單相抑郁癥患者腦磁共振彌散張量成像FA值變化及意義

李淮周，周海燕，楊陽，楊孝敬，郭家梁，馬小萌，鐘寧,4

(1北京工業(yè)大學(xué)，國際WIC研究院，北京 100124；2磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3腦信息智慧服務(wù)北京市國際科技合作基地；4前橋工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與信息工程系)

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單相抑郁癥患者腦磁共振彌散張量成像FA值變化及意義

李淮周1,2,3，周海燕1,2,3，楊陽2,3,4，楊孝敬1,2,3，郭家梁1,2,3，馬小萌1,2,3，鐘寧1,2,3,4

(1北京工業(yè)大學(xué)，國際WIC研究院，北京 100124；2磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3腦信息智慧服務(wù)北京市國際科技合作基地；4前橋工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與信息工程系)

摘要：目的觀察單相抑郁癥患者腦磁共振彌散張量成像(DTI)各向異性分?jǐn)?shù)(FA)值變化，并探討其意義。方法采集21例單相抑郁癥患者(單相抑郁癥組)及與之匹配健康對照組的DTI圖像，對計(jì)算得出的全腦FA值使用基于體素的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對得到的感興趣區(qū)域進(jìn)行提取，并與心理學(xué)量表測試結(jié)果做相關(guān)性分析。結(jié)果單相抑郁癥組右側(cè)殼核，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回，左側(cè)三角部額下回，左側(cè)枕中回腦區(qū)FA值分別為0.205±0.024、0.336±0.053、0.228±0.068、0.308±0.073，健康對照組分別為0.228±0.019、0.391±0.052、0.281±0.045、0.356±0.075，兩組比較，P均<0.05。兩組右側(cè)殼核FA值與QIDS-SR評分(r=-0.353,P=0.022)，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回FA值與PHQ-9評分(r=-0.404,P=0.008)及QIDS-SR評分(r=-0.315,P=0.043)，左側(cè)枕中回FA值與T-AI評分(r=-0.353,P=0.022)為呈負(fù)相關(guān)。結(jié)論 單相抑郁癥患者右側(cè)殼核，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回，左側(cè)三角部額下回，左側(cè)枕中回腦區(qū)的FA值降低，表明單相抑郁癥患者存在多個腦區(qū)白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的變化，這些變化可能與抑郁或焦慮情緒障礙有關(guān)。

關(guān)鍵詞：單相抑郁癥；彌散張量成像；各向異性分?jǐn)?shù)；基于體素分析法

抑郁癥是一類以抑郁心境，情感低落為主要特點(diǎn)的情感障礙[1]。從發(fā)作類型可分為雙相抑郁癥或躁狂抑郁癥，單相抑郁癥。單相抑郁癥不僅對患者的學(xué)習(xí)、工作、家庭造成負(fù)面影響，還對患者的日常飲食、睡眠等身體功能造成危害。盡管經(jīng)過幾十年的研究，對其發(fā)病的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制依然知之甚少[2]。彌散張量成像(DTI)是一種無創(chuàng)評估大腦白質(zhì)完整性和纖維走向的方法，最常用的指標(biāo)是各向異性分?jǐn)?shù)(FA)。FA值可以反映腦白質(zhì)的完整性，例如髓鞘的厚度和膜的完整性[3]。有研究[4～6]發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者部分白質(zhì)區(qū)域FA值減小，但另有研究[7，8]發(fā)現(xiàn)部分白質(zhì)區(qū)域FA值增高，可見單相抑郁癥患者腦白質(zhì)在這些區(qū)域可能存在異常或產(chǎn)生某種彌補(bǔ)機(jī)制。為此，本研究觀察了單相抑郁癥患者腦磁共振DTI中FA值變化，并探討其意義。

1資料與方法

1.1臨床資料入選受試者的共同標(biāo)準(zhǔn)：右利手；年齡18～65歲；小學(xué)或以上文化程度；無神經(jīng)系統(tǒng)疾病家族史；無酒精和藥物濫用史。將2013年12月～2015年1月就診于首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安定醫(yī)院門診的21例單相抑郁癥患者作為單相抑郁癥組，其中男9例、女12例，年齡(34.81±11.03)歲。入選標(biāo)準(zhǔn)：符合精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊第四版(DSM-Ⅳ)抑郁障礙診斷標(biāo)準(zhǔn)的首次發(fā)作或已用藥處于緩解期的患者；獲得患者的書面知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：符合DSM-Ⅳ診斷表現(xiàn)的分裂情感性精神障礙、精神分裂癥、雙相情感障礙、精神發(fā)育遲滯、廣泛性發(fā)育障礙、譫妄、癡呆、記憶障礙或其他認(rèn)知障礙者；有嚴(yán)重焦慮癥狀和驚恐發(fā)作者；有顱腦外傷或患有嚴(yán)重不穩(wěn)定的軀體疾病者，已確診的甲狀腺疾病、心臟病等；物質(zhì)(酒、藥物等)濫用所致精神障礙者；自行服用過抗抑郁或其他精神疾病藥物者；有癲癇病史者，高熱驚厥者；入選前1個月使用過電休克療法者。另選擇來自北京工業(yè)大學(xué)的職工學(xué)生及其附近社區(qū)的人員21例為健康對照組，其中男9例、女12例，年齡(34.05±10.82)歲，就近匹配原則入組，與單相抑郁癥組年齡、性別、教育程度等匹配。本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院倫理委員會和首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安定醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2FA值檢測方法采用首都醫(yī)科大學(xué)附屬宣武醫(yī)院西門子3.0T MAGNETOM Trio Tim核磁共振成像設(shè)備和12通道相控陣頭部線圈對兩組進(jìn)行圖像的采集。在采集過程中使用耳機(jī)來減少掃描噪音干擾，使用泡沫襯墊來限制被試者頭部的移動，掃描均由專業(yè)的影像科醫(yī)生進(jìn)行操作。首先進(jìn)行全腦T1結(jié)構(gòu)像的掃描，掃描參數(shù)中TR=1 600 mm，TE=3.28 mm，TI=800 mm，視野(FOV)=256×256 mm2，翻轉(zhuǎn)角度=9°，厚度1 mm，總層數(shù)192層，分辨率1×1×1 mm3。掃描出的T1結(jié)構(gòu)像由影像科醫(yī)生進(jìn)行肉眼觀察，未發(fā)現(xiàn)任何結(jié)構(gòu)異常者進(jìn)行下一步掃描。最后對兩組全腦的DTI圖像進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)中b-value=2∶1 000 mm2，TR=6 000 ms，TE=87 ms，F(xiàn)OV=256×256 mm2，層厚3 mm，總層數(shù)45層。在12個不同的非線性方向上施加彌散敏感梯度。掃描出的DTI圖像由影像科醫(yī)生進(jìn)行檢查，排除出現(xiàn)的大的位移。將采集到的DTI數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髡荆褂帽本煼洞髮W(xué)開發(fā)的PANDA軟件(http://www.nitrc.org/projects/panda/)對被試者數(shù)據(jù)進(jìn)行渦電流和頭動矯正，并獲得每個被試者的FA圖和無彌散加權(quán)像b0圖；運(yùn)用SPM8軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)對FA圖配準(zhǔn)、空間標(biāo)準(zhǔn)化、重采樣為2×2×2 mm3，用6 mm的高斯核進(jìn)行平滑。

1.3統(tǒng)計(jì)學(xué)方法用MATLAB對單相抑郁癥組和健康對照組的年齡、性別、教育程度、9條目病人健康問卷(PHQ-9)、抑郁癥狀快速評估量表(QIDS-SR)、特質(zhì)焦慮問卷(T-AI)比較進(jìn)行獨(dú)立雙樣本t檢驗(yàn)；運(yùn)用SPM8基于體素的分析技術(shù)(VBA)對全腦的FA值進(jìn)行研究，對單相抑郁癥組和健康對照組FA值比較采用配對t檢驗(yàn)。連續(xù)集中體素(約80 mm3)10個以上的簇(k>10)，可認(rèn)為是兩組間的顯著性差異區(qū)域；最后利用REST軟件包(http://www.restfmri.net/forum/REST_V1.8)對得到的感興趣區(qū)域分別進(jìn)行提取，并采用Pearson相關(guān)分析方法，分析其與心理學(xué)量表測試結(jié)果的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

兩組腦磁共振DTI中FA值比較見表1。單相抑郁癥組、健康對照組PHQ-9評分分別為(20.71±5.14)、(12.47±2.93)分，QIDS-SR評分分別為(11.33±4.98)、(3.52±1.49)分，T-AI評分分別為(50.57±10.57)、(37.00±8.78)分。兩組PHQ-9、QIDS-SR、T-AI評分比較，P<0.01。兩組右側(cè)殼核FA值與QIDS-SR評分(r=-0.353,P=0.022)，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回FA值與PHQ-9評分(r=-0.404,P=0.008)及QIDS-SR評分(r=-0.315,P=0.043)，左側(cè)枕中回FA值與T-AI評分(r=-0.353,P=0.022)為呈負(fù)相關(guān)。

表1　兩組腦磁共振DTI中FA值比較

注：與健康對照組比較，*P<0.05；右側(cè)殼核，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回，左側(cè)三角部額下回，左側(cè)枕中回體素分別為200、248、80、80 mm3。

3討論

本研究采集的單相抑郁癥與健康對照組在年齡、性別、教育程度等進(jìn)行了嚴(yán)格匹配，在一定程度上消除了這些因素引起的白質(zhì)改變。白質(zhì)由神經(jīng)纖維、膠質(zhì)細(xì)胞及細(xì)胞間質(zhì)組成，軸突或髓鞘的完整性遭到損壞等將使FA值減小[3]。本研究結(jié)果表明單相抑郁癥在右側(cè)殼核，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回，左側(cè)三角部額下回，左側(cè)枕中回等多個腦區(qū)的FA值降低。既往的DTI研究表明，抑郁癥患者大腦存在廣泛的白質(zhì)完整性破壞，但報(bào)道的腦區(qū)并不完全一致。有研究[4，5]發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者背外側(cè)前額葉、扣帶回、顳葉的白質(zhì)區(qū)域FA值降低；也有研究[6]發(fā)現(xiàn)，左側(cè)額葉上縱束、右腦前額葉、左側(cè)額側(cè)回、左側(cè)頂下小葉以及扣帶回的FA值降低。可以看出抑郁癥患者的腦白質(zhì)確實(shí)發(fā)生了改變，而具體的腦區(qū)不一致，主要集中在額葉、扣帶回等邊緣系統(tǒng)。額葉被破壞后，患者自發(fā)性、主動性及自身調(diào)節(jié)行為能力減弱；楔前葉與情緒調(diào)節(jié)、自我評價和獎賞相關(guān)聯(lián)[9]，而邊緣葉和扣帶回是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，其中扣帶回是情緒整合功能的關(guān)鍵腦區(qū)，也是情緒回路的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這些與本研究發(fā)現(xiàn)的區(qū)域是一致的；殼核是背側(cè)紋狀體的一部分，最近有關(guān)探討討厭和中性圖片的fMRI研究[10]認(rèn)為它在蔑視和討厭的感覺中起了作用。此外，本研究在較低FA值時發(fā)現(xiàn)，在顳葉、梭狀回、島蓋部額下回等腦區(qū)內(nèi)FA值增高，在壓力、抑郁等的作用下可能會導(dǎo)致成人大腦中的軸突或髓鞘損傷，同時，大腦中的神經(jīng)營養(yǎng)因子等其他分子可能促進(jìn)神經(jīng)元軸突或髓鞘的修復(fù)，以此進(jìn)行功能上的補(bǔ)償[11]。

本研究相關(guān)性分析結(jié)果顯示，這些腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常區(qū)域與情感網(wǎng)絡(luò)的功能失調(diào)密切相關(guān)，右側(cè)楔前葉、邊緣葉、扣帶回與PHQ-9及QIDS-SR評分，右側(cè)殼核與QIDS-SR評分，左側(cè)枕中回與T-AI評分均呈負(fù)相關(guān)，有力支持了單相抑郁癥患者額葉-邊緣神經(jīng)通路破壞的假說。但本研究有一些局限性，Scholz等[12]發(fā)現(xiàn)技能訓(xùn)練也能引起白質(zhì)的改變，本研究并未考慮被試技能的影響；Cheng等[7]認(rèn)為抑郁癥是高度異質(zhì)的，要進(jìn)一步探討本研究結(jié)果可采用多種方法分析。

可見，單相抑郁癥患者存在多個腦區(qū)白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的變化，這些變化可能與抑郁或焦慮情緒障礙有關(guān)。

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·論著·

Changes of FA values from cerebral DIT in patients with unipolar

depression and the significance

LIHuai-zhou1, ZHOU Hai-yan, YANG Yang, YANG Xiao-jing, GUO Jia-liang,

MAXiao-meng,ZHONGNing

(1BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Abstract:ObjectiveTo observe the changes of fractional anisotropy (FA) values derived from cerebral diffusion tensor imaging (DTI), an advanled form of magnetic resonance imaging (MRI), in patients with unipolar depression and to investigate the significance.MethodsThe DTI data from 21 patients with unipolar depression (unipolar depression group) and 21 matched healthy controls (control group) were collected. The FA values in the global brain were calculated and the voxel-based analysis was used for the statistical analysis. Then, correlation analysis was used to examine the relationship between FA values of the regions of interest and psychological scale scores. ResultsIn the unipolar depression group, the FA values of right putamen, right precuneus, limbic lobe, cingulate gyrus, right triangular part of inferior frontal gyrus and right middle occipital gyrus were separately 0.205±0.024, 0.336±0.053, 0.228±0.068 and 0.308±0.073, and the values of the control group were respectively 0.228±0.019, 0.391±0.052, 0.281±0.045 and 0.356±0.075. Significant difference was found between these two groups (all P<0.05). The FA value in the region of right putamen was negatively correlated with QIDS-SR (r=-0.353, P=0.022), the FA values in the regions of the right precuneus, limbic lobe and cingulate gyrus had negative correlations with both PHQ-9 (r=-0.404, P=0.008) and QIDS-SR (r=-0.315, P=0.043), and the FA value of right middle occipital gyrus was negatively correlated with T-AI (r=-0.353, P=0.022).ConclusionsThe FA values of the right putamen, right precuneus, limbic lobe, cingulate gyrus, right triangular part of inferior frontal gyrus and right middle occipital gyrus were decreased in patients with unipolar depression, which indicated the white matter microstructure had changes in multiple brain regions, and these changes might be related to the depression or anxiety.

Key words:unipolar depression; diffusion tensor imaging; fractional anisotropy; voxel-based analysis

收稿日期：(2015-08-03)

通信作者簡介：鐘寧(1956-)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能與腦信息學(xué)、數(shù)據(jù)挖掘等。E-mail: zhong@maebashi-it.ac.jp

作者簡介：第一李淮周(1987-)，男，博士研究生，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能與腦信息學(xué)。E-mail: hzlee@emails.bjut.edu.cn

基金項(xiàng)目：國家國際科技合作專項(xiàng)(2013DFA32180)。

中圖分類號：R749.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-266X(2015)47-0001-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.47.001