2～4 歲孤獨癥譜系障男童的腦磁共振擴(kuò)散峰度成像研究

孫永兵，趙鑫，邢慶娜，李雙宇，張小安

（鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院放射科，河南 鄭州 450000）

孤獨癥譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）是一種以溝通能力缺陷、社交障礙及重復(fù)刻板的行為和興趣等為主要臨床癥狀的廣泛腦發(fā)育障礙性疾病[1]。根據(jù)美國權(quán)威機(jī)構(gòu)最新調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，估計每54 名8 歲以內(nèi)兒童中會有1 名兒童患有ASD，且男孩患病率高于女孩[2]。國內(nèi)尚無大規(guī)模全國性流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)，我國一項Meta 分析顯示，中國大陸兒童ASD 的患病率為11.8/10 000[3]，孤獨癥的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢。全面發(fā)育遲緩（Global developmental delay，GDD）兒童與ASD 兒童的臨床癥狀存在多項重合，目前，ASD 的診斷主要依靠臨床量表評估，且常在2 歲后可明確診斷[4]。2 歲后確診的ASD 男童腦部結(jié)構(gòu)的特點如何值得探索。磁共振彌散峰度成像（Diffusional kurtosis imaging，DKI）是在擴(kuò)散張量成像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，旨在通過引入峰度值指標(biāo)作為反映組織異質(zhì)性的標(biāo)志來檢測組織非高斯擴(kuò)散行為[5]。本研究利用DKI 技術(shù)評估2～4 歲ASD 男童部分腦區(qū)的結(jié)構(gòu)改變，目的是探尋ASD 男童腦結(jié)構(gòu)改變的證據(jù)，并將其與患兒的臨床神經(jīng)心理評分進(jìn)行關(guān)聯(lián)，探索ASD的病理生理機(jī)制。

1 資料和方法

1.1 一般資料

回顧性分析2020 年1 月—2021 年6 月在鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院兒童保健科首次確診為ASD 的22 例男童的資料，將20 例年齡、性別、出生體質(zhì)量、出生孕周和發(fā)育商（DQ）相匹配的GDD 男童作為對照組。

ASD 組納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊第5 版（DSM-5）中ASD 的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]；②兒童孤獨癥評定量表（The childhood autism rating scale，CARS）得分≥30 分；③年齡24～48月，男性；④無驚厥或頭部外傷史、無精神疾病史、無精神藥物治療史、無神經(jīng)系統(tǒng)疾病家族史等；⑤MRI 常規(guī)掃描未發(fā)現(xiàn)有局灶性或彌漫性腦內(nèi)疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：明顯出生缺陷或有任何磁共振檢查禁忌癥患兒。

GDD 組納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合DSM-5 中GDD 的診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]；②≥2 個發(fā)育維度的發(fā)育商（Developmental quotient，DQ）＜70 分；③無法確切評估病情的嚴(yán)重程度，系統(tǒng)性智力測驗無法評估[7]。排除標(biāo)準(zhǔn)：除外孤獨癥、精神發(fā)育遲緩、明顯出生缺陷或有任何遺傳綜合征、系統(tǒng)性疾病、顱腦外傷史等患兒。

所有兒童均在接受治療前完成了磁共振成像采集和一系列其他臨床評估。本研究通過本院倫理委員會審核并批準(zhǔn)，所有研究對象監(jiān)護(hù)人均同意參與研究并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 研究工具

①一般資料：選用自制調(diào)查問卷，包括兒童個人基本信息，父母生育年齡、職業(yè)、身高、文化程度，母孕史及出生史等。②DSM-5[6]主要包括A、B、C、D、E 5項，其中A 項評估社會溝通及社會交往的缺陷；B項為重復(fù)的、局限的刻板行為；C 項強(qiáng)調(diào)上述癥狀在發(fā)育早期就存在；D 項強(qiáng)調(diào)上述癥狀對患者的社交、職業(yè)等方面產(chǎn)生了顯著的障礙；E 項強(qiáng)調(diào)此癥狀無法用智力發(fā)育障礙或GDD 來解釋。其中A 項符合3個 條目，B項符合2個條目，C、D、E3項回答為“是”，考慮ASD診斷。③CARS 量表[8]具有良好的信度及效度，Cronbach’s 系數(shù)為0.781。由15 項內(nèi)容組成，每項按1～4 級評分，總分<30 分初步判斷為無孤獨癥；30～<37 分診斷為輕到中度孤獨癥；37～60 分并至少有5 項評分高于3 分診斷為重度孤獨癥。④Gesell量表[9]包括5 個能區(qū)，分別為適應(yīng)性行為（DQ1）、大運動（DQ2）、精細(xì)動作（DQ3）、語言（DQ4）個人社交行為（DQ5），由DQ 表示各能區(qū)發(fā)育水平。DQ>85 分表示發(fā)育正常，>75～85 分表示邊緣狀態(tài)，>55～75 分表示輕度遲緩，>40～55 分表示中度遲緩，>25～40 分表示中度遲緩，≤25 分表示極重度遲緩。

1.2.2 設(shè)備和方法

采用美國GE 公司3.0T MRI 掃描儀（Pioneer，GE Health care Milwaukee，WI，USA）16 通道線圈進(jìn)行掃查。為減少運動偽影，獲得高質(zhì)量圖像，所有患兒均在MRI 檢查前30 min 用5%水合氯醛（0.5 mL/kg體質(zhì)量）灌腸麻醉。外耳道插入棉球保護(hù)聽力，頭部兩側(cè)放置隔音海綿固定。入睡后行顱腦MR 掃查，包括常規(guī)序列T1WI、T2WI 及DKI。DKI 序列掃描參數(shù)：TR 8 200 ms，TE 2.32 ms，矩陣256×256，激勵次數(shù)1，視野200 mm×200 mm，層厚4 mm，層間距0 mm，b值為0、1 000 s/mm2和2 000 s/mm2，掃描時間443 s，層數(shù)為29 層。

將采集的DKI 圖像導(dǎo)入iQuant 后處理工作站完成數(shù)據(jù)的處理，一次性得到各向異性分?jǐn)?shù)（Fractional anisotropy，F(xiàn)A）、平均彌散系數(shù)（Mean diffusivity，MD）、軸向彌散系數(shù)（Axial diffusivity，DA）、徑向彌散系數(shù)（Radial diffusivity，DR）、平均彌散峰度（Mean kurtosis，MK）、軸向彌散峰度（Axial kurtosis，Ka）、徑向彌散峰度（Radial kurtosis，Kr）7 幅偽彩圖，并將FA、MD、MK、Ka 和Kr 偽彩圖依次導(dǎo)入ITK-SNAP（Version 3.8.0 Jun 12，2019）軟件，參照FA圖，在清晰顯示各感興趣區(qū)位置時，使用圓形測量工具，每次測量置于感興趣區(qū)的正中部位，盡量避免周圍組織的污染，平均測量3 次后取平均值，測得7 個感興趣區(qū)左右雙側(cè)的MD、MK、Ka、Kr值，包括雙側(cè)額葉白質(zhì)、雙側(cè)頂葉白質(zhì)、胼胝體膝部和壓部、雙側(cè)內(nèi)囊前肢、雙側(cè)內(nèi)囊后肢、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)尾狀核頭（圖1～12）。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

運用SPSS 25.0 版統(tǒng)計軟件包進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩組間比較符合正態(tài)分布的采用獨立樣本t 檢驗，并以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示，感興趣區(qū)的DKI 參數(shù)與CARS 總分之間的關(guān)系應(yīng)用Pearson 相關(guān)性分析。所有的統(tǒng)計檢驗均為雙尾，顯著性水平為0.05。

2 結(jié)果

2.1 ASD 組與GDD 組一般情況

兩組兒童的年齡（P=0.073）、出生體質(zhì)量（P=0.082）、檢查時體質(zhì)量（P=0.29）、出生孕周（P=0.938）以及Gesell 量表5 個能區(qū)（P=0.570、0.644、0.956、0.088、0.247）評分間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表1）。

表1 ASD 組與GDD 組兒童的一般情況及神經(jīng)心理學(xué)評分比較

2.2 ASD 組與GDD 組不同腦區(qū)感興趣區(qū)DKI 參數(shù)值比較

兩組間比較，ASD 組的左側(cè)丘腦和左側(cè)尾狀核頭Kr值大于對照組（P＜0.05），差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，余感興趣參數(shù)值間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表2，3）。

表2 ASD 與GDD 組不同腦區(qū)感興趣區(qū)MD值和MK值比較

2.3 ASD 組各腦區(qū)DKI 參數(shù)與心理學(xué)評分的相關(guān)性分析

CARS 總分與右側(cè)丘腦Kr值呈正相關(guān)（r=0.442，P=0.040），DQ1 與胼胝體膝部Kr值呈負(fù)相關(guān)（r=-0.445，P=0.038），DQ3 與右側(cè)額葉白質(zhì)和左側(cè)頂葉白質(zhì)Kr值呈負(fù)相關(guān)（r=-0.455，P=0.033）、（r=-0.448，P=0.036），DQ5 與右側(cè)額葉白質(zhì)和左側(cè)頂葉白質(zhì)Kr值呈負(fù)相關(guān)（r=-0.519，P=0.013）、（r=-0.439，P=0.041）（表4）。

表3 ASD 與GDD 組不同腦區(qū)感興趣區(qū)Ka值和Kr值比較

表4 ASD 組感興趣區(qū)Kr值與CARS 總分、Gesell 各能區(qū)評分之間的相關(guān)性分析（r）

3 討論

ASD 病因不明，與遺傳、感染、免疫及孕期理化因子刺激等有關(guān)。目前，ASD 最有效的治療方法是盡早干預(yù)和康復(fù)訓(xùn)練。干預(yù)的年齡越早，治療療效越好。早期積極的康復(fù)訓(xùn)練能明顯改善癥狀，提高ASD 患兒的生活質(zhì)量。當(dāng)前ASD 面臨的首要挑戰(zhàn)是早期檢測識別并有效干預(yù)治療。常規(guī)磁共振掃描很少能發(fā)現(xiàn)特異性病灶，且大多數(shù)ASD 患兒磁共振檢查并未發(fā)現(xiàn)異常。此外，已證實人類智力與腦白質(zhì)束的完整性和腦容量有關(guān)，典型發(fā)育兒童的智商得分通常遠(yuǎn)高于ASD 兒童[10-11]。為了控制智商差異以更好地揭示ASD 的核心特征，我們選擇了GDD 男性患兒作為對照組，以匹配兩組間的智商得分。為避免忽略大腦偏側(cè)化的影響，本研究未將感興趣區(qū)左右兩側(cè)的特征值進(jìn)行平均。結(jié)合之前的研究，選取與ASD 臨床癥狀較相關(guān)的腦區(qū)作為本研究的感興趣區(qū)，并同時納入了灰質(zhì)和白質(zhì)核團(tuán)。MK、Kr、Ka 和MD值分別測量水分子擴(kuò)散的不同特征，并且對大腦灰質(zhì)核團(tuán)微結(jié)構(gòu)改變異常敏感[12]，在本研究的數(shù)據(jù)中，Kr值作為一個垂直于主要擴(kuò)散方向的擴(kuò)散峰度的DKI 特異性參數(shù)，是量化組間差異的最敏感指標(biāo)，因此本研究中只分析了Kr值與ASD 組神經(jīng)心理學(xué)評分的相關(guān)性。

以往的磁共振彌散張量成像（DTI）多集中于大腦白質(zhì)的研究，對大腦灰質(zhì)的改變關(guān)注較少，DKI 技術(shù)不僅能更敏感的檢測到灰質(zhì)核團(tuán)的微結(jié)構(gòu)改變，而且完善了DTI 檢查中FA值在神經(jīng)纖維交叉處檢測的不敏感性[13]，可同時更完整地識別腦微結(jié)構(gòu)的組織學(xué)變化。DKI 已被證明對腦白質(zhì)改變[14]以及包括帕金森病[15]、多發(fā)性硬化[16]、創(chuàng)傷性腦損傷[17]、精神分裂癥[18]、阿爾茨海默病[19]和注意力缺陷/多動障礙[20]在內(nèi)的幾種疾病的微結(jié)構(gòu)變化敏感。MK值是指水分子沿空間各方向彌散峰度的平均值[21]，可反映大腦灰質(zhì)核團(tuán)擴(kuò)散受限情況及其微觀結(jié)構(gòu)的變化，水分子擴(kuò)散受限程度越嚴(yán)重，組織微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度就越高，即MK值越大。本研究中ASD 組兩側(cè)丘腦和尾狀核頭的MK值與GDD 組比較，差異沒有統(tǒng)計學(xué)意義，但ASD 組的MK值均大于GDD 組。其可能的原因為丘腦和尾狀核頭內(nèi)神經(jīng)元破壞、丟失或膠質(zhì)增生嚴(yán)重，導(dǎo)致其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化更復(fù)雜，從而使水分子的擴(kuò)散受限。在本研究中，右側(cè)丘腦Kr值與CARS 總分呈正相關(guān)，也驗證了這一點，CARS 總分越高，表明ASD 組分級越嚴(yán)重，該結(jié)果與國內(nèi)的研究不符[22]。

Kr 和Ka值彌補了MD值在反映水分子擴(kuò)散運動方向性上存在的不足，它們分別反映了水分子在垂直及平行于纖維束方向的擴(kuò)散信息[23]。本研究中發(fā)現(xiàn)ASD 組左側(cè)丘腦和左側(cè)尾狀核頭Kr值均高于GDD組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。原因可能是尾狀核頭和丘腦內(nèi)細(xì)胞膜、神經(jīng)元髓鞘的破壞或神經(jīng)元的膠質(zhì)增生增加了水分子在垂直于纖維束方向的擴(kuò)散阻力，且ASD 組的左側(cè)丘腦和尾狀核頭較GDD 組破壞更嚴(yán)重。ASD 組Gesell 發(fā)育量表5 個能區(qū)相關(guān)性分析結(jié)果顯示，DQ1 與胼胝體膝部Kr值呈負(fù)相關(guān)，即Kr值越高，適應(yīng)性能力越差，這與Sui 等[24]的研究結(jié)果基本一致。DQ3 和DQ5 分別與右側(cè)額葉白質(zhì)和左側(cè)頂葉白質(zhì)Kr值呈負(fù)相關(guān)。額葉主要參與執(zhí)行功能、心理理論調(diào)控，頂葉主要與身體協(xié)調(diào)性和感覺有關(guān)。細(xì)胞正常結(jié)構(gòu)破壞越嚴(yán)重，組織微結(jié)構(gòu)順序雜亂越明顯，反映為組織彌散峰度系數(shù)改變，同時會影響神經(jīng)元之間的信息傳遞。本研究中兩組的Ka值和MD值比較都未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)意義，可能的原因是兩組腦組織細(xì)微結(jié)構(gòu)破壞的差異較小，且在水平方向的彌散受限不明顯。比較意外的發(fā)現(xiàn)是，本研究中并未發(fā)現(xiàn)DQ4 與DKI 參數(shù)之間的關(guān)系。根據(jù)以往的研究，語言溝通障礙是ASD 最早的征兆之一，也是導(dǎo)致其就診的主要原因[25]，可能的解釋是語言功能高度依賴復(fù)雜的聯(lián)想加工，還受皮層區(qū)域的影響[26]，因此ASD 男童語言發(fā)育落后并不能通過單一參數(shù)進(jìn)行量化。

目前，兒童ASD 的DKI 研究較少，國外的研究較多集中在青少年這一年齡段[24，27-28]。DKI 技術(shù)在學(xué)齡前兒童ASD 中的應(yīng)用前景非常廣泛。由于ASD的診斷主要依靠臨床量表評估，缺乏一定的客觀性證據(jù)，因此開發(fā)磁共振診斷標(biāo)志物對ASD 的早期發(fā)現(xiàn)非常有必要。本研究結(jié)果表明，ASD 男童大腦存在廣泛的微結(jié)構(gòu)改變，其中以右側(cè)丘腦改變最為顯著，右側(cè)丘腦Kr值或許會對ASD 的診斷有一定幫助。將來的研究重點可以納入更多更精細(xì)的感興趣區(qū)，將年齡跨度進(jìn)一步縮小，盡可能避免髓鞘化發(fā)育的影響。同時聯(lián)合3D 磁共振序列，提取感興趣區(qū)的體積和面積，對大腦微結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行更全面的評估。接下來本課題組將會納入更多的ASD 樣本，并招募志愿者進(jìn)行多時段的縱向研究以驗證結(jié)論，并進(jìn)行長期的隨訪。

本研究也存在一些不足：①樣本量較小，未對孤獨癥的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級比較，病情的嚴(yán)重程度不同，腦結(jié)構(gòu)的變化可能也不同；②所有樣本納入的均為男童，結(jié)論可能不一定適合該年齡段的所有兒童；③感興趣區(qū)基于手動分割，不適于大樣本量分析。