創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者腦結(jié)構(gòu)完整性的變化：擴散張量成像研究

張靜娜 邱明國 謝 兵 李 敏 張佳佳 張 鈺

創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙患者腦結(jié)構(gòu)完整性的變化：擴散張量成像研究

張靜娜1邱明國1謝 兵2李 敏3張佳佳3張 鈺3

目的 運用擴散張量成像（DTI）技術(shù)檢測創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）患者腦結(jié)構(gòu)完整性的變化及其與臨床癥狀間的關(guān)系。資料與方法 10例交通傷后應(yīng)激障礙患者和10例無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者進行DTI掃描，應(yīng)用基于體素的分析方法比較兩組受試者的部分各向異性分數(shù)（FA）值和平均擴散系數(shù)（MD），并分析有差異腦區(qū)的FA值和MD值與創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙自評量表（PCL-C）評分之間的相關(guān)性。結(jié)果 與無應(yīng)激障礙者比較，PTSD患者雙側(cè)額中回、右側(cè)額上回及左側(cè)殼核FA值顯著降低（P＜0.01），雙側(cè)額中回、前扣帶回及左側(cè)杏仁核、腦島、蒼白球的MD值顯著增高（P＜0.01）。 PTSD患者右側(cè)額中回FA值與PCL-C評分無明顯相關(guān)性（r=－0.628, P＞0.05），但呈負相關(guān)趨勢；右側(cè)額中回及左側(cè)杏仁核MD值與PCL-C評分無明顯相關(guān)性（r=0.630, P＞0.05; r=0.632, P＞0.05），但呈正相關(guān)趨勢。結(jié)論 PTSD患者大腦結(jié)構(gòu)完整性下降，杏仁核和額中回腦區(qū)改變可能是其情感和記憶功能障礙的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

應(yīng)激障礙，創(chuàng)傷后；腦損傷；磁共振成像；擴散張量成像

創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（posttraumatic stress disorder, PTSD）是突發(fā)性、威脅性或災(zāi)難性生活事件導致個體延遲出現(xiàn)和長期持續(xù)存在的精神障礙，其臨床表現(xiàn)以病理性重現(xiàn)創(chuàng)傷體驗、持續(xù)性警覺性增高、持續(xù)性回避、對創(chuàng)傷性經(jīng)歷的選擇性遺忘為主要特征[1]。道路交通事故多在短時間內(nèi)發(fā)生，場面具有較強的刺激性，使得交通意外傷患者易于產(chǎn)生心理疾病，交通事故6個月后PTSD發(fā)病率占事故親歷者的18%～23%[2]。PTSD患者在大腦結(jié)構(gòu)和功能方面的改變多集中在與情緒和記憶相關(guān)的腦區(qū)，包括邊緣系統(tǒng)和邊緣旁系統(tǒng)（前扣帶回、海馬、杏仁核、島葉等）以及前額葉，既往研究主要關(guān)注PTSD患者腦區(qū)功能激活、腦區(qū)灰質(zhì)體積密度、白質(zhì)體積密度異常[3,4]。關(guān)于PTSD患者腦結(jié)構(gòu)的微觀變化及腦結(jié)構(gòu)完整性的研究很少，并且缺乏一致性結(jié)論[5,6]。本研究運用擴散張量成像（DTI）技術(shù)觀察交通意外傷后PTSD患者是否存在腦結(jié)構(gòu)完整性的變化，并研究這些結(jié)構(gòu)變化與臨床癥狀之間的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 研究對象 PTSD組和對照組均為2008～2010在第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院康復科住院的交通意外傷后康復患者。PTSD患者10例，男6例，女4例；年齡21～42歲，平均（26.4±15.6）歲，病程均大于6個月。經(jīng)臨床精神科醫(yī)師及心理咨詢師檢查，符合美國精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊第4版（DSM-Ⅳ）中PTSD的診斷標準[7]。無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者10例，男5例，女5例；年齡20～40歲，平均（25.3±14.7）歲。兩組受試者在年齡、性別、受教育年限方面差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。兩組受試者均為右利手，主要為交通傷后下肢或脊柱損傷患者，所有受試者前期均經(jīng)CT、MRI常規(guī)檢查排除頭部損傷，并排除藥物濫用以及癲癇等其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病。兩組受試者均采用創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙自評量表平民版（PTSD checklist-civilian version, PCL-C）進行創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙癥狀自我評分[8]。兩組受試者對本研究均知情同意。研究經(jīng)第三軍醫(yī)大學醫(yī)學倫理委員會批準通過。

1.2 儀器與方法 DTI數(shù)據(jù)采集采用3.0T西門子磁共振掃描系統(tǒng)（Trio, Siemens Medical Erlangen, Germany）。T1加權(quán)像，采用3D MPRAGE序列矢狀位掃描，TR 1900 ms，TE 3.93 ms，翻轉(zhuǎn)角15°，層厚1.0 mm，共160層。全腦DTI像，采用回波平面成像序列掃描，TR 9000 ms，TE 106 ms，視野240 mm×240 mm，矩陣128×128，層厚3 mm，45層連續(xù)掃描，擴散敏感梯度方向30個，b值為0和1000 s/mm2。掃描期間要求受試者平臥于掃描儀內(nèi)，保持安靜狀態(tài)，身體盡量保持不動。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用FSL 4.1.0（http://www.fmrib.ox.ac. uk/fsl/）和SPM8（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/） 進行數(shù)據(jù)預(yù)處理及分析。DTI數(shù)據(jù)預(yù)處理：①使用FSL提供的FDT工具對DTI圖像進行頭動和渦流校正。②用最小二乘法擬合張量模型來計算獲取部分各向異性分數(shù)（FA）圖，計算平均擴散系數(shù)（MD）圖：

其中λ1、λ2、λ3為3個主要擴散方向上的特征值。③使用SPM8對單個受試者的FA圖和MD圖進行空間標準化、平滑。DTI數(shù)據(jù)分析：設(shè)計統(tǒng)計分析矩陣，對兩組受試者FA值、MD值進行雙樣本t檢驗。感興趣區(qū)選?。和ㄟ^分析找出PTSD患者FA值、MD值異常的腦區(qū)，并設(shè)定為感興趣區(qū)，分別提取這些腦區(qū)的平均FA值和MD值。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 11.5軟件，兩組間PCL-C評分比較采用t檢驗，PCL-C評分與感興趣腦區(qū)FA值和MD值之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 PCL-C評分 PTSD患者PCL-C評分38～63分，平均（47.7±9.2）分；無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者PCL-C評分18～31分，平均（25.6±5.1）分。兩組PCL-C評分差異有統(tǒng)計學意義（t=6.901, P＜0.01）。

2.2 PTSD患者腦結(jié)構(gòu)的變化 與無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者相比，PTSD患者雙側(cè)額中回、右側(cè)額上回、左側(cè)殼核FA值顯著降低（體素＞15, P＜0.01（）圖1、表1）；雙側(cè)額中回、左側(cè)杏仁核、前扣帶回、左側(cè)腦島、左側(cè)蒼白球MD值顯著增高（體素＞15, P＜0.01）（圖2、表2）。

圖1

表1 PTSD患者相對于無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者FA值降低的腦區(qū)

圖2

表2 PTSD患者相對于無應(yīng)激障礙的交通事故親歷者MD值增高的腦區(qū)

2.3 PTSD患者異常腦區(qū)FA值、MD值與PCL-C評分的相關(guān)性 PTSD患者右側(cè)額中回FA值與PCL-C評分無明顯相關(guān)性（r=－0.628, P＞0.05），但呈負相關(guān)趨勢（圖3）；右側(cè)額中回及左側(cè)杏仁核MD值與PCL-C評分無明顯相關(guān)性（r=0.630, P＞0.05; r=0.632, P＞0.05），但呈正相關(guān)趨勢（圖4、5）。

圖3 PTSD患者右側(cè)額中回FA值與PCL-C評分的相關(guān)性

圖4 PTSD患者右側(cè)額中回MD值與PCL-C評分的相關(guān)性

圖5 PTSD患者左側(cè)杏仁核MD值與PCL-C評分的相關(guān)性

3 討論

在大腦結(jié)構(gòu)中，由于受到生物膜（如細胞膜）的限制，水分子的運動表現(xiàn)出較高的各向異性，F(xiàn)A值可以定量描述腦結(jié)構(gòu)內(nèi)水分子的各向異性擴散特征，而MD值是水分子三個主要擴散方向特征值的平均值，描述水分子的平均擴散水平。當病變影響大腦的組織結(jié)構(gòu)時，腦組織的完整性受到破壞，F(xiàn)A值下降，MD值增高[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，PTSD值患者雙側(cè)額中回MD值增高且FA值降低，MD值和FA值的一致變化表明額中回結(jié)構(gòu)完整性存在一定程度的損傷。PTSD患者前扣帶回、左側(cè)杏仁核、左側(cè)島葉MD值較對照組顯著增高，但兩組FA值無顯著差異。這些腦區(qū)可能存在髓鞘脫失和Wallerian變性等病理變化，這些病理變化可能導致水分子平均擴散水平增加，但對水分子擴散的方向性影響很小，因而這些腦區(qū)FA值變化不明顯，MD值則顯著增高。由此可見，綜合運用FA值、MD值有利于更全面地對大腦微觀結(jié)構(gòu)進行評估，對早期病理變化進行探測，為PTSD早期影像診斷提供客觀依據(jù)。

基于體素的分析方法可以用于探測不同腦區(qū)擴散特性的變化，有利于發(fā)現(xiàn)新的病灶，對病變腦區(qū)進行定位；感興趣區(qū)方法是在已有的先驗信息情況下選定感興趣腦區(qū)，提取感興趣區(qū)的參數(shù)，便于進行定量分析。本研究結(jié)合基于體素的分析方法和感興趣區(qū)方法，在進行病變腦區(qū)定位的基礎(chǔ)上，定量分析這些腦區(qū)FA值、MD值和PCL-C評分之間的相關(guān)性，提高了研究的準確性和針對性。本研究結(jié)果顯示，PTSD患者右側(cè)額中回、左側(cè)杏仁核MD值與PCL-C評分呈明顯正相關(guān)趨勢，右側(cè)額中回FA值與PCL-C評分明顯負相關(guān)趨勢，表明杏仁核和額中回在PTSD神經(jīng)病理機制中具有重要作用。

杏仁核是人類和動物情緒記憶和恐懼情緒加工最重要的腦區(qū)。在與創(chuàng)傷有關(guān)的圖片、聲音、詞匯的刺激下，PTSD患者杏仁核的活動顯著增強，表現(xiàn)為異常激活[3,4,10]。研究認為杏仁核激活強度和PTSD癥狀的嚴重程度呈正相關(guān)[11]。此外，Rogers等[12]研究發(fā)現(xiàn)，相對于對照組，PTSD患者杏仁核體積顯著減小。內(nèi)側(cè)前額葉與大腦的情緒調(diào)節(jié)有關(guān)。既往研究發(fā)現(xiàn)，PTSD患者內(nèi)側(cè)前額葉存在結(jié)構(gòu)和功能異常[3,4]，Britton等[13]采用PET技術(shù)對16例戰(zhàn)爭后PTSD患者進行研究，發(fā)現(xiàn)在進行創(chuàng)傷相關(guān)的想象時，內(nèi)側(cè)前額葉激活降低。Gold等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在進行非創(chuàng)傷相關(guān)的應(yīng)激任務(wù)想象時，內(nèi)側(cè)前額葉同樣具有明顯的去活動狀態(tài)。本研究發(fā)現(xiàn)，杏仁核和額中回（本研究中右側(cè)額中回結(jié)構(gòu)異常的區(qū)域?qū)儆趦?nèi)側(cè)前額葉）完整性下降，并與臨床癥狀有明顯的相關(guān)趨勢，表明杏仁核和額中回病變在PTSD患者情感障礙發(fā)生中具有重要作用。由此推測，杏仁核和額中回腦區(qū)結(jié)構(gòu)完整性下降可能是PTSD患者情感和記憶等腦功能紊亂的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果在支持和驗證了以往的PTSD神經(jīng)影像結(jié)果的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了杏仁核和額中回結(jié)構(gòu)在PTSD病理生理機制中的特異性作用。但本研究也存在一定的不足，如研究樣本偏少。下一步將擴大樣本量，并對PTSD情緒處理相關(guān)的解剖環(huán)路進行研究，以便進一步揭示PTSD患者腦結(jié)構(gòu)完整性與臨床癥狀的相關(guān)性，從而為PTSD診治計劃的制訂提供依據(jù)。

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（責任編輯 張春輝）

Diffusion Tensor Imaging in Detecting the Brain Structural Integrity of Patients with Posttraumatic Stress Disorder

ZHANG Jingna QIU Mingguo XIE Bing LI Min ZHANG Jiajia ZHANG Yu

Purpose To explore the brain structural integrity of patients with posttraumatic stress disorders (PTSD) by using diffusion tensor imaging (DTI), and to evaluate the relationship between integrity change and clinical symptoms.Materials and Methods DTI was performed on ten PTSD patients who experienced traffic accident and ten non-PTSD controls who had the same experience. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) were compared between PTSD patients and non-PTSD controls by using voxelbased analysis (VBA). Linear correlation analysis was employed to detect the relationship between FA, MD and PTSD checklist-civilian version (PCL-C) scores.Results Compared with non-PTSD group, FA of PTSD group significantly decreased in bilateral middle frontal gyrus, right superior frontal gyrus and left putamen (P＜0.01). MD of PTSD group increased mainly in bilateral middle frontal gyrus, anterior cingulate cortex, left amygdala, left insula and left globus pallidus (P＜0.01). Negative correlation trend was observed between PCL-C scores and FA in the right middle frontal gyrus of PTSD patients (r=―0.628, P＞0.05). Positive correlation trend was observed between MD and PCL-C scores in the right middle frontal gyrus and the left amygdale (r=0.630, r=0.632, P＞0.05). Conclusion The abnormalities in amygdala and middle frontal gyrus may be the structural foundation of dysfunction of emotion and memory in patients with PTSD.

Stress disorders, post-traumatic; Brain injuries; Magnetic resonance imaging; Diffusion tensor imaging

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.01.001

1. 第三軍醫(yī)大學生物醫(yī)學工程與醫(yī)學影像學院醫(yī)學信息與醫(yī)學圖像學教研室 重慶400038

2. 第三軍醫(yī)大學西南醫(yī)院放射科 重慶400038

3. 第三軍醫(yī)大學護理學院心理學教研室重慶 400038

邱明國

Department of Medical Informatics and Medical Image, College of Biomedical Engineering and Medical Imaging, Third Military Medical University, Chongqing 400038, China

Address Correspondence to: QIU Mingguo E-mail: qiumingguo@yahoo.com

國家自然科學基金項目（30870696，31170994）；第三軍醫(yī)大學回國人員啟動基金項目（2009XHG01）；重慶市自然科學基金項目（CSTC2009BB5019）。

R742；R445.2

2012-03-22

修回日期：2012-12-04

中國醫(yī)學影像學雜志

2013年 第21卷 第1期：1-4

Chinese Journal of Medical Imaging

2013 Volume 21(1): 1-4