輕度腦外傷患者彌散張量成像與認(rèn)知功能☆

李茂坤楊濤張嵐許秀峰向明清姜紅燕吳倩汪華

·論 著·

輕度腦外傷患者彌散張量成像與認(rèn)知功能☆

李茂坤*楊濤**張嵐**許秀峰△向明清**姜紅燕△吳倩※汪華**

目的探討輕度腦外傷（mild traumatic brain injury，mTBI）患者腦白質(zhì)彌散張量成像（diffusion ten?sor imaging，DTI）的特點(diǎn)及其與認(rèn)知功能的關(guān)系。方法對(duì)36例mTBI患者（患者組）36例健康受試者（對(duì)照組）進(jìn)行全腦DTI掃描和認(rèn)知功能測查，采用基于體素的全腦分析法比較患者組和對(duì)照組全腦白質(zhì)各向異性（fractional anisotropy,FA）圖像；采用t檢驗(yàn)比較兩組FA值的差異；提取患者組差異腦區(qū)FA值，與P300波幅、潛伏期，蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）評(píng)分，漢密頓抑郁量表(Hamilton depres?sion scale，HDRS)評(píng)分，漢密頓焦慮量表（Hamilton anxiey scale，HAMA）評(píng)分，年齡及受教育程度進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果與對(duì)照組比較，患者組FA降低的腦區(qū)分布在右額內(nèi)側(cè)回，雙側(cè)中央后回、左楔前葉，左后扣帶回和右顳上回（P＜0.01，F(xiàn)DR校正）；未發(fā)現(xiàn)有FA增高的腦區(qū)。Pearson相關(guān)分析未發(fā)現(xiàn)各異常腦區(qū)FA值與患者各臨床特征因子存在相關(guān)（P＞0.05）。結(jié)論mTBI患者存在認(rèn)知功能損害和多個(gè)腦區(qū)白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的損害。

輕度腦外傷 認(rèn)知功能 P300彌散張量成像

腦外傷為我國主要的創(chuàng)傷性致死因素之一，其中輕度腦外傷（mild traumatic brain injury，mT?BI）占腦外傷的60%[1]。輕度腦外傷的診斷目前尚存在爭議，因?yàn)槌Ｒ?guī)MRI檢查無明顯異常，故一直未能引起臨床醫(yī)生的重視。腦外傷后認(rèn)知功能缺陷，焦慮抑郁及睡眠障礙的發(fā)生率明顯增高[2]。已有研究表明15%～30%的診斷為輕度腦外傷的患者有認(rèn)知功能缺損的臨床癥狀，存在長期的社會(huì)功能的減退[3]。mTBI患者認(rèn)識(shí)功能改變的神經(jīng)機(jī)制目前尚不明確，近年來，功能影像學(xué)與結(jié)構(gòu)影像學(xué)的發(fā)展為活體研究mTBI患者成為可能，這有助于改善臨床醫(yī)生對(duì)mTBI的理解，治療及預(yù)后的評(píng)估。目前關(guān)于康復(fù)期無癥狀性mTBI患者腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)改變與認(rèn)知功能關(guān)系的研究國內(nèi)外均未見報(bào)道，本文擬采用DTI技術(shù)進(jìn)行相關(guān)研究，以期能發(fā)現(xiàn)mTBI患者認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)影像學(xué)機(jī)制。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象患者組：均為2011年3月至2013年10月在長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科住院的患者，均存在明確頭部外傷病史，均無局灶性或彌散性神經(jīng)功能缺損；入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18～45歲；②右利手；③初中及以上文化水平；④傷后6 h內(nèi)就診，首次格拉斯哥評(píng)分（Glasgow Com Scale, GCS）13～15分；符合美國康復(fù)醫(yī)學(xué)會(huì)制定的輕度腦外傷診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]：意識(shí)喪失時(shí)間≤30 min；創(chuàng)傷后記憶缺失時(shí)間≤24 h；初次頭顱CT、MRI平掃及神經(jīng)系統(tǒng)檢查未發(fā)現(xiàn)局灶性或彌漫性神經(jīng)系統(tǒng)定位體征。排除標(biāo)準(zhǔn)：①明確的腦卒中病史；②明確的其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史如感染、脫髓鞘疾病等；③嚴(yán)重軀體疾病；④明確的精神疾病病史如精神分裂癥，抑郁癥等；⑤酒精或毒品依賴。所有患者于受傷后2個(gè)月接受磁共振掃描及臨床心理測試，接受磁共振掃描及心理測試時(shí)，均無陽性神經(jīng)系統(tǒng)臨床癥狀。

健康對(duì)照（health control，HC）組：來自我院體檢中心，與患者性別、年齡、受教育年限相匹配，無精神疾病史及精神病家族史，右利手。常規(guī)頭顱MRI檢查正常。

本研究獲得長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)的審核批準(zhǔn)，所有受試者在檢查前均被告知研究目的、方法及內(nèi)容，并簽署知情同意書。

1.2 方法①量表評(píng)定：所有入組的受試者均接受以下神經(jīng)心理測試：采用漢密頓焦慮量表（Hamil?ton anxiey scale，HAMA）和漢密頓抑郁量表（(Ham?ilton depression scale，HDRS）評(píng)估受試者情緒狀態(tài)。蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表（Montreal cognitive as?sessment，MoCA），采用北京版本，文化程度≤12年總分加1分，整個(gè)量表總分30分，≥26分為正常。所有神經(jīng)心理學(xué)測試由2名接受過培訓(xùn)的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師完成(Kappa值＞0.8)。②P300測定：采用丹麥KeyPoint腦電生理儀進(jìn)行P300檢測。電極位置及測定方法同楊濤[5]等報(bào)道。③磁共振檢查：采用GE 1.5 T磁共振成像系統(tǒng)，用標(biāo)準(zhǔn)頭線圈完成掃描。用配套的泡沫墊固定被試者頭部，橡皮塞塞住雙耳以減少噪聲干擾，掃描時(shí)熄燈，受試者戴黑色眼罩以減少光線干擾。完成定位像掃描后進(jìn)行T1和T2像掃描，以排除結(jié)構(gòu)明顯異常受試者。然后采用單次激發(fā)自旋-平面成像(SE-EPI)序列進(jìn)行軸位掃描，以正中矢狀位平行前后聯(lián)合連線(AC-PC)為定位線，彌散梯度方向?yàn)?3個(gè)方向，掃描參數(shù)如下：b=1000 s/mm2；TR=6400 ms，TE=81 ms；矩陣=116×112 mm2；視野=23 cm；NEX=2；共掃描50個(gè)連續(xù)層面，層厚=3 mm，層間隔=0mm，體素大小2 mm×2 mm×3 mm；掃描時(shí)間8 min 33 s。④影像數(shù)據(jù)處理：將掃描獲得的DCOM數(shù)據(jù)輸入DTI Studio(version 2.40 Johns HoPkins University Baltimore，MD)軟件中，計(jì)算出彌散張量成像的FA圖像及B0圖像，然后采用基于Matlab 7.8（The MathWorks，Inc.Natick，MA，USA）軟件平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖軟件SPM8（Statistical Paramet?ric Mapping http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/ spm8）將每個(gè)受試者的B0圖像標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜（Montreal Neurologi?cal Institute,MNI）的空間模板上，然后將變換矩陣應(yīng)用到每個(gè)受試者對(duì)應(yīng)的FA圖像，從而完成每個(gè)

受試者FA圖像的空間標(biāo)準(zhǔn)化，所有圖像的像素被重采樣為2 mm×2 mm×2 mm大小，以10 mm高斯核進(jìn)行平滑以去除噪聲的干擾和彌補(bǔ)空間標(biāo)準(zhǔn)化的誤差。最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化及平滑后的FA圖進(jìn)行雙樣本T檢驗(yàn)。同時(shí)提取mTBI患者異常腦區(qū)的FA值，和各臨床癥狀評(píng)分做相關(guān)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法利用SPM8軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化及平滑后的FA圖所有體素逐個(gè)進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)，將結(jié)果進(jìn)行錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（false discovery rate，F(xiàn)DR）校正后其統(tǒng)計(jì)閾值P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；所有異常腦區(qū)采用MRIcroGL軟件進(jìn)行結(jié)果呈現(xiàn)（http: //www.cabiatl.com/mricrogl/）。采用Pearson相關(guān)分析探索患者異常腦區(qū)體積與MoCA量表、P300波幅、潛伏期及年齡和教育程度之間可能存在的關(guān)系。受試者人口學(xué)資料及相關(guān)臨床資料采用2組 t檢驗(yàn)，均由SPSS 17.0完成，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 mTBI組和HC組流行病學(xué)資料和臨床癥狀評(píng)估比較（表1）

2.2 mTBI組和HC組FA差異腦區(qū)（表2、圖1）

2.3 mTBI患者異常腦區(qū)FA值與各臨床因子相關(guān)分析

Pearson相關(guān)分析未發(fā)現(xiàn)患者組各異常腦區(qū)FA值與P300波幅、P300潛伏期，HDRS評(píng)分，HA?MA評(píng)分，MoCA評(píng)分，年齡和教育程度存在相關(guān)(|r|≤0.437,P≥0.054)。

3 討論

表1 mTBI組和HC組一般流行病學(xué)資料和臨床癥狀評(píng)估比較

圖1 患者組較對(duì)照組FA降低的腦區(qū) 注：A:左后扣帶回 B:右額內(nèi)側(cè)回 C:左楔前葉 D:左中央后回 E:右中央后回 F:右顳上回；以上異常腦區(qū)應(yīng)用MRIcroGL軟件進(jìn)行結(jié)果呈現(xiàn)

臨床上部分mTBI患者長期存在神經(jīng)系統(tǒng)及神經(jīng)心理學(xué)方面的異常，如長期感到頭昏，頭痛，

心慌，呼吸困難，頻死感等，國內(nèi)外學(xué)者將此類癥狀癥候群統(tǒng)稱為腦外傷綜合征。但對(duì)無癥狀性mTBI患者認(rèn)知功能的改變并未引起醫(yī)務(wù)工作者的重視。P300是判斷認(rèn)知功能的電生理指標(biāo)，其波幅代表受試者對(duì)信息的感受能力和資源投入的多少[6]，其潛伏期能客觀的反映大腦認(rèn)知功能和判斷功能等高級(jí)思維活動(dòng)[7]，具有高度的靈敏性。易峰[8]等的研究表明P300在評(píng)價(jià)認(rèn)知功能方面更有客觀性，不易受到主觀因素的影像，已在眾多研究中得到應(yīng)用[5,8-9]。本研究顯示患者組P300波幅降低，潛伏期延長，說明mTBI患者對(duì)外界信息的理解識(shí)別能力和對(duì)外界信息的反應(yīng)速度均下降，從電生理角度證實(shí)了mTBI患者存在認(rèn)知功能損害。但本研究發(fā)現(xiàn)mTBI患者M(jìn)oCA量表評(píng)分，HDRS評(píng)分及HAMA評(píng)分和對(duì)照組相比，均差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一方面說明本研究的mTBI患者僅存在輕度認(rèn)知功能受損，MoCA量表尚不能探測到mTBI患者認(rèn)知功能的改變；另一方面也說明mTBI患者在出現(xiàn)明顯認(rèn)知功能損害前可不伴有明顯的情緒改變和軀體不適，這也許是臨床醫(yī)生容易忽視mTBI患者認(rèn)知功能的一個(gè)原因。

表2 患者組較對(duì)照組白質(zhì)FA降低的腦區(qū)

有研究表明mTBI患者認(rèn)知功能受損癥狀與患者大腦白質(zhì)損傷有關(guān)[10-11]，但常規(guī)磁共振檢查無法發(fā)現(xiàn)病灶，故對(duì)此類患者的診斷和治療存在爭議，其發(fā)病機(jī)理目前尚不明確。對(duì)無癥狀性mTBI患者認(rèn)知功能改變的發(fā)病機(jī)理更少有學(xué)者進(jìn)行研究。近年來，腦影像學(xué)的發(fā)展為探索mTBI患者大腦特點(diǎn)成為可能，其中DTI技術(shù)是目前唯一能夠在活體無創(chuàng)定量地研究大腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的方法，其中FA值的大小與白質(zhì)纖維束的大小、排列方向一致性以及纖維髓鞘的完整性等因素相關(guān)[12]。這些技術(shù)的發(fā)展為尋找mTBI患者認(rèn)知功能障礙的生物學(xué)標(biāo)記成為可能。由于在腦外傷早期存在細(xì)胞毒性水腫而影響研究結(jié)果[13]，故所有入組的患者在受傷后2個(gè)月再接受磁共振掃描，以降低神經(jīng)水腫對(duì)FA值的影響。

本研究顯示mTBI組較HC組FA值降低的腦區(qū)分布在右額內(nèi)側(cè)回，雙側(cè)中央后回、左楔前葉，左后扣帶回和右顳上回；未發(fā)現(xiàn)有FA增高的腦區(qū)，國外眾多研究亦發(fā)現(xiàn)mTBI患者康復(fù)期腦白質(zhì)FA降低[10-11]，國內(nèi)尚無相關(guān)報(bào)道。額葉和人的認(rèn)知功能相關(guān)，有研究表明額內(nèi)側(cè)回活動(dòng)的減弱可能是抑郁癥患者情緒加工異常的基礎(chǔ)[14]；在持續(xù)任務(wù)的研究中也發(fā)現(xiàn)額內(nèi)側(cè)回局部血流增加[15]；還有研究發(fā)現(xiàn)人的猶豫思維和額內(nèi)側(cè)回的異?；顒?dòng)相關(guān)[16]；當(dāng)人處于精神危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，如煩躁，多疑，沖動(dòng)時(shí)，額內(nèi)側(cè)回功能活動(dòng)會(huì)發(fā)生改變[17]。Sorg等[11]對(duì)經(jīng)歷了伊拉克和阿富汗戰(zhàn)爭的退伍軍人做了研究，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能降低的mTBI患者的前額葉內(nèi)側(cè)白質(zhì)，胼胝體，扣帶束的FA值明顯降低，認(rèn)為mTBI患者白質(zhì)完整性破壞促進(jìn)了執(zhí)行功能降低。以上研究從不同方面證實(shí)了額內(nèi)側(cè)回對(duì)認(rèn)知功能的重要作用，本研究結(jié)果與之一致。中央后回皮質(zhì)區(qū)為感覺功能區(qū)，其皮質(zhì)下白質(zhì)區(qū)是丘腦皮質(zhì)束行程區(qū)，損害后會(huì)導(dǎo)致感覺傳導(dǎo)功能的異常，臨床上常見的為刺激癥狀，如陣發(fā)性肢體麻木，陣發(fā)性軀體疼痛不適。楔前葉、顳葉和扣帶回是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵區(qū)域[18]，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)與人的意識(shí)，記憶，注意等高級(jí)認(rèn)知功能相關(guān)[18-19]。后扣帶回與人的行為監(jiān)控及情緒有關(guān)，Yang等[20]研究表明后扣帶回皮質(zhì)神經(jīng)活動(dòng)增加與受試者強(qiáng)迫癥狀相關(guān)，其相應(yīng)區(qū)域白質(zhì)受損可能導(dǎo)致灰質(zhì)神經(jīng)活動(dòng)的相對(duì)亢進(jìn)而出現(xiàn)強(qiáng)迫癥狀，如反復(fù)回憶受傷過程，反復(fù)體驗(yàn)受傷當(dāng)時(shí)痛苦。顳葉與人的聽覺，記憶和情感相關(guān)，在一項(xiàng)對(duì)mTBI患者一年的縱向研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)展成為抑郁癥的患者顳葉和額葉區(qū)

域的白質(zhì)存在損害[21]，楔前葉、顳葉和扣帶回區(qū)域白質(zhì)損害會(huì)導(dǎo)致默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的改變，使患者的記憶、注意及執(zhí)行功能等高級(jí)認(rèn)知功能改變而出現(xiàn)各種臨床不適。本研究發(fā)現(xiàn)的異常腦區(qū)均參與了人的認(rèn)知情感活動(dòng)過程，與既往研究一致性地發(fā)現(xiàn)以上腦區(qū)白質(zhì)FA值降低[10-11]，本研究結(jié)果與國外的相關(guān)研究有較高的一致性。

國外多項(xiàng)研究認(rèn)為FA值降低與患者認(rèn)知功能受損相關(guān)[10-11,21]，大腦微結(jié)構(gòu)的改變與其持續(xù)的認(rèn)知功能障礙有關(guān)[22]，并認(rèn)為DTI能預(yù)測mTBI患者認(rèn)知功能[23]。為進(jìn)一步探討中國文化背景下無癥狀性mTBI患者異常腦區(qū)FA值與認(rèn)知功能及其他臨床因子的關(guān)系，本研究做了相關(guān)分析，但未發(fā)現(xiàn)各異常腦區(qū)白質(zhì)FA值與反映認(rèn)知功能的P300波幅和潛伏期存在相關(guān)，亦未發(fā)現(xiàn)與各臨床因子存在相關(guān)。這可能與入組的患者僅存在輕微認(rèn)知功能障礙，無任何臨床癥狀有關(guān)。針對(duì)mTBI的DTI研究中存在的一些問題，美國精神病學(xué)雜志發(fā)表評(píng)論認(rèn)為DTI發(fā)現(xiàn)的異常腦區(qū)是否具有特征性改變，是否會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)臨床癥狀的發(fā)生還有待進(jìn)一步縱向研究以明確[24]。在臨床實(shí)際中，只有少數(shù)mTBI患者出現(xiàn)認(rèn)知功能缺損的臨床癥狀[3]，對(duì)本研究來說，還應(yīng)加大樣本量的采集，對(duì)患者進(jìn)行追蹤隨訪，比較有和無認(rèn)知功能受損癥狀患者大腦白質(zhì)改變特點(diǎn)，以期能夠發(fā)現(xiàn)認(rèn)知功能缺損的影像學(xué)的生物學(xué)標(biāo)記，同時(shí)可以采用網(wǎng)絡(luò)分析、結(jié)構(gòu)分析、獨(dú)立成份分析等多模態(tài)的綜合分析技術(shù)以增加結(jié)果的說服力度。

綜上所訴，本文探討了無癥狀性mTBI患者大腦白質(zhì)彌散張量與認(rèn)知功能特點(diǎn)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)mTBI患者臨床康復(fù)后仍存在認(rèn)知功能損害，其右額內(nèi)側(cè)回，雙側(cè)中央后回、左楔前葉，左后扣帶回和右顳上回白質(zhì)存在FA降低。由于本研究為橫斷面研究，雖然相關(guān)性分析未發(fā)現(xiàn)異常腦區(qū)與各臨床因子存在相關(guān)，目前尚不能說明這些異常腦區(qū)是否為患者認(rèn)知功能改變的特征性腦區(qū)，這還有待進(jìn)一步隨訪研究或采用多模態(tài)的神經(jīng)影像分析技術(shù)以進(jìn)一步明確。

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The study of diffusion tensor imaging and cognitive function in patients with asymptomatic mild traumat?ic brain injury

.LI Maokun,YANG Tao,ZHANG Lan,XU Xiufeng,XIANG Mingqing,JIANG Hongyan,WU Qian, WANG Hua.Department of Neurosurgery,the First Affiliated Hospital of Yangtze University,JingZhou 434000,China. Tel:0716-8214001.

ObjectiveTo explore the features of white matter in DTI in patients with asymptomatic mild traumat?ic brain injury（mTBI）and their correlation with the cognitive features.MethodsThe DTI data and cognitive function data were obtained from 36 mTBI patients and 36 health controls.The fractional anisotropy(FA)pictures were ana?lyzed by voxel-based analysis.The FA value differences of the two groups were analyzed by using t test.The values of FA were extracted from the abnormal regions of mTBI patients.Correlation analyses were performed on the association of extracted FA value with P300 latency，P300 amplitude，the scores of Montreal Cognitive Assessment(MoCA)Scale, Hamilton Depression Scale,Hamilton Anxiey Scale，age and education（P＞0.05）.ResultsCompared with controls, mTBI patients had significant reduction of FA in the right medial frontal gyrus,bilateral postcentral gyrus,left precune?us,right posterior cingutate and right superior temporal gyrus（P＜0.01，F(xiàn)DR correction）.There were no significant correlations between extracted FA value and all clinical characteristics in mTBI patients.ConclusionsPatients with mTBI have white matter microstructural damage and cognitive impairment.

Mild traumatic brain injury(mTBI)Cognitive function P300 Diffusion tensor imaging(DTI)

R743

A

2014-10-09）

（責(zé)任編輯:李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2015.04.008

* 長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)外科（荊州434000）

**長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科

△ 昆明醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院精神科

※ 中南大學(xué)湘雅醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科