SBM測量法在抑郁障礙研究中的應(yīng)用

黃悅琦 邱美慧 彭代輝

作者單位：上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心心境障礙科

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SBM測量法在抑郁障礙研究中的應(yīng)用

黃悅琦 邱美慧 彭代輝

作者單位：上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心心境障礙科

【摘要】研究顯示抑郁障礙（MDD）存在大腦結(jié)構(gòu)的改變，基于皮層的形態(tài)學(xué)測量法（SBM）是一種通過測量皮層厚度、皮層表面積和局部折疊系數(shù)等指標(biāo)，來重建全腦/腦區(qū)多維度立體模型的方法。本研究就該方法在抑郁障礙中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

【關(guān)鍵詞】抑郁障礙；基于皮層形態(tài)學(xué)法；皮層厚度；皮層表面積；局部皮層折疊系數(shù)

中國醫(yī)學(xué)計算機(jī)成像雜志，2016，22：187-190

Chin Comput Med Imag，2016，22：187-190

Division of Mood Disorder， Shanghai Mental Health Center， Shanghai Jiaotong University School of Medicine

Address： 600 Wanping Rd， Shanghai 200030， P.R.C.

Address Correspondence to PENG Dai-hui（E-mail： pdhsh@126.com）

Foundation items： 1.Fund of Science and Technology Commission of Shanghai Municipality No. 134119a6200 ； 2.Research Fund of Shanghai Jiao Tong University No. YG2012MS11 ； 3. National Clinical Disciplines at Shanghai Mental Health Center，Office of Medical Affairs Ministry of Health， No. 2011-873（OMA-MH， 2011-873）.

抑郁障礙（major depressive disorder， MDD）存在情緒低落、認(rèn)知功能障礙等癥狀，是一種病因未明的精神疾病。MDD發(fā)病率高、致殘率高、并給社會造成巨大疾病負(fù)擔(dān)，其早期識別診斷和預(yù)防迫在眉睫。然而目前尚缺乏公認(rèn)有效的生物學(xué)診斷指標(biāo)。

近年來，有關(guān)MDD的磁共振影像學(xué)研究進(jìn)展迅猛，大腦結(jié)構(gòu)異常改變被普遍認(rèn)為是MDD發(fā)生的病理機(jī)制之一。全腦結(jié)構(gòu)性磁共振影像學(xué)研究的主要功能是探討全腦形態(tài)學(xué)改變，與傳統(tǒng)的感興趣區(qū)法（regions of interest， ROI）相比，存在效率高、無需假設(shè)等優(yōu)勢。其研究分析方法主要分為反映灰質(zhì)體積及密度的基于體素的灰質(zhì)形態(tài)學(xué)測量方法（voxel-based morphometry，VBM）和反映皮層厚度（cortical thickness， CT）、皮層表面積（surface area，SA）和局部折疊系數(shù)（Local gyrification Index，LGI）的基于皮層的形態(tài)學(xué)測量法（surfacebased morphometry， SBM），兩種方法研究均顯示MDD患者存在腦結(jié)構(gòu)異常［1，2］。本文就其中SBM方法在MDD研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

腦皮層形態(tài)學(xué)及其指標(biāo)

成人大腦的皮層是高級神經(jīng)活動的基礎(chǔ)，其溝回形態(tài)千差萬別，是每個腦區(qū)不同功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。溝回的形成過程即皮層折疊，其發(fā)育速度最快的時期是胎兒在母體內(nèi)時期（孕26～36周）。胎兒出生后即可完成約90%的折疊水平，此時的大腦皮層已具有和成人接近的溝回數(shù)，為各個功能區(qū)的建立提供較成熟的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，從而在此基礎(chǔ)上形成大腦特定的皮層折疊模型。特定的皮層折疊模式是正常大腦皮層發(fā)育完整的一項重要標(biāo)記［3］，其形成受遺傳基因和環(huán)境因素共同影響，異常基因和/或有害環(huán)境可能導(dǎo)致皮層折疊模型異常。越來越多的研究表明，在不同的疾病中存在皮層折疊模式的異常改變，這可能是神經(jīng)發(fā)育性疾病的病理學(xué)標(biāo)志之一。目前研究多以皮層厚度（CT）、皮層表面積（SA）和局部折疊系數(shù)（LGI）這三項指標(biāo)來描述大腦皮層折疊模式，并采用SBM法測量分析這三項指標(biāo)。

基于皮層的形態(tài)學(xué)（SBM）測量法

SBM是一種利用掃描大腦得到的磁共振數(shù)據(jù)，對高度折疊的大腦表面皮層進(jìn)行三維重建和分析的方法，它能精確量化全腦或局部腦區(qū)CT、SA和LGI。這些指標(biāo)能清晰地反映皮層結(jié)構(gòu)的發(fā)育軌跡［4］。SBM法既不需要設(shè)定特定的感興趣區(qū)，也不受原始數(shù)據(jù)的體素分辨率的限制，因此可以檢測組間毫米級別的差異，能更具化地了解大腦皮層的表面模式，從而相對更準(zhǔn)確的察覺早期皮層改變。由于精神疾病可能存在可遺傳的腦形態(tài)學(xué)改變，全面分析這些改變將有助于我們進(jìn)一步了解精神疾病神經(jīng)發(fā)育異常的特征。目前SBM法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于探測包括MDD在內(nèi)的精神疾病大腦皮層形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，并為精神分裂癥、情感障礙及其他神經(jīng)精神疾病的提供特異的解剖方面的關(guān)鍵信息。

MDD患者腦皮層形態(tài)學(xué)

近年來，越來越多研究發(fā)現(xiàn)MDD患者存在皮層或亞皮層結(jié)構(gòu)的改變，并試圖以此構(gòu)建MDD大腦結(jié)構(gòu)模型。目前SBM在MDD中的研究多集中在CT，而有關(guān)SA和LGI研究較少，且存在較多的混雜因素。

1. 年齡、抑郁發(fā)作次數(shù)、藥物及家族史對MDD患者SBM研究的影響

CT及SA隨著年齡呈倒U字曲線軌跡發(fā)展［4］，這預(yù)示著不同年齡段的皮層折疊模型存在差別。有研究將早發(fā)性抑郁與晚發(fā)性抑郁（以首發(fā)年齡25歲為分界）患者的CT進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同首發(fā)年齡的CT存在差異，其主要表現(xiàn)為在雙側(cè)后扣帶回和海馬旁回，右側(cè)楔前葉、舌葉和梭回這些腦區(qū)，早發(fā)性抑郁的CT更厚［2］，其原因可能是老年性抑郁的發(fā)生常受血管性因素的影響，目前的研究表明血管性因素主要影響的是額葉亞皮層環(huán)路，上述腦區(qū)大部分存在于該環(huán)路中。因此，我們可推測目前年齡和首發(fā)年齡對CT結(jié)果均有影響。另有研究表明CT改變也受發(fā)作次數(shù)影響，將發(fā)作次數(shù)≥4次組（組1）較＜4次組（組2）比較，組1在左側(cè)前額葉（包括外側(cè)眶額回、島蓋部和中央前回喙部和尾部）CT明顯下降，而在雙側(cè)頂上小葉區(qū)域則有增加［5］。Jarnum等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)抗抑郁藥物治療后，緩解患者較未緩解患者后扣帶回CT下降［6］，另一研究也得到相似的結(jié)果，在無應(yīng)答者雙側(cè)后扣帶回和海馬旁回；左側(cè)中央旁小葉、楔前葉、楔葉和島葉；右側(cè)中間眶額回和外側(cè)枕葉CT值下降［7］。此外，Peterson發(fā)現(xiàn)在伴有家族遺傳史的MDD易患高危組中，右側(cè)大腦膝狀體、前后扣帶回、中間眶額葉CT下降，并指出CT下降的程度與抑郁嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。上述研究提示MDD的CT值可能受患者目前年齡、首發(fā)年齡、發(fā)作次數(shù)、目前狀態(tài)及藥物等混雜因素影響。

2. 不同組抑郁障礙SBM研究結(jié)果

有關(guān)MDD患者大腦皮層形態(tài)改變的研究結(jié)論尚不一致，大部分研究認(rèn)為MDD患者CT存在改變，也有少部分研究得出完全陰性結(jié)果，認(rèn)為MDD患者與健康對照的CT無顯著差異［8］。基于考慮上述混雜因素的影響，初步將研究分為以下幾組進(jìn)行討論。

成年MDD患者組，首發(fā)未用藥MDD患者存在以下腦區(qū)皮層形態(tài)學(xué)指標(biāo)異常改變：右后扣帶區(qū)、右中間眶額回、右額中回喙部、右島蓋部、右緣上回及頂葉（包括雙側(cè)下區(qū)、左側(cè)頂葉上區(qū)及右側(cè)中心區(qū)）CT增加；而頂葉（包括雙側(cè)額下回后部、左側(cè)中央前回及左側(cè)中額葉喙部區(qū)域）的CT降低。且存在右側(cè)扣帶回峽部、右側(cè)額上回、左側(cè)頂葉下部和左側(cè)海馬旁回皮層SA增加，而在左側(cè)顳橫回及右側(cè)下頂葉區(qū)存在SA減少［9-10］。此外，有研究表明首發(fā)未用藥MDD患者雙側(cè)中-后扣帶回、島葉、眶額葉，左側(cè)前扣帶回和右側(cè)顳葉島蓋LGI下降，在右側(cè)中央前回和右側(cè)緣上回上升［9］。其中LGI是溝回皮層與表面皮層的比值，而上述研究中測量的SA增加均為表面皮層，不包括溝回皮層。而另一項研究盡管發(fā)現(xiàn)MDD患者灰質(zhì)體積在額中回尾部和眶額回中部下降及在海馬區(qū)上升，但CT未見顯著性差異［11］。這可能與該研究樣本量過少，存在嚴(yán)重性別偏倚有關(guān)。綜上所述研究結(jié)果基本一致，提示首發(fā)未用藥MDD患者大部分異常腦區(qū)存在CT、SA值升高、LGI下降，僅少部分腦區(qū)存在CT、SA值降低、LGI上升。在非首發(fā)未用藥MDD患者中，則發(fā)現(xiàn)顳葉、前/后扣帶回喙部及左側(cè)前扣帶回尾部CT增加，中間眶額回CT降低［12］。與首發(fā)未用藥MDD患者相比結(jié)果大致一致，僅中間眶額回CT相反，導(dǎo)致這一結(jié)果差異的原因可能是CT變薄程度與目前癥狀嚴(yán)重程度呈正相關(guān)［5］，而該研究同時納入了首發(fā)未用藥與恢復(fù)期停止服藥患者。

兒童青少年MDD患者組，未用藥MDD患者在右側(cè)距狀溝前回、中央后回、頂上溝和左側(cè)緣上回CT下降，右側(cè)顳極CT增加［13］，而另一項關(guān)于非未用藥MDD患者的研究則發(fā)現(xiàn)，在雙側(cè)額中回喙部皮層CT增加［12］。目前關(guān)于兒童青少年的研究目前較少，未見SA和LGI相關(guān)研究。在兒童青少年期，皮層體積、CT、SA均在發(fā)育，可能得到的特定抑郁癥皮層折疊模型與成人存在差異。因此我們需進(jìn)行更多的相關(guān)研究（尤其是縱向追蹤性研究），努力找到MDD高危兒童青少年人群的疾病易感性大腦標(biāo)記，觀察并描繪出橫跨發(fā)病前到治療后的青少年MDD患者腦區(qū)的正常和異常變化圖譜，從而進(jìn)行早期識別和預(yù)防。

老年期MDD患者組的研究發(fā)現(xiàn)，老年患者存在廣泛的額葉（包括背外側(cè)前額葉）、頂葉、顳葉及前、后扣帶回區(qū)域CT值降低［7-14］，而另一項研究則得出完全陰性結(jié)果。但既往大量研究均表明老年性抑郁患者前額葉等區(qū)域存在CT、神經(jīng)元密度及皮層體積下降，提示老年期MDD患者可能存在皮層形態(tài)學(xué)改變。這些研究結(jié)果存在差異可能與藥物和目前狀態(tài)（急性期、穩(wěn)定期）等因素有關(guān)。

小 結(jié)

綜上所述，因目前的大部分研究可能受藥物、目前狀態(tài)、性別等混雜因素影響，異常腦區(qū)不完全一致。但我們?nèi)园l(fā)現(xiàn)這些研究結(jié)果中的異常腦區(qū)多集中在皮層邊緣環(huán)路，這一環(huán)路包括背外側(cè)前額葉、眶額葉、前/后扣帶回、島葉、顳葉、中間丘腦、蒼白球紋狀體、杏仁核和海馬等腦區(qū)，研究表明這些腦區(qū)負(fù)責(zé)大腦的情緒調(diào)控，并與執(zhí)行功能相關(guān)（如計劃、任務(wù)監(jiān)控及注意等）［15］，既往許多研究也發(fā)現(xiàn)MDD患者存在該環(huán)路存在異常。據(jù)此我們可以推測該環(huán)路結(jié)構(gòu)異?？赡軐?dǎo)致MDD形成的病理生理機(jī)制之一，但我們?nèi)孕韪喔鼑?yán)謹(jǐn)?shù)难芯縼碜C實。此外，我們也需要關(guān)注除經(jīng)典的皮層邊緣環(huán)路以外的一些腦區(qū)（如運動區(qū)和頂區(qū)），這些腦區(qū)也與抑郁障礙存在密切關(guān)系。最后，目前研究多數(shù)未考慮家族等高危險因素對皮層折疊的影響，而且疾病相關(guān)的生理高功能（高代謝和低血流）可能也會通過各種機(jī)制影響皮層形態(tài)學(xué)變化［10］。未來研究應(yīng)盡可能更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐懦阎祀s因素的影響，并應(yīng)用縱向追蹤性研究，描繪MDD患者腦區(qū)的正常和異常變化圖譜，從而建立MDD相關(guān)皮層模型，最終達(dá)到早期識別和預(yù)防的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

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The Application of SBM in the Study of Major Depressive Disorder

HUANG Yue-qi， QIU Mei-hui， PENG Dai-hui

【Abstract】Many studies have shown the existing of atypical brain structure in the major depressive disorder. The surface-based morphometry is a novel approach that enables to capture multidimensional images through measuring cortical thickness， surface area and local gyrification index. We reviewed the application of surface-based morphometry in the study of major depressive disorder.

【Key words】Major depressive disorder， Surface-based morphometry， Cortical thickness， Surface area， Local gyrification Index

收稿時間：（2015.09.22；修回時間：2015.12.14）

基金項目：上海市科學(xué)技術(shù)委員會科研計劃項目 No. 134119a6200上海交通大學(xué)科研基金 No. YG2012MS11；國家臨床重點專科-上海市精神衛(wèi)生中心No. 衛(wèi)生部醫(yī)政司2011-873 。

通信作者：彭代輝 （電子郵箱：pdhsh@126.com）

通信地址：上海市徐匯區(qū)宛平南路600號，上海 200030

中圖分類號：R445.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1006-5741（2016）-02-0187-04