MRI測量中國漢族不同性別正常人頂葉體積

馬 軼，陳 楠，李坤成,*

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點實驗室，北京 100053；3.北京市普仁醫(yī)院放射科，北京 100062)

隨著MR二維掃描序列及MPR、3D重建技術(shù)的飛速發(fā)展，國外研究者[1]致力于活體“標(biāo)準(zhǔn)腦”模板研究。在醫(yī)學(xué)實踐和臨床研究中，需要參考正常腦結(jié)構(gòu)的影像信息以區(qū)別異常，而測量腦結(jié)構(gòu)體積是建立標(biāo)準(zhǔn)腦的基礎(chǔ)。頂葉是人腦重要功能區(qū)之一，研究[2]表明輕度認(rèn)知障礙和阿爾茨海默病(Alzheimer disease， AD)患者存在包括頂葉在內(nèi)的廣泛腦萎縮，尤其AD患者顳頂葉萎縮明顯[3]，左頂葉皮層萎縮提示AD已進入晚期；而頂葉(特別是緣上回和角回)體積減少與精神分裂癥也有一定關(guān)聯(lián)[4-5]。建立正常人頂葉體積標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)有助于評估疾病狀態(tài)下頂葉體積的變化，進而為診斷疾病提供依據(jù)。本研究測量中國漢族正常成人頂葉體積，比較不同性別人腦頂葉左右側(cè)體積差異及與年齡的相關(guān)性，為建立中國漢族人“標(biāo)準(zhǔn)腦”奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 2006年12月—2008年12月，自全國15家醫(yī)院收集3 000名中國漢族健康志愿者頭顱MRI，建立人腦MRI數(shù)據(jù)庫。納入標(biāo)準(zhǔn)[6]：①年齡18～70歲；②右利手；③常規(guī)體檢(包括體格檢查、實驗室檢查、胸部X線和腹部超聲檢查)未見異常；④經(jīng)神經(jīng)內(nèi)科檢查，無神經(jīng)系統(tǒng)疾病癥狀和體征；⑤無吸毒、酗酒史，無長期服用影響神經(jīng)系統(tǒng)的藥物史，近1年內(nèi)未服用任何影響神經(jīng)系統(tǒng)的藥物；⑥無家族遺傳疾病史；⑦無心腦血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；⑧可根據(jù)研究需要再次進行數(shù)據(jù)采集。排除標(biāo)準(zhǔn)：①MRI發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)病變；②采集圖像質(zhì)量不符合本研究要求。本研究獲首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，并在臨床試驗注冊中心注冊(注冊號ChiCTR-RNC-00000128)，所有志愿者均自愿參與研究并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Sonata 1.5T MR掃描儀。首先對MR設(shè)備進行系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置檢測，以保證所獲圖像質(zhì)量符合歐洲共同體標(biāo)準(zhǔn)[7]。采集常規(guī)序列，包括SE序列體軸橫斷位、體軸矢狀位T1WI，T2WI和FLAIR序列，MRA、MRV和DTI掃描，以除外顱腦器質(zhì)性病變。采用T1加權(quán)三維磁化強度預(yù)備梯度回波序列采集腦結(jié)構(gòu)像，獲得高空間分辨力、高信噪比的大腦三維圖像，TR 2 000 ms，TE 4.0～4.5 ms，TI 1 100 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm，翻轉(zhuǎn)角15°，帶寬160赫茲/像素，矩陣512×512×192，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，共掃描192層。

從上述人腦數(shù)據(jù)庫中以系統(tǒng)抽樣法隨機抽取100名受試者的數(shù)據(jù)，男女性各50名，年齡21～70歲，平均(45.3±14.4)歲。

1.3 頂葉體積測量 采用MRICRO軟件(Chris Ronden 1.2.9.0版本)，在在體軸矢狀位圖像上確定正中矢狀位層面，同時參考體軸橫斷位及重建后的冠狀位圖像辨認(rèn)左右頂葉腦結(jié)構(gòu)分界。由1名通過前期充分學(xué)習(xí)掌握腦組織神經(jīng)解剖學(xué)特點的測量者對照腦部MRI局部解剖與功能圖譜，參考國內(nèi)外相關(guān)報道[1,8]，在2名神經(jīng)影像學(xué)及解剖專家的指導(dǎo)下手動逐層勾畫腦葉結(jié)構(gòu)邊界，確定ROI，每側(cè)勾畫范圍包括中央后回、頂上小葉、頂下小葉、中央旁小葉后部、楔前葉以及深部腦白質(zhì)，其中頂下小葉又分為緣上回和角回。

首先在體軸橫斷位圖像上確定中央溝。測量中央溝時以其最深點的冠狀位延長線為界。自正中矢狀位到扣帶溝(頂下溝)消失前層面：其前界為中央溝(正中層面可定位為中央旁溝)；下界為扣帶溝或頂下溝；后界為頂枕裂(圖1A)。扣帶溝(頂下溝)消失至側(cè)腦室后角消失前層面：前界為中央溝延長線至側(cè)腦室后角最上端的垂線；下界為側(cè)腦室后角上后緣邊界處至側(cè)腦室后角與頂枕裂的垂線；后界為頂枕裂(圖1B)。島葉逐漸出現(xiàn)層面：前界為中央溝及延長線至島葉上環(huán)島溝；下界為沿島葉頂蓋向后下方逐漸勾畫至與側(cè)腦室后角的連線；后界為側(cè)腦室后角的后上界與頂枕裂的連線，依靠矢狀位前層及體軸冠狀位、軸位圖像的三維立體綜合圖像確定頂枕裂(圖1C)。島葉大部分出現(xiàn)至側(cè)腦室后角消失層面：前界為中央溝及延長線至島葉頂蓋；內(nèi)下界為島葉結(jié)構(gòu)；取頂枕裂與枕前切跡連線的中點，該中點與島葉上環(huán)島溝最遠(yuǎn)端的連線即為外下界；后界為頂枕裂與該中點的連線(圖1D)。島葉消失至顳上溝出現(xiàn)層面：島葉顯示逐漸變薄、消失，外側(cè)溝逐漸顯示清晰，顳上溝顯示清晰與外側(cè)溝大致平行，前界為中央溝；內(nèi)下界沿外側(cè)溝主支走行排除島葉皮質(zhì)層；外下界為顳上溝最后端與外側(cè)溝主支的連線(圖1E)。依據(jù)以上方法逐層勾畫頂葉邊界后，由軟件自動計算左右側(cè)頂葉體積。

圖1頂葉邊界勾畫示意圖 A.正中矢狀位至扣帶溝(頂下溝)消失前層面； B.扣帶溝(頂下溝)消失至側(cè)腦室后角消失前層面； C.島葉逐漸出現(xiàn)層面； D.島葉大部分出現(xiàn)至側(cè)腦室后角消失層面； E.島葉消失至顳上溝出現(xiàn)層面

為避免個體差異，對實測頂葉體積進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[9]。手動沿全腦表面逐層勾畫，以排除蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi)腦脊液的影響。測量全腦體積，并計算所有受試者的平均值，獲得全腦平均體積。標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積=實測頂葉體積×全腦平均體積/實測全腦體積。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。所有體積測量數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布及方差齊性，以±s表示。男女受試者頂葉體積比較采用獨立樣本t檢驗，左右側(cè)頂葉體積比較采用配對樣本t檢驗，年齡與頂葉體積相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 頂葉體積測量結(jié)果 男性左右側(cè)實測頂葉體積和標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；女性左側(cè)實測頂葉體積和標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積均大于右側(cè)，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。男女性總體左側(cè)和右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積分別為(108.41±6.94)cm3、(107.05±6.97)cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=2.61，P=0.01)。男性左右側(cè)實測頂葉體積和標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積均大于女性，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01)。男性全腦體積為(1 605.90±115.05)cm3，女性為(1 444.56±93.26)cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.16，P<0.01)。見表1。

2.2 相關(guān)性分析 男性左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡呈輕度負(fù)相關(guān)(r=-0.31，P=0.03，圖2A)，男性右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡無相關(guān)性(r=-0.28，P=0.05，圖2B)；女性左右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡均無相關(guān)性(r=-0.08、-0.14，P=0.57、0.33，圖2C、2D)。

3 討論

頂葉靠近頂骨，連接額、顳、枕葉，包括中央后回、頂上小葉和頂下小葉等腦回，其中頂下小葉又包括圍繞外側(cè)裂末端的緣上回和圍繞顳上溝末端的角回。緣上回為運用中樞，角回在優(yōu)勢半球為視覺性語言中樞，中央后回為初級軀體感覺中樞，頂上小葉有次級軀體感覺中樞[6,10]。頂葉與額葉、顳葉、枕葉、島葉、扣帶回聯(lián)系，通過胼胝體與對側(cè)頂葉發(fā)生聯(lián)系，并發(fā)出纖維到丘腦，也接受來自丘腦的纖維。頂葉病變時，可出現(xiàn)感覺障礙、知覺障礙、體象障礙、空間定向障礙以及結(jié)構(gòu)性失用癥[11]等以及頂葉體積變化[3,12]。國外已有研究[1]對大腦MRI數(shù)據(jù)進行分割、重建和形態(tài)分析、測量，用于探索不同性別、不同年齡成人腦組織結(jié)構(gòu)體積的差異，得出腦結(jié)構(gòu)體積隨年齡改變的規(guī)律。建立正常中國人腦結(jié)構(gòu)參考值具有重要意義。

表1 男性與女性志愿者左右側(cè)頂葉體積比較(cm3，n=50，±s)

表1 男性與女性志愿者左右側(cè)頂葉體積比較(cm3，n=50，±s)

性別實測頂葉體積左側(cè)右側(cè)t值P值標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積左側(cè)右側(cè)t值P值男性113.05±11.14111.75±10.61-1.600.12113.03±7.36111.79±7.38-1.510.14女性103.75±9.96102.22±9.31-2.270.03103.68±6.42102.22±6.54-2.210.03t值-4.40-4.78——-6.76-6.87——P值<0.01<0.01——<0.01<0.01——

圖2 相關(guān)性散點圖 A.男性左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡； B.男性右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡； C.女性左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡； D.女性右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡

3.1 測量方法 頂葉形狀不規(guī)則，除與額葉分界的中央溝和與枕葉分界的頂枕溝外，對其與顳葉分界的解剖標(biāo)志目前尚無統(tǒng)一認(rèn)識。頂下小葉是重要腦功能區(qū)，包含緣上回和角回，解剖變異較大，體積測量值差異亦較大[1]。目前雖有自動測量軟件，但采用人工測量的方法更準(zhǔn)確[1]。本研究采取逐層手動勾畫，通過前期反復(fù)測量、比對，最終確定測量方案；根據(jù)解剖定義，于矢狀位圖像上頂枕溝上端與枕前切跡連線中點與外側(cè)裂后支末端的連線為界，輔以體軸橫斷位和重建冠狀位圖像，有利于準(zhǔn)確劃分頂葉邊界。國外報道[1]左右側(cè)頂葉體積平均值分別為122 cm3和119 cm3，其中提到更早期報道頂葉體積平均值為96 cm3，本研究測量數(shù)據(jù)介于兩者之間，可能與角回、緣上回解剖邊界定義略有不同有關(guān)。本研究測量全腦體積亦采用逐層手動勾畫，與既往報道[4]所獲顱腦體積測量值偏小。

3.2 頂葉體積的性別差異 本研究中，男性左右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積均大于女性。既往研究[2]表明男性大腦體積大于女性，與男性身材更高大有關(guān)；男性腦神經(jīng)絕對數(shù)量多于女性，但女性腦灰質(zhì)較多，灰白質(zhì)比率更高[13]，可減少神經(jīng)之間的連接，相對提高神經(jīng)總量，作為女性腦容積較小的補償，推測頂葉測量值也符合此規(guī)律。本研究男女性總體左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積大于右側(cè)，女性左側(cè)頂葉體積大于右側(cè)，而男性左右側(cè)頂葉體積無顯著差異。有報道[14]兩側(cè)大腦半球部分腦區(qū)不對稱，如左側(cè)背側(cè)前額葉、海馬旁回、頂下小葉、頂葉腦白質(zhì)均大于右側(cè)，但鮮見頂葉體積左右側(cè)別差異的報道。本研究納入受試者均為右利手，左側(cè)大腦半球為優(yōu)勢半球，左側(cè)頂葉體積較大可能與此有關(guān)。

3.3 頂葉體積與年齡的相關(guān)性 本研究僅測量了頂葉整體體積，發(fā)現(xiàn)男性左側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積與年齡呈輕度負(fù)相關(guān)，而男性右側(cè)、女性左右側(cè)標(biāo)準(zhǔn)化頂葉體積均與年齡無明顯相關(guān)性。研究[15]表明，與年齡相關(guān)的男性腦萎縮主要表現(xiàn)在右顳葉中部、左側(cè)基底核區(qū)、頂葉和小腦，而女性在上述部位與年齡無明顯相關(guān)性，與本研究結(jié)論相符，提示男性比女性更易出現(xiàn)頂葉腦萎縮。有學(xué)者[4]認(rèn)為梭狀回、顳葉下部和頂葉上部皮層與年齡呈輕度負(fù)相關(guān)，海馬、中央后回、前額葉腦白質(zhì)和頂上小葉腦白質(zhì)受年齡影響較小，海馬旁回、前扣帶回、頂下小葉、胼胝體、中央前回、中央后回白質(zhì)、頂下小葉白質(zhì)均與年齡無明顯相關(guān)性，提示頂葉不同區(qū)域與年齡的相關(guān)性不同，有待于今后更深入研究。

總之，本研究發(fā)現(xiàn)中國漢族男性全腦體積和頂葉體積均顯著大于女性；男性左右側(cè)頂葉體積無明顯差異，而女性左側(cè)較大；男性隨年齡增長更易出現(xiàn)頂葉體積縮小。