基于彌散張量成像技術(shù)對抑郁癥患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的研究

胡　志，胡孝朋，陶龍香，梁　振，余永強

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，安徽 合肥　230022；

2.安徽醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，安徽 合肥　230032)

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基于彌散張量成像技術(shù)對抑郁癥患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的研究

胡志1，胡孝朋1，陶龍香1，梁振2，余永強1

(1.安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，安徽 合肥230022；

2.安徽醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，安徽 合肥230032)

摘要：目的應(yīng)用磁共振彌散張量成像(DTI)研究抑郁癥患者腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的變化，探討其發(fā)病機制。方法35例首發(fā)中重度抑郁癥患者與18例性別、年齡及受教育程度相匹配的正常對照組行漢密爾頓(HAMD)量表評分，采用DTI分析并比較兩組間各向異性分?jǐn)?shù)(FA)值的差異。結(jié)果抑郁癥組右側(cè)額上回、右側(cè)額中回、左側(cè)杏仁核、左島葉皮質(zhì)、右側(cè)穹窿、右外囊、右側(cè)丘腦的FA值較對照組明顯減低(P<0.05)。結(jié)論抑郁癥患者存在廣泛腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的異常，這種腦白質(zhì)異常可能在抑郁癥的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。

關(guān)鍵詞:抑郁癥；彌散張量成像；各向異性分?jǐn)?shù)

抑郁癥又稱抑郁障礙，是臨床上常見的一種精神疾病。目前大多數(shù)研究表明抑郁癥患者存在腦功能和結(jié)構(gòu)異常[1-2],這種異常機制主要表現(xiàn)在邊緣系統(tǒng)—皮層—紋狀體—蒼白球—丘腦神經(jīng)環(huán)路(LCSPT)的病理損傷[3]。但是抑郁癥的發(fā)病理論以及致病機制尚未有統(tǒng)一的共識，有關(guān)抑郁癥涉及情緒腦功能區(qū)異常的相關(guān)研究也相對比較局限[4-5]。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)作為一種新型功能磁共振成像方式,通過重建活體組織腦白質(zhì)纖維束走行方向、排列狀況，對各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)等指標(biāo)定性定量評價聯(lián)系灰質(zhì)間的白質(zhì)纖維束及其病變神經(jīng)纖維傳導(dǎo)通路[6]。本研究旨在以抑郁癥患者為受試，利用DTI探討腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的異常情況及發(fā)病機制。

1資料與方法

1.1研究對象抑郁癥組:共35例，為2014年6月至2015年6月在安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院住院及門診首發(fā)抑郁癥患者，其中男14例,女21例，年齡18～50歲,平均年齡(32.6 ±12.4)歲，平均接受教育(11.4±5.4)年。入組標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合美國精神障礙診斷和統(tǒng)計手冊第4版(DSM-IV)中-重度抑郁癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)；(2)17項漢密爾頓抑郁量表(HAMD-17)≥18分，平均(22.1±2.5)分，且病程不超過1年；(3)首次發(fā)作；(4)入組前未接受抗抑郁、抗精神病等藥物治療；(5)排除器質(zhì)性腦疾病以及其他可能影響腦部結(jié)構(gòu)和功能的疾??；(6)所有患者均為右利手，且配合研究試驗。

正常對照組：來自本院2014年6月至2015年4月的體檢正常者，共18例，既往無精神神經(jīng)系統(tǒng)性疾病、顱腦外傷及腦器質(zhì)性疾病。其中男7例,女11例，年齡20～52歲,平均年齡(31.5±11.6)歲，平均接受教育(12.5±4.2)年，HAMD量表總分<7分，平均(2.8±2.5)分；均為右利手。

兩組受試者文化程度、年齡、性別的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

本研究經(jīng)安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均無MRI檢查禁忌。所有受試者均自愿參加并簽署知情同意書。

1.2研究方法

1.2.1DTI數(shù)據(jù)采集所有受試者磁共振圖像均在美國通用電器公司3.0T全身MR掃描儀(Signa HDxt，GE Milwaukee，WI，USA)上完成的。DTI像掃描參數(shù)：脈沖重復(fù)時間/回波時間(TR/TE)=11 000 ms/72 ms，翻轉(zhuǎn)角度(flip angle)=90°，視野(FOV)=260 mm×260 mm，矩陣 (matrix)=128×128，層厚3 mm，設(shè)定67個各向同性分布彌散敏感梯度，其中3個方向為b=0 s·mm-2，并在另外64個不同的非線性方向上施加b=1 000 s·mm-2的彌散敏感梯度，每個方向為50層，共3 350張圖像。

1.2.2數(shù)據(jù)分析應(yīng)用牛津大學(xué)開發(fā)的FSL軟件(FMRIB Software Library,www.fm-rib.ox.ac.uk/fsl)的擴散工具包FDT(THE fMRIB’s Diffusion Toolbox)工具包對彌散張量成像(DTI)圖像進行分析，具體步驟包括以下幾個方面：(1)對原始數(shù)據(jù)進行NIFTI的格式轉(zhuǎn)換；(2)對數(shù)據(jù)進行渦流校正；(3)去除頭皮以及顱骨；(4)經(jīng)過DTIFIT工具包計算出所有受試者的各向異性分?jǐn)?shù)FA圖；(5)將所有受試者的FA圖經(jīng)過非線性派準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)模版JHU(JUH DTI-based white-matter atlases)上；(6)利用Matlab的工具包DICOM得出所有受試者在JHU模版上FA值。

2結(jié)果

兩組研究對象的DTI結(jié)果表明：相比較于正常對照組，抑郁癥組主要表現(xiàn)為多腦區(qū)FA值減少(P<0.05)。FA值減少的腦區(qū)主要位于右側(cè)額上回、右側(cè)額中回、左側(cè)杏仁核、左島葉皮質(zhì)、右側(cè)穹窿、右外囊、右側(cè)丘腦，見表1、圖1。其中抑郁癥患者的HAMD評分與右側(cè)額上回FA值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.551，P=0.001)，見圖2。

±s)

圖1　抑郁癥組較正常對照組FA值減少的腦區(qū)纖維束追蹤

圖2　抑郁癥患者右側(cè)額上回FA值與HAMD量表

注：X軸為HAMD值，單位(分)，Y軸為FA值。

3討論

本研究結(jié)果顯示抑郁癥患者右側(cè)額上回、右側(cè)額中回、左側(cè)杏仁核、左島葉皮質(zhì)、右側(cè)穹窿、右外囊、右側(cè)丘腦區(qū)域腦白質(zhì)FA值明顯降低，表明抑郁癥患者存在多腦區(qū)的白質(zhì)纖維微觀結(jié)構(gòu)損害。

腦白質(zhì)占大腦體積近一半,跟多數(shù)神經(jīng)系統(tǒng)疾病關(guān)系密切,近年來研究表明腦白質(zhì)在認(rèn)知與情感方面起到了關(guān)鍵作用[7]。Thomas等[8]發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者額葉邊緣以及杏仁核等腦區(qū)膠質(zhì)細(xì)胞密度和數(shù)量顯著減少，提示腦白質(zhì)纖維微觀結(jié)構(gòu)存在損傷。目前大多數(shù)研究表明抑郁癥主要體現(xiàn)在額葉背外側(cè)白質(zhì)、前部扣帶回皮質(zhì)、海馬、杏仁核、基底節(jié)和丘腦腦功能的異常[9]。本研究結(jié)果提示抑郁癥患者存在額葉皮層、邊緣系統(tǒng)多腦區(qū)的異常，與目前關(guān)于抑郁癥情緒異常的研究[10]一致。

情緒傳導(dǎo)障礙以及伴隨的認(rèn)知功能損害，主要與額葉功能減弱有關(guān)[11]。額葉作為腦高級功能區(qū)之一，主要參與情感、記憶、專注、自制力等活動。前額葉背外側(cè)皮層受損主要表現(xiàn)為情緒的淡漠和抑郁，額上回、額中回在調(diào)節(jié)情感行為和執(zhí)行功能上具有重要作用。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)前額葉腦白質(zhì)FA值減少，同時抑郁組右側(cè)額上回FA值與HAMD量表呈負(fù)相關(guān)，說明右側(cè)額上回FA值改變可能與抑郁本身有相關(guān)性，提示神經(jīng)髓鞘的損害與抑郁程度相關(guān)，進一步闡明了前額葉腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的損害是抑郁癥患者出現(xiàn)情緒傳導(dǎo)與認(rèn)知功能異常的重要解剖學(xué)基礎(chǔ)和機制之一。

邊緣系統(tǒng)通過與下丘腦及植物神經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)系，海馬、紋狀體、杏仁核、蒼白球、丘腦為其中重要組成部分，啟動并調(diào)節(jié)本能和情感行為[12]。本組DTI數(shù)據(jù)中，紋狀體、左側(cè)杏仁核、右丘腦、右側(cè)穹窿腦白質(zhì)FA值均明顯減少，進一步說明了邊緣系統(tǒng)腦結(jié)構(gòu)的異常在抑郁癥發(fā)病中扮演了重要的作用。同時我們還發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者左側(cè)島葉皮質(zhì)FA明顯減少，與前人的研究結(jié)果類似[13]。

本研究結(jié)果運用DTI技術(shù)在腦白質(zhì)神經(jīng)纖維基礎(chǔ)上探討了抑郁癥患者多腦區(qū)微結(jié)構(gòu)的異常，且進一步驗證了抑郁癥發(fā)病的相關(guān)機制。但由于樣本量較少，且研究方法較為局限，有待擴大樣本量,對抑郁癥患者臨床及影像學(xué)表現(xiàn)的相關(guān)性進行進一步的分析,將更深刻的認(rèn)知抑郁癥腦結(jié)構(gòu)和功能異常的變化機制。

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收稿日期：(2015-08-06，修回日期：2015-09-12)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.01.030

通信作者：余永強，男，主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師，研究方向：分子影像學(xué)，E-mail:yuyongqiang@hotmail.com

作者簡介：胡志，男，碩士研究生

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(No 31400943)