小兒正常小腦半球組織1H-MRS研究

李美蓉 張忠陽 李惠民 虞崚崴 李玉華

基于化學位移原理的氫質子磁共振波譜( proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS) 是一種可在活體上無創(chuàng)性地進行定位腦組織的代謝、生化研究及定量分析方法。人腦從成熟至衰老經歷了一系列復雜的生理生化改變，隨著腦發(fā)育，在不同年齡和不同部位的代謝物會不同。目前，關于成人和兒童正常幕上腦組織1H-MRS的文獻報道已經不少[1-9]，而小腦MRS卻很少報道。在臨床上，小腦半球是兒童顱后窩腫瘤是其常見的發(fā)病部位，MRS也已經應用于臨床診斷，對于發(fā)育中小兒MRS反映代謝物的客觀評估是否要考慮年齡因素值得研究。鑒于此，本文回顧性分析70名小兒正常小腦半球組織的多體素1H-MRS分析，闡述小腦代謝物比值及其與年齡的相關性，期望為小腦半球疾病的診斷和鑒別診斷提供參考。

方 法

1. 研究對象

選擇年齡范圍為7歲以內的小兒，臨床表現(xiàn)為頭痛、頭暈、發(fā)熱、嘔吐、抽搐、呼吸道感染、顏面部血管畸形等癥狀做頭顱MRI檢查，除外出生窒息史、新生兒缺血缺氧性腦病史、癲、顱內感染、腦腫瘤、先天畸形、發(fā)育落后、無顱腦手術史等病史，且常規(guī)MRI檢查陰性作為本組研究對象，共選擇70例，按年齡分為0-1歲，1-2歲，2-3歲，3-5歲，5-7歲五組。

2. 檢查技術

采用 GE Signa 3.0T磁共振掃描儀，頭顱正交線圈。1H-MRS掃描前常規(guī)行常規(guī)頭顱MRI（橫斷面T1WI、T2WI、矢狀面T2WI及DWI），波譜采集序列選用點分辨表面線法（point resolved selective spectroscopy,PRESS），選取橫斷面T1WI和矢狀面T2WI定位，VOI包括顱后窩組織，盡可能避免來自顱底、骨骼、脂肪、腦脊液的干擾（圖1A、B）。掃描參數(shù)：TR1000ms，TE144ms，層厚10mm，層間距6.4mm，F(xiàn)OV為24cm×24cm，矩陣18×18，激勵次數(shù)1，成像時間328s。水抑制技術為化學位移選擇飽和法（chemicalshift selectivesaturation,CHESS），接收發(fā)射增益調節(jié)，體素內勻場、水抑制掃描均自動完成，預掃描勻場效果達到半高全寬小于15Hz，水抑制達98%水平以上時開始掃描。

3. 波譜處理

采用 Function Tool對采集的波譜數(shù)據(jù)進行處理，獲得正常腦組織的MRS曲線。利用軟件對波譜進行相位、頻率編碼、基線校正。不同的化合物在強磁場作用下產生化學位移，通常以所加的磁場頻率的百萬分之一（ppm）表示，分析氮-乙酰天冬氨酸（NAA）、膽堿（Cho）、肌酸（Cr）值。為了評價不同解剖區(qū)域的波譜，波譜體素集中于雙側灰質和白質區(qū)，分析雙側灰質和白質區(qū)域內的代謝物濃度比值（圖1C、D），具體分析如下：①比較各年齡組間小腦白質和灰質的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差異；②比較同一年齡組小腦白質和灰質的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差異；③分析灰、白質區(qū)NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值隨年齡的變化規(guī)律。

4. 統(tǒng)計方法

用SAS9.13軟件包對所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，各年齡組間灰、白質區(qū)的各比值進行正態(tài)檢驗和方差齊性檢驗，其中符合正態(tài)分布和方差齊的數(shù)據(jù)組間的比較采用單因素方差分析；不符合正態(tài)分布和方差不齊的數(shù)據(jù)組間比較采用K-W檢驗（H檢驗）。灰、白質區(qū)代謝物比值與年齡相關分析用Spearman相關分析，隨年齡的變化規(guī)律用直線回歸分析。

圖1 男性，31月。 A、B.分別為解剖圖和相應波譜圖。C、D.為分別雙側灰質和白質的定位圖和相應波譜圖。右側白質NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.160、1.094、0.951;左側白質NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.021、1.283、1.141;左側灰質NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為2.581、1.061、1.081；右側灰質NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.151、0.940、0.821。

結 果

表1 灰、白質各代謝物比值在各年齡組間比較

表2 灰、白質各代謝物比值與年齡相關分析

圖2 白質NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）隨年齡變化的關系。

圖3 灰質NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）隨年齡變化的關系。

討 論

1H-MRS是一種可在活體上無創(chuàng)性地進行定位腦組織的代謝、生化研究及定量分析方法。臨床上，1H-MRS廣泛應用于小兒中樞神經系統(tǒng)疾病的診斷中，如遺傳代謝疾病中腦白質疾病、線粒體腦病、急性膽紅素腦病、局灶性顳葉癲、腦腫瘤、腦內感染和炎癥、新生兒缺血缺氧性腦病、代謝紊亂以及發(fā)育延遲等。目前關于成人和兒童幕上正常腦組織的1H-MRS的文獻報道[1-9]，表明MRS能在細胞水平上反映腦發(fā)育過程。在胚胎上，小腦半球的發(fā)育不同于大腦半球；在組織上，灰質和白質有不同的細胞層結構，組織學的不同導致其功能的不同，因此，小腦半球和大腦半球的波譜值會不同[9]。本文選擇不同年齡組的小腦半球白質和灰質，更進一步明確灰、白質區(qū)在不同年齡組的代謝物比值的差異及意義，為兒童顱后窩疾病的診斷和鑒別診斷提供更加可靠的影像學依據(jù)。

在體磁共振波譜可以選擇單體素技術（single voxel SV）和二維及三維多體素技術（multivoxel MV）。單體素只能采集單個部位，反映解剖部位的代謝特點有限；多體素能同時獲得多個解剖部位代謝物值，減少了多次檢測的誤差且節(jié)省時間，但在掃描體素內客觀上難以做到磁場均勻一致。正常的腦組織磁共振波譜（1H-MRS）在不同的TE上顯示的代謝物種類不同，本研究選擇長TE，主要顯示NAA、Cho、Cr峰。N-乙酰天冬氨酸（N-AA）波譜位于2.02ppm，主要由NAA和NAAG組成，與神經元的完整性相關，反映神經元的功能狀態(tài)，為理想的未發(fā)育神經組織的標志物。膽堿化合物（Cho）波譜位于3.22ppm，細胞膜磷脂代謝的成分之一，反映細胞膜的轉運功能、細胞的增殖狀態(tài)及總膽堿量。肌酸/磷酸肌酸（Cr）位移為3.02ppm，包括肌酸、磷酸肌酸等，為神經元胞質的高能磷酸儲備，標志著細胞的能量狀態(tài)。在同一個體腦內不同代謝的條件下，其總量相對比較穩(wěn)定，故常用作標準，得出其與Cr的相對比值。

本研究發(fā)現(xiàn)灰質和白質區(qū)NAA/Cho、NAA/Cr值在各年齡組間的差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，且隨著年齡增加逐漸升高，與文獻報道一致[5-9]。NAA主要由神經元細胞、軸突細胞、少突膠質細胞、Ⅱ型膠質細胞的前體細胞和未成熟的少突膠質細胞產生，未結合的NAA是髓鞘形成中脂肪酸合成時乙?；墓w和神經介質N-乙酰天冬谷氨酸鹽(NAAG)降解產物的前體[10]。腦發(fā)育在胎兒初期，主要是神經元的形成及數(shù)量增多；足月分娩時，神經細胞數(shù)目已達成人水平，尚未成熟且發(fā)育差，軸突和樹突少而短，因此NAA濃度較低。出生后隨著腦發(fā)育，腦內會發(fā)生如神經細胞體積增大，神經樹突和軸突增多、加長和突觸形成及神經元密集及髓鞘形成等變化；且出生時已有的神經突觸并非一成不變，隨著年齡的增長，會發(fā)生如突觸的修剪、重組等變化[11]，這些改變使反映神經元和神經膠質細胞代謝和能量代謝的代謝物濃度不可避免地發(fā)生變化。文獻報道，顱腦內NAA濃度的升高主要由神經元的成熟（軸突，樹突和突觸連接數(shù)目增加）以及髓鞘化的完成引起[12]。因此，灰、白質NAA/Cho、NAA/Cr值在不同年齡階段會不同，且隨著年齡增長逐漸升高。

灰質和白質區(qū)Cho/Cr值在各年齡組之間的差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），在灰質區(qū)其值隨年齡增加呈負相關（P＜0.05），白質區(qū)隨年齡增加呈負相關趨勢（P＞0.05），但無統(tǒng)計學意義。Cho主要由磷酸膽堿、谷氨酸膽堿、游離膽堿組成，是神經遞質乙酰膽堿的前體[13]。Cho是正常新生兒腦組織質子波譜的最高峰，正常腦組織中Cho峰的主要成分是前兩種物質，兩者均為膜的前體和（或）降解產物。在發(fā)育早期，顱腦1H-MRS上的Cho峰主要代表形成細胞膜和髓鞘所需的高濃度底物。髓鞘化過程中需要大量的磷酸膽堿。髓鞘化過程是一個形態(tài)和時間上可以預見的過程，主要發(fā)生在胚胎后期及出生以后的前2年。在文獻中[5-8]，隨著年齡的增加，髓鞘化的逐漸完成，該部位的Cho濃度會逐漸降低，表明Cho濃度變化和髓鞘化過程相關，有人認為這是由于原來可探測到的膽堿成分在髓鞘形成時被結合成大分子物質后，流動性減少，不能被1H-MRS檢測出來[14]。在出生時，腦干(包括橋腦、內側丘系、大腦腳、上下丘、結合臂交叉)、間腦(丘腦腹后外側核、蒼白球旁核、殼核背外側核)和小腦(齒狀核、小腦蚓部)髓鞘化已完成。因此，灰質區(qū)的Cho/Cr值隨年齡的增長而逐漸下降，白質區(qū)的Cho/Cr值隨年齡的增長無明顯變化。

多體素1H-MRS能無創(chuàng)性地測定早期腦發(fā)育過程中多種重要的細胞內代謝物水平，本研究更進一步表明了不同年齡的灰、白質代謝物比值會不同，并獲得主要代謝產物與年齡的變化關系，為臨床提供參考。因此，臨床上在應用MRS診斷顱后窩疾病時，要考慮其年齡和部位的因素。