精神分裂癥高危人群腦白質(zhì)彌散張量成像研究

王秀霞　田峰　徐勇　趙婷　郭曉杰

【摘要】 目的：應用磁共振彌散張量成像（DTI）技術(shù)，觀察精神分裂癥高危人群（UHR）腦白質(zhì)的改變。方法：對15例UHR和17例正常對照進行腦部DTI掃描后，采用基于纖維的空間統(tǒng)計方法（TBSS），比較全腦的各向異性分數(shù)值（FA值）。結(jié)果：UHR組平均FA值低于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）；UHR組與對照組有差異的腦白質(zhì)位于左側(cè)額葉和左側(cè)內(nèi)囊前肢。結(jié)論：精神分裂癥高危人群存在腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變。

【關(guān)鍵詞】 彌散張量成像； 各向異性分數(shù)； 腦白質(zhì)； 精神分裂癥高危人群

精神分裂癥是高復發(fā)率、高致殘率的慢性遷延性疾病。約80%～90%的精神分裂癥患者發(fā)病前存在較長的前驅(qū)期。前驅(qū)期指首次行為改變到首次精神病發(fā)作前的階段，也叫超高危期，持續(xù)約1～5年[1-2]。有前驅(qū)癥狀的人群稱為臨床高危或超高危人群（ultra-high-risk for psychosis，UHR）。近年來，對精神分裂癥的預防逐漸轉(zhuǎn)向?qū)Ω呶Ｈ巳旱脑缙谧R別和干預研究，以期降低精神病的轉(zhuǎn)化率、改善臨床結(jié)局[3-4]。

彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是近年來發(fā)展起來的一項磁共振功能成像技術(shù)，對腦白質(zhì)纖維具有高敏感性，可以無創(chuàng)地顯示大腦白質(zhì)纖維分布，反映白質(zhì)纖維在疾病狀態(tài)下的異常改變[5]。

本研究運用DTI技術(shù)采用基于纖維骨架的空間統(tǒng)計方法（tract based spatial statistics，TBSS），對兩組數(shù)據(jù)的全腦白質(zhì)部分各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）進行分析，比較UHR及正常人的腦白質(zhì)差異，為UHR的白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變提供影像學依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2013年山西醫(yī)科大學第二醫(yī)院門診的UHR為研究對象。UHR組納入標準：（1）年齡16～30歲；（2）性別不限；（3）未診斷過其他精神科疾病；（4）未接受過任何抗精神病藥物治療；（5）無明顯腦器質(zhì)性疾?。唬?）韋氏智力量表評定智商>70，能與訪談?wù)哌M行良好交流；（7）右利手。對照組納入標準：（1）年齡16～30歲；（2）性別不限；（3）無軀體疾?。唬?）未診斷過精神科疾?。唬?）無精神疾病家族史；（6）韋氏智力量表評定智商>70；（7）右利手。UHR組15例，男5例，女10例；平均年齡（20±3）歲；平均受教育年限（13.9±1.9）年。對照組17例，男7例，女10例；平均年齡（21±2）歲；平均受教育年限（14.5±1.8）年。兩組研究對象的一般資料比較差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 臨床評定 根據(jù)國外文獻對精神分裂癥前驅(qū)癥狀的定義和描述，由經(jīng)精神病高危綜合征結(jié)構(gòu)性訪談工具（the instrument of Structural interview of schizophrenia syndrome，SIPS）規(guī)范化培訓的精神科專業(yè)醫(yī)師，運用SIPS，通過面談并由知情家屬書面及口頭補充的方式進行評估，識別高危人群。

1.2.2 磁共振數(shù)據(jù)采集 使用西門子3.0 T超導磁共振掃描儀（Trio，Siemens Medical Erlangen，Germany）采集大腦結(jié)構(gòu)及DTI數(shù)據(jù)，全腦立體三維T1加權(quán)像采用3D MPRAGE矢狀位掃描，掃描參數(shù)TR=14 ms，TE=4.92 ms，F(xiàn)A=25°；距陣=256×192，視野FOV=

230 mm×230 mm，120層，間隔0.3 mm，層厚1.5 mm；掃描時間9 min 14 s。

DTI掃描采用單次激發(fā)自旋回波平面成像（EPI）序列，軸位掃描，TR=6000 ms，TE=90 ms，矩陣=128×128，視野（FOV）=24 cm×24 cm，反轉(zhuǎn)角90°，共掃描45個連續(xù)層面；擴散敏感梯度方向12個，擴散敏感系數(shù)b=1000 s/mm2，同時得到軸位掃描未加梯度彌散加權(quán)成像（b=0）；層厚=3 mm，層間隔=0 mm；掃描時間4 min 14 s。

1.3 統(tǒng)計學處理 用FSL（FMRIB Software Library，http：//www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）軟件包中TBSS法對DTI圖像進行分析。步驟：（1）頭動和渦流校正、生成全腦mask，得到個體FA圖。（2）應用TBSS組件對FA圖像處理，把每名被試的FA像配準到MNI152（Montreal Neurological Institute）標準空間。（3）在標準空間，利用所有配準后FA圖像制作平均FA模板并提取輪廓線（tract skeleton），將每個受試者的白質(zhì)纖維配準到輪廓線圖像，得到平均FA像，圖像濃縮產(chǎn)生模板骨架（mean FA skeleton image），F(xiàn)A骨架界定≥0.2的閾值，排除周圍組織等的影響，將個體FA圖投射到該骨架，進行體素水平的組間統(tǒng)計。（4）對UHR組和對照組的張量參數(shù)圖進行獨立樣本t檢驗，采用TFCE （Threshold-Free Cluster Enhancement）進行校正，以P<0.01作為顯著性標準，結(jié)果以偽彩圖方式直觀顯示。

2 結(jié)果

2.1 兩組全腦平均FA值比較 UHR組的FA值為（0.29±0.03），低于對照組的（0.32±0.02），差異有統(tǒng)計學意義（t=-3.28，P<0.01）。

2.2 兩組FA值顯著降低區(qū)域 UHR組與對照組FA值顯著降低的區(qū)域位于左側(cè)額葉和左側(cè)內(nèi)囊前肢，其坐標及體素比較見表1；結(jié)果以偽彩圖顯示，見圖1。

表1 兩組FA值顯著降低區(qū)域比較

解剖位置 坐標 體素

X Y Z

左側(cè)額葉 117 156 93 339endprint

左側(cè)內(nèi)囊前肢 109 139 80 157

圖1 精神分裂癥高危人群腦白質(zhì)彌散張量成像研究

注：FA圖配準到MNA152標準空間，坐標X=117，Y=156，Z=93

3 討論

精神分裂癥被認為是一種神經(jīng)發(fā)育性障礙，其中白質(zhì)結(jié)構(gòu)損害已逐漸被公認為重要的病理生理學表現(xiàn)之一，而在精神分裂癥的前驅(qū)期可能已經(jīng)存在腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的改變。

DTI利用組織中水分子彌散運動的各向異性特征成像，對腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)測量和評估。FA值是描述各向異性特征的主要參數(shù)，大小受白質(zhì)纖維束排列方向、致密性、髓鞘完整性等因素影響，F(xiàn)A值越大，神經(jīng)傳導功能越強，F(xiàn)A值降低在一定程度上反映白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性改變及神經(jīng)傳導功能下降。

本研究結(jié)果顯示，UHR組的全腦平均FA值低于正常對照組，左側(cè)額葉和左側(cè)內(nèi)囊前肢白質(zhì)為有差異區(qū)域，F(xiàn)A值下降提示UHR大腦左側(cè)額葉及內(nèi)囊前肢白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)及完整性受到損害。

國外研究發(fā)現(xiàn)UHR存在額葉和內(nèi)側(cè)顳葉、前扣帶回皮質(zhì)以及顳上回等腦區(qū)異常[6]。Morey等[7]、Karlsgodt等[8]關(guān)于UHR的研究發(fā)現(xiàn)在精神分裂癥發(fā)病前額、頂葉白質(zhì)連接的FA值已有下降。Cannon等[9]認為額葉異?？赡転榫穹至寻Y的遺傳風險因素，而顳葉、頂葉、眶額葉與疾病相關(guān)；Jessen等[10]報道了UHR的額、顳葉神經(jīng)元密度和功能降低。同時大量關(guān)于精神分裂癥腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究提示，精神分裂癥全腦白質(zhì)FA值普遍較低，前額葉白質(zhì)FA值明顯降低，患者的額葉、顳葉、扣帶、頂葉、海馬和杏仁核等發(fā)生改變[11-13]。關(guān)于UHR中內(nèi)囊前肢是否存在異常未見報道，但有研究證實精神分裂癥內(nèi)囊前肢所連接的腦區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能存在著異常[14]；而Lang等[15]報道的未服藥首發(fā)分裂癥患者兩側(cè)內(nèi)囊前肢的體積縮小，說明在疾病的早期甚至未發(fā)病階段，內(nèi)囊前肢異?？赡芤呀?jīng)存在。

額葉為神經(jīng)系統(tǒng)的上級中樞，幾乎涉及所有的心理功能，額葉的微結(jié)構(gòu)改變或其與下級神經(jīng)元間的聯(lián)系纖維損傷，可以影響記憶、語言功能，出現(xiàn)人格及行為異常。聯(lián)系前額葉與丘腦的丘腦前腳和皮質(zhì)丘腦束走行于內(nèi)囊前肢，內(nèi)囊前肢的丘腦-皮質(zhì)投射是聯(lián)系額葉和基底節(jié)神經(jīng)節(jié)的纖維束，組成了額葉皮層下反饋環(huán)路，為高級認知反饋回路，內(nèi)囊前肢的結(jié)構(gòu)異?？赡軐е逻@些環(huán)路的功能聯(lián)系中斷，表現(xiàn)出行為和智能障礙。

本結(jié)果與已有研究具有一致性，提示UHR中可能已經(jīng)存在精神癥狀的神經(jīng)生物基礎(chǔ)。但目前研究為初始階段，存在樣本量小等不足，未來的研究不僅要有足夠大的樣本，還要進行長期追蹤，進一步明確UHR中白質(zhì)的變化，為UHR的早期識別提供依據(jù)。

參考文獻

[1] Velthorst E，Niem an D H，Becker H E，et al.Baseline differences in clinical symptom atology between ultra high risk subjects with and without a transition to psychosis[J].Schizophr Res，2009，109（1-3）：60-65.

[2] Smion A E，Dvorsky D N，Boesch J，et al.Defining subjects at risk for psychosis： a comparison of two approaches[J]. Schizophr Res，2006，81（1）：83-90.

[3] Tandon N，Shah J，Keshavan M S，et al.Attenuated psychosis and the schizophrenia prodrome： current status of risk identification and psychosis prevention[J].Neuropsychiatry，2012，2（4）：345-353.

[4] Marshall M，Rathbone J.Early intervention for psychosis[J].Schizophr Bull，2011，37（6）：1111-1114.

[5] Hagmann P，Jonasson L，Maeder P，et al.Understanding diffusion MR imaging techniques： from scalar diffusion-weighted imaging to diffusion tensor imaging and beyond[J].Radiographics，2006，26（Suppl 1）：S205-S223.

[6] Smieskova R，F(xiàn)usar P P，Allen P，et al.Neuroimaging predictors of transition to psychosis-asystem atic review and meta analysis[J].Neurosci Biobehav Rev，2010，34（8）：1207-1222.

[7] Morey R A，Inan S，Mitchell T V，et al.Imaging frontostriatal function in ultra-high-risk，early，and chronic schizophrenia during executive processing[J].Arch Gen Psychiatry，2005，62（3）：254-262.

[8] Karlsgodt K H，Niendam T A，Bearden C E，et al.White matter integrity and prediction of social and role functioning in subjects at ultra-high risk for psychosis[J].Biol Psychiatry，2009，66（6）：562-569.endprint

[9] Cannon T D，Thompson P M，Erp T G M，et al.Cortex mapping reveals regionally specific patterns of genetic and disease-specific gray-matter deficits in twins discordant for schizophrenia[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2002，99（5）：3228-3233.

[10] Jessen F，Scherk H，Tr?ber F，et al.Proton magnetic resonance spectroscopy in subjects at risk for schizophrenia[J].Schizophrenia Research，2006，87（1）：81-88.

[11]賈艷濱，王穎，凌雪英，等.首發(fā)精神分裂癥陽性癥狀為主型患者腦彌散張量成像研究[J].中國神經(jīng)精神疾病雜志，2009，35（4）：242-245.

[12] Szeszko P R，Ardekani B A，Ashtari M，et al.White matter abnormalities in first-episode schizophrenia or schizoaffective disorder：a diffusion tensor imaging study[J].Am J Psychiatry，2005，162（3）：602-605.

[13] Price G，Cercignani M，Parker G J，et al.White matter tracts in first-episode psychosis： a DTI tractography study of the uncinate fasciculus[J].Neuroimage，2008，39（3）：949-955.

[14] Takahashi T，Suzuki M，Kawasaki Y，et al.Volumetric magnetic resonance imaging study of the anterior cingulate gyrus in schizotypal disorder[J].European Archives of Psychiatry and Clinical Neuroscience，2002，252（6）：268-277.

[15] Lang D J，Kopala L C，Vandorpe R A，et al.Reduced basal ganlia volumes after switching to olanzapine in chronically treated patients with schizophrenia[J].Am J Psychiatry，2004，161（10）：1829-1836.

（收稿日期：2014-03-04） （本文編輯：蔡元元）endprint

[9] Cannon T D，Thompson P M，Erp T G M，et al.Cortex mapping reveals regionally specific patterns of genetic and disease-specific gray-matter deficits in twins discordant for schizophrenia[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2002，99（5）：3228-3233.

[10] Jessen F，Scherk H，Tr?ber F，et al.Proton magnetic resonance spectroscopy in subjects at risk for schizophrenia[J].Schizophrenia Research，2006，87（1）：81-88.

[11]賈艷濱，王穎，凌雪英，等.首發(fā)精神分裂癥陽性癥狀為主型患者腦彌散張量成像研究[J].中國神經(jīng)精神疾病雜志，2009，35（4）：242-245.

[12] Szeszko P R，Ardekani B A，Ashtari M，et al.White matter abnormalities in first-episode schizophrenia or schizoaffective disorder：a diffusion tensor imaging study[J].Am J Psychiatry，2005，162（3）：602-605.

[13] Price G，Cercignani M，Parker G J，et al.White matter tracts in first-episode psychosis： a DTI tractography study of the uncinate fasciculus[J].Neuroimage，2008，39（3）：949-955.

[14] Takahashi T，Suzuki M，Kawasaki Y，et al.Volumetric magnetic resonance imaging study of the anterior cingulate gyrus in schizotypal disorder[J].European Archives of Psychiatry and Clinical Neuroscience，2002，252（6）：268-277.

[15] Lang D J，Kopala L C，Vandorpe R A，et al.Reduced basal ganlia volumes after switching to olanzapine in chronically treated patients with schizophrenia[J].Am J Psychiatry，2004，161（10）：1829-1836.

（收稿日期：2014-03-04） （本文編輯：蔡元元）endprint

[9] Cannon T D，Thompson P M，Erp T G M，et al.Cortex mapping reveals regionally specific patterns of genetic and disease-specific gray-matter deficits in twins discordant for schizophrenia[J].Proceedings of the National Academy of Sciences，2002，99（5）：3228-3233.

[10] Jessen F，Scherk H，Tr?ber F，et al.Proton magnetic resonance spectroscopy in subjects at risk for schizophrenia[J].Schizophrenia Research，2006，87（1）：81-88.

[11]賈艷濱，王穎，凌雪英，等.首發(fā)精神分裂癥陽性癥狀為主型患者腦彌散張量成像研究[J].中國神經(jīng)精神疾病雜志，2009，35（4）：242-245.

[12] Szeszko P R，Ardekani B A，Ashtari M，et al.White matter abnormalities in first-episode schizophrenia or schizoaffective disorder：a diffusion tensor imaging study[J].Am J Psychiatry，2005，162（3）：602-605.

[13] Price G，Cercignani M，Parker G J，et al.White matter tracts in first-episode psychosis： a DTI tractography study of the uncinate fasciculus[J].Neuroimage，2008，39（3）：949-955.

[14] Takahashi T，Suzuki M，Kawasaki Y，et al.Volumetric magnetic resonance imaging study of the anterior cingulate gyrus in schizotypal disorder[J].European Archives of Psychiatry and Clinical Neuroscience，2002，252（6）：268-277.

[15] Lang D J，Kopala L C，Vandorpe R A，et al.Reduced basal ganlia volumes after switching to olanzapine in chronically treated patients with schizophrenia[J].Am J Psychiatry，2004，161（10）：1829-1836.

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