孤獨(dú)癥患兒神經(jīng)連接異常的影像特征

姚滔濤，陳卓銘，張書晨

1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)針灸康復(fù)臨床醫(yī)學(xué)院，廣東廣州市 510405；2.廣州中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院康復(fù)中心，廣東廣州市 510405；3.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院康復(fù)科，廣東廣州市 510632；4.鹽城市第一人民醫(yī)院影像科，江蘇鹽城市 224001

孤獨(dú)癥是一種慢性神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病，常起病于嬰幼兒時(shí)期，以社交障礙、語(yǔ)言障礙、狹隘興趣和重復(fù)刻板的行為為主要特征。孤獨(dú)癥病因至今尚未完全明確，利用功能影像學(xué)技術(shù)研究孤獨(dú)癥的病因及發(fā)病機(jī)制是當(dāng)今熱點(diǎn)之一。本文試圖通過(guò)彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTⅠ)和磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)技術(shù)研究孤獨(dú)癥患兒大腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，從神經(jīng)生理和生化的角度分析孤獨(dú)癥患兒神經(jīng)連接的特征，探討孤獨(dú)癥可能的病因和病理基礎(chǔ)，為進(jìn)一步了解孤獨(dú)癥發(fā)病機(jī)制提供客觀的影像學(xué)診斷指標(biāo)，有助于臨床更加準(zhǔn)確有效地診斷和治療孤獨(dú)癥。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取于暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院語(yǔ)言障礙中心就診的年齡2～9歲的孤獨(dú)癥患兒，均符合《精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》 (Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,DSM)-Ⅳ孤獨(dú)癥診斷標(biāo)準(zhǔn)，排除頭部外傷史、家族遺傳性疾病、癲癇、精神發(fā)育遲滯、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙等病史的患兒。

同期社會(huì)招募2～9歲沒(méi)有精神及神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史的兒童8例作為對(duì)照組。

最終符合入選標(biāo)準(zhǔn)并完成MRS檢測(cè)的孤獨(dú)癥患兒14例。兩組性別、年齡和頭圍比較均無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經(jīng)暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(No.30772303)，所有兒童家長(zhǎng)均簽署知情同意書。

1.2 檢測(cè)方法

采用GE 1.5 T Signa HD MR掃描儀進(jìn)行DTⅠ和MRS檢測(cè)，梯度場(chǎng)強(qiáng)23 mT/m，梯度切換率120 mT/(m?ms)。各兒童在檢測(cè)前半小時(shí)根據(jù)具體情況予水合氯醛25 mg/kg口服或灌腸以鎮(zhèn)靜，檢測(cè)過(guò)程中嚴(yán)密觀察研究對(duì)象的面色改變和呼吸情況。

常規(guī)MRⅠ序列包括T1-FLAⅠR、T2WⅠ、T2-FLAⅠR，各序列均為橫軸位掃描，掃描基線為前后聯(lián)合連線。T1-FLAⅠR掃描參數(shù)：TR 1800 ms,TE 24 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚6 mm，層距2 mm，矩陣320×256，NEX 2。T2WⅠ掃描參數(shù)：TR 4500 ms，TE 102 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚6 mm，層距2 mm，矩陣384×256，NEX 2。T2-FLAⅠR掃描參數(shù)：TR 8600 ms，TE 123 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚6 mm，層距2 mm，矩陣256×192，NEX 2。常規(guī)MRⅠ掃描以除外腦部未知病變，并為MRS和DTⅠ掃描定位，F(xiàn)LAⅠR通過(guò)抑制腦脊液及類似信號(hào)，更清晰地顯示病灶，提高病灶檢出率。

感興趣區(qū)(region of interest,ROⅠ)分別放置于雙側(cè)額葉皮質(zhì)下白質(zhì)、海馬、胼胝體膝部及壓部、小腦白質(zhì)，盡量保證每個(gè)研究對(duì)象的定位都位于相同掃描層面。MRS掃描采用橫軸位二維點(diǎn)分辨波譜(2DPRESS)序列，掃描參數(shù)TR 1400 ms，TE 144 ms，層厚10 mm，層距10 mm，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，NEX 1，掃描時(shí)間5.28 min。

1.3 圖像分析及數(shù)據(jù)處理

通過(guò)分析常規(guī)MRⅠ圖像排除患兒腦形態(tài)的異常和腦組織的異常信號(hào)。

1.3.1 MRS分析

原始數(shù)據(jù)經(jīng)GEAW 4.2工作站的Functool 2.6軟件進(jìn)行后處理，包括對(duì)所得譜線進(jìn)行相同的基線校正、相位調(diào)整及化學(xué)位移確定，分別對(duì)雙側(cè)額葉、海馬、胼胝體膝部及壓部、小腦的波譜譜線以及N-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、膽堿(choline,Cho)、肌酐(creatinine,Cr)的波峰進(jìn)行觀察，記錄NAA、Cho、Cr的絕對(duì)濃度以及NAA/Cr和Cho/Cr比值。

1.3.2 DTⅠ分析

原始數(shù)據(jù)通過(guò)Functool 2.6軟件進(jìn)行后處理。首先用自帶的自動(dòng)圖像配準(zhǔn)軟件對(duì)所有圖像進(jìn)行校正，然后在選定的層面內(nèi)參照Shimony等[1]的ROⅠ放置方法在b=0的各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)圖按照不同解剖部位手工放置ROⅠ，盡量使ROⅠ放置于被測(cè)區(qū)域的中央，ROⅠ的范圍為20～32 mm2，并根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)的不同適當(dāng)改變其大小，分別記錄各部位FA和表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 組間DTⅠ檢測(cè)值比較

孤獨(dú)癥組左海馬FA低于對(duì)照組(P＜0.05)，其余部位的ADC和FA在兩組間無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表2。

2.2 組間MRS檢測(cè)值比較

孤獨(dú)癥組左海馬和右海馬Cr絕對(duì)濃度低于對(duì)照組(P＜0.05)，其余部位的各代謝物絕對(duì)濃度及比值在兩組間無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表3。

2.3 組內(nèi)左右半球DTⅠ檢測(cè)值比較

對(duì)照組左右半球相對(duì)腦區(qū)FA和ADC比較均無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。孤獨(dú)癥組左側(cè)胼胝體膝部FA低于右側(cè)(P＜0.05)，左側(cè)胼胝體壓部ADC明顯高于右側(cè)(P＜0.01)。見(jiàn)表2。圖1為孤獨(dú)癥組其中一個(gè)檢測(cè)部位(胼胝體膝部)FA圖。

2.4 組內(nèi)左右半球MRS檢測(cè)值比較

對(duì)照組左右半球相對(duì)腦區(qū)各代謝物絕對(duì)濃度及比值比較均無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。孤獨(dú)癥組左側(cè)額葉NAA、Cho、Cr絕對(duì)濃度，胼胝體壓部NAA絕對(duì)濃度，小腦Cho/Cr均低于右側(cè)(P＜0.05)。見(jiàn)表3。圖2為孤獨(dú)癥組其中一個(gè)檢測(cè)部位(胼胝體壓部)MRS圖。

表2 兩組左右半球相應(yīng)腦區(qū)FA及ADC比較

圖1 孤獨(dú)癥組胼胝體膝部FA圖

3 討論

孤獨(dú)癥是廣泛性發(fā)育障礙中最常見(jiàn)的一種亞型，可能與遺傳、神經(jīng)生物學(xué)因素、神經(jīng)遞質(zhì)、孕產(chǎn)期危險(xiǎn)因素、營(yíng)養(yǎng)免疫因素、腸道微生物、代謝等多種因素有關(guān)[2]。隨著功能影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究者們對(duì)孤獨(dú)癥的神經(jīng)生理及生化等的認(rèn)識(shí)不斷深入，提出孤獨(dú)癥“腦神經(jīng)連接異常”的假設(shè)[3]，即孤獨(dú)癥患者局部腦區(qū)的內(nèi)部神經(jīng)連接過(guò)度，而各功能腦區(qū)之間的遠(yuǎn)距神經(jīng)連接不足。后續(xù)的神經(jīng)影像學(xué)研究結(jié)果為該假說(shuō)提供了支持[4]。

圖2 孤獨(dú)癥組胼胝體壓部MRS圖

孤獨(dú)癥患兒神經(jīng)機(jī)制的影像學(xué)研究方法眾多，但同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)腦網(wǎng)絡(luò)和功能腦網(wǎng)絡(luò)等影像學(xué)方法分析孤獨(dú)癥機(jī)制的研究并不多[5]。DTⅠ可以顯示大腦的主要白質(zhì)纖維束及其發(fā)育成熟的程度；MRS則通過(guò)檢測(cè)大腦代謝物化學(xué)成分和含量的變化，反映大腦神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和細(xì)胞膜的病理改變或能量代謝狀態(tài)，間接反映腦功能[6]。

3.1 孤獨(dú)癥半球內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能的分析

NAA主要反映神經(jīng)元的密度，另外，NAA可提供醋酸鹽，促進(jìn)少突細(xì)胞脂質(zhì)和磷脂的合成，從而促進(jìn)神經(jīng)元的連接。孤獨(dú)癥組左額葉NAA的降低提示孤獨(dú)癥患兒左額葉神經(jīng)連接不足[7]。Cho、Cr的含量降低反映髓鞘發(fā)育不良、形成減少或維持障礙，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞密度減少或細(xì)胞膜合成功能的減弱。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)髓鞘的形成起支持和隔離作用，髓鞘的功能下降可導(dǎo)致神經(jīng)興奮泛化，可以解釋孤獨(dú)癥患兒注意力難以集中的問(wèn)題。

左海馬FA下降提示孤獨(dú)癥患兒左海馬軸索損傷。Cr可反映神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的密度，海馬Cr下降提示神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞密度減少，髓鞘形成減少或維持障礙。

孤獨(dú)癥組左小腦Cho/Cr比值低于右小腦，提示孤獨(dú)癥患兒左小腦神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞密度減少、功能下降或膜的功能下降，或乙酰膽堿的狀態(tài)的下降。不少關(guān)于孤獨(dú)癥小腦的研究也認(rèn)為小腦傳出纖維與大腦皮層存在連接不足[8]，小腦上葉與齒狀核局部連接過(guò)度[9]，中下小腦腳則存在局部的連接過(guò)度或者不足，總體來(lái)說(shuō)小腦纖維存在連接異常，且與孤獨(dú)癥核心癥狀相關(guān)[10]。

本研究顯示，孤獨(dú)癥患兒左側(cè)大腦半球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能低于右側(cè)，提示大腦左側(cè)半球存在神經(jīng)連接不足。目前不少研究認(rèn)為孤獨(dú)者患兒腦內(nèi)左右大腦半球存在著偏側(cè)化差異[11-12]，大部分研究發(fā)現(xiàn)異常的腦區(qū)集中在左側(cè)大腦半球。Perkins等[13]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒左額頂葉和丘腦FA下降，可能與神經(jīng)髓鞘形成異常有關(guān)。Li等[14]發(fā)現(xiàn)，高功能孤獨(dú)癥患兒右側(cè)扣帶回FA升高，與面孔表情識(shí)別功能受損成正相關(guān)。Blanken等[15]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒左上縱束FA異常。Ⅰgelstr?m等[16]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒右背外側(cè)顳頂連接處與左小腦腳連接不足。

3.2 孤獨(dú)癥半球間結(jié)構(gòu)和功能的分析

胼胝體主要由連接兩側(cè)大腦半球新皮質(zhì)的纖維束構(gòu)成，主要功能是整合兩側(cè)半球的活動(dòng)，也與注意和喚醒、記憶和檢索、語(yǔ)言和聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)信息傳遞等有關(guān)。胼胝體膝部主要負(fù)責(zé)兩側(cè)額葉之間的連接，壓部主要負(fù)責(zé)頂葉和枕葉之間連接。本研究顯示，孤獨(dú)癥患兒存在兩個(gè)半球間的神經(jīng)連接不足，即遠(yuǎn)距連接不足。

Hanaie等[17]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒胼胝體FA下降，并且與社交能力相關(guān)。Chang等[18]發(fā)現(xiàn)，2～5歲孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)胼胝體FA均較對(duì)照組降低，與孤獨(dú)癥患兒核心癥狀相關(guān)；隨著年齡的增長(zhǎng)，胼胝體纖維結(jié)構(gòu)逐漸修復(fù)。Blanken等[15]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒胼胝體存在FA異常。Hong等[19]發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒胼胝體前1/3部(包含嘴部和膝部纖維)密度減少，纖維數(shù)量減少，ADC增加。Zhang等[20]進(jìn)行全腦白質(zhì)纖維束追蹤，發(fā)現(xiàn)胼胝體受損最嚴(yán)重。李想等[21]的綜述顯示，不少DTⅠ研究均發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒胼胝體存在結(jié)構(gòu)方面的異常[22]。

綜上所述，孤獨(dú)癥患兒大腦半球內(nèi)和半球間存在神經(jīng)連接異常，主要表現(xiàn)為大腦半球內(nèi)遠(yuǎn)距連接不足及大腦半球間遠(yuǎn)距連接不足[23]。

本研究納入樣本量較少，主要因?yàn)橛變簷z測(cè)過(guò)程需鎮(zhèn)靜、家長(zhǎng)對(duì)檢測(cè)安全有顧慮等。今后可擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步深入研究。