基于擴散張量成像的雙相障礙I型患者全腦白質(zhì)完整性研究

曹龍龍，梁勝祥，郭明娟，吳大偉，聶彬彬

(1.天津市安定醫(yī)院，天津 300222；2.福建中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，福建 福州 350122；3.福建省康復(fù)技術(shù)重點實驗室，福建 福州 350122；4.福建康復(fù)產(chǎn)業(yè)研究院技術(shù)創(chuàng)新平臺，福建 福州 350122；5.中國科學(xué)院高能物理研究所，北京市射線成像技術(shù)與裝備工程技術(shù)研究中心，北京 100049；6.中國科學(xué)院大學(xué)，核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100049

雙相情感障礙(Bipolar disorder，BD)是一種慢性的嚴(yán)重精神障礙，是世界范圍內(nèi)主要致殘疾病之一[1]。BD會降低患者生活質(zhì)量，加重社會負(fù)擔(dān)[2]。關(guān)于彌散張量成像(Diffusion tensor imaging，DTI)的研究顯示，白質(zhì)異常可能在BD的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用[3]。部分各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)可反映白質(zhì)的總體完整性[4]，有研究顯示，BD患者存在廣泛性的腦區(qū)FA值降低[5]。探索BD-I型患者腦白質(zhì)FA值變化可能有助于進一步揭示BD的病理生理學(xué)機制。Vederine等[6]研究表明，BD患者的FA值改變主要集中在兩個區(qū)域，一個位于右側(cè)海馬旁回附近，另一個位于右側(cè)扣帶皮層前部和膝下扣帶回附近。Emsell等[7]研究顯示，BD患者的雙側(cè)扣帶回、下縱束、左側(cè)上縱束和胼胝體壓部的FA值均降低。Barysheva等[8]研究發(fā)現(xiàn)，BD患者存在廣泛性的FA值降低，包括胼胝體、皮質(zhì)和丘腦相關(guān)纖維。Leow等[9]研究顯示，BD患者胼胝體白質(zhì)的整體性降低。Yip等[10]研究顯示，BD-II型和未特定亞型BD患者的FA值廣泛性降低。Wise等[11]研究發(fā)現(xiàn)，BD患者左側(cè)扣帶回及胼胝體膝部FA值降低。Repple等[12]研究顯示，BD患者右側(cè)皮質(zhì)脊髓束、上縱束FA值降低。Dong等[13]研究顯示，BD患者胼胝體膝部和后扣帶回的FA值降低。

BD患者FA值降低可能是一種特質(zhì)性異常。未服藥青少年BD患者左側(cè)額上回白質(zhì)FA值降低，甚至在兒童BD患者中也存在這種改變[3]，Barnea-Goraly等[14]研究表明，兒童期BD患者穹窿、后扣帶回、胼胝體、頂顳和放射冠FA值降低。未受影響的BD患者親屬FA值也存在降低，但降低程度小于患病親屬[5]。經(jīng)鋰鹽治療后，BD-I型患者胼胝體和左側(cè)前部放射冠FA值增高[15]。

總結(jié)既往研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)A值異常與BD密切相關(guān)，甚至在BD起病之前就存在。FA值異?？赡苁荁D的特質(zhì)性表現(xiàn)。但既往研究多關(guān)注BD患者額葉、前額葉和邊緣系統(tǒng)等腦區(qū)的白質(zhì)FA值，少有研究關(guān)注小腦區(qū)白質(zhì)FA值的變化，然而小腦對于情緒調(diào)節(jié)有重要作用。且既往研究大多未對BD患者進行亞型區(qū)分，導(dǎo)致樣本存在異質(zhì)性，可能無法反映真實結(jié)果。本研究僅篩選BD-I型患者，采用基于體素的全腦分析方法(Voxel-based analysis，VBA)，比較BD-I型患者和健康對照組的白質(zhì)FA值，探索BD-I型患者的腦白質(zhì)完整性，進一步研究BD-I型的發(fā)病機制。

1 對象與方法

1.1 對象

1.2 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)掃描

本研究MRI掃描工作均在中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院完成。用荷蘭飛利浦3.0T磁共振成像系統(tǒng)采集功能磁共振數(shù)據(jù)。使用標(biāo)準(zhǔn)的頭線圈完成掃描，于軸向位采集每位受試者的DTI結(jié)構(gòu)圖像。MRI掃描具體參數(shù)如下：重復(fù)時間(TR)=6590 ms，回波時間(TE)=70 ms，平均次數(shù)(NEX)=2，翻轉(zhuǎn)角=90°，層厚=2.5 mm，層間距=0 mm，層數(shù)=60，矩陣(Matrix)=144×144，視野(FOV)=240 mm×240 mm，b值=1000 s/mm2，擴散敏感梯度方向32個。

1.3 圖像和數(shù)據(jù)處理

首先用MRIcron軟件將所有被試的MRI T1加權(quán)腦結(jié)構(gòu)成像數(shù)據(jù)從DICOM格式轉(zhuǎn)存為可分析的NIFTI格式；然后用FMRIB Software Library(FSL)對腦圖像進行預(yù)處理，計算得到各被試的b=0圖和FA圖，利用SPM 12軟件(Statistical parametric mapping 12，SPM12，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對FA圖做進一步處理，主要包含以下步驟：①空間標(biāo)準(zhǔn)化，將所有被試的b=0圖像配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)蒙特利爾(Montreal Neurological Institute，MNI)空間的T2模板上，并將得到的變換關(guān)系保存，然后應(yīng)用于對應(yīng)被試的FA圖像，實現(xiàn)被試FA圖像向MNI空間的標(biāo)準(zhǔn)化；②高斯平滑，使用半高寬為8mm的高斯核對空間標(biāo)準(zhǔn)化后的FA圖進行高斯平滑，以降低噪聲對結(jié)果的影響，同時使平滑后的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

使用SPM8對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行逐像素統(tǒng)計分析，再基于廣義線性模型(General linear modal，GLM)對平滑處理后的數(shù)據(jù)進行逐像素統(tǒng)計分析。對兩組腦白質(zhì)FA值存在差異的腦區(qū)，給出腦白質(zhì)差異像素點的Talairach坐標(biāo)值，確定BD-I型患者腦白質(zhì)FA值異常的具體腦區(qū)。

1.4 統(tǒng)計方法

2 結(jié) 果

2.1 兩組一般資料比較

共收集48例BD-I型患者和40名健康者的DTI數(shù)據(jù)，患者組數(shù)據(jù)殘損1例，對照組數(shù)據(jù)殘損7例。根據(jù)年齡、受教育年限及性別匹配，最終患者組22例、對照組24例納入統(tǒng)計分析?；颊呓M男性8例，女性14例；平均年齡(26.32±5.20)歲；平均受教育年限(12.43±2.04)年。對照組男性9例，女性15例；平均年齡(26.75±6.70)歲；平均受教育年限(12.96±2.66)年。

2.2 兩組腦白質(zhì)完整性比較

2.2.1 患者組FA值增高的腦區(qū)

與對照組比較，患者組FA值增高的腦區(qū)為右側(cè)小腦后葉。見表1。

表1 BD-I型患者與對照組比較FA值增高的腦區(qū)

注：FA, 各向異性分?jǐn)?shù)

2.2.2 患者組FA值降低的腦區(qū)

與對照組比較，患者組FA值降低的腦區(qū)包括左側(cè)顳上回、小腦前葉、左側(cè)島葉和左側(cè)尾狀核。見表2。

表2 BD-I型患者與對照組比較FA值降低的腦區(qū)

注：FA, 各向異性分?jǐn)?shù)

3 討 論

白質(zhì)異常是BD潛在的內(nèi)表型標(biāo)記物[7]，白質(zhì)FA值的改變可反映白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變[16]。本研究顯示，與對照組比較，患者組有1個腦區(qū)的FA值增高，4個腦區(qū)的FA值降低，提示BD-I型患者白質(zhì)完整性受損，腦區(qū)廣泛性FA值降低，白質(zhì)改變與BD-I型的發(fā)生和癥狀相關(guān)。

近年來多項研究顯示，小腦在BD的發(fā)病機制中有重要作用。小腦通過小腦腳與大腦多個腦區(qū)相連接進而組成神經(jīng)環(huán)路，參與前額葉-丘腦-小腦環(huán)路，并與認(rèn)知和情感功能密切相關(guān)[17]。Mikita等[18]研究顯示，抑郁癥狀與小腦血流量呈負(fù)相關(guān)。小腦的纖維束連接前額葉、皮層下結(jié)構(gòu)及腦干結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生單胺類遞質(zhì)[19]。小腦和皮質(zhì)小腦束之間的連接紊亂是導(dǎo)致情緒失調(diào)的主要神經(jīng)生理學(xué)機制[19]。小腦前葉有初級感覺運動區(qū)，小腦后葉與基礎(chǔ)腦橋和下丘腦核相連接，包含高級指令性行為相關(guān)的腦區(qū)[20]。小腦受損可誘發(fā)認(rèn)知情感癥狀(情感失調(diào))[20]。本研究顯示，BD-I型患者右側(cè)小腦后葉FA值增高，可能是因為小腦的情緒調(diào)節(jié)和認(rèn)知功能失調(diào)，導(dǎo)致右側(cè)小腦后葉的白質(zhì)完整性代償性升高。小腦前葉有初級感覺運動區(qū)，本研究中，小腦前葉FA值降低，提示BD-I型患者的小腦前葉白質(zhì)整體性降低，這可能是引起患者認(rèn)知功能和情緒調(diào)節(jié)功能受損的重要原因之一。

顳上回是位于顳葉上的大腦外側(cè)溝與顳上溝之間的部分，其背側(cè)面形成大腦外側(cè)溝的下壁，其后部有2～3個斜向前外的小回，稱為顳橫回，也稱海氏回，是聽覺的皮質(zhì)中樞。顳上回的外側(cè)部(顳上溝區(qū)域)在情緒處理和社會認(rèn)知過程中有重要作用[1]。顳上回是言語理解、交流的主要功能腦區(qū)，對社會認(rèn)知也有重要作用，Chen等[21]研究顯示，顳上回白質(zhì)的改變可能會導(dǎo)致BD患者神經(jīng)認(rèn)知缺陷。本研究顯示，BD-I型患者左側(cè)顳上回FA值降低，提示左側(cè)顳上回白質(zhì)完整性受損，這可能是導(dǎo)致BD-I型患者認(rèn)知功能受損的原因之一。

左側(cè)島葉和左側(cè)尾狀核均屬于邊緣系統(tǒng)，對情緒處理和生理功能調(diào)節(jié)有重要作用。腦島是人類感知身體生理狀態(tài)信息(即內(nèi)感知)與情緒體驗整合的主要腦區(qū)，還涉及面部的厭惡表情，可接受軀體生理狀態(tài)的信息，然后產(chǎn)生主觀體驗。島葉前部不僅參與評估負(fù)性情緒材料，并且在評估負(fù)性環(huán)境刺激過程中能整合體感信息[22]。本研究顯示，BD-I型患者左側(cè)島葉和左側(cè)尾狀核FA值降低，提示左側(cè)島葉和左側(cè)尾狀核都存在白質(zhì)完整性受損，這可能是導(dǎo)致BD-I型患者情緒感知和調(diào)節(jié)功能受損的原因之一。

綜上所述，BD-I型患者白質(zhì)完整性受損，腦區(qū)存在廣泛的FA值降低，主要集中在邊緣系統(tǒng)、顳葉和小腦腦區(qū)，額葉未發(fā)現(xiàn)顯著變化。邊緣系統(tǒng)、顳葉和小腦白質(zhì)完整性受損可能與BD-I型的病理生理學(xué)機制有關(guān)。本研究存在一定局限性，首先，樣本量較小，且沒有完全排除藥物的影響，進一步的研究擬選取未服藥或者緩解期未服藥的患者進行分析，探索BD-I型對患者白質(zhì)完整性的影響。