孤獨(dú)癥譜系障礙患兒腦白質(zhì)異常的彌散張量成像觀察

劉洋，張通

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市100068；2.中國(guó)康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市100068

目的 探討孤獨(dú)癥譜系障礙(ASD)患兒與正常兒童腦白質(zhì)連接的差異。

方法 2017年9月至2018年7月，選取ASD患兒10例(ASD組)和正常兒童10例(對(duì)照組)。ASD組采用Gesell發(fā)展量表(GDS)評(píng)定發(fā)育商，并采用孤獨(dú)癥兒童心理教育評(píng)核第3版(PEP-3)進(jìn)行評(píng)定。所有兒童均行MRI彌散張量成像(DTI)掃描，比較兩組各向異性分?jǐn)?shù)(FA)、軸向彌散系數(shù)(AD)、徑向彌散系數(shù)(RD)和平均彌散系數(shù)(MD)差異；以及ASD組臨床量表評(píng)分與DTI各參數(shù)行相關(guān)性分析。

結(jié)果 與對(duì)照組相比，ASD組左側(cè)小腦中腳、左側(cè)胼胝體體部、左側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)放射冠和雙側(cè)上縱束FA降低，左側(cè)小腦中腳、左側(cè)胼胝體體部及壓部、雙側(cè)放射冠和雙側(cè)上縱束RD增高。智齡與左側(cè)小腦中腳FA呈正相關(guān)(r=0.686,P＜0.05)，發(fā)育商與左側(cè)放射冠(r=0.720,P＜0.05)和左側(cè)胼胝體壓部(r=0.744,P＜0.05)FA呈正相關(guān)，語(yǔ)言表達(dá)(r=0.711,P＜0.05)和語(yǔ)言理解(r=0.754,P＜0.05)與左側(cè)胼胝體體部FA呈正相關(guān)，精細(xì)運(yùn)動(dòng)與左側(cè)小腦中腳FA呈正相關(guān)(r=0.723,P＜0.05)，情感表達(dá)與左側(cè)胼胝體體部RD呈負(fù)相關(guān)(r=-0.902,P＜0.05)。

結(jié)論 ASD患兒腦白質(zhì)發(fā)育異常，且與智力、發(fā)育和臨床表現(xiàn)相關(guān)。

根據(jù)美國(guó)精神疾病診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)第5版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,DSM-Ⅴ)的分類標(biāo)準(zhǔn)，孤獨(dú)癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)主要表現(xiàn)為兩大功能障礙，即持續(xù)的相互社會(huì)溝通和社會(huì)交往損害，以及限制性、重復(fù)的行為模式，并在兒童發(fā)育早期出現(xiàn)。美國(guó)疾病預(yù)防和控制中心報(bào)道，2006年美國(guó)0～8歲兒童ASD患病率為1/110，2008年上升為1/88，2012年為1/68，2018年為1/59[1]。2015年美國(guó)3～17歲兒童ASD患病率達(dá)1/45[2]。

在我國(guó)，隨著診斷標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范與研究的深入，ASD在中國(guó)經(jīng)歷了由罕見病到流行病的轉(zhuǎn)變。2006年第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查報(bào)告中，0～6歲ASD患病率為4.06/10000(約合1/2463)，2015年已上升為1/244[3]。國(guó)內(nèi)專家共識(shí)，中國(guó)孤獨(dú)癥患病率和世界其他國(guó)家相似，約為1%，孤獨(dú)癥患者已超1000萬，0～14歲兒童患者達(dá)200余萬。

由于ASD疾病本身的復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)外研究仍未明確其病因和發(fā)病機(jī)制，對(duì)ASD的治療尚無權(quán)威指南。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)研究顯示，ASD患者顱內(nèi)白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變，白質(zhì)結(jié)構(gòu)連接異常，且這種異?？赡芘cASD的核心癥狀有關(guān)。各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)是分子位移程度或方向變化的衍生量度[4]，常被用于DTI的研究。大多數(shù)研究表明，與對(duì)照組相比，ASD組FA降低[5-8]；也有部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)FA增加[9-10]。Meta分析顯示，ASD組較對(duì)照組FA降低主要集中在兩個(gè)區(qū)域，即左側(cè)胼胝體膝部和右側(cè)大腦腳，該區(qū)域異?？赡芘cASD患兒某些特殊癥狀有關(guān)[11]。上述研究選取的研究對(duì)象均為18歲左右青年ASD患者，且均為歐美人群。本研究以3～6歲低齡ASD國(guó)內(nèi)患兒為對(duì)象，觀察我國(guó)低齡ASD患兒的顱內(nèi)影像學(xué)特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年9月至2018年7月在北京博愛醫(yī)院自閉癥治療中心就診的ASD患兒為ASD組，均符合DSM-Ⅴ關(guān)于ASD的診斷標(biāo)準(zhǔn)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡3～6歲；②右利手；③無接受MRI檢查禁忌癥；④患者及家屬知情同意并簽署知情同意書。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有癲癇發(fā)作史；②有明確的顱腦外傷史；③有神經(jīng)系統(tǒng)疾病或嚴(yán)重軀體疾病史。

同期在北京市范圍內(nèi)向社會(huì)募集健康兒童志愿者為對(duì)照組。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡3～6歲；②右利手；③出生前后發(fā)育無異常，否認(rèn)神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病及腦外傷等可能影響兒童正常發(fā)育的病史，智商＞90分。

本研究經(jīng)中國(guó)康復(fù)研究中心倫理委員會(huì)審批(審批號(hào)2018B004)。所有入組志愿者均由其法定監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書。

剔除、脫落標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)RI過程中出現(xiàn)頭動(dòng)等影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的情況；②不能耐受MRI檢查過程；③臨床醫(yī)師評(píng)定不適宜繼續(xù)接受實(shí)驗(yàn)。

經(jīng)篩查后，共納入ASD組10例，對(duì)照組10例。兩組年齡、性別無顯著性差異(P＞0.05)，智齡和發(fā)育商有顯著性差異(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組一般情況比較

1.2 方法

1.2.1 一般情況問卷

采用自編一般家庭情況表了解所有受試者的一般情況，包括患兒姓名，出生日期，父母生育年齡，是否為第一胎，孕期及生育過程中有無異常，父母學(xué)歷、職業(yè)，性格特征及家族史。

1.2.2 臨床評(píng)定

兩組均采用Gesell發(fā)展量表(Gesell Developmental Schedules,GDS)，ASD組采用孤獨(dú)癥兒童心理教育評(píng)核第3版(Psychoeducational Profile-Third Edition,PEP-3)進(jìn)行評(píng)定。

GDS從動(dòng)作、順應(yīng)、言語(yǔ)和社會(huì)應(yīng)答4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)定[12]，最終形成發(fā)育商和智齡。

PEP-3于1979年由Schopler和Reichler開發(fā)，后經(jīng)多次改版，最新版在2005年發(fā)布并被引入中國(guó)。該量表包括10項(xiàng)發(fā)展與行為檢測(cè)，包括認(rèn)知(語(yǔ)言/語(yǔ)前)、語(yǔ)言表達(dá)、語(yǔ)言理解、精細(xì)運(yùn)動(dòng)、粗大運(yùn)動(dòng)、模仿(視覺/動(dòng)作)、情感表達(dá)、社交互動(dòng)、行為特征-非語(yǔ)言和行為特征-語(yǔ)言，以及3項(xiàng)兒童照顧者報(bào)告測(cè)驗(yàn)，包括問題行為、個(gè)人自理和適應(yīng)行為，最終形成合成分?jǐn)?shù)，從溝通、體能和行為3個(gè)方面評(píng)價(jià)ASD患兒的障礙特點(diǎn)，用于指導(dǎo)臨床訓(xùn)練[13-14]。

1.2.3 DTI

采用Philips Ingenia 3.0 T超導(dǎo)磁共振儀，使用鳥籠式頭部正交線圈，海綿墊固定受試者頭部。受試者予10%水合氯醛口服，最大劑量不超過10 ml，入睡后進(jìn)行掃描。先行頭部矢狀位T1WI、T2WI掃描解剖定位，排除明顯的神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性疾病，掃描參數(shù)如下。①T1序列：體素1×1×1 mm，脈沖間隔時(shí)間2530 ms，回波時(shí)間3.45 ms，層厚1.00 mm，反轉(zhuǎn)角7°，返回時(shí)間1100 ms，掃描視野256×256 mm，矩陣256×192，掃描時(shí)間299 s。②DTI：掃描層面平行于胼胝體膝部與壓部的連線，從頭頂?shù)叫∧X下部，共192層；平面回波序列，體素2×2×2 mm，彌散敏感系數(shù)b值1000 s/mm2，彌散敏感梯度方向64個(gè)，采集矩陣128×128，掃描視野256×256 mm，層厚2 mm，重復(fù)時(shí)間6100 ms，回波時(shí)間93 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，掃描時(shí)間766 s，每次掃描75層。

DTI數(shù)據(jù)分析采用FSL(FMRIB Software Library，http：//www.finrib.OX.ae.Uk/fsl)軟件的工具包進(jìn)行。將原始DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Nifli格式；B0像提取，去除非腦組織結(jié)構(gòu)；以B0為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行矯正；梯度方向矯正；張量計(jì)算，得出FA、軸向彌散系數(shù)(axial diffusivity,AD)、徑向彌散系數(shù)(radial diffusivity,RD)、平均彌散系數(shù)(mean diffusivity,MD)。

通過基于纖維束追蹤的空間統(tǒng)計(jì)(tract-based spatial statistics,TBSS)[15]算法，將FA利用線性和非線性配準(zhǔn)到1×1×1 mm MIN152標(biāo)準(zhǔn)空間，并基于所有配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)空間的FA構(gòu)建FA圖及白質(zhì)骨架，將平均FA骨架閾值取0.2。同法處理AD、RD和MD值。

應(yīng)用隨機(jī)化置換程序?qū)y(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行分析。該程序基于非參數(shù)隨機(jī)排列檢驗(yàn)(randomized permutation test,RPT)對(duì)兩組間FA、AD、RD、MD進(jìn)行多重比較，以年齡和性別作為協(xié)變量，經(jīng)5000次無閾值簇群增強(qiáng)(threshold-free cluster enhancement,TFCE)置換，將P值閾值校正為＜0.05，從而得出具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域[16]。由于本研究樣本量較小，可能存在假陽(yáng)性區(qū)域，故在上述區(qū)域中再篩選體素＞500的區(qū)域。

將TBSS生成的具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的白質(zhì)區(qū)域疊加到標(biāo)準(zhǔn)化后的平均FA圖及平均FA骨架上，生成偽彩圖。顱內(nèi)組織結(jié)構(gòu)定位應(yīng)用MNI structural atlas結(jié)構(gòu)模板，腦白質(zhì)解剖定位應(yīng)用Johns Hopkins University(JHU)DTI-based white matter atlases白質(zhì)模板進(jìn)行分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以(±s)表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和置換檢驗(yàn)。計(jì)量資料行χ2檢驗(yàn)。DTI參數(shù)量表分之間行偏相關(guān)分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 DTI參數(shù)比較

與對(duì)照組相比，ASD組左側(cè)小腦中腳、左側(cè)胼胝體體部、左側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)放射冠和雙側(cè)上縱束FA降低，左側(cè)小腦中腳、左側(cè)胼胝體體部及壓部、雙側(cè)放射冠和雙側(cè)上縱束RD增高；未見FA增高和RD降低區(qū)域，MD和AD兩組間無顯著性差異。見圖1、表2。

圖1 兩組間有顯著性差異的區(qū)域

表2 兩組FA與RD比較

2.2 相關(guān)性分析

將兩組間有顯著性差異區(qū)域的FA和RD，與年齡、智齡、發(fā)育商以及PEP-3各項(xiàng)目分進(jìn)行相關(guān)性分析，年齡與各區(qū)域FA相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；智齡與左側(cè)小腦中腳FA呈正相關(guān)(r=0.686,P=0.041)；發(fā)育商與左側(cè)放射冠(r=0.720,P=0.044)和左側(cè)胼胝體壓部(r=0.744,P=0.022)FA呈正相關(guān)。年齡、智齡和發(fā)育商與各區(qū)域RD均無相關(guān)性。

語(yǔ)言表達(dá)(r=0.711,P=0.048)和語(yǔ)言理解(r=0.754,P=0.031)與左側(cè)胼胝體體部FA呈正相關(guān)，精細(xì)運(yùn)動(dòng)與左側(cè)小腦中腳FA呈正相關(guān)(r=0.723,P=0.043)，情感表達(dá)左側(cè)胼胝體體部RD呈負(fù)相關(guān)(r=-0.902,P=0.01)。

3 討論

DTI采用水分子彌散各向異性進(jìn)行成像，可在活體顯示纖維束的方向及完整性，反映活體組織的空間組成及病理狀態(tài)下各組織間水分子交換狀況。采用TBSS處理方法，可觀察全腦范圍內(nèi)白質(zhì)異常情況，相比于傳統(tǒng)的感興趣區(qū)觀察法，無需手工勾畫特定腦區(qū)，減少主觀誤差，具有更強(qiáng)的準(zhǔn)確性與可重復(fù)性[17]；相比基于體素的分析方法，可免去圖像標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行高斯平滑處理，避免圖像配準(zhǔn)不精確和平滑所帶來的問題，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性[18]。采用TBSS分析DTI數(shù)據(jù)比較ASD患兒與正常兒童腦白質(zhì)的差異，能準(zhǔn)確、可重復(fù)地從全腦層面全面分析數(shù)據(jù)差異，保證研究的客觀性。

FA、RD、AD和MD均為DTI常用觀察指標(biāo)。FA是水分子各向異性成分占整個(gè)彌散張量的比例，0代表彌散不受限制，如腦脊液中FA接近0，而大腦白質(zhì)纖維FA接近1。普遍認(rèn)為FA發(fā)生改變可反映腦白質(zhì)纖維發(fā)育程度，越接近1，分化程度越好[19]。本研究顯示，與對(duì)照組相比，ASD組FA在左側(cè)小腦中腳、左側(cè)胼胝體體部、左側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)放射冠和雙側(cè)上縱束降低，與之前研究相同[5-8]。FA降低提示髓鞘分化不良或白質(zhì)脫髓鞘，ASD組FA降低提示腦白質(zhì)發(fā)育不良。

RD反映徑向彌散系數(shù)，即垂直于白質(zhì)纖維走形方向彌散速度與效率。由于纖維髓鞘減少，纖維間水分子擴(kuò)散能力增強(qiáng)，RD增高區(qū)域與FA降低區(qū)域基本吻合。

本研究顯示，在控制性別與利手情況下，僅智齡和發(fā)育商與部分區(qū)域FA相關(guān)，但年齡與各區(qū)域FA和RD均無關(guān)，這與之前研究顯示年齡同F(xiàn)A呈正相關(guān)[20]或負(fù)相關(guān)[21]不盡相同。原因可能為本研究對(duì)象年齡較小，而其他研究多為18歲左右成年高功能ASD患者，年齡并不能很好反映受試者真實(shí)的智力發(fā)育水平。本研究?jī)山M年齡均為50個(gè)月左右，并無顯著性差異，但其智齡和發(fā)育商卻有顯著性差異。智齡和發(fā)育商越高，F(xiàn)A越大，白質(zhì)纖維分化程度越好，符合兒童發(fā)展規(guī)律。因此，對(duì)小齡低功能ASD患兒，相比于生理年齡，智齡與發(fā)育商更能體現(xiàn)兒童智力發(fā)育水平，且與顱內(nèi)腦白質(zhì)發(fā)育水平存在相關(guān)性。

胼胝體位于大腦半球縱裂的底部，連接左右大腦半球，是大腦中最大的連合纖維，腦皮質(zhì)70%～80%信息通過胼胝體聯(lián)系。Travers等[22]發(fā)現(xiàn)，10歲前ASD患兒胼胝體發(fā)育異常。其他研究也發(fā)現(xiàn)，ASD患兒胼胝體區(qū)腦白質(zhì)發(fā)育異常[23-24]，這種異?？赡芘c雙側(cè)大腦半球間聯(lián)系異常有關(guān)[25-28]，而纖維束的密度與大小對(duì)控制雙側(cè)大腦半球間信息的傳導(dǎo)十分重要[29]。本研究在控制年齡、智齡、發(fā)育商、性別和利手后，偏相關(guān)分析顯示，左側(cè)胼胝體體部FA和RD與PEP-3許多項(xiàng)目相關(guān)，證明胼胝體區(qū)在ASD發(fā)病中可能扮演重要角色，值得進(jìn)一步研究。

本研究顯示，左側(cè)小腦中腳FA與精細(xì)運(yùn)動(dòng)相關(guān)。之前研究顯示，小腦中腳作為小腦腳最粗的一根神經(jīng)纖維，連接小腦與腦橋，主要負(fù)責(zé)小腦信息的傳入，對(duì)身體平衡覺、精細(xì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。小腦腳與ASD患兒運(yùn)動(dòng)功能障礙有關(guān)[30-31]，且這種障礙與小腦腳FA正相關(guān)[30,32]或負(fù)相關(guān)[31]。ASD患兒常伴有精細(xì)或粗大運(yùn)動(dòng)功能障礙，且常有平衡功能障礙。與本研究結(jié)果一致。

值得注意的是，盡管經(jīng)TBSS分析，ASD患兒左、右側(cè)均有FA或RD異常的區(qū)域，但經(jīng)與智齡、發(fā)育商和臨床量表關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)相關(guān)區(qū)域均在大腦左側(cè)，分析其原因有3點(diǎn)。①本研究樣本量小，個(gè)體特征對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。②研究對(duì)象均為右利手，左側(cè)大腦為優(yōu)勢(shì)半球，因而ASD患兒與正常兒童之間的差異更加明顯。③研究對(duì)象為3～6歲低齡兒童，右側(cè)大腦形象思維和獨(dú)自創(chuàng)造能力尚未完全開發(fā)。

本研究存在一定不足。首先，經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算本研究樣本量需18例，最后收集到20例數(shù)據(jù)，但仍屬小樣本量研究，還有待進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。其次，本研究為橫斷面研究，并未進(jìn)行后續(xù)隨訪，進(jìn)一步應(yīng)對(duì)ASD患兒進(jìn)行定期MRI及臨床量表復(fù)查，以獲得ASD患兒腦發(fā)育曲線，為之后進(jìn)一步進(jìn)行病因?qū)W和發(fā)病學(xué)研究做準(zhǔn)備。