額葉皮層退行性萎縮的高分辨率磁共振研究

蔣文昊，龔 宇，盛良駒（通訊作者）

（江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

腦萎縮是中老年人最常見的神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)，其原因可為年齡因素引起的神經(jīng)退行性改變[1-3]，亦可為阿爾茲海默癥（Alzheimer disease，AD）[4]、帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）[5]、抑郁[6]等神經(jīng)精神疾病的病理特征。辨明退行性腦萎縮的內(nèi)在規(guī)律對于探索疾病對腦萎縮的影響具有重要的臨床參照意義。盡管已有的研究提示額葉皮層是退行性腦萎縮最明顯的受累腦區(qū)[7]，表現(xiàn)為年度萎縮率約0.5%左右[8]，但額葉由上、中、下三個不同功能的亞區(qū)構(gòu)成，且鮮有文獻探索其亞區(qū)內(nèi)在萎縮規(guī)律及軌跡。

因此，本文擬以高分辨磁共振對正常人的額葉皮層進行亞區(qū)精分，探明額葉皮層退行性腦萎縮的內(nèi)在模式。

1 研究對象

回顧性收集2018年2月—2019年2月之間于江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院體檢門診的受試者資料。入組標準：（1）年齡20～80歲；（2）男女不限；（3）受教育年限＞6年；（4）既往無精神或神經(jīng)性疾??；（5）既往無頭顱外傷史；（6）無心血管、內(nèi)分泌等長期慢性疾病史；（7）無言語和肢體運動障礙；（8）影像學(xué)資料無腦卒中、腦白質(zhì)稀疏、缺血灶表現(xiàn)。共計納入受試者48例，其中青年組16例（男8例，女8例，年齡20～39歲，平均31.83±2.34歲），中年組16例（男5例，女11例，年齡40～59歲，平均48.33±2.13歲），老年組16例（男6例，女10例，年齡60～79歲，平均71.33±4.71歲）。研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準，全部志愿者對本研究知情，并簽署知情同意書。

2 材料與防范

2.1 圖像采集

為保證圖像質(zhì)量，受試者在檢查前靜息30min，檢查技師向其講解檢查過程及噪音情況，并要求其于在檢查中保持情緒穩(wěn)定避免頭部移動。采Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T MR儀對受試者行頭顱MR掃描，頭部線圈為接收線圈。以三維（3D）快速小角度激發(fā)序列（3D-FLASH）作為分析用主序列。掃描參數(shù)如下：TR=14ms，TE=4.92ms，NEX=2，F(xiàn)OV=230mm×230mm，矩 陣=256×192，層 厚=1.5mm，無間隔。另以T2WI及FLAIR序列作為器質(zhì)性疾病篩查序列。圖像傳入Siemens Leonardo圖像處理工作站并存入光盤，以備數(shù)據(jù)分析。

2.2 額葉亞區(qū)分割

在前人的基礎(chǔ)上對額葉采用三分法[9]：上額葉與中額葉的分界層面是以大腦縱裂開始出現(xiàn)中斷為標志（相當(dāng)于側(cè)腦室頂部層面），如圖1a；中額葉與下額葉的分界層面是以內(nèi)囊、基底節(jié)、丘腦能夠最清晰顯示為標志（相當(dāng)于第三腦室上部層面），如圖1b。按照上述腦內(nèi)經(jīng)典的解剖標志，結(jié)合額葉掃描橫斷層數(shù)目對大腦額葉進行三等分：將額葉均分為三部分即上額葉、中額葉和下額葉。

圖1

2.3 灰質(zhì)提取

大腦皮層是大腦的表層，由灰質(zhì)構(gòu)成，故只需提取圖像中灰質(zhì)體積即腦皮層體積。利用ImageJ軟件對逐個橫斷層圖像進行8bit DICOM格式存儲，建立連續(xù)的圖像棧。其次進行腦灰質(zhì)、白質(zhì)的分割，在同一受試者的腦橫斷層額葉圖像中，以Wand工具在額葉灰、白質(zhì)交界處隨機標記二十處記號點，并測量其像素值，取平均數(shù)（近似為腦灰白質(zhì)交界處像素值）。后應(yīng)用Math算法中的Subtract，減去之前測得的平均數(shù)，得到僅存皮質(zhì)的MR圖像，如圖2a。

2.4 額葉皮層的亞區(qū)計算

在先前處理后的圖像中勾畫感興趣區(qū)（額葉皮層），導(dǎo)出各層面額葉皮層面積并乘以層厚，計算得出各亞區(qū)的絕對體積。計算公式如下：皮層體積=∑（皮層橫斷層面積*層厚）。在獲得上、中、下額葉的絕對體積之后，為消除個體頭顱大小對體積數(shù)據(jù)的影響，本研究對額葉皮層亞區(qū)的絕對體積進行標準化，V標=V原×V均/Vn。V標為標準化后的體積，V原為絕對體積，V均為平均顱腔體積，Vn為受試者顱腔體積。如圖2b。

圖2

2.5 統(tǒng)計學(xué)方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS25.0軟件。以夏皮羅維爾克檢驗法（Shapiro-Wilktest）對數(shù)據(jù)行正態(tài)性檢驗。皮層體積數(shù)據(jù)以均數(shù)±標準差表示。萎縮率以χ2表示。運用單因素方差分析對青、中、老年組間的皮層體積進行比較。運用LSD-t檢驗對兩兩組間差異進行比較。運用卡方檢驗χ2對不同萎縮率的差異進行比較。年齡與皮層體積的關(guān)系運用皮爾遜相關(guān)分析計算。以P＜0.05作為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 結(jié)果

3.1 額葉皮層體積的比較分析

青年、中年、老年組額葉皮層體積存在顯著差異（F=9.803，P=0.002），進一步兩兩多重比較的LSD-t檢驗結(jié)果提示青年組皮層體積顯著高于中年組，而中年組顯著高于老年組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（t=4.021，P=0.044；t=5.187，P=0.037）；另外，男性受試者和女性受試者的額葉皮層體積無顯著性差異（F=1.241，P=0.986），提示性別對額葉皮層體積無顯著性影響；而受試者右側(cè)額葉皮層體積顯著小于左側(cè)（F=6.336，P=0.028），提示側(cè)別對額葉皮層體積具有顯著影響。

3.2 額葉皮層體積的亞區(qū)分析

與青年組相比，中年組主要表現(xiàn)為右側(cè)中額葉皮層和左側(cè)中額葉皮層的萎縮（萎縮率分別為左側(cè)14.19%，右側(cè)13.13%），且左側(cè)較右側(cè)更為顯著。年齡和側(cè)別無交互作用（P＞0.05）。與中年組相比，老年組主要表現(xiàn)為上額葉皮層萎縮（萎縮率分別為左側(cè)17.16%，右側(cè)14.72%），且左側(cè)較右側(cè)更為顯著；另外老年組下額葉皮層體積呈現(xiàn)顯著萎縮（萎縮率分別為左側(cè)13.30%，右側(cè)12.64%），且左側(cè)較右側(cè)更為顯著。上下額葉皮層體積均可見顯著的年齡和側(cè)別的交互作用（P＜0.05）。

表1 額葉各亞區(qū)皮層體積

3.3 額葉皮層體積與年齡的相關(guān)性分析

雙側(cè)全額葉皮層體積與年齡均呈負顯著相關(guān)（左側(cè)r=-0.789，P=0.000；右側(cè)r=-0.783，P=0.000）；進一步的亞區(qū)皮層體積的分析中，中額葉皮層體積僅在青中年組中呈現(xiàn)與年齡的顯著相關(guān)性（左側(cè)r=-0.652，P=0.022；右側(cè)r=-0.645，P=0.024）；上額葉皮層體積和下額葉皮層體積僅在中老年組中呈現(xiàn)與年齡的顯著相關(guān)性（上額葉左側(cè)r=-0.646，P=0.023；上額葉右側(cè)r=-0.608，P=0.036；下額葉左側(cè)r=-0.632，P=0.028，下額葉右側(cè)r=-0.654，P=0.021）。

4 討論

隨著高場磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展，生理性腦皮層萎縮部位的研究也不斷細化。但多數(shù)全自動化腦體積的測量，均以額葉為最小單位，缺乏對額葉皮層亞區(qū)的探究。本研究依據(jù)橫斷層標志性解剖結(jié)構(gòu)對額葉進行再分區(qū)來探究額葉各亞區(qū)皮層體積的退行性變化規(guī)律，從而有利于對額葉皮層萎縮位置的精確定位，更有助于臨床工作中對腦額葉皮層生理性萎縮的診斷與鑒別。

本研究結(jié)果顯示各年齡組間額葉皮層體積存在統(tǒng)計學(xué)差異，且額葉皮層體積與年齡相關(guān)性顯著，表明年齡為生理性腦額葉皮層萎縮的重要因素。青、中年組間的額葉皮層體積差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，提示額葉生理性萎縮不僅局限于老年期，亦可發(fā)生于中年期，這與白偉利[1]等人研究結(jié)果相符合。在各年齡組額葉亞區(qū)皮層體積的對比中顯示，額葉亞區(qū)皮層的生理性萎縮具有時序性。青、中年組額葉皮層體積萎縮以中額葉最為顯著，中、老年組則在上、下額葉皮層體積萎縮中具有顯著性，提示正常人腦額葉皮層體積萎縮可能最先發(fā)生于中額葉，隨年齡的增長，萎縮的范圍再逐漸累及至上、下額葉，且額葉各亞區(qū)皮層的萎縮均受側(cè)別的影響，與性別無明顯關(guān)聯(lián)。

腦萎縮可分為生理性腦萎縮和病理性腦萎縮，在正常生理性退行性變中，遵循“先進后出”的規(guī)律，額葉是最易受年齡影響的腦葉[10]。同時，病理性腦萎縮也會累及額葉，如抑郁癥病人，其腦部萎縮主要涉及左側(cè)額葉的額上回以及額下回的島蓋和三角區(qū)[11]；另外有學(xué)者對額顳葉癡呆病人及AD病人的研究中發(fā)現(xiàn)，額前區(qū)萎縮具有顯著性[12]。故對額葉萎縮部位的細化和萎縮規(guī)律的探究，益于完善生理性腦萎縮的特點。本研究中所發(fā)現(xiàn)的額葉皮層生理性萎縮的顯著部位（青、中年組發(fā)生于左中額葉，中、老年組發(fā)生于左上額葉），可以為臨床在鑒別累及額葉的病理性萎縮的疾病中，提供正常對照組。

本研究也存在一定局限性，由于采取回顧性研究，所以無法對受試者的利手、文化程度等可能與額葉灰質(zhì)體積相關(guān)的因素進行協(xié)變量糾正。且樣本數(shù)量較少，易造成數(shù)據(jù)結(jié)果的偏差。另外，在ROI的選取過程中均由研究者手工描繪，相比全自動測量可重復(fù)性欠佳。因此，本實驗的數(shù)據(jù)結(jié)果主要是基于小樣本條件下，對正常人腦額葉及其亞區(qū)皮層退行性萎縮規(guī)律的探索，為臨床鑒別診斷提供一個對照和參考。如條件允許，臨床工作中還應(yīng)利用多種影像學(xué)手段，結(jié)合特征性病變對生理性和病理性額葉退行性萎縮進行鑒別和研究。