精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維擴(kuò)散張量成像測(cè)量方法研究

茍輝亮，黎勝?gòu)?qiáng)，覃穎，丁輝，鄧生華，盧俊風(fēng)，安娜，楊倩

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精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維擴(kuò)散張量成像測(cè)量方法研究

茍輝亮，黎勝?gòu)?qiáng)*，覃穎，丁輝，鄧生華，盧俊風(fēng)，安娜，楊倩

[摘要]目的 探討用MR擴(kuò)散張量成像(DTI)對(duì)精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維測(cè)量方法研究和意義。材料與方法 對(duì)10～50歲精神分裂癥住院患者(研究組)和50名健康人群(對(duì)照組)擴(kuò)散張量成像腦白質(zhì)纖維形態(tài)和量的分析。結(jié)果 (1)比較研究組與對(duì)照組年齡和性別無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；(2)比較對(duì)照組和研究組各部位對(duì)應(yīng)左右差值分布差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，發(fā)現(xiàn)研究組雙側(cè)顳上回、雙側(cè)外囊中部及雙側(cè)海馬鉤回左右FA差值明顯低于對(duì)照組，差值越大，越有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論 用擴(kuò)散張量成像對(duì)精神分裂癥患者腦白質(zhì)測(cè)量FA值時(shí)，取連續(xù)相鄰兩個(gè)層面最清晰部位進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性測(cè)量，發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)某部位擴(kuò)散張量成像FA值異常，進(jìn)行左右FA值(胼胝體除外)比較分析時(shí)，用左減右FA差值的方法進(jìn)一步分析腦白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)變化具有臨床意義，可用于臨床分析。

[關(guān)鍵詞]彌散張量成像；精神分裂癥；腦

貴州省衛(wèi)生廳科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目(編號(hào)：gzwkj2013-1-048)

作者單位：

貴州省第二人民醫(yī)院影像科，貴陽(yáng)550004

黎勝?gòu)?qiáng)，E-mail: lishengqiang@163. com

茍輝亮, 黎勝?gòu)?qiáng), 覃穎, 等. 精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維擴(kuò)散張量成像測(cè)量方法研究. 磁共振成像, 2016, 7(3): 161-166.

擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是目前惟一無(wú)創(chuàng)性活體研究腦白質(zhì)纖維束形態(tài)結(jié)構(gòu)的方法，可以清晰勾畫(huà)出腦內(nèi)主要腦白質(zhì)纖維束的走行及空間分布，顯示腦內(nèi)病變對(duì)白質(zhì)纖維束形態(tài)結(jié)構(gòu)的直接或間接影響。DTI已初步應(yīng)用于臨床，對(duì)腦內(nèi)白質(zhì)纖維束正常及神經(jīng)系統(tǒng)各種疾病的研究正處于初始階段[1]。

目前，國(guó)內(nèi)已有運(yùn)用DTI對(duì)精神分裂癥患者腦部結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，我省幾乎還沒(méi)有用DTI對(duì)精神分裂癥患者研究。腦白質(zhì)纖維如果在神經(jīng)細(xì)胞存活的前提下，受損的神經(jīng)纖維有著活躍的再生能力[2]。所以DTI探討精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維FA值的測(cè)量方法，為臨床診斷提供一定的幫助。

1 材料與方法

1.1 材料

對(duì)50例10～50歲(男女不限)精神分裂癥患者(研究組)和50名10～50歲(男女不限)健康人(對(duì)照組)行MR DTI檢查，比較研究組和對(duì)照組的部分各向異性(FA)差異性。用MR DTI技術(shù)探討研究精神分裂癥患者可能的腦白質(zhì)纖維的病理生理變化的方法。用不同年齡組正常健康人群的DTI腦白質(zhì)FA值改變與50例不同年齡組精神分裂癥患者的DTI腦白質(zhì)FA值改變相對(duì)比：探討分析精神分裂癥患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常的病理生理學(xué)和影像學(xué)表現(xiàn)的測(cè)量方法。

1.2 方法

將50名健康人(對(duì)照組)和50例精神分裂癥患者(研究組)采用GE- Sigma? HDe 1.5 T磁共振儀對(duì)其頭部掃描，標(biāo)準(zhǔn)頭頸聯(lián)合(NV)線(xiàn)圈行射頻脈沖發(fā)射和磁共振信號(hào)的接收。掃描主要序列及參數(shù)包括軸位FSE T2WI：TR 4000 ms，TE 129 ms，矩陣352×256，激勵(lì)次數(shù)1次，F(xiàn)OV 24 cm×18 cm，層厚5 mm，間隔1.5 mm；軸面DTI (15個(gè)擴(kuò)散編碼方向)，為單次激發(fā)雙自旋回波EPI脈沖序列：b值0，1000 s/mm2，TR 8000 ms，設(shè)定TE為最小，一般為129.4 ms，矩陣128×130，激勵(lì)次數(shù)2次，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，層厚為3 mm，間隔均為0；掃描過(guò)程中受試對(duì)象取仰臥位，首先用T1WI進(jìn)行矢狀面(5 mm，1 mm間隔)掃描，于正中矢狀面圖像上尋找前后聯(lián)合，以其連線(xiàn)(即AC-PC線(xiàn))的平行線(xiàn)作為T(mén)2WI FLAIR和軸面DTI掃描的定位線(xiàn)，其中必須有一條定位線(xiàn)通過(guò)扣帶回的正中，以垂直海馬長(zhǎng)軸的線(xiàn)作為冠狀位DTI掃描的定位線(xiàn)。掃描結(jié)束后，將原始數(shù)據(jù)傳輸至GE Advantage Windows工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

根據(jù)1998 年我國(guó)頒布了《藥品臨床試驗(yàn)管理規(guī)范(實(shí)行) 》和《赫爾辛基宣言》從事人體實(shí)驗(yàn)研究的道德守則，本對(duì)照組50名健康受試者是自愿簽署醫(yī)院倫理委員會(huì)通過(guò)的《健康人群受試者“知情同意”協(xié)議書(shū)》。將50名健康人群(對(duì)照組)分成4組：11～20歲，21～30歲，31～40歲，41～50歲組，經(jīng)過(guò)臨床醫(yī)師初步篩查，無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病后，用CT平掃初步篩查腦內(nèi)無(wú)異常病灶后，進(jìn)行磁共振平掃 + DTI掃描；將50例根據(jù)CCMD-3診斷標(biāo)準(zhǔn)確診為精神分裂癥的患者(研究組)分成4組11～20歲，21～30歲，31～40歲，41～50歲組，用苯二氮卓藥物控制患者精神癥狀，能在安靜狀態(tài)下進(jìn)行磁共振平掃 + DTI成像。將圖像傳入GE Advantage Windows工作站，采用Function tool 9.4.04 b軟件對(duì)DTI圖像進(jìn)行后處理。該軟件可對(duì)因EPI技術(shù)引起的圖像變形進(jìn)行自動(dòng)校正，然后重建出FA圖像。在彩色編碼的FA圖像上分別測(cè)量雙側(cè)顳葉、頂葉、額葉、枕葉白質(zhì)、胼胝體膝部和壓部、內(nèi)囊前肢中部、外囊中部、前后扣帶回以及海馬頭體部、海馬尾、海馬鉤回白質(zhì)、丘腦腹內(nèi)側(cè)及腹外側(cè)、腦干、小腦半球腦白質(zhì)的FA值。感興趣區(qū)(region of interest，ROI)大小為30 mm×30 mm左右，ROI置放位置均為相應(yīng)部位上下連續(xù)相鄰層面上的最佳位置；ROI基本為圓形、橢圓形，分別放置在FA圖像上及同層面的b=0 (即T2WI)圖像的相同位置上。測(cè)得每個(gè)ROI多個(gè)層面的FA值后取平均值。數(shù)據(jù)采取盲法測(cè)量(圖1，2)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

所收集數(shù)據(jù)由2名副主任醫(yī)師同時(shí)用EpiData 3.1軟件雙錄入后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)無(wú)誤后，對(duì)兩組數(shù)據(jù)用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

圖1　A，B：左側(cè)海馬鉤ROI放置點(diǎn)；C：ROI FA值；D：ROI腦白質(zhì)纖維。Fig. 1 A, B: The left hippocampal placement uncus region of interest. C: FA value of region of interest. D: Cerebral white matter fiber for region of interest.

圖2　A，B：右側(cè)海馬鉤ROI放置點(diǎn)；C：ROI FA值；D：ROI腦白質(zhì)纖維Fig. 2 A, B: The right hippocampal placement uncus region of interest. C: FA value of region of interest. D: Cerebral white matter fiber for region of interest.

2 結(jié)果

對(duì)照組中，11～20歲11名，21～30歲11名，31～40歲11名，41～50歲17名，男性21名，女性29名。研究組中11～20歲9例，21～30歲8例，31～40歲19例，41～50歲14例，男性26例，女性24例。比較對(duì)照組與研究組年齡分布差異用秩和檢驗(yàn)無(wú)顯著差異(表1)。P=0.082無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。比較對(duì)照組與研究組性別分布差異用卡方檢驗(yàn)無(wú)顯顯差異(表2)。

表1　對(duì)照組與研究組年齡分布差異Tab. 1 The difference between the control group and the study group in age distribution

表2　對(duì)照組與研究組性別分布差異Tab. 2 The difference between the control group and the study group in gender distribution

先描述對(duì)照組和研究組各部位FA值用百分位數(shù)描述。通過(guò)對(duì)照組和研究組、男與女各部位FA值比較，對(duì)照組取平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)偏差得出一組各部位正常FA值取值范圍：雙額葉中心為0.43 ± 0.09；雙額上回為0.44 ± 0.07；雙頂葉為0.40 ± 0.06；雙顳葉中心為0.48 ± 0.09；雙顳上回為0.48 ± 0.08；雙枕葉為0.39 ± 0.10；雙內(nèi)囊前肢為0.43 ± 0.05；雙外囊中部為0.43 ± 0.05；腦干中心為0.42 ± 0.05；雙前扣帶回為0.24 ± 0.06 ，雙后扣帶回為0.25 ± 0.06；雙側(cè)丘腦腹內(nèi)側(cè)為0.35 ± 0.08；雙側(cè)丘腦腹外側(cè)為0.70 ± 0.04；胼胝體膝部(前)為0.81 ±0.06；胼胝體壓部(后)為0.80 ± 0.06；雙側(cè)海馬尾部(男)為0.17 ± 0.05；雙側(cè)小腦半球?yàn)?.27 ± 0.06；雙側(cè)海馬頭體部為0.20 ± 0.06；雙側(cè)海馬鉤回為0.20 ± 0.05 (表3)。

表3　對(duì)照組和研究組、男與女各部位FA值比較，取平均數(shù)正常取值范圍Tab. 3 A contrast on the FA value in parts of the brain in the two groups (take the average normal value range)

比較對(duì)照組和研究組各部位對(duì)應(yīng)左右差值分布差異用Mann-Whitney檢驗(yàn)有顯著統(tǒng)學(xué)意義(P＜0.05)(表4)。本研究組均用左減右的差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，正數(shù)代表左大于右，負(fù)數(shù)代表右大于左。結(jié)果研究組雙側(cè)顳上回、雙側(cè)外囊中部及雙側(cè)海馬鉤回左右FA值明顯低于對(duì)照組，差值越大，越有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。且均為負(fù)值，說(shuō)明右側(cè)高于左側(cè)。

表4　對(duì)照組和研究組各部位對(duì)應(yīng)左右差值分布差異Tab. 4 The distribution difference on the variations between the left and the right among the control and study groups

3 討論

在腦白質(zhì)纖維中，垂直于神經(jīng)纖維方向的擴(kuò)散受髓鞘和細(xì)胞膜的限制，其擴(kuò)散速率較平行于神經(jīng)纖維方向的擴(kuò)散慢，為了顯示這種組織中的各向特異性，用DTI技術(shù)，它是非方向依賴(lài)的，可以測(cè)量水分子在所有方向上的擴(kuò)散能力[1]。其中用部分各向異性指數(shù)分析各向異性最常用的參數(shù)，指擴(kuò)散的各向異性部分與擴(kuò)散張量總值的比值，反應(yīng)各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比例。取值在0～1之間，0代表最大各向同性擴(kuò)散，比如在完全均質(zhì)介質(zhì)中的水分子擴(kuò)散，1代表假想下最大各向異性的擴(kuò)散。腦白質(zhì)中FA值與髓鞘的完整性、纖維致密性及平行性呈正相關(guān)[3-4]。本對(duì)照組和研究組DTI掃描方向均為15個(gè)方向，對(duì)照組中各部位FA值正常范圍因?yàn)闊o(wú)性別和年齡統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，故對(duì)照組各部位正常FA值是只取男性組平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)偏差所得。與蔡宗堯等在《磁共振成像讀片指南—中樞神經(jīng)系統(tǒng)》一書(shū)中所列出的不一樣[2]，可能是對(duì)ROI放置點(diǎn)和ROI面積大小有關(guān)。還有目前在 DTI中普遍使用的平面回波技術(shù)(EPI)可在數(shù)分鐘內(nèi)得到多層影像，但由于 EPI技術(shù)對(duì)磁場(chǎng)不均一性更為敏感，容易產(chǎn)生影像的扭曲變形；另外當(dāng)一個(gè)像素內(nèi)存在多個(gè)白質(zhì)纖維交錯(cuò)或分支成角時(shí)，測(cè)出的擴(kuò)散各向異性參數(shù)如FA值往往偏小，從而使 FA值的測(cè)定不準(zhǔn)確 ；不同年齡組之間以及不同解剖部位之間腦組織的擴(kuò)散各向異性參數(shù)均存在差異，因而難以對(duì)腦組織的各向異性參數(shù)的正常值做出明確界定[3]。因此在用DTI 技術(shù)觀(guān)察和診斷腦疾病，必須考慮到腦DTI 技術(shù)目前需要解決的一些環(huán)節(jié)并對(duì)其臨床應(yīng)用帶來(lái)的影響[4]，患者年齡因素以及與年齡有關(guān)的腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)退化程度[5]。

本研究組相應(yīng)部位差值有正有負(fù)，結(jié)果雙側(cè)顳上回、雙側(cè)外囊中部及雙側(cè)海馬鉤回左右FA值明顯低于對(duì)照組，均為負(fù)值，差值越大，越有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由于精神分裂癥患者在患病后難以說(shuō)清是左手利還是右手利，故研究時(shí)沒(méi)有進(jìn)行左右手利患者的統(tǒng)計(jì)。所以本研究采用雙側(cè)對(duì)應(yīng)部位左減右的方法比較FA差值的大小診斷精神分裂癥腦白質(zhì)纖維值FA值變化。筆者發(fā)現(xiàn)不管是左手利還是右手利患者，用左減右FA差值的方法只要FA值差值在0.05以上就有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。筆者認(rèn)為該患者在此腦部功能區(qū)腦白質(zhì)纖維受到損傷，且隨著病程延長(zhǎng)時(shí)受損的FA值較正常高。說(shuō)明精神分裂癥患者腦部白質(zhì)纖維的量和質(zhì)變化是不完整性、對(duì)稱(chēng)性。陳皓等[6]認(rèn)為MCI患者雙側(cè)海馬旁回及右側(cè)顳葉可能存在白質(zhì)纖維束完整性的受損有關(guān)。喬君等[7]在用擴(kuò)散張量成像技術(shù)檢測(cè)精神分裂病患者腦白質(zhì)纖維的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)能夠明確顯示出患者腦內(nèi)軸索密度出現(xiàn)的異常下降趨勢(shì)，或檢測(cè)出軸索髓鞘化出現(xiàn)不同程度的下降等現(xiàn)象。王秀霞等[8]發(fā)現(xiàn)精神分裂癥高危人群腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變位于左側(cè)額葉和左側(cè)內(nèi)囊前肢。龔霞蓉等[9]彩色編碼DTI成像在MCI患者的后扣帶束結(jié)構(gòu)的完整性定量診斷中很有優(yōu)勢(shì)，并可預(yù)測(cè)不同年齡、不同病因?qū)е碌睦w維髓鞘改變引發(fā)的認(rèn)知障礙。劉虎等[10]發(fā)現(xiàn)左側(cè)小腦中腳的FA值顯著降低，表明精神分裂癥患者左側(cè)小腦中腳內(nèi)纖維的走行和排列紊亂，可能導(dǎo)致左側(cè)小腦與相應(yīng)大腦皮層的連接異常。趙明慧等[11]FA值反映了白質(zhì)纖維各向異性的程度，F(xiàn)A值大，說(shuō)明纖維走向較為一致，排列緊密，白質(zhì)纖維的完整性好；FA值降低說(shuō)明纖維的致密度下降，微細(xì)結(jié)構(gòu)可能受到損害。王宏磊等[12]用DTI能發(fā)現(xiàn)偏執(zhí)型SP患者雙側(cè)鉤束纖維微觀(guān)結(jié)構(gòu)的損害以及兩側(cè)不對(duì)稱(chēng)性的缺失并且這些損害與臨床癥狀及病情嚴(yán)重程度相關(guān)。賈艷濱等[13]首發(fā)精神分裂癥陽(yáng)性型患者早期即存在海馬及額葉白質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)目和(或)功能顯示不對(duì)稱(chēng)，左側(cè)低于右側(cè)。劉嶺嶺等[14]新生兒腦組織FA值隨胎齡增長(zhǎng)逐漸增高，不同部位的FA值不同并表現(xiàn)出一定的發(fā)育次序。岳倩等[15]FA值的大小與髓鞘完整性、纖維致密性及平行性密切相關(guān)，能夠反映白質(zhì)纖維束是否完整。綜合上述，提示精神分裂癥患者腦白質(zhì)纖維與對(duì)照組對(duì)比在量和質(zhì)上的變化，并且在不同區(qū)域的腦白質(zhì)纖維變化不同，視覺(jué)通路和聽(tīng)覺(jué)通路、左右通路、前后通路、上下通路的腦白質(zhì)纖維均有量和質(zhì)的變化。發(fā)病機(jī)制可能是神經(jīng)回路中斷，而不是單純的某一區(qū)域損害所致。因此筆者認(rèn)為DTI對(duì)精神分裂癥患者腦白質(zhì)測(cè)量FA值時(shí)，取連續(xù)相鄰兩個(gè)層面最清晰部位進(jìn)行對(duì)稱(chēng)性測(cè)量，發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)某部位DTI FA值異常，進(jìn)行左右FA值(胼胝體除外)比較分析時(shí)，用左減右FA差值的方法進(jìn)一步分析腦白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)變化具有臨床意義。

本研究由于設(shè)計(jì)課題時(shí)對(duì)顳葉解剖部位的不熟悉，將海馬鉤回、海馬尾部、海馬頭體部誤認(rèn)為島葉、海馬、海馬旁回，因此本組對(duì)島葉、海馬旁回ROI未進(jìn)行研究測(cè)量，有待下一步進(jìn)行研究。本研究未對(duì)精神分裂癥患者進(jìn)行臨床分型研究，有待一步進(jìn)行研究。

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An imaging measurement study on the diffusion tensor tractography of white matter fibers in the brains of schizophrenia patients

GOU Hui-liang, LI Sheng-qiang*, QIN Ying, DING Hui, DENG Sheng-hua, LU Junfeng, AN Na, YANG Qian
Department of Radiology, the Second People's Hospital of Guizhou Province, Guiyang 550004, China

*Correspondence to: Li SQ, E-mail: lishengqiang@163.com

Received 26 Nov 2015, Accepted 25 Jan 2016

ACKNOWLEDGMENTS Science and technology fund of Guizhou Provincial Health Department (No. gzwkj2013-1-048).

AbstractObjective: To investigate the viability and significance of imaging measurement on the diffusion tensor tractography of white matter fibers. Materials and Methods: A study group of 50 patients suffering from schizophrenia, a control group of 50 healthy persons. Taking the above-mentioned 2 groups as subjects of study and making imaging tractography measurement on the diffusion tensor of the amount of white matter fibers among the two groups of people. Results: (1) No obvious significant difference statistically was found in contrasting the age and gender of the two groups of people. (2) The differences were significant statistically (P＜0.05) when comparing comparison between the two groups in terms of distribution differences between left and right parts of the brain. Tests on the study group showed that subjects in this group register lower volume in such aspects as bilateral temporal gyros, bilateral middle and outer bag hook back around bilateral hippocampal FA difference than the control group. The bigger the difference is the more statistical value the study shows. Conclusions: In measuring the FA value of white matter in the study group using diffusion tensor imaging, the researchers made symmetrical measurements on the clearest parts of the two levels of successive adjacent parts. When the FA value of white matter shown in the diffusion tensor tractography is found to be abnormal, bilateral FA value can be measured, the difference between the right side FA value and the left side FA value can be used in carrying out clinical analysis on microscopic structure chang of white matter.

Key wordsDiffusion tensor imaging; Schizophrenia; Brain

DOI:10.12015/issn.1674-8034.2016.03.001

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：R445.2；R749

收稿日期：2015-11-26接受日期：2016-01-25

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