高分辨MRI測量中國健康成人內(nèi)嗅皮層體積

張 靜，梁佩鵬，趙 瑩，杜佳晨，李倩倩，李坤成,4*

(1.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射與核醫(yī)學(xué)科，北京 100053；2.北京市仁和醫(yī)院放射科，北京 102600；3.首都師范大學(xué)心理學(xué)院，北京 100048；4.磁共振成像和腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100053)

內(nèi)嗅皮層與作為記憶中樞的海馬存在豐富的纖維聯(lián)系。目前已知內(nèi)嗅皮層是阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)最早出現(xiàn)神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle, NFT)處，于AD早期即出現(xiàn)嚴(yán)重的神經(jīng)元脫失。尋找早期診斷AD的影像學(xué)指標(biāo)有助于在輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment, MCI)階段識別未來可能發(fā)展為AD的高危個體，并及時給予干預(yù)，延緩病程進(jìn)展。內(nèi)嗅皮層位置較隱蔽，形態(tài)不規(guī)則，組織學(xué)上與鄰近區(qū)域相互移行，缺乏明顯的分界標(biāo)志，影響MRI測量其體積的準(zhǔn)確性[1]。本研究基于高分辨MRI，應(yīng)用三維體積測量軟件測量中國健康成人內(nèi)嗅皮層體積，以期獲得相關(guān)正常參考值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 自中國健康成年人頭顱MRI數(shù)據(jù)庫中抽取100份數(shù)據(jù)，年齡18～70歲，平均(45.2±14.4)歲，按照年齡18～30歲、31～40歲、41～50歲、51～60歲、61～70歲分為5組，每組20名，男、女各10名。

1.2 數(shù)據(jù)來源和測量

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 來源于中國成人頭顱MRI數(shù)據(jù)庫，均以Siemens Magnetom Prisma 3.0T MR掃描儀，64通道高分辨頭線圈，磁化準(zhǔn)備雙快速梯度回波(magnetization-prepared 2 rapid gradient echo， MP2RAGE)脈沖序列采集。

1.2.2 評價可重復(fù)性 在2名神經(jīng)影像學(xué)和解剖學(xué)專家的指導(dǎo)下，由2名工作12年的主治醫(yī)師(均具有腦組織勾畫經(jīng)驗(yàn))各自應(yīng)用ITK-SNAP三維體積分析軟件手動勾畫內(nèi)嗅皮層邊緣。由其中1名醫(yī)師以相同方法間隔4周以上對雙側(cè)內(nèi)嗅皮層重復(fù)勾畫2次。應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient，ICC)評估勾畫結(jié)果的觀察者內(nèi)和觀察者間可重復(fù)性，ICC<0.40一致性較差，0.40～0.75一致性一般，>0.75一致性良好。

1.2.3 測量內(nèi)嗅皮層體積 主要于重組冠狀位圖像上逐層(每層層厚1 mm)測量內(nèi)嗅皮層面積，再由軟件自動計算得出體積測值。內(nèi)嗅皮層前界為島閾(圖1A)出現(xiàn)之后的第2個層面(圖1B)，內(nèi)側(cè)界為半月溝溝底(圖1C)；外側(cè)界則根據(jù)側(cè)副溝(collateral sulcus, CS)深度界定：①CS深度<10 mm時，外側(cè)界為CS的底(圖1D)；②CS深度10～15 mm時，外側(cè)界為CS上溝壁中點(diǎn)(圖1E、1G)；③CS深度>15 mm時，外側(cè)界為CS上溝壁的邊沿(圖1F)。內(nèi)嗅皮層后界為外側(cè)膝狀體核(圖1H)出現(xiàn)后的第3個層面(圖1I)。

1.2.4 測量顱腔容積 以枕骨大孔為顱腔最下界，以硬腦膜為顱腔其他各界，在矢狀位上，自左側(cè)腦組織出現(xiàn)開始，每10層圖像為1組，以中間層面為勾畫層面，體積×10為所測組織的體積，之后每10層重復(fù)勾畫一次，直至最后一組，若剩余不足10層，則取中間層面計算體積，最后相加得到包括腦灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液在內(nèi)的顱腔總體積(代表顱腔容積)。

1.2.5 校正測量值 按照公式V校=V測×M均/M測對內(nèi)嗅皮層體積原始測量值進(jìn)行校正；其中V校為校正后的內(nèi)嗅皮層體積，V測為內(nèi)嗅皮層體積的原始測量值，M均為本組全部100名受試者顱腔容積均值，M測為顱腔容積原始測量值。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，以單因素方差分析比較不同年齡組間內(nèi)嗅皮層體積，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較不同性別、側(cè)別內(nèi)嗅皮層體積；對內(nèi)嗅皮層體積測量值與年齡進(jìn)行相關(guān)分析：|r|≥0.8高度相關(guān)性，0.5≤|r|<0.8中度相關(guān)性，0.3≤|r|<0.5低度相關(guān)性，0<|r|<0.3弱相關(guān)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 重復(fù)性檢驗(yàn) 觀察者間左側(cè)內(nèi)嗅皮層體積ICC=0.951(P<0.001)，右側(cè)ICC=0.969(P<0.001)；觀察者內(nèi)左側(cè)ICC=0.988(P<0.001)，右側(cè)ICC=0.992(P<0.001)，測量結(jié)果的可重復(fù)性均良好。

2.2 內(nèi)嗅皮層體積測量值的性別和側(cè)別比較

2.2.1 不同性別內(nèi)嗅皮層體積測量值比較 男、女雙側(cè)內(nèi)嗅皮層體積差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。校正前男、女內(nèi)嗅皮層總體積差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)；校正后女性內(nèi)嗅皮層總體積大于男性(P<0.05)，見表1。

圖1 左側(cè)內(nèi)嗅皮層邊界勾畫示意圖 A.島閾出現(xiàn)層面(箭示前界)； B.內(nèi)嗅皮層前界； C.內(nèi)嗅皮層內(nèi)側(cè)界(箭示半月溝溝底)； D～F.內(nèi)嗅皮層內(nèi)側(cè)界1～3(箭示CS的底)； G. CS深度10～15 mm時內(nèi)嗅皮層手動勾畫圖(紅色實(shí)線勾勒)； H.外側(cè)膝狀體核出現(xiàn)層面(箭示外側(cè)膝狀體核)； I.內(nèi)嗅皮層后界

表1 不同性別內(nèi)嗅皮層體積比較(mm3，±s)

表1 不同性別內(nèi)嗅皮層體積比較(mm3，±s)

性別校正前左側(cè)右側(cè)總計校正后左側(cè)右側(cè)總計男性(n=50)1 048.1±187.81 088.2±242.12 136.3±362.41 016.2±197.31 047.4±243.82 057.3±385.1女性(n=50)1 035.4±173.11 097.8±265.22 133.2±373.11 089.6±189.41 152.5±282.92 242.0±398.5t值0.351-0.1890.042-1.899-1.988-2.357P值0.7260.8510.9670.0610.0510.020

表2 校正前后不同年組內(nèi)嗅皮層體積比較(mm3，±s)

表2 校正前后不同年組內(nèi)嗅皮層體積比較(mm3，±s)

年齡(歲)校正前左側(cè)右側(cè)校正后左側(cè)右側(cè)18～30(n=20)1006.3±174.41079.0±243.5981.7±223.01045.1±243.831～40(n=20) 1101.6±155.9 1072.5±287.21097.1±169.21068.5±303.541～50(n=20)1050.3±205.71146.5±291.91054.8±192.11144.0±238.851～60(n=20)1024.8±183.01080.0±265.81078.2±225.91138.5±339.661～70(n=20)1025.9±179.11086.9±176.61036.9±175.51103.5±205.9F值0.8380.2801.0000.508P值0.5040.8900.4120.073

2.2.2 不同側(cè)別內(nèi)嗅皮層體積測量值比較 左、右側(cè)內(nèi)嗅皮層體積原始測量值分別為(1 041.8±179.8)mm3和(1 092.9±252.7)mm3，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=1.651，P=0.101)；經(jīng)顱腔容積校正后左、右側(cè)內(nèi)嗅皮層體積測量值分別為(1 049.7±198.6)mm3和(1 099.9±267.9)mm3，差異亦無統(tǒng)計學(xué)意義(t=-1.505，P=0.134)。

2.3 不同年齡組間內(nèi)嗅皮層體積比較 不同年齡組左、右側(cè)內(nèi)嗅皮層體積測量值相近，測量值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表2。

2.4 經(jīng)顱腔容積校正后內(nèi)嗅皮層總體積與年齡的相關(guān)分析 校正后男、女性內(nèi)嗅皮層總體積與年齡均無明顯相關(guān)(r=0.135，P=0.351；r=-0.043，P=0.768)，見圖2。

圖2 經(jīng)顱腔容積校正后內(nèi)嗅皮層體積與年齡的相關(guān)性 A.男性； B.女性

3 討論

內(nèi)嗅皮層形態(tài)不規(guī)則，與鄰近結(jié)構(gòu)分界困難， MRI測量其體積的難點(diǎn)在于尋找適當(dāng)?shù)亩ㄎ粯?biāo)志，以使勾畫的內(nèi)嗅皮層范圍盡可能與組織學(xué)內(nèi)嗅皮層范圍一致。MRI內(nèi)嗅皮層測量主要有以下方法：①測量內(nèi)嗅皮層面積，特點(diǎn)是操作簡便、重復(fù)性好，觀察者間誤差僅為1.6%[2]，但內(nèi)嗅皮層為三維結(jié)構(gòu)，僅測量其二維面積忽略了內(nèi)嗅皮層厚度對腦萎縮程度的影響，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確；②測量內(nèi)嗅皮層部分體積[3]，以海馬溝附近的內(nèi)嗅皮層為中心進(jìn)行部分體積測量可大致反映內(nèi)嗅皮層體積，但觀察者間差異較大(約33%)[4]；③INSAUSTI等[5]應(yīng)用層厚為2 mm的冠狀位T1WI，以出現(xiàn)島閾為內(nèi)嗅皮層初始層面，以半月溝為內(nèi)界、CS為外界測量內(nèi)嗅皮層體積，雖然針對其外界仍存在爭議，但組織學(xué)符合率達(dá)94%，觀察者間誤差為12.2%，觀察者內(nèi)誤差為2.6%～10%[5-7]。

本研究參考INSAUSTI等[5,8]和SARGOLZAEI等[9]的測量方法并加以改進(jìn)，于層厚1 mm冠狀位圖像上手動勾畫內(nèi)嗅皮層，參考軸位、矢狀位圖像，以精準(zhǔn)確定其邊界，之后軟件自動測量并計算內(nèi)嗅皮層體積；再以包括腦灰質(zhì)、白質(zhì)及腦脊液在內(nèi)的顱腔總體積代表顱腔容積，對所測內(nèi)嗅皮層體積進(jìn)行校正，以消除顱腔容積個體差異對測值的影響，使校正后的結(jié)果更為準(zhǔn)確。

步入老年期后，人腦會出現(xiàn)神經(jīng)元減少、腦質(zhì)量減輕、體積萎縮等改變, 此為正常腦老化演變過程。本研究應(yīng)用高場強(qiáng)、高分辨率MRI測量正常健康成人內(nèi)嗅皮層體積，結(jié)果表明各年齡組內(nèi)嗅皮層體積相近，提示正常情況下內(nèi)嗅皮層并未隨年齡增長而出現(xiàn)萎縮改變。WANG等[10]對英國IXI數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計分析結(jié)果顯示內(nèi)嗅皮層體積隨年齡增長而逐漸增大，至40歲左右達(dá)高峰，隨后下降；但本研究未見上述趨勢，分析原因，可能在于種族差異以及樣本量不同帶來的抽樣誤差。

人類左、右側(cè)大腦結(jié)構(gòu)存在不對稱性(或稱偏側(cè)化)。本研究表明，中國健康成人右側(cè)內(nèi)嗅皮層體積略大于左側(cè)，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義；校正前男女內(nèi)嗅皮層總體積差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，但校正后女性內(nèi)嗅皮層總體積高于男性，可能與男女性腦萎縮程度不同有關(guān)。

本研究獲得的中國成人內(nèi)嗅皮層體積MRI正常參考值對于早期診斷AD、早期干預(yù)以延緩病程發(fā)展具有重要臨床意義。