基于擴散張量成像的雙相障礙I型患者全腦白質完整性研究

曹龍龍，梁勝祥，郭明娟，吳大偉，聶彬彬

(1.天津市安定醫院，天津 300222；2.福建中醫藥大學康復醫學院，福建 福州 350122；3.福建省康復技術重點實驗室，福建 福州 350122；4.福建康復產業研究院技術創新平臺，福建 福州 350122；5.中國科學院高能物理研究所，北京市射線成像技術與裝備工程技術研究中心，北京 100049；6.中國科學院大學，核科學與技術學院，北京 100049

雙相情感障礙(Bipolar disorder，BD)是一種慢性的嚴重精神障礙，是世界范圍內主要致殘疾病之一[1]。BD會降低患者生活質量，加重社會負擔[2]。關于彌散張量成像(Diffusion tensor imaging，DTI)的研究顯示，白質異?？赡茉贐D的發病機制中發揮重要作用[3]。部分各向異性分數(fractional anisotropy，FA)可反映白質的總體完整性[4]，有研究顯示，BD患者存在廣泛性的腦區FA值降低[5]。探索BD-I型患者腦白質FA值變化可能有助于進一步揭示BD的病理生理學機制。Vederine等[6]研究表明，BD患者的FA值改變主要集中在兩個區域，一個位于右側海馬旁回附近，另一個位于右側扣帶皮層前部和膝下扣帶回附近。Emsell等[7]研究顯示，BD患者的雙側扣帶回、下縱束、左側上縱束和胼胝體壓部的FA值均降低。Barysheva等[8]研究發現，BD患者存在廣泛性的FA值降低，包括胼胝體、皮質和丘腦相關纖維。Leow等[9]研究顯示，BD患者胼胝體白質的整體性降低。Yip等[10]研究顯示，BD-II型和未特定亞型BD患者的FA值廣泛性降低。Wise等[11]研究發現，BD患者左側扣帶回及胼胝體膝部FA值降低。Repple等[12]研究顯示，BD患者右側皮質脊髓束、上縱束FA值降低。Dong等[13]研究顯示，BD患者胼胝體膝部和后扣帶回的FA值降低。

BD患者FA值降低可能是一種特質性異常。未服藥青少年BD患者左側額上回白質FA值降低，甚至在兒童BD患者中也存在這種改變[3]，Barnea-Goraly等[14]研究表明，兒童期BD患者穹窿、后扣帶回、胼胝體、頂顳和放射冠FA值降低。未受影響的BD患者親屬FA值也存在降低，但降低程度小于患病親屬[5]。經鋰鹽治療后，BD-I型患者胼胝體和左側前部放射冠FA值增高[15]。

總結既往研究發現，FA值異常與BD密切相關，甚至在BD起病之前就存在。FA值異?？赡苁荁D的特質性表現。但既往研究多關注BD患者額葉、前額葉和邊緣系統等腦區的白質FA值，少有研究關注小腦區白質FA值的變化，然而小腦對于情緒調節有重要作用。且既往研究大多未對BD患者進行亞型區分，導致樣本存在異質性，可能無法反映真實結果。本研究僅篩選BD-I型患者，采用基于體素的全腦分析方法(Voxel-based analysis，VBA)，比較BD-I型患者和健康對照組的白質FA值，探索BD-I型患者的腦白質完整性，進一步研究BD-I型的發病機制。

1 對象與方法

1.1 對象

1.2 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)掃描

本研究MRI掃描工作均在中南大學湘雅二醫院完成。用荷蘭飛利浦3.0T磁共振成像系統采集功能磁共振數據。使用標準的頭線圈完成掃描，于軸向位采集每位受試者的DTI結構圖像。MRI掃描具體參數如下：重復時間(TR)=6590 ms，回波時間(TE)=70 ms，平均次數(NEX)=2，翻轉角=90°，層厚=2.5 mm，層間距=0 mm，層數=60，矩陣(Matrix)=144×144，視野(FOV)=240 mm×240 mm，b值=1000 s/mm2，擴散敏感梯度方向32個。

1.3 圖像和數據處理

首先用MRIcron軟件將所有被試的MRI T1加權腦結構成像數據從DICOM格式轉存為可分析的NIFTI格式；然后用FMRIB Software Library(FSL)對腦圖像進行預處理，計算得到各被試的b=0圖和FA圖，利用SPM 12軟件(Statistical parametric mapping 12，SPM12，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對FA圖做進一步處理，主要包含以下步驟：①空間標準化，將所有被試的b=0圖像配準到標準蒙特利爾(Montreal Neurological Institute，MNI)空間的T2模板上，并將得到的變換關系保存，然后應用于對應被試的FA圖像，實現被試FA圖像向MNI空間的標準化；②高斯平滑，使用半高寬為8mm的高斯核對空間標準化后的FA圖進行高斯平滑，以降低噪聲對結果的影響，同時使平滑后的數據符合正態分布。

使用SPM8對預處理后的數據進行逐像素統計分析，再基于廣義線性模型(General linear modal，GLM)對平滑處理后的數據進行逐像素統計分析。對兩組腦白質FA值存在差異的腦區，給出腦白質差異像素點的Talairach坐標值，確定BD-I型患者腦白質FA值異常的具體腦區。

1.4 統計方法

2 結 果

2.1 兩組一般資料比較

共收集48例BD-I型患者和40名健康者的DTI數據，患者組數據殘損1例，對照組數據殘損7例。根據年齡、受教育年限及性別匹配，最終患者組22例、對照組24例納入統計分析?；颊呓M男性8例，女性14例；平均年齡(26.32±5.20)歲；平均受教育年限(12.43±2.04)年。對照組男性9例，女性15例；平均年齡(26.75±6.70)歲；平均受教育年限(12.96±2.66)年。

2.2 兩組腦白質完整性比較

2.2.1 患者組FA值增高的腦區

與對照組比較，患者組FA值增高的腦區為右側小腦后葉。見表1。

表1 BD-I型患者與對照組比較FA值增高的腦區

注：FA, 各向異性分數

2.2.2 患者組FA值降低的腦區

與對照組比較，患者組FA值降低的腦區包括左側顳上回、小腦前葉、左側島葉和左側尾狀核。見表2。

表2 BD-I型患者與對照組比較FA值降低的腦區

注：FA, 各向異性分數

3 討 論

白質異常是BD潛在的內表型標記物[7]，白質FA值的改變可反映白質微結構的改變[16]。本研究顯示，與對照組比較，患者組有1個腦區的FA值增高，4個腦區的FA值降低，提示BD-I型患者白質完整性受損，腦區廣泛性FA值降低，白質改變與BD-I型的發生和癥狀相關。

近年來多項研究顯示，小腦在BD的發病機制中有重要作用。小腦通過小腦腳與大腦多個腦區相連接進而組成神經環路，參與前額葉-丘腦-小腦環路，并與認知和情感功能密切相關[17]。Mikita等[18]研究顯示，抑郁癥狀與小腦血流量呈負相關。小腦的纖維束連接前額葉、皮層下結構及腦干結構并產生單胺類遞質[19]。小腦和皮質小腦束之間的連接紊亂是導致情緒失調的主要神經生理學機制[19]。小腦前葉有初級感覺運動區，小腦后葉與基礎腦橋和下丘腦核相連接，包含高級指令性行為相關的腦區[20]。小腦受損可誘發認知情感癥狀(情感失調)[20]。本研究顯示，BD-I型患者右側小腦后葉FA值增高，可能是因為小腦的情緒調節和認知功能失調，導致右側小腦后葉的白質完整性代償性升高。小腦前葉有初級感覺運動區，本研究中，小腦前葉FA值降低，提示BD-I型患者的小腦前葉白質整體性降低，這可能是引起患者認知功能和情緒調節功能受損的重要原因之一。

顳上回是位于顳葉上的大腦外側溝與顳上溝之間的部分，其背側面形成大腦外側溝的下壁，其后部有2～3個斜向前外的小回，稱為顳橫回，也稱海氏回，是聽覺的皮質中樞。顳上回的外側部(顳上溝區域)在情緒處理和社會認知過程中有重要作用[1]。顳上回是言語理解、交流的主要功能腦區，對社會認知也有重要作用，Chen等[21]研究顯示，顳上回白質的改變可能會導致BD患者神經認知缺陷。本研究顯示，BD-I型患者左側顳上回FA值降低，提示左側顳上回白質完整性受損，這可能是導致BD-I型患者認知功能受損的原因之一。

左側島葉和左側尾狀核均屬于邊緣系統，對情緒處理和生理功能調節有重要作用。腦島是人類感知身體生理狀態信息(即內感知)與情緒體驗整合的主要腦區，還涉及面部的厭惡表情，可接受軀體生理狀態的信息，然后產生主觀體驗。島葉前部不僅參與評估負性情緒材料，并且在評估負性環境刺激過程中能整合體感信息[22]。本研究顯示，BD-I型患者左側島葉和左側尾狀核FA值降低，提示左側島葉和左側尾狀核都存在白質完整性受損，這可能是導致BD-I型患者情緒感知和調節功能受損的原因之一。

綜上所述，BD-I型患者白質完整性受損，腦區存在廣泛的FA值降低，主要集中在邊緣系統、顳葉和小腦腦區，額葉未發現顯著變化。邊緣系統、顳葉和小腦白質完整性受損可能與BD-I型的病理生理學機制有關。本研究存在一定局限性，首先，樣本量較小，且沒有完全排除藥物的影響，進一步的研究擬選取未服藥或者緩解期未服藥的患者進行分析，探索BD-I型對患者白質完整性的影響。