年齡相關性視輻射功能減退的磁共振DTI各向異性研究

洪 梅 張 祥

正常腦白質神經纖維束中的水分子運動具有顯著的各向異性，即水分子運動與神經纖維束走形有高度的一致性，磁共振彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）通過計算各向異性值（fractional anisotropy，FA）達到量化這種一致性的目的，腦白質的FA值的減低能夠表明該區域神經傳導功能的減低。在先前的文獻中都有關于視輻射老化或發育異常的DTI的報道[1-3]，但多數只得到老年人視輻射FA值低于青年人的數據結果，本研究采用SPM（statistic parametric mapping）軟件對18～75歲5組正常人的FA值進行分析，不僅得到視輻射功能退化的變化規律，同時直觀顯示視輻射功能減低區域的分布圖。

1 資料與方法

1.1 研究對象及分組

選取18～75歲健康志愿者40例，平均年齡（49.6±20.1）歲，其中男22例，年齡（47.8±18.6）歲，女18例，年齡（51.6±22.1）歲，男女年齡無差異（t=-0.569，P=0.573）。受檢者分為5組，每組均為8例，第1組18～35歲為對照組，年齡（27.1±5.1）歲，第2組36～45歲，年齡（41.5±3.6）歲，第3組46～55歲，年齡（50.8±2.4）歲，第4組56～65歲，年齡（59.6±3.5）歲，第5組66～75歲，年齡（71.1±2.8）歲。所有選定的志愿者均為先行常規MRI掃描后腦內無明顯器質性病變者，所有受檢者檢查前須簽訂知情同意書。

1.2 影像檢查及圖像后處理

采用GE Signa HD 1.5T 超導型MR檢查系統，高解析8通道線圈作為接受線圈。常規橫斷面MRI掃描： FSE-T1WI：TR/TE=450/15ms，ETL=2，FSE-T2WI： TR/TE=3000/85ms，ETL=16。掃描層厚5.5mm，間隔0.5mm。DTI掃描采用單激發SE-EPI序列，掃描參數：TR/TE=7000/85ms，NEX=2，128×128 matrix，FOV=240×240 mm，b=1000s/mm2，15個梯度擴散方向，掃描層厚5.0mm，間隔0，范圍頂部頭皮至顱底，包括整個顱腦共26層。得到的原始圖像載入DTI studio 2.4軟件內處理得到可分析的FA數據圖。

1.3 統計學分析

運用SPM2（statistical parametric mapping）軟件，分別對第2組與第1組，第3組與第1組，第4組與第1組及第5組與第1組之間進行T檢驗分析，得到FA值顯著減低區域的分布圖，P＜0.05時具有顯著統計學差異。

2 結 果

由DTI studio 2.4 得到的FA值數據經SPM統計學處理并疊加在標準化的T1WI像上得到彩色FA值減低分布圖。分布圖顯示：第2組與第1組比較出現右側視輻射FA減低區，顏色呈現黃色（圖1）；第3組較第1組出現雙側視輻射FA減低區，范圍較第2組略有擴大，雙側FA減低區顏色均為淺橙色（圖2、3）；第4組較第1組出現雙側視輻射FA減低區，范圍較第3組明顯擴大，顏色表現為深橙色（圖4～6）；第5組較第1組出現雙側視輻射FA減低區，范圍較第4組無顯著擴大，但顏色由深橙色變為紅色（圖7～9）。不同年齡組矢狀位顯示：視輻射FA減低區域2、3、4組較1組呈范圍遞增，顏色遞深，第5組范圍無明顯擴大，但顏色明顯加深（圖10～13）。顱腦其他區域如放射冠、內囊、額葉、頂葉、顳葉、海馬、小腦半球均出現FA減低區（圖14），范圍隨年齡逐漸擴大，顏色逐漸加深。

3 討 論

3.1 DTI在人腦白質退化中的應用

人腦隨年齡增長出現的退化是個連續的過程，包括結構和功能的退化，結構的退化可以通過CT或常規MRI等形態學檢查進行評價，如判斷腦回萎縮的程度等，但事實上腦功能的減退遠遠早于結構上的變化，此時CT或常規MRI的檢查均不能發現，DTI是基于磁共振技術而出現的一種分子影像學技術，可以用來檢測組織內水分子的擴散方向及不同方向上的擴散程度，當水分子在各個方向上的擴散能力相同時稱為各向同性，反之為各向異性，正常腦白質神經纖維束存在完整的髓鞘使水分子運動具有各向異性，即水分子的運動方向與神經纖維束的走形是高度一致的，當神經纖維束出現缺血缺氧，毒素或一些導致髓鞘脫失的病理因素的侵害時，神經軸突中的水分子運動會出現在平行纖維束走形方向上的運動減弱或在垂直方向上運動增加，在DTI成像中會出現神經纖維束各向異性值（FA）的減低，因此可以用FA值來量化腦白質的神經纖維束功能異常[8]。DTI已經較廣泛地應用于腦白質發育與退化、偏頭痛、癲癇、抑郁癥等腦功能學方面的臨床研究中[1-7]。本研究通過對5組40例健康志愿者進行全腦的FA值測量，然后比較出隨年齡增加而出現的FA值減低的區域，在這些區域中，視輻射區為較早出現并持續減低的區域，因此判斷該區域的腦白質功能在一定程度上出現了異常，由于所有患者均未發現器質性病變，則造成FA值減低的原因應主要為隨年齡增加而出現退化的自然過程。

3.2 視輻射區FA值減低的變化規律

本研究以18～35歲為對照組，分析36～75歲4個年齡組的腦白質FA值的變化情況，通過SPM2軟件的自動處理得到人腦白質的退化區域和退化過程，其中視輻射區在各個年齡組均出現了減低，范圍由單側逐漸擴大到雙側，FA值減低的程度逐漸加深，FA值減低區在SPM圖上的顏色由黃色逐漸演變為紅色，即顏色逐步加深，顏色的加深表明FA值統計學差異性的增大，也提示了FA值減低程度逐步加深，視輻射區的FA值減低的變化規律與人腦正常退化的規律性是一致的[1-6]，同時56～65歲的8例受試者的視輻射的FA變化幅度較前兩組明顯增加，66～75歲8例受試者相對于前一組僅表現顏色加深，而范圍無明顯擴大，由此看來在視輻射腦白質整個退化過程中可能存在加速退化的年齡階段，同時老年人的視力減低可能不僅僅是眼球本身的問題，中樞神經系統的退化也是重要原因之一。DTI作為一種無創性檢查手段對研究正常人的視輻射的功能異常具有重要價值，但同時由于目前仍缺乏不同年齡段的正常FA值的標準值，因此無法對單一個體的退化情況作出判斷。

3.3 SPM軟件引入研究的優勢

在以往的研究中多采用人工畫感興趣區的方法測量某一區域的FA值[3-6]，感興趣區的放置部位、形狀、大小及邊界的畫定完全依賴于操作者，易產生測量誤差，不同的操作者常造成迥異的結果，降低了客觀性和可重復性，同時操作者要對哪一部位可能出現異常提前作出判斷，這種判斷的準確性完全依賴于操作者的認識程度，因此常常會遺漏或誤判FA值減低的區域，進而導致錯誤的結論。SPM軟件首先對得到的FA值分析圖進行標準化（normalize），使頭顱大小不一致的個體一致化，然后進行像素濾過（smoothen），最后進行T檢驗分析，產生所有具有顯著統計學差異的區域，用偽彩色疊加到結構圖中，整個過程具有高度自動化，從而全面、客觀、直觀地顯示出FA值減低的區域，因此該方法較畫感興趣區法更準確和具有可重復性。盡管Furutani等[2]的研究中僅對20～29歲和60～69歲兩個年齡階段的對象運用SPM 進行FA值比較，其FA值出現減低的部位與本研究結果基本一致，因此本研究結果較畫定ROI的方法更加客觀。

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