彌散張量成像檢測單眼成人弱視患者視放射及胼胝體白質(zhì)發(fā)育情況

楊益剛,郭嫻吟，王　忠

(1.東莞市婦幼保健醫(yī)院眼科，廣東 東莞523000； 2.東莞市第三人民醫(yī)院眼科，廣東 東莞 523320)

彌散張量成像檢測單眼成人弱視患者視放射及胼胝體白質(zhì)發(fā)育情況

楊益剛1,郭嫻吟2，王忠1

(1.東莞市婦幼保健醫(yī)院眼科，廣東 東莞523000； 2.東莞市第三人民醫(yī)院眼科，廣東 東莞 523320)

摘要：目的應(yīng)用彌散張量成像(DTI)檢測單眼成人弱視患者視放射及胼胝體的白質(zhì)發(fā)育情況，探討單眼成年弱視患者的發(fā)病機制。方法對22例單眼成人弱視患者及10例正常對照組行DTI程序掃描，比較弱視組弱視同側(cè)與對側(cè)視放射,比較弱視組與正常對照組視放射和胼胝體的FA值及ADC值。結(jié)果弱視組內(nèi)弱視同側(cè)視放射較對側(cè)FA值降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；弱視組雙側(cè)視放射FA值均較正常對照組降低，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，弱視組雙側(cè)視放射ADC值均較正常對照組升高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；壓部ADC值較正常組升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論DTI顯示單眼成人弱視患者視放射及胼胝體白質(zhì)纖維形態(tài)學(xué)的改變，為弱視發(fā)病機制的研究提供了新的檢查手段。

關(guān)鍵詞：彌散張量成像； 成人弱視； 視放射； 胼胝體

弱視(Amblyopia)是單眼或者雙眼最佳矯正視力低于正常同齡人，眼部檢查無器質(zhì)性改變，且不能單獨通過鏡片矯正，認為是由于在視覺發(fā)育敏感期內(nèi)異常視覺經(jīng)驗引起的。它在多方面的表現(xiàn)影響視覺感知，包括視力下降及光覺變化、空間對比敏感度下降、擁擠現(xiàn)象、注視性質(zhì)改變和異常的空間活動等。經(jīng)弱視治療后視力未提高或弱視反復(fù)、年長后才被確診等錯失了最佳治療時期的弱視患者是成人弱視患者的主力軍。他們不僅單眼或雙眼視力明顯下降 ,而且失去雙眼單視和立體視覺、甚至色覺。長期以來，人們一直認為對弱視的治療需要在視覺發(fā)育的敏感期內(nèi)(10歲以前)進行，過了該期治療則意義不大。因此，認為成人弱視患者視功能難以提高，眼科醫(yī)生往往忽視甚至放棄對他們的治療。但近來對成人弱視患者臨床觀察及相關(guān)的研究均表明，即使是成年人，視覺發(fā)育仍具有一定的可塑性。因此，了解弱視的發(fā)病機制及視覺發(fā)育可塑性，顯得極為重要。隨著影像學(xué)工具和技術(shù)的發(fā)展和更新，各種影像學(xué)技術(shù)尤其是功能磁共振的運用，并將其引入到弱視的研究中，從而使弱視的發(fā)病機制的研究進入一個新的階段。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)可以在微觀的領(lǐng)域觀察活體組織的彌散特征，通過計算機處理可視化得到白質(zhì)纖維走形，DTI與其他技術(shù)的不同之處在于可以用量化并用直觀的圖形來顯示腦白質(zhì)纖維的走行、結(jié)構(gòu)及病理變化，從而提供了客觀的形態(tài)學(xué)證據(jù)[1]。因其無創(chuàng)性、快速、直觀的顯示從視神經(jīng)到枕葉視皮層各個層次腦白質(zhì)纖維束，從形態(tài)學(xué)方面觀察視覺系統(tǒng)的顯微解剖結(jié)構(gòu)信息，為弱視的發(fā)病機制的研究提供了可能性。本文是用DTI相關(guān)參數(shù)的分析，對單眼成人弱視患者視放射及胼胝體的微觀結(jié)構(gòu)的量化評估，從而進一步探討成人弱視的可能發(fā)病機制及療效評價，力求在臨床上為成人弱視患者提供較為廣闊的治療前景和對治療效果的判斷提供了理論依據(jù)。

1資料和方法

1.1研究對象

弱視組：選擇2011年10月至2013年12月在東莞市第三人民醫(yī)院眼科門診弱視患者22例，在東莞市婦幼保健院行彌散張量成像系統(tǒng)檢查。其中男16例，女6例，平均年齡 (24.66±4.04)歲。左眼弱視者12例，右眼弱視者10例。弱視眼最佳矯正視力0.2～0.7。研究對象(弱視組)納入標準:年齡在18～35周歲；弱視眼最佳矯正遠視力<0.8，正常眼矯正遠視力≥1.0。

正常對照組:同期選擇在東莞市婦幼保健院工作的健康自愿者10名，裸眼或矯正視力正常成人，其中性別和年齡與弱視組大致匹配。其中男6名，女4名，年齡22～35歲，平均年齡(25.23±1.58)歲。

1.2儀器及檢查步驟

1.2.1眼部檢查及方法

遠視力及矯正視力、裂隙燈、眼底檢查、眼位檢查、屈光度檢查。

1.2.2彌散張量成像系統(tǒng)檢查

1)儀器。使用GE 3.0 MR HDXT超導(dǎo)型磁共振掃描儀， 頭部相控陣頭顱線圈。儀器在使用前進行數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的測試，并了解圖像成像質(zhì)量。圖像后處理采用GE公司提供的Advantage Workestation AW4.4工作站，內(nèi)含有對DTI數(shù)據(jù)資料進行處理的Functool軟件包。

2)檢測方法。①常規(guī)MRI：采用單次激發(fā)自旋回波EPI序列掃描，彌散b值一般為1 000,參數(shù)如下:TR3 000 ms,TE 40 ms,Flip Angle 90視野24 cm×24 cm,矩陣64×64,層厚5 mm,層間距0 mm,共20層。②DTI掃描：TR 8 000 ms,TE Minimum,矩陣128×128,b=1 000,在25個方向上施加彌散敏感梯度。③圖像后處理：所有原始數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾E公司提供的Advantage Workestation AW4.4后處理工作站進行處理。運用FUNCTOOL程序重建得到各向異性分數(shù)(the fractional anisotropy,FA)圖。將其進行空間標準化(spatial normalization)處理后應(yīng)用MRIcro軟件將每個受檢者的功能激活圖與FA圖疊加。選取感興趣區(qū)(region of interest,ROI)測量雙側(cè)視放射及胼胝體壓部、膝部的FA值及ADC值。視輻射ROI的劃定和測量參照經(jīng)典的神經(jīng)解剖學(xué)描述，用軟件自帶的筆點形工具，ROI的大小為8~16 mm2的圓形。視放射上的選取在側(cè)腦室三角區(qū)層面，外側(cè)膝狀體位置一點、側(cè)腦室后角旁一點、近枕葉皮質(zhì)區(qū)一點。分別得出3個部位的每個ROI下的FA值及ADC值，為了保證其準確性，在每次感興趣區(qū)放置后都采用DTT對該點進行纖維束追蹤，對照視覺通路神經(jīng)解剖學(xué)的描述各部分的走形及位置。測量雙側(cè)的視放射時，選擇同一掃描層面的對稱位置，每側(cè)分別取前中后三點，取三次測量的平均值。胼胝體上的ROI選擇在基底節(jié)層面左右雙側(cè)胼胝體膝部和壓部對稱區(qū)域作為興趣區(qū)。所有的ROI嚴格選擇同一層面上相同組織成分的相對應(yīng)解剖結(jié)構(gòu)，盡量不包括周圍其他組織及腦脊液以減少部分容積效應(yīng)帶來的誤差。所得的FA值及ADC值均是Functool軟件自動計算出來，其中FA值是無綱量數(shù)值，ADC值單位為(×10-3mm2·s-1)。

1.3統(tǒng)計學(xué)方法

所有FA值及ADC值均以均數(shù)±標準差表示，數(shù)據(jù)處理運用SPSS17.0統(tǒng)計學(xué)分析軟件包，采用配對t檢驗，分析弱視組內(nèi)弱視同側(cè)與弱視對側(cè)視放射的FA值及ADC值；獨立樣本t檢驗，分析弱視組與正常對照組雙側(cè)視放射、胼胝體膝部和壓部的FA值及ADC值。P<0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2結(jié)果

2.1研究對象的一般資料

參與數(shù)據(jù)分析的單眼成人弱視患者22例和正常成人10名均完成了DTI掃描并進入結(jié)果分析。經(jīng)檢驗，2組間年齡、性別的差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

2.2兩側(cè)視放射的FA值及ADC值

兩側(cè)視放射的FA值及ADC值經(jīng)正態(tài)性檢驗均符合正態(tài)分布，弱視同側(cè)FA值小于對側(cè)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；弱視同側(cè)的ADC值大于對側(cè)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表1。

表1　弱視組弱視同側(cè)與對側(cè)視放射FA值及ADC值比較　±s

2.3弱視組與正常對照組視放射的比較

正常對照組兩側(cè)視放射的FA值及ADC值均符合正態(tài)分布，經(jīng)t檢驗，左右兩側(cè)視輻射FA值(t=0.27,P=0.465)差異無統(tǒng)計學(xué)意義；ADC值(t=-1.56,P=0.084)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。將其兩側(cè)平均值作為單個正常對照組視放射的FA值及ADC值。弱視組弱視同側(cè)及對側(cè)FA值低于正常對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義；ADC值高于正常對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。見表2—3。

表2　弱視組弱視同側(cè)與正常對照組視放射FA值及ADC值比較　±s

表3　弱視組弱視對側(cè)與正常對照組視放射FA值及ADC值比較　±s

2.4弱視組與正常對照組胼胝體的比較

2組胼胝體壓部及膝部的FA值及ADC值符合正態(tài)分布，弱視組胼胝體壓部的FA值低于正常對照組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義；弱視組胼胝體膝部的FA值低于正常對照組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義；弱視組胼胝體壓部ADC值高于正常對照組差異有統(tǒng)計學(xué)意義；弱視組胼胝體膝部ADC值高于正常對照組，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表4。

表4　弱視組與正常對照組胼胝體FA值、ADC值比較　±s

3討論

DTI可以定量觀察活體組織的彌散特征，了解組織纖維的走行方向和完整性，在臨床上應(yīng)用極為廣泛，也逐漸應(yīng)用于眼科學(xué)方向。完整良好的視覺通路是視覺發(fā)育的前提，以往的弱視研究中，多集中在視皮層、視網(wǎng)膜細胞、外側(cè)膝狀體及視覺通路中各級神經(jīng)元纖維結(jié)構(gòu)的研究，對連接外側(cè)膝狀體和視覺皮質(zhì)纖維的白質(zhì)神經(jīng)纖維的研究還尚少，DTI對白質(zhì)病變的顯示較傳統(tǒng)的影像學(xué)更為敏感，能顯示從視神經(jīng)、視束、外側(cè)膝狀體、視放射到枕葉視皮層各個層次腦白質(zhì)纖維束。視放射是聯(lián)系外側(cè)膝狀體和大腦皮質(zhì)的白質(zhì)纖維束，胼胝體是大腦半球中最大的白質(zhì)纖維，是連接左右兩側(cè)大腦半球的橫行纖維束，對完成雙側(cè)運動、感覺、視覺功能有重要作用。在本研究中，視覺通路中選擇了視放射和胼胝體作為研究部位，探索其細微結(jié)構(gòu)的改變與成人弱視的關(guān)系。

DTI是通過收集腦組織內(nèi)水分子沿不同方向的彌散信號的變化，利用單次激發(fā)加權(quán)平面回波序列對掃描進行圖像采集，并以多種參數(shù)形式表達。其中常用來分析大腦各向異性參數(shù)是FA值、ADC值、相對各向異性(RA)、容積比(VR)等，其中尤以FA值和ADC值應(yīng)用最為廣泛。FA值是水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例， FA值越高，組織內(nèi)水分子彌散運動的各向異性程度越高。當腦白質(zhì)受損時，F(xiàn)A值下降。ADC值是組織中水分子彌散的速度和范圍，消除了各向異性的影響，它的變化不依賴彌散的方向，代表彌散程度的平均值，反映了彌散的整體情況。影響ADC值的主要因素有組織的灌注狀態(tài)和細胞內(nèi)外水分子的運動。ADC值增加可以反映腦組織含更多的自由水分子。一般認為FA值越高，ADC值越小，代表白質(zhì)纖維束的髓鞘化程度、緊密度、發(fā)育程度、完整性等越好。本文之所以選擇FA值和ADC值作為研究的參考參數(shù)是因為：1)FA圖可以提供較好的灰白質(zhì)對比，易于觀察、測量、選擇感興趣區(qū)等；2)FA值是組織的物理性質(zhì)，在同一對象不同時間、不同成像設(shè)備、不同對象間所獲得的數(shù)值具有可比性；3)ADC值是分子整體擴散強弱的指標，與彌散方向無關(guān)，而FA值提供彌散方向的信息。將這兩個參數(shù)相結(jié)合，更有利于正確了解大腦白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的發(fā)育情況、形態(tài)改變并闡述其變化的機理。本研究中通過ROI法重建了弱視組和正常對照組的視輻射，它的走形和位置與經(jīng)典解剖學(xué)研究相一致[2-3]。與已報道的DTI能夠成功的顯示視輻射結(jié)果是一致的，并包括一些形態(tài)或早期功能上細微的變化，如青光眼視輻射神經(jīng)纖維變薄[4]、早產(chǎn)兒視輻射的發(fā)育情況與育齡的關(guān)系[5]。說明了DTI成像數(shù)據(jù)的纖維束成像具有良好的重復(fù)性，可以清晰地顯示視放射白質(zhì)纖維的走形。

研究中發(fā)現(xiàn)無論弱視組同側(cè)還是對側(cè)均較正常組的FA值下降，ADC值升高，且均具有統(tǒng)計學(xué)意義，這表明單眼成人弱視患者雙側(cè)視放射的微觀結(jié)構(gòu)可能存在異常。Xie等[6]曾將DTI用于檢測兒童弱視視放射功能，得出FA值較正常低 ，本研究結(jié)果與之一致。有研究[7]報道彌散的各向異性與年齡具有一定的相關(guān)性，這與大腦白質(zhì)纖維的發(fā)育相關(guān)。大腦白質(zhì)的纖維髓鞘化程度從出生到成年的迅速增加，成年到中年緩慢下降及老年迅速下降[8]。所以本研究為了避免年齡關(guān)系對各向異性的影響，選擇了年齡基本一致且2組間年齡無統(tǒng)計學(xué)意義的患者。早期有研究[9]發(fā)現(xiàn)了在黑暗中飼養(yǎng)的老鼠視神經(jīng)髓鞘化明顯延遲，又有研究[10]表明，對剛出生未睜開眼睛的兔子人為的撐開雙眼后，檢測髓鞘特定基礎(chǔ)脂質(zhì)蛋白較正常組增加了一倍。由此可推測中樞神經(jīng)系統(tǒng)的白質(zhì)結(jié)構(gòu)受功能因素的影響，視神經(jīng)的髓鞘化受光學(xué)刺激的影響。視覺功能減弱造成了視覺相關(guān)通路的白質(zhì)髓鞘化形成減緩，髓鞘化的延遲是造成弱視患者的視放射FA值下降、ADC值升高的主要原因之一。另外，有大量弱視研究報道，弱視患者的V1和V2皮層區(qū)激活減少及作為視網(wǎng)膜中繼站的外側(cè)膝狀體功能低下[10-12]。視放射是由外側(cè)膝狀體發(fā)出的神經(jīng)纖維組成并終止于枕葉皮層，弱視可能是由于外側(cè)膝狀體功能低下，使視覺刺激誘發(fā)的視皮層神經(jīng)細胞同步化活動降低，視皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對視覺信息整合功能出現(xiàn)障礙，從而造成了視功能低下。

胼胝體纖維的走行一致性強，且成年后大部分已髓鞘化[13]。因此，在DTI上表現(xiàn)有較強的彌散各向異性：FA值高，在FA圖上表現(xiàn)為高信號。在本研究中發(fā)現(xiàn)，本研究成人弱視患者壓部的FA值低于正常組，但無統(tǒng)計學(xué)意義；ADC值高于正常組，具有統(tǒng)計學(xué)意義，而膝部FA值及ADC 值與正常組的差異比較均無統(tǒng)計學(xué)意義。Blakemore[14]提出了胼胝體在雙眼立體功能起著一定的作用，只有通過胼胝體才能接受視皮層上感受野位于注視點前方或其

后方一定區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元的雙眼信息，由此可推測成人弱視患者胼胝體壓部可能存在發(fā)育異?；蛲渡淅w維異常，這可能是造成弱視患者立體功能異常的重要原因之一，將有待于進一步的研究證明得以證實。

參考文獻：

[1]Nimsky C,Ganslandt O,Merhof D,et al.Intraoperative visualization of the pyramidal tract by diffusion tensor imaging based fiber tracking[J].Neuroimage,2006,30(4):1219-1229.

[2]Burgel I U,Amunts K,Hoemke L,et al.White matter fiber tracts of the human brain:three-dimensional mapping at microscopic resolution,topography and intersubject variability[J].Neuroimage,2006,29(4):1092-1105.

[3]Hofer S,Karaus A,Frahm J,et al.Reconstruction and dissection of the entire human visual pathway using diffusion tensor MRI[J].Front Neuroanat，2010,4:15.

[4]Engelhorn T,Michelson G,Waerntges S,et al.Diffusion tensor ima-ging detects rarefaction of optic radiation in glaucoma patients[J].Acad Radiol,2011,18(6):764-769.

[5]Glass H C,Berman J I,Norcia A M,et al.Quantitative fiber tracking of the optic radiation is correlated with visual-evoked potential amplitude in preterm infants[J].AJNR Am J Neuroradiol，2010,31(8):1424-1429.

[6]Xie S,Gong G L,Xiao J X,et al.Underdevelopment of optic radiation in childrenwith amblyopia:a tractorgraphy study[J].Am J Ophthalmol，2007,143(4):642-646.

[7]Stadlbauer A,Salomonowitz E,Strunk G,et al.Age-related degradation in the central nervous system:assessment with diffusion-tensor imaging and quantitative fibertracking[J].Radiology,2008,247(4):179-188.

[8]Song H Y,Qi S,Tang H H,et al.MR DTI and DTT study on the development ofoptic radiation in patients with anisometropia amblyopia[J].Sichuan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban，2010,41(1):648-651.

[9]Gyllensten L,Malmfors T.Myelinization of the optic nerve and its dependence on visual function-a quantitative investigation in mice[J].J Embryol Exp Morphol，1963,11:255-256.

[10]Auber H,Waehneldt T V,Neuhoff V.Myelination in rabbit optic nerves is accelerated by artificial eye opening[J].Neurosci Lett,1980,16(3):235-238.

[11]Mullen K T,Dumoulin S,Hess R F.Color responses of the human lateral geniculate nucleus:selective amplification of Scone signals between the lateral geniculate nucleus and primary visual cortex measured with high-field fMRI[J] .Eur J Neu-rosci,2008,28(9):1911-1923.

[12]Hess R F,Thompson B,Gole G,et al.Dificient responses from lateral geniculate nucleus in humans with amblyopia[J].Eur J Neurosci，2009,29(5):1064-1070.

[13]Giedd J N,Blumenthal J,Jeffries N O,et al.Development of the human corpus callosum during childhood and adolescence:a longitudinal MRI study[J].Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry，1999,23(4):571-588.

[14]Blakemore C.Binocular depth discrimination and the nasotemporal division[J].J Physiol，1969,205(2):471-497.

(責(zé)任編輯：劉大仁)

收稿日期：2014-11-30

作者簡介：楊益剛(1980—)，男，本科，主治醫(yī)師，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRI診斷的研究。

中圖分類號：R777.4+4文獻標志碼： A文章編號： 1009-8194(2015)07-0069-04

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.026

Diffusion Tensor Imaging Detects Development of Optic
Radiation and Corpus Callosum White Matter in Adult
Patients with Monocular Amblyopia

YANG Yi-gang1,GUO Xian-yin2,WANG Zhong1

(1.DepartmetofOphthalmology,DongguanMaternalandChildHealthHospital,

Dongguan523000,China; 2.DepartmetofOphthalmology,theThirdPeople’s

HospitalofDongguan,Dongguan523320,China)

ABSTRACT：ObjectiveTo detect the development of optical radiation and corpus callosum white matter in adult patients with monocular amblyopia using diffusion tensor imaging (DTI) scanning,and to further explore its pathogenesis.MethodsDTI scan was performed in 22 adults with monocular amblyopia and 10 normal controls. The FA and ADC values of optical radiation were compared between ipsilateral and contralateral sides in patients,as well as between patients and healthy controls.ResultsCompared with the contralateral side,the FA value of optical radiation significantly decreased in the ipsilateral side (P<0.05). Compared with normal controls,bilateral FA values of optical radiation significantly decreased and bilateral ADC values of optical radiation and splenium ADC values significantly increased in amblyopia patients (P<0.05).ConclusionDTI can display the changes in optical radiation and corpus callosum white matter fibers. Therefore,DTI provides a new method for investigating the pathogenesis of amblyopia.

KEY WORDS：diffusion tensor imaging; adult amblyopia; optic radiation,corpus callosum