正常兒童腦白質(zhì)發(fā)育的DTI研究

魯雪紅，欒　立，樓儉茹，王　偉

（新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院影像中心，新疆 烏魯木齊 830000）

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正常兒童腦白質(zhì)發(fā)育的DTI研究

魯雪紅，欒立，樓儉茹，王偉

（新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院影像中心，新疆 烏魯木齊 830000）

目的：用DTI研究正常兒童腦白質(zhì)發(fā)育特點(diǎn)。方法：收集50例1～12歲健康兒童腦DTI圖像，分析第1組（1～3歲）、第2組（4～6歲）、第3組（7～9歲）及第4組（10～12歲）4個年齡組與腦白質(zhì)內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部及尾狀核頭部5個部位的各向異性指數(shù)（FA）值、ADC值的相關(guān)性及差異性。結(jié)果：內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的FA值與年齡呈正相關(guān)，尾狀核頭部的FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)；內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部及尾狀核頭部的ADC值均與年齡呈負(fù)相關(guān)。第1、2組間及第2、3組間內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的FA值、ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）；第3、4組組間胼胝體膝部及胼胝體壓部的FA值、ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。結(jié)論：DTI的FA值和ADC值能反映腦白質(zhì)發(fā)育差異。

磁共振成像，彌散；彌散張量成像；腦白質(zhì)纖維；各向異性

［Abstract］Objective：To investigate the difference of the different cerebral white matter and elucidate changes of the cerebral white matter in normal children.Methods：Collection the DTI images of the cerebral white matter of 50 healthy children，age range from 1 to 12 years，dividedinto 4 groups（group 1：1-3y，group 2：4-6y，group 3：7-9y and group 4：10-12y）.Analysis the correlation of the age and the FA values and ADC values of the 5 regions：anterior limb of the internal capsule（ALIC），posterior limb of the internal capsule（PLIC）、genu of corpus callosum（GCC）、splenium of corpus callosum（SCC）and head of caudate nucleus（HCN）of the cerebral white matter.Analyze the difference of the FA values and ADC values of 4 age groups.Results：The FA values increased with increasing age in ALIC、PLIC，GCC，SCC，while decreased with increasing age in HCN.The ADC values increased with increasing age in ALIC，PLIC，GCC，SCC and HCN.There were difference in ALIC，PLIC，SCC and GCC in FA and ADC values between group 1 and 2，group 2 and 3.There were significant difference in FA and ADC values between group 3 and 4 in SCC and GCC.Conclusion：DTI can be used to analyze the difference of cerebral white matter of healthy children.

［Key words］Diffusion Magnetic resonance imaging；Diffusion tensor imaging；Cerebral white matter fiber；Anisotropy

本文以1～12歲健康兒童大腦DTI圖像為研究對象，以了解正常兒童腦白質(zhì)各向異性指數(shù)（FA）值、ADC值正常范圍，探討FA值、ADC值的分布規(guī)律。

1　資料與方法

1.1一般資料收集2013年1月至2014年6月于我院檢查的1～12歲健康兒童50例，其中男27例，女23例，均為足月；平均年齡7.4歲；漢族31例，少數(shù)民族19例（其中回族9例、維吾爾族5例、哈薩克族3例、蒙古族2例）。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無顱腦發(fā)育異常、新生兒缺血缺氧病史及家族精神病史；②IQ評分、臨床表現(xiàn)、精神、體征均正常；③圖像質(zhì)量良好。按年齡分為4組：第1組（1～3）歲共10例；第2組（4～6歲）共11例；第3組（7～9歲）共11例；4組（10～12歲）共18例。

1.2儀器與方法使用Siemens Magnetom VERIO 3.0 T MRI掃描儀，頭部矩陣線圈。所有對象耳內(nèi)均塞耳塞，5歲以下、不能配合檢查者以10%水合氯醛（劑量0.5～1.0 mL/kg體質(zhì)量）口服或灌腸，待熟睡后再行掃描。50例先行常規(guī)T1WI、T2WI及FLAIR軸位掃描，層厚6mm，層距2 mm，T1WI：TR/TE 360 ms/15 ms，矩陣384×192，F(xiàn)OV 240 mm×180 mm；T2WI：TR/TE 4800ms/95ms，矩陣480×256，F(xiàn)OV 230mm×180mm；FLAIR：TR/TE 1 900 ms/79.4 ms，矩陣320×192，F(xiàn)OV 230 mm×80 mm。常規(guī)MRI掃描腦內(nèi)未見異常信號后，再行DTI掃描。DTI：單次激發(fā)SE-EPI序列，TR/ TE 6 000 ms/90 ms，矩陣128×128，F(xiàn)OV 240 mm× 100 mm，1次采集，b=0、1 000 s/mm2，彌散敏感梯度方向15個，層厚5 mm，層距1.2 mm，掃描時間5 min 26 s。

1.3數(shù)據(jù)測量將原始數(shù)據(jù)傳入Syngo MRI工作站，Neuro 3D軟件自動生成b=0 s/mm2圖、ADC圖和FA圖。彩色張量圖上取內(nèi)囊前支、內(nèi)囊后支、胼胝體膝部、胼胝體壓部和尾狀核頭部5個ROI，面積3 mm2，軟件即自動生成該部位的ADC值、FA值。為避免容積效應(yīng)影響，ROI盡量置于所測結(jié)構(gòu)中心，每個部位測量3次，取平均值（圖1）。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理使用SPSS 17.0軟件，應(yīng)用Spearman檢驗(yàn)分析年齡與腦白質(zhì)5個ROI的FA值、ADC值相關(guān)性；采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析4個年齡組相鄰2組間腦白質(zhì)5個ROI的FA值、ADC值的差異性。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1年齡與腦白質(zhì)5個ROI的FA值相關(guān)性5個ROI的FA值從大到小依次為胼胝體壓部＞胼胝體膝部＞內(nèi)囊后肢＞內(nèi)囊前肢＞尾狀核頭部，內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的FA值與年齡呈正相關(guān)，即FA值隨年齡增長而增大；尾狀核頭部的FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

2.2相鄰2組大腦白質(zhì)5個ROI的FA值差異性（表1）第1、2組間及第2、3組間內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），尾狀核頭部差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。第3、4組間胼胝體膝部、胼胝體壓部及尾狀核頭部的FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），內(nèi)囊前肢及內(nèi)囊后肢的FA值。

表1　相鄰2組腦白質(zhì)各部位各向異性指數(shù)（FA）值差異性分析

2.3年齡與腦白質(zhì)5個ROI的ADC值相關(guān)性5個ROI的ADC值從大到小順序?yàn)殡蓦阵w膝部＞尾狀核頭部＞胼胝體壓部＞內(nèi)囊前肢＞內(nèi)囊后肢；內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部及尾狀核頭部的ADC值均與年齡呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。

2.4相鄰2組大腦白質(zhì)5個ROI的ADC值差異性（表2）第1、2組間和第2、3組間內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），尾狀核頭部ADC值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）；第3、4組胼胝體膝部及胼胝體壓部的ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢及尾狀核頭部的ADC值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

表2　相鄰2組腦白質(zhì)各部位ADC值差異性分析

3　討論

DTI是由DWI衍生出的一種MRI功能成像技術(shù)。DTI主要參數(shù)之一FA值，是指水分子擴(kuò)散各向異性成分占整個彌散張量的比例，反映彌散的方向［1-2］。腦組織由灰質(zhì)和白質(zhì)構(gòu)成，是不均質(zhì)組織，因此水分子在腦組織內(nèi)的彌散過程表現(xiàn)出明顯的各向異性，并隨腦白質(zhì)纖維束的發(fā)育成熟而變化［3］。DTI能在活體上進(jìn)行腦組織分子彌散特征的無創(chuàng)性研究，顯示活體腦部細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化，清晰顯示腦白質(zhì)纖維束擴(kuò)散度及髓鞘化程度。髓鞘化是腦發(fā)育過程的重要組成部分。大量研究［4-6］證實(shí)，F(xiàn)A值隨髓鞘化的進(jìn)展逐漸升高，可反映腦的成熟度。ADC值表示水分子彌散的速度和范圍，反映了平均彌散速度。將FA值、ADC值結(jié)合能更好地反映腦部水分子彌散情況，揭示腦組織結(jié)構(gòu)的功能變化及腦白質(zhì)病變的病理改變。本研究結(jié)果顯示，內(nèi)囊前肢、后肢及胼胝體膝部、壓部的FA值與年齡均呈正相關(guān)；尾狀核頭部的FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)。內(nèi)囊后肢和后肢、胼胝體膝部和壓部及尾狀核頭部等部位的ADC值與年齡均呈負(fù)相關(guān)，反映了腦白質(zhì)的發(fā)育即髓鞘化是從嬰兒到兒童、少年期持續(xù)進(jìn)行。5個部位FA值中，以胼胝體壓部FA值最高［7］。各部位ADC值中以胼胝體膝部最高，尾狀核頭部次之，說明腦白質(zhì)各部位的髓鞘化并非同步進(jìn)行和完成。黃文等［8-11］在研究早期腦白質(zhì)發(fā)育規(guī)律時發(fā)現(xiàn)，胼胝體壓部的FA值高于膝部，胼胝體壓部垂直彌散張量較高，胼胝體纖維在整體上其FA值隨年齡的增長而呈下降趨勢，而ADC值隨年齡增長呈上升趨勢；考慮或與白質(zhì)纖維排列的緊密程度和走行方向、髓鞘本身滲透性降低或增厚、軸突半徑的改變及胼胝體內(nèi)限制水分子擴(kuò)散的某種結(jié)構(gòu)的存在有關(guān)。另因?yàn)殡蓦阵w膝部纖維主要連接兩側(cè)額葉前部，壓部主要接受來自顳枕葉及部分頂葉的纖維，胼胝體壓部纖維與枕葉的視覺區(qū)有關(guān)，視覺功能的發(fā)育早于額葉前部高級功能區(qū)［12-13］，相應(yīng)連接雙側(cè)功能區(qū)的纖維發(fā)育較早，故胼胝體壓部發(fā)育早于膝部，胼胝體壓部的FA值高于膝部。

本研究因1歲以下兒童檢查配合程度較差，收集病例較少，未將1歲以內(nèi)嬰兒獨(dú)立分組，考慮1～3歲均為大腦的發(fā)育高峰，故將3歲以內(nèi)幼兒分為一組。第1、2組和第2、3組內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部及胼胝體壓部的ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，尾狀核頭部ADC值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；第3、4組胼胝體膝部及胼胝體壓部的ADC值差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；進(jìn)一步證明了1～3歲是人類大腦生長、發(fā)育的高速階段，也是大腦白質(zhì)髓鞘化迅速發(fā)展的時期，髓鞘化的過程在兒童和少年時期較嬰幼兒時期減慢。

綜上所述，DTI的FA值結(jié)合ADC值可在活體無創(chuàng)性評價、研究腦白質(zhì)的發(fā)育程度，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行腦白質(zhì)病變的研究及新疆地區(qū)正常少數(shù)民族兒童與漢族兒童腦白質(zhì)發(fā)育差異的研究。

圖1　男，3歲，圖1a、1b、1c分別為丘腦、內(nèi)囊及尾狀核頭部、胼胝體膝部及壓部3個層面的彩色張量圖，圖1d、1e、1f分別為對應(yīng)層面的各向異性指數(shù)圖

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DTI study on the cerebral white matter development of healthy children

LU Xuehong，LUAN Li，LOU Jianru，WANG Wei.The Center of Imaging，the Traditional Chinese medicine Hospital Affiliated of Xinjiang Medical University，Urumchi，830000，China.

10.3969/j.issn.1672-0512.2016.05.003

新疆醫(yī)科大學(xué)附屬中醫(yī)醫(yī)院課題（zyy201211）。

欒立，E-mail：drluanli@163.com。

2016-01-29）