基于高分辨率MRI的健康成人海馬體積一日內變化規(guī)律的研究

李夢露，陳志曄，吳南洲

基于高分辨率MRI的健康成人海馬體積一日內變化規(guī)律的研究

李夢露，陳志曄，吳南洲

目的：基于高分辨率磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術測定不同時間段的海馬體積，探討健康成人海馬體積1 d內的變化。方法：對3名健康成年志愿者（平均年齡22歲）分別在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7個時間點進行顱腦MRI結構成像掃描，結合FreeSurfer軟件自動計算各腦區(qū)體積，并對各時間段雙側海馬體積變化進行研究。結果：（1）右側海馬平均體積（（4.15±0.12）cm3）顯著大于左側（（3.97± 0.29）cm3）（t=2.9，P=0.009）。（2）雙側海馬體積1 d內呈現(xiàn)動態(tài)變化，左側較為顯著。左側海馬晨起時體積最小，晚餐前最大；右側海馬午餐后最小，晚餐前最大。（3）3餐前后海馬體積沒有明顯變化。（4）左側海馬體積晨起時明顯小于睡前，右側海馬體積晨起時大于睡前。結論：海馬體積1 d內呈現(xiàn)動態(tài)變化，對于研究海馬的解剖、機能構造以及某些神經(jīng)、精神疾病可提供相應的基礎支持。

海馬；磁共振成像；體積；FreeSurfer

0　引言

海馬（hippocampus）又名海馬回、海馬區(qū)，是組成大腦邊緣系統(tǒng)的一部分，擔當著關于情感、記憶、學習以及空間定位等方面的重要作用。海馬的體積大小及變化與研究海馬的解剖、機能構造有關，并與某些神經(jīng)、精神疾病如癲癇、精神分裂癥、抑郁癥、阿爾茨海默病等的發(fā)生密切相關。判斷海馬體積改變是評價海馬正常生理狀態(tài)和病理變化的基礎[1]，而磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術是測量海馬體積的有效手段。對于海馬體積的磁共振測量方法有手工測量法、半自動測量法及自動測量法[2]。本研究中采用自動測量法，運用顱腦海馬結構高分辨率MRI成像及FreeSurfer后處理技術定量觀察健康成人海馬體積1 d內的變化情況。

1　資料與方法

1.1一般資料

選取3例健康成年志愿者，男性1例、女性2例，年齡21～23歲，平均22歲，均為右利手。納入條件：（1）無顱腦外傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；（2）無心腦血管疾病史及內分泌疾病史；（3）神經(jīng)病學、精神心理醫(yī)學檢查無陽性發(fā)現(xiàn)；（4）常規(guī)磁共振掃描無異常發(fā)現(xiàn)；（5）未服用任何能影響神經(jīng)系統(tǒng)的藥物；（6無吸毒、酗酒史；（7）無家族遺傳病史；（8）檢查前未進行劇烈活動，未飲用咖啡、酒精等刺激性飲料。

2　結果

（1）右側海馬平均體積為（4.15±0.12）cm3，大于左側（3.97±0.29）cm3，具有統(tǒng)計學意義（t=2.9 P=0.009）；（2）雙側海馬體積在1 d內呈現(xiàn)動態(tài)變化，左側較為明顯，呈現(xiàn)增高趨勢（如圖3所示），左側海馬晨起后30 min體積最小，晚餐前1 h最大，右側海馬午餐后1 h最小，晚餐前1 h最大（見表1圖4）；（3）3餐前后海馬體積沒有明顯變化（如圖所示）；（4）左側海馬體積晨起時小于睡前，右側海馬體積晨起時大于睡前（如圖6所示）。

表1　雙側海馬平均體積的動態(tài)變化（n=3，±s）　　　cm3

表1　雙側海馬平均體積的動態(tài)變化（n=3，±s）　　　cm3

時間點　左側體積　右側體積晨起　3.78±0.59　4.16±0.10早餐后　3.98±0.16　4.14±0.12午餐前　4.05±0.21　4.15±0.18午餐后　3.94±0.50　4.10±0.24晚餐前　4.07±0.18　4.20±0.05晚餐后　4.05±0.25　4.19±0.08睡前　3.98±0.16　4.11±0.09

圖4　雙側海馬在不同時間點的體積變化折線圖

圖5　3餐前后雙側海馬體積的變化柱形圖

圖6　晨起與睡前雙側海馬體積的變化柱形圖

3　討論

基于MRI的活體海馬結構體積測量是神經(jīng)精神疾病研究的重要手段，引言中提到3種方法中的手工測量法通過磁共振計算機附帶的容積分析軟件測量，操作者多采用平行于腦長軸的冠狀斜切面，主要靠視覺和經(jīng)驗用鼠標直接勾畫海馬結構的邊界，結果差異很大，且精度不能達到毫米級。近年隨著磁共振設備的發(fā)展及各種自動化、半自動化工具的開發(fā)，海馬體積測量精度逐漸提高，反映的真實程度接近病理水平[3]。

本實驗采用FreeSurfer軟件進行全自動體積測量，F(xiàn)reeSurfer為美國MIT Health Sciences&Technology和Massachusetts General Hospital共同開發(fā)的磁共振數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件能對高分辨率的磁共振解剖圖像進行三維重建，生成展平或脹平圖像，并能得到皮質厚度、面積、灰質容積等解剖參數(shù)，可以探測到皮質厚度細微改變，運用此軟件可避免既往采用手工測量MRI圖像皮質厚度精度差的問題，且大大提高了計算效率[4]。這種方法已經(jīng)應用于輕度認知功能障礙[5]、早老性癡呆[6]等腦結構變化研究中。

FreeSurfer結果的準確性與MRI圖像灰白質的對比度相關，因此圖像分辨率越高，測量結果越精確。本實驗中顱腦高分辨結構像采用3T高場強設備，運用3D FSPGR T1WI快速容積掃描技術，具有較高的空間分辨率和時間分辨率，信噪比高、偽影小，對白質、灰質和腦脊液的對比度良好，能三維顯示人腦內部精細解剖結構[2]，能夠更敏感地顯示顱腦各結構細節(jié)，利于軟件更精確地進行體積測量。

目前，國內外對顱內各腦區(qū)體積的研究[7-9]很多，但結果不一致，與測量方法、樣本資料、技術等眾多因素有關。本文則主要針對飲食活動對海馬體積的影響進行研究，旨在說明海馬1d內的體積是變化的，設計實驗對比研究時注意保證時間點的一致。在本研究中，通過運用高清磁共振結構成像測量3名健康成人1 d內海馬體積的變化，發(fā)現(xiàn)右側海馬的平均體積大于左側海馬，與徐海濱等[10]在正常成年人海馬結構的不對稱性研究中得出的結論一致。海馬體積1 d內呈動態(tài)變化，左側較明顯，且呈現(xiàn)增高趨勢，晨起體積明顯小于睡前體積，因此在實驗過程中應重點關注左側海馬體積的變化。右側海馬體積較穩(wěn)定，晨起體積大于睡前體積。雙側海馬餐前、餐后均無明顯變化。其神經(jīng)機制可能與血流分布、代謝活動等因素相關，有待于進一步實驗研究。本研究的樣本量偏小，在年齡、性別、利手等方面均具有局限性，且未對海馬體積進行標準化處理[1]，未排除頭顱大小對海馬體積的影響[2]，由此會造成一定的誤差。在今后的研究中，我們將會在擴大樣本量的基礎上，進一步嚴格條件，對影響海馬體積1 d內變化的機制進行相關的研究。

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（收稿：2014-10-25修回：2015-02-06）

Research on daily volume changes of hippocampus in healthy adult by high-resolution MRI

LI Meng-lu,CHEN Zhi-ye,WU Nan-zhou
（Department of Diagnostic Radiology,General Hospital of the PLA,Beijing 100853,China）

Objective To explore the daily volume changes of hippocampus in the healthy adult by using high-resolution MRI.Methods Three healthy adults with a mean age of 22 years old were adopted as the volunteers,and underwent MR imaging at seven time points of 30 min after getting up,1 h after breakfast,1 h before and after lunch,1 h before and after supper as well as 30 min before falling asleep.FreeSurfer software was used to calculate automatically the volumes of all encephalic regions,and the volume changes of bilateral hippocampi at the time points were investigated.Results The mean volume of the right hippocampi((4.15±0.12)cm3)was significantly bigger than that of the left hippocampi ((3.97±0.29)cm3),with t=2.9 and P=0.009.The bilateral hippocampi had the volumes change dynamically in one day,and the left one had more changes than the other one.The left hippocampus gained the minimum volume at the time point of getting up and the maximum volume before supper,while the right hippocampus became the smallest after lunch and biggest before supper.The hippocampi had no significant changes before and after three meals.The left hippocampus had the volume at the time point of getting up smaller than that before falling asleep,and the right hippocampus was just the contrary.Conclusion The hippocampus is found to have the volume change dynamically in one day,and the finding may provide references for the researches on its anatomy,function as well as some neurological and mental diseases.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：77-79]

hippocampus;MRI;volume;FreeSurfer

[中國圖書資料分類號]R318；R445.2A

1003-8868（2015）10-0077-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.077

李夢露（1989—），女，初級技師，主要從事顱腦灌注波譜成像、肩關節(jié)腔內造影、髖關節(jié)多期動態(tài)成像等方面的研究工作，E-mail：519604912@qq.com。

100853北京，解放軍總醫(yī)院放射診斷科（李夢露，陳志曄，吳南洲）

1.2方法

1.2.1顱腦高分辨率MRI結構成像

采用美國GE公司生產(chǎn)的Discovery MR750 3.0超導型磁共振機，8通道相控陣頭線圈進行采集，志愿者取仰臥位，減小頭后仰角度，保證顱底平面垂直掃描床面。常規(guī)序列包括Ax T2WI、Ax T1Flair、Ax DWI、Cor T2Flair，高分辨率結構像運用三維快速擾相梯度回波T1加權序列（three dimensional fast spoi led gradient echo，3D FSPGR T1WI），以正中矢狀位定位做范圍，包括全腦的正冠狀位掃描，參數(shù)為視野（field of view，F(xiàn)OV）24 cm×24 cm，層厚1 mm，無間隔，矩陣256×256，激勵次數(shù)1，重復時間7 ms，翻轉角15°。分別在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7個時間點對其進行顱腦高分辨率MRI結構成像。

1.2.2圖像測量

采用FreeSurfer軟件自動對原始圖像（如圖1所示）進行分割標記（如圖2所示），計算各腦區(qū)容積本文提取雙側海馬體積值進行研究。

圖1原始MRI圖像數(shù)據(jù)

圖2經(jīng)FreeSurfer數(shù)據(jù)處理標記的大腦圖像

注：箭頭所指為海馬區(qū)域

1.2.3統(tǒng)計分析方法

運用統(tǒng)計學軟件SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進行處理，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，組間比較采用檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。