豆狀核大腦老化中ESWAN-R2* 值的臨床研究價值

王 波，張 潔，任麗香，龔霞蓉，龔志梅，吳昆華，芮茂萍

在健康人群生長過程中，隨著年齡增長人的腦組織亦會發生退行性改變［1］。隨著我國人口老齡化的速度增長，伴隨著老化所產生的腦改變的研究越來越受到人們的關注。本文主要應用ESWAN(enhanced gradient echo T2 star-weighted angiography)掃描，研究正常腦老化過程中豆狀核腦鐵含量與側別、性別、年齡之間的相關性，探索腦鐵沉積的變化規律，為神經退行性疾病如帕金森病的研究奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集我院2011 年1 月至今共128 例右利手的成年健康志愿者作為研究對象，行常規顱腦MRI 掃描及ESWAN 檢查無異常，其中男性組及女性組各64 例，年齡匹配，25～85 歲(平均58.25 歲)。

收集我院2011 年1 月至今共157 例右利手的成年健康志愿者作為研究對象，行常規顱腦MRI 掃描及ESWAN 檢查無異常，其中男性86 例，女性71例，年齡20～85 歲(平均57.22 歲)。所有志愿者按其年齡段分為6 組。A 組:20～29 歲11 例，B 組:30～39 歲7 例，C 組:40～49 歲29 例，D 組:50～59 歲32 例，E 組:60～69 歲40 例，F 組:≥70 歲38 例。

上述所有志愿者均排除可能影響神經系統的系統性疾患及代謝性疾病，既往無神經系統、精神疾病病史，掃描前均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

1.2.1 MRI 的掃描 使用GE Signa HDXt 3.0 T超導型磁共振儀和8 通道顱腦線圈。掃描參數有:橫軸位SE T2WI(TR/TE:2820/111 ms);FLAIR SE T1WI (TR/TE:1777～1823/26.8 ms，TI:860 ms);FLAIR SE T2WI (TR/TE:8002/146～153 ms，TI:2000～2250 ms)。SWAN 橫軸位:Oblic 3D Mode，FSPGR，TR68.2 ms，TE=6.06、13.44、20.81、28.18、35.55、42.92、50.30、57.67 ms，層厚/層間距:2/0 mm，翻轉角20°，NSA:1，FOV:24 mm，Bandwith 31.25，距陣416 ×356。

1.2.2 R2*圖像后處理及R2*值的測量 掃描完成后在aw 4.4 工作站的Functool 軟件對SWI強度和相位的信息進行圖像后處理，得到相位圖、幅值圖及R2*圖像。全部數據由2 位MRI 醫師使用多邊形測量工具，分別測量得出雙側殼核、蒼白球的R2*值(見圖1～圖3)，并取其均值以盡可能減少人為誤差，不同意見共同協商達成一致意見。

1.3 統計學處理 應用SPSS 17.0 統計學軟件包進行數據分析，P ＜0.05 為具有統計學意義。(1)采用配對t 檢驗分別比較男性組及女性組左、右側殼核、蒼白球的R2*值有無統計學差異;(2)采用獨立樣本t 檢驗比較男性組與女性組不同側別殼核、蒼白球R2*值有無統計學差異;(3)采用協方差分析來分析殼核、蒼白球的性別差異;(4)對所有志愿者按設定年齡段進行分組，并進行正態分布及方差齊性檢驗;(5)采用單因素方差分析研究各腦區不同年齡組之間的R2*值是否存在差異，采用最小顯著差(LSD)法進行組間兩兩比較;(6)采用spearson 相關分析研究各腦區R2*值與年齡的相關性。

2 結果

2.1 男性組及女性組左、右側殼核與蒼白球的腦鐵含量比較

男性組左、右側殼核、蒼白球的R2*值無統計學差異(P ＞0.05)(見表1)。

女性組左、右側殼核、蒼白球的R2*值無統計學差異(P ＞0.05)(見表2)。

2.2 女性組及男性組不同側別殼核與蒼白球的腦鐵含量比較 女性組的左/右側殼核、蒼白球R2*值較男性組均略高，但無統計學差異(P ＞0.05)(見表3)。說明女性組及男性組的殼核與蒼白球腦鐵沉積無側別差異。

表1 女性組左、右側各感興趣區的R2* 值的比較

表2 男性組左、右側各感興趣區的R2* 值的比較

表3 同一感興趣區的同側男、女性組的R2* 值的比較

2.3 殼核與蒼白球的腦鐵含量與性別之間的相關性 由于年齡的增長伴隨著腦鐵含量逐漸增加，因此本課題采用男性組與女性組年齡相匹配以剔除年齡的影響。本組數據采用協方差分析，其中年齡作為協變量，性別作為自變量，以控制年齡對腦鐵含量的影響。協方差結果顯示:在殼核、蒼白球的R2*值中，性別和年齡間均不存在交互作用(P ＞0.05)。殼核(F=49.221，P ＜0.001)及蒼白球(F=20.330，P ＜0.001)的R2*值與年齡之間存在線性關系(見圖2、圖3)。控制年齡的影響后，蒼白球(F=2.429，P=0.122 ＞0.05)的R2*值與性別間無統計學意義，說明蒼白球的R2*值不受性別差異的影響;而殼核(F=4.126，P=0.044 ＜0.05)的R2*值與性別間存在統計學差異，說明性別對殼核的R2*值有影響。

2.4 殼核與蒼白球各年齡組的腦鐵含量及單因素方差分析 殼核、蒼白球的R2*值行正態分布K-S 檢驗，P 值均＞0.05，說明殼核、蒼白球的R2*值呈正態分布。再行方差齊性檢驗，P 值均＞0.05，可行單因素方差分析。殼核、蒼白球的R2*值有統計學差異，P 值＜0.05(見表4)。說明隨年齡的增長，殼核、蒼白球的腦鐵沉積有增加。

表4 各年齡組的R2* 值及單因素方差分析()

表4 各年齡組的R2* 值及單因素方差分析()

* P ＜0.05，＊＊P ＜0.01

2.5 殼核與蒼白球R2*值的各年齡組組間兩兩比較 采用LSD 檢驗，在殼核A 組與C 組、E 組與F 組的R2*值比較有統計學差異，P 值＜0.05;A 組與D 組、A 組與E 組、A 組與F 組、B 組與E 組、B 組與F 組、C 組與E 組、C 組與F 組、D 組與F 組的R2*值比較均有顯著性統計學差異，P 值均＜0.01;說明殼核的腦鐵含量在40 歲以后隨年齡增長而增加，尤以60 歲以后更為明顯。在蒼白球A 組與E組、A 組與F 組的R2*值比較P 值＜0.01，有顯著統計學差異;C 組與E 組、C 組與F 組、D 組與E 組、D組與F 組的R2*值比較P 值＜0.05，有統計學差異;說明蒼白球的腦鐵含量60 歲以內處于相對平衡狀態，60～69 歲的年齡段達到高峰狀態，70 歲以后增長緩慢(見表5)。

表5 殼核和蒼白球各年齡組的R2* 值的兩兩比較(P 值)

2.6 殼核與蒼白球的腦鐵含量與年齡之間的相關性 采用pearson 相關分析研究各感興趣區R2*值與年齡的相關性。殼核(r 值=0.524，P=0.0001)及蒼白球(r 值=0.347，P=0.0001)的R2*值與年齡呈正相關，有顯著統計學差異，即隨著年齡增大，腦鐵含量增加(見圖4、圖5)。

圖1 R2* 圖像上右側殼核(黑色箭頭)、蒼白球(白色箭頭)的R2* 值測量示意圖

圖2 殼核R2* 值隨年齡變化的散點圖

圖3 蒼白球R2* 值隨年齡變化的散點圖

圖4 殼核R2* 值隨年齡變化的散點圖

圖5 蒼白球R2* 值隨年齡變化的散點圖

3 討論

3.1 ESWAN 的R2*值在檢測腦鐵含量的可靠性及可行性 在正常的生理條件下，鐵只有很少的一部分以游離鐵的形式存在于體內，而絕大部分是與鐵蛋白、轉鐵蛋白相結合存在的。由于鐵蛋白具有較大的磁化率，增加了局部磁場不均勻性，導致彌散相位不能很快重聚，使得T2* 縮短，因此腦內鐵的沉積量與T2* 值相關［2］。而T2* 與R2*呈倒數關系，由此可知腦內鐵的沉積量與R2*相關。據此我們通過測量腦內結構的R2*值，便可反映腦鐵沉積的分布規律，為了解腦內鐵沉積分布、測量和觀察其變化提供了一種無創的方法。

局部磁場的不均勻是ESWAN 用來顯示腦鐵分布的基本原理［3，4］。ESWAN 采用的是薄層三維容積掃描，較常規磁共振檢查能更清晰的顯示腦內深部核團的細微形態和解剖結構［5］，為本課題的測量提供了較好的圖像質量，得到的數據就更為準確。

3.2 腦鐵含量與側別的差異 鐵參與著體內氧氣運輸、細胞的有氧代謝活動等多項重要的生理功能，是腦組織新陳代謝所必需的微量元素之一。鐵為許多重要酶能夠發揮正常功能提供了基礎，并且參與髓鞘中脂質和膽固醇的合成［6］。不同的腦細胞攝取鐵的能力不一致，并且在不同腦區鐵的密度亦不同，因而腦鐵的分布具有不均衡性［7］，說明不同腦區對鐵的需求量不同形成了不同的功能區。豆狀核由殼核與蒼白球構成，在中樞神經系統的調控和整合運動功能、認知和感覺的高級調控中，起著十分重要作用。而在豆狀核的老化過程中，腦鐵含量發生微妙改變，并在一定程度上影響其功能［8］。

本研究中男、女性組殼核、蒼白球的腦鐵含量左/右側無統計學差異，說明腦鐵含量不存在側別差異，呈對稱性分布。此結果與文獻報道不一致。夏爽等［9］采用磁敏感圖對不同年齡63 例健康志愿者腦鐵含量進行定量測量，除殼核外，黑質、紅核、蒼白球、尾狀核頭、丘腦和額葉白質區的鐵含量均為右側大于左側，得出左右兩側腦結構的鐵含量存在不對稱性。Xu 等［10］研究得出，左側殼核、蒼白球、黑質、丘腦以及額葉白質的腦鐵含量低于右側;而張京剛和胡春洪［11］研究認為右側殼核、蒼白球、黑質及尾狀核的鐵含量低于左側，推測可能與人腦運動功能的半球優勢差異及多巴胺系統半球有關。究其原因分析如下:(1)感興趣區選取:本課題感興趣區的勾畫在解剖結構清晰的最大層面SWI 圖像上人工進行，能更準確測量腦鐵含量情況;(2)成像方法的選擇:Xu 等［10］與張京剛和胡春洪［11］采用的是SWI 相位圖的成像方法。在國內、外的部分學者認為SWI相位圖是測量局部腦鐵含量的較好方法［12，13］。但腦鐵含量與相位值之間的絕對關系仍需要后續的進一步研究來加以證實［14］。而本課題直接測量R2*值來評價腦鐵沉積的分布變化，較相位值更為可靠。(3)志愿者的選取及數量分布:據文獻報道正常人深部灰質核團隨著年齡的增長，鐵在其部位的沉積逐漸增多［15，16］。本組數據亦證明大腦各腦區的R2*值與年齡之間存在線性關系。因此本研究選取年齡相匹配的進行統計學分析，剔除年齡變化對腦鐵含量的影響，較以上3 種方法更為準確。

3.3 腦鐵含量與性別的相關性 在各種神經退行性疾病中，男性的發病率較女性高，男性的發病平均年齡亦較女性早［1］，推測與男性外周血鐵含量相對較高有關［17］。但外周血由于血腦屏障的阻擋作用不能直接進入腦內，鐵通過血腦屏障是一個主動轉運的復雜過程，而且腦鐵含量較穩定，所以腦鐵含量不一定受外周血鐵含量的生理差異［8］。本研究中卻是女性的腦鐵含量略高于男性，而殼核有性別差異。與文獻報道不一致。Bartzokis 等［17］采用磁場依賴性R2 增加技術對腦鐵進行了測量得出腦鐵含量存在性別差異。而Xu 等［10］對78 例(男性40 例，女性38 例)年齡在22～70 歲的成年健康志愿者進行SWI 掃描，通過測量黑質、紅核、蒼白球、殼核、尾狀核頭、丘腦和額葉白質區的平均相位值，經統計學處理男性與女性之間并無顯著性差異，而認為成年人的腦鐵含量不存在性別差異。分析原因，與成像方法、感興趣區人為誤差、志愿者的選取及數量分布、習慣、人種的差別等有關。

3.4 腦鐵含量與年齡的相關性及腦鐵含量在各年齡組核團間的差異性 據文獻報道正常人深部灰質核團隨著年齡的增長，鐵在其部位的沉積逐漸增多［15，17］。人腦內在剛出生時幾乎不含鐵，隨著年齡的增長，鐵開始在大腦逐漸沉積，由于鐵沉積的速度在不同腦區不一致，因此腦鐵含量在成年后出現差異性分布。本研究得出殼核、蒼白球與年齡呈顯著顯著負相關，即隨著年齡增大，腦鐵含量增加;與文獻報道一致［15，17～19］。Aquino 等［20］研究得出:不同核團腦鐵含量隨年齡變化存在波動情況，不同年齡段其值可高或可低，因此年齡的分布情況會導致腦鐵含量的測量。

綜上所述，本研究得出，成年男、女性在殼核、蒼白球的腦鐵含量不存在側別差異;而在殼核的腦鐵含量存在性別差異;殼核、蒼白球的腦鐵含量隨著年齡增大，腦鐵沉積增加。此結果使得我們對于豆狀核在生理狀態下正常腦老化的腦鐵沉積有了進一步的認識，為某些神經功能障礙性疾病中腦內過度鐵沉積的鑒別及臨床診斷提供依據。

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