± 5 . 8 5 　5 0 . 4 0 ± 3 . 7 5 t值　-0 . 2 3 9 　1 . 3 4 6 　0 . 6 8 1 　1 . 3 6 6 　1 . 1 8 0 　-2 . 0 7 2 　0 . 1 1 5 　0 . 3 1 9 P值　0 . 8 1 1 　0 . 1 8 1 　0 . 4 9 7 　0 . 1 7 4 　0 . 2 4 0 　0 . 0 4 0 　0 . 9 0 8 　0 . 7 5 0紅核黑質網狀帶黑質致密帶殼核蒼白球丘腦尾狀核頭

由于年齡的增長伴隨著腦鐵含量逐漸增加，因此本課題采用男性組與女性組年齡相匹配以剔除年齡的影響。本組數據采用協方差分析，其中年齡作為協變量，性別作為自變量，以控制年齡對腦鐵含量的影響。各個不同感興趣區中，性別和年齡間均不存在交互作用（P＞0.05）。紅核、黑質網狀部、黑質致密部、殼核、蒼白球、丘腦、尾狀核頭、額葉白質區的T2*值與年齡之間存在線性關系（F=11.276、10.540、11.673、52.928、18.688、11.741、30.454和6.952，P= 0.001、0.001、0.001、0.000、0.000、0.001、0.000和0.009）（見圖4）?？刂颇挲g的影響后，紅核、黑質網狀部、黑質致密部、蒼白球、尾狀核頭、額葉白質區的T2*值與性別無關（F=0.013、0.991、1.592、3.479、0.056和0.055，P=0.910、0.331、0.209、0.065、0.813和0.814），說明該6個腦區的T2*值不受性別差異的影響；而殼核、丘腦的T2*值與性別比較，差異有統計學意義（F=4.204和4.961，P=0.042和0.028），說明性別對這2個腦區的T2*值有影響。

圖4　T2*值隨年齡變化的散點圖

3　討論

3.1SW I的T2*值檢測腦鐵含量的可靠性及可行性

局部磁場的不均勻是S W I用來顯示腦鐵分布的基本原理［3-4］。S W I采用的是薄層三維容積掃描，較常規磁共振檢查能更清晰地顯示腦深部核團的細微形態和解剖結構，為本研究的測量提供較好的圖像質量，得到的數據就更為準確。由于鐵的順磁效應可縮短T2*弛豫時間，造成T2*的縮短、信號降低，因此腦內鐵的沉積量與T2*值相關［5］。本研究通過直接測量腦內結構的T2*值來推測腦鐵沉積的分布變化，為反映腦內鐵沉積分布、測量和觀察其變化提供一種可靠的活體檢測方法。

3.2腦鐵的分布及含量

鐵是腦組織新陳代謝所必需的微量元素之一，參與著體內氧氣運輸、細胞的有氧代謝活動等多項重要的生理功能。鐵為許多重要酶能夠發揮正常功能提供基礎，并且參與髓鞘中脂質和膽固醇的合成［6］。不同的腦細胞攝取鐵的能力不一致，并且在不同腦區鐵的密度亦不同，因而腦鐵的分布具有不均衡性［7］，說明不同腦區對鐵的需求量不同形成不同的功能區，尤其是蒼白球與黑質網狀部的鐵含量最多，反應鐵在錐體外系具有重要意義。S P A T Z［8］于1922年采用P erls染色法首先進行腦鐵含量的系統研究，發現人體腦鐵分布不一致，深部核團最高，皮質次之，白質最低。隨后H A LL G R EN等［9］對81例死者腦標本的組織化學分析亦得出類似結果，錐體外系腦鐵濃度最高，其次是灰質，白質最低。本課題的研究亦發現在蒼白球腦鐵含量最高，其次為黑質網狀帶、紅核，額葉白質區的鐵含量最少，與文獻報道一致［8-10］。

3.3兩側腦鐵含量的差異

本研究中男性組右側黑質網狀帶、黑質致密帶腦鐵含量大于左側，女性組右側黑質網狀帶腦鐵含量大于左側，其余額葉白質區、紅核、尾狀核頭、殼核、蒼白球和丘腦左、右側的腦鐵含量比較，差異無統計學意義。說明左、右側黑質網狀帶、黑質致密帶腦鐵含量存在側別差異，與文獻報道不一致［10-12］。夏爽等［10］采用磁敏感圖對不同年齡63例健康志愿者腦鐵含量進行定量測量，除殼核外，黑質、紅核、蒼白球、尾狀核頭、丘腦和額葉白質區的鐵含量均為右側大于左側，得出左右兩側腦結構的鐵含量存在不對稱性。X U等［11］研究得出，右側殼核、蒼白球、黑質、丘腦以及額葉白質的腦鐵含量低于右側。而張京剛等［12］研究認為，右側殼核、蒼白球、黑質及尾狀核的鐵含量低于左側，推測可能與人腦運動功能的半球優勢差異及多巴胺系統半球有關。究其原因分析如下：①感興趣區選取。本課題中除額葉白質外，各核團的勾畫均在解剖結構清晰的最大層面S W I圖像上人工進行，能更準確地測量腦鐵含量；②成像方法的選擇。X U［11］和張京剛等［12］采用的是S W I相位圖的成像方法。國內外部分學者認為，S W I相位圖是測量局部腦鐵含量的較好方法［13-14］。但腦鐵含量與相位值之間的絕對關系仍需進一步研究來加以證實［15］。而本研究直接測量T2*值來評價腦鐵沉積的分布變化，較相位值更為可靠。③志愿者的選取及數量分布。據文獻報道正常人深部灰質核團隨著年齡的增長，鐵在其部位的沉積逐漸增多［16-17］。本研究結果亦證明，大腦各腦區的T2*值與年齡之間存在線性關系。因此本研究選取年齡相匹配的受試者進行統計學分析，剔除年齡變化對腦鐵含量的影響，較以上3種方法更為準確。

3.4腦鐵含量與性別的相關性

本研究中女性在殼核的腦鐵含量低于男性，而丘腦的腦鐵含量高于男性，而在額葉白質區、黑質網狀帶、黑質致密帶、紅核、蒼白球和尾狀核頭無性別差異，與文獻報道不一致［11］。B A R T Z OK I S等［2］采用磁場依賴性R2增加技術對腦鐵進行測量，得出腦鐵含量存在性別差異。而X U等［11］對78例（男性40例，女性38例）年齡在22～70歲的成年健康志愿者進行S W I掃描，測量黑質、紅核、蒼白球、殼核、尾狀核頭、丘腦和額葉白質區的平均相位值，經統計學處理，男性與女性比較差異無統計學意義，而認為成年人的腦鐵含量不存在性別差異。分析原因，與成像方法、感興趣區人為誤差、志愿者的選取及數量分布、習慣、人種的差別等有關。

3.5神經系統變性疾病的特定部位腦鐵含量變化

國內外多位學者研究證實，神經系統變性疾病患者存在中樞神經系統鐵的異常沉積［5-6、18-20］。常見的有帕金森?。╬ar k inson disease，P D）、阿爾茨海默?。╝l z heimer disease，A D）、運動神經元病和多系統萎縮等。王波等［18］采用S W I的T2*值對40例原發性帕金森患者組及40例年齡、性別相匹配的正常對照組進行常規序列及S W I序列的掃描，發現在P D的亞臨床期就有鐵的異常沉積，局部鐵含量的增加與單側癥狀P D的發病有關，但與病情的嚴重程度無關；P D鐵異常沉積的部位包括黑質致密部、黑質網狀部、紅核，與蒼白球、殼核、丘腦和尾狀核無關。S MI T H等［19］研究發現，輕度認知功能障礙（mildco gniti v e impairment，MCI）的患者皮質和小腦均有鐵含量升高，采用S W I對MCI患者進行4年多的隨訪，發現進展為A D的MCI患者左側殼核的鐵含量增長速度較快，提示左側殼核鐵異常增加可能與認知功能減退密切相關。

綜上所述，本研究得出成年男性黑質網狀帶、黑質致密帶和女性黑質致密帶腦鐵含量存在側別差異；成年男、女性在殼核及丘腦的腦鐵含量存在性別差異。該結果使筆者對于生理狀態下腦鐵沉積有進一步的認識，為某些神經功能障礙性疾病中腦內過度鐵沉積的鑒別及臨床診斷提供依據。

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（童穎丹 編輯）

Study of gender-related iron deposition in brain using T2*value*

Bo Wang，Sha Ma，Mao-ping Rui，Jing Chen，Hong-jiang Zhang，Hong-ying Dai，Yu-hui Chen，Jie Zhan g
［The First People's Hospital of Yunnan Province（The Affiliated Hospital of Kunming University of Science and Technology），Kunming，Yunnan 650032，China］

Objective To quantitatively analyze the iron deposition in deep brain gray nuclei and frontal white matter in healthy population and its correlation with gender using susceptibility-weighted imaging（SWI）with 3.0 Tesla scanner.Methods A total of 128 healthy subjects（64 males and 64 females，aged 25 to 85 years）were scanned with routine sequences and SWI sequences by 3.0T MR.T2*value was measured in left and right frontal white matter，red nucleus，substantia nigra pars reticulata，substantia nigra pars compacta，globus pallidus，putamen，head of caudate nucleus and thalamus；the correlations between the T2*value and gender were analyzed.Results The T2*value was the lowest in the globus pallidus，followed by substantia nigra reticulata and red nuclei.The highest T2*value was seen in the frontal white matter.The T2*value of the right substantia nigra compacta and substantia nigra pars reticulata was lower than that of the left-side one in the males（P＜0.05），and the T2*value of the right substantia nigra pars reticulate was lower than that of the left-side one in the females（P＜0.05）.The T2*value of putamen and thalamus was significantly different between the males and the females（P＜0.05）.Conclusions Using T2*value，a significant correlation has been found between putamen and thalamus iron deposition and gender in health population.

magnetic resonance imaging；brain iron deposition；gender

R 445.2

A

10.3969/j.issn.1005-8982.2016.15.015

1005-8982（2016）15-0081-06

2015-12-04

云南省教育廳科學研究基金重點項目（No：2015Z052）；云南省第一人民醫院昆華·奧新科技計劃項目（No：2014D S008）

張潔，E-mail：994100457@qq.com；Tel：13808709420