磁共振波譜定量檢測孤獨癥患兒基底節區代謝特征

代海洋，黎倩儀，李勝開，肖葉玉，吳仁華

磁共振波譜定量檢測孤獨癥患兒基底節區代謝特征

代海洋1，黎倩儀2，李勝開1，肖葉玉3*，吳仁華3

目的利用磁共振波譜及LCModel后處理軟件定量檢測孤獨癥患兒雙側基底節區代謝物特征并與正常發育兒童進行對比。材料與方法對符合診斷標準的13例孤獨癥患兒和14例正常發育兒童基底節區進行磁共振波譜采集，利用LCModel軟件對波譜數據進行后處理分析。結果相對于正常發育兒童，孤獨癥患兒雙側基底節區Glx、Glu和Cho的絕對濃度以及Glx/Cr、Glu/Cr和右側基底節區Cho/Cr比值增高且差異有統計學意義。孤獨癥患兒雙側基底節區NAA絕對濃度較正常發育兒童降低但差異無統計學意義，NAA/Cr較正常發育兒童減低且差異有統計學意義。孤獨癥患兒雙側基底節區MI絕對濃度和MI/Cr值較正常發育兒童增高，但差異無統計學意義。結論孤獨癥患兒基底節區存在代謝異常，基底節區Glx、Glu和Cho濃度的增高以及NAA/Cr的降低可能與孤獨癥的發病存在一定關系。

自閉癥譜系障礙；磁共振波譜學；代謝

代海洋, 黎倩儀, 李勝開, 等. 磁共振波譜定量檢測孤獨癥患兒基底節區代謝特征. 磁共振成像, 2017, 8(1): 8-12.

自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorders， ASD)簡稱孤獨癥，是一種起病于嬰幼兒期的嚴重慢性神經精神障礙性疾病[1]。 孤 獨 癥 的 發 病原因及機制尚不明確。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是目前唯一可檢測活體組織代謝物化學成分和含量的檢查方法，進而間接反映組織代謝及功能狀態。本研究利用MRS檢測孤獨癥患兒基底節區代謝物情況，并與正常發育兒童進行對比，探討孤獨癥患兒腦代謝物改變，從代謝水平揭示孤獨癥可能的病因及病理基礎，為孤獨癥的診斷提供客觀的影像學診斷指標，有助于臨床更加準確有效地診斷和治療孤獨癥。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究通過了醫院倫理委員會批準，病例來源于惠州市中心人民醫院兒科門診，所有檢查須知及注意事項均在檢查前告知兒童家屬并簽訂知情同意書。孤獨癥患兒納入標準：3～9 歲兒童；由具有豐富臨床經驗的兒科醫生對患兒本人或家屬進行病史采集，并對患兒進行神經系統檢查和孤獨癥行為量表評分。評分量表包括：兒童孤獨癥行為量表(autism behavior checklist，ABC)，要求總分＞67分；克氏孤獨癥行為量表(clancy autism behavior scale，CABS)，要求總分＞7分；兒童孤獨癥評定量表(childhood autism rating scale，CARS)，要求總分＞30分。排除標準包括家族遺傳性疾病、創傷后應激障礙，藥物濫用或依賴及嚴重飲食失調，重大的醫學或神經系統疾病等。對照組為正常發育兒童：入選標準：3～9 歲兒童；無精神及神經系統疾病的兒童。排除標準：明確的頭部外傷史，家族遺傳性疾病、創傷后應激障礙，藥物濫用或依賴及嚴重飲食失調等。本研究共納入符合孤獨癥診斷標準的患兒共13例，其中男性8例，女性5例，年齡3～9歲，平均年齡5.6歲。納入對照組為正常發育兒童14例，其中男性9例，女性6例，年齡3～9歲，平均年齡4.6歲。

1.2 技術方法

磁共振掃描采用Philips 1.5 T Multiva MR 掃描儀，使用八通道頭部線圈作為發射和接收線圈。鑒于兒童難以配合完成較長時間的磁共振檢查，在取得受試者家屬的理解和同意后，囑受試者兒童在檢查前半小時口服水合氯醛進行鎮定，劑量為0.5～1.0 ml/kg，至熟睡后再進行磁共振檢查。首先進行常規顱腦MRI平掃，包括橫斷面T1WI、T2WI及矢狀面T2WI，參數分別為T1WI：TR 440 ms，TE 30 ms，T2WI：TR 4200 ms，TE 112 ms，層厚為5 mm，圖像采集矩陣為256×256。1H-MRS采集使用單體素氫質子波譜點解析自旋回波波譜序列(point-resolve echo spin spectroscopy，PRESS)，TR 1500 ms，TE 30 ms，勻場效果要求半高全寬＜5 Hz。感興趣區定位于雙側基底節區，體素大小為1.0 cm×1.0 cm× 2.0 cm (圖1)。

1.3 數據后處理及統計學分析

磁共振掃描結束后從主機導出波譜數據的P.file文件，輸入到計算機并利用LCModel軟件進行后處理分析，得出各主要代謝物的絕對濃度值。主要觀察指標包括NAA、Glx、Glu、Cho、MI的濃度及其與Cr的比值。統計學分析采用SPSS 17.0軟件，對孤獨癥患兒和對照組正常發育兒童雙側基底節區主要代謝物代謝物的絕對濃度值及與Cr的比值進行統計學分析，數據分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，以P＜0.05為差異有統計學意義。孤獨癥患兒與正常發育兒童年齡對比采用配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

圖1 單體素1H-MRS掃描ROI定位于雙側基底節區，體素大小為1.0 cm×1.0 cm×2.0 cm 圖2 孤獨癥兒童基底節區經LCModel擬合的磁共振波譜圖 圖3 正常發育兒童基底節區經LCModel擬合的磁共振波譜圖Fig. 1 The single voxel1H-MRS scan ROI was located in the basal ganglia region, the size of the voxel was 1.0 cm×1.0 cm×2.0 cm. Fig. 2 MR spectrum of autism children in the basal ganglia region fitted by LCModel. Fig. 3 MR spectrum of normal developed children in the basal ganglia regions fitted by LCModel.

表1 孤獨癥兒童與正常發育兒童雙側基底節區代謝物絕對濃度(mM)及比值比較Tab. 1 Comparison of the metabolite concentrations and ratios in basal ganglia regions of autistic and normal developed children

孤獨癥患兒和正常發育兒童年齡(5.58±1.15和4.63±1.77，t=1.24，P＞0.05)差異無統計學差異。常規MRI平掃顯示孤獨癥患兒和正常發育兒童腦實質發育良好，均未發現腦實質形態、結構異常及病灶，孤獨癥和正常發育兒童經LCModel擬合定量的MRS波譜示意圖見圖2，3。孤獨癥患兒和正常發育兒童雙側基底節各代謝物及比值比較(表1)：孤獨癥患兒雙側基底節區Glu和Glx濃度均大于正常發育兒童且有顯著統計學差異(Glu：左側：F=12.12，P＜0.01；右側：F=11.23，P＜0.01；Glx：左側：F=19.60，P＜0.01；右側：F=17.26，P＜0.01) 。孤獨癥患兒雙側基底節區Glu/Cr和Glx/Cr值均大于正常發育兒童且有顯著統計學差異(Glu/Cr：左側：F=6.21，P＜0.05；右側：F=8.11，P＜0.05；Glx/Cr：左側：F=8.72，P＜0.05；右側：F=20.40，P＜0.001)。孤獨癥患兒雙側基底節區NAA濃度較正常發育兒童降低，但無顯著統計學差異(左側：F=0.91，P＞0.05；右側：F=0.84，P＞0.05)。孤獨癥患兒雙側基底節區NAA/Cr值低于正常發育兒童且有顯著統計學差異(左側：F=10.51，P＜0.01；右側：F=4.69，P＜0.05)。孤獨癥患兒雙側基底節區Cho濃度較正常發育兒童增高且有顯著統計學差異(左側：F=8.90，P＜0.05；右側：F=6.15，P＜0.05)。孤獨癥患兒雙側基底節區Cho/Cr值較正常發育兒童增高，左側無顯著統計學差異，右側有顯著統計學差異(左側：F=2.61，P＞0.05；右側：F=5.05， P＜0.05)。孤獨癥患兒雙側基底節區MI濃度和MI/ Cr值較正常發育兒童增高，但無顯著統計學差異(MI：左側：F=0.10，P＞0.05；右側：F=0.33，P＞0.05；MI/Cr：左側：F=1.02，P＞0.05,；右側：F=0.77，P＞0.05)。

3 討論

孤獨癥是廣泛性發育障礙中最常見的一種亞型, 是嬰幼兒期嚴重的慢性神經精神疾病[2]。研究認為孤獨癥的發病可能與遺傳、心理、生理、免疫和家庭等多種因素有關，但確切病因仍尚不明確[3]。目前，我國孤獨癥的發病率一般認為是兒童人口的2萬分之一至5萬分之一，其中男女比例約為3:1～4:1。由于大部分孤獨癥兒童早期核心癥狀不明顯難以引起家長的注意，或因年齡太小等原因導致專科醫師也難以準確判斷為孤獨癥，甚至容易將其誤認為是性格異常或交流溝通障礙、發育遲緩等而錯過了最佳治療時機，部分兒童孤獨癥患者的癥狀會持續至成年，給家庭、社會帶來了沉重的負擔。

磁共振波譜除了在腦腫瘤診斷中的廣泛應用，近年來被越來越多地運用到神經變性和代謝性疾病的研究中來。就技術特點而言，磁共振波譜可在體檢測活體組織代謝情況，具有無創性、可重復性及準確性等優點。就揭示代謝機制而言，磁共振頻譜可以在體檢測孤獨癥患者腦部代謝信息，受試者僅需在平靜狀態下進行掃描，檢查方法簡單，結果客觀準確，可重復性高，有利于闡明病變機理、監控疾病的發展演變和治療隨訪等。磁共振波譜可從分子水平發現代謝異常，可為疾病治療和新藥物的研發提供新的思路和作用靶點[4-5]。既往波譜研究結果多用比值的形式表示各代謝物的相對變化，即相對定量分析，該方法簡單、易行，但因其結果只是相對值，其準確性較低。近年來絕對定量分析被越來越多應用于磁共振波譜研究中，絕對定量可以準確地測量出腦代謝物的絕對濃度值，更加精確地比較各代謝物濃度值的變化，具有相對定量無法比擬的優勢[6]。本研究所利用的LCModel波譜后處理軟件是檢測腦代謝物絕對濃度最常用且得到公認的軟件之一，該軟件可準確地擬合出波譜中各主要代謝物的絕對濃度值，達到絕對定量的目的，這是本研究的顯著優勢之一。

通過本研究發現，在對孤獨癥患兒雙側基底節區幾種重要代謝物的絕對定量分析中，Glu、Glx和Cho都較正常發育兒童升高且差異有統計學意義，而NAA較正常發育兒童有所降低但差異無統計學意義。在相對定量分析中，孤獨癥患兒雙側基底節區Glu/Cr、Glx/Cr和右側基底節區Cho/Cr較正常發育兒童增高且差異有統計學意義，孤獨癥患兒雙側基底節區NAA/Cr較正常發育兒童減低且差異有統計學意義。NAA主要位于神經元和軸突內，是公認的神經元標志物，位于2.02 ppm處。各種疾病導致的神經元損傷或分解均可導致NAA含量的減低[7-8]。Aoki等[9]通過系統性Meta分析對孤獨癥患兒不同腦區NAA進行研究，均發現孤獨癥患兒腦內NAA濃度或比值均較正常發育兒童有不同程度減低。本研究發現孤獨癥患兒NAA絕對濃度和NAA/Cr均減低，且NAA/Cr降低，差異有統計學意義，與既往研究結論一致。NAA濃度減低提示孤獨癥患兒存在神經系統功能的受損，多由于神經元的缺失或功能障礙等。Cho峰位于3.21 ppm處，是腦內膽堿的總稱，包括磷酸膽堿，甘油磷酸膽堿和磷脂酰膽堿，反映腦內總膽堿含量。Cho主要參與細胞膜的構成，反映細胞膜磷脂代謝及細胞膜完整狀態。Cho峰的升高提示細胞膜的完整性受到破壞，細胞膜代謝或降解加快。本組結果顯示孤獨癥患兒基底節區Cho絕對濃度值及Cho/Cr比值增高，提示孤獨癥患兒腦內可能存在細胞膜代謝的異常。國內外研究對孤獨癥患兒Cho變化情況結論不一，Levitt等[10]研究發現，孤獨癥患兒尾狀核頭部Cho濃度較正常發育兒童增高，而Hardan等[11]研究發現孤獨癥患兒丘腦區Cho含量較正常發育兒童降低，一些研究則認為二者無明顯差異，這些不一致的研究結論也表明了孤獨癥患兒腦內Cho變化的復雜性。Glx包括谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)，是腦內主要的興奮性神經遞質，在神經系統興奮性信號傳導和腦的發育過程中起到重要作用。研究表明Glx可能和多種精神性疾病有重要關系[12-13]。然而近年來國內外對Glx的研究并不多，究其原因是Glu和Gln在腦內含量較低且波峰相互重疊，導致在低場磁共振設備上觀測有較大困難，本研究利用LCModel軟件可綜合計算擬合出Glx的濃度，避免了相對定量計算的不足。Bejjani等[14]研究發現孤獨癥患兒前扣帶回Glx有顯著增高，Page等[15]研究發現孤獨癥患者杏仁體-海馬區Glx增高，與本研究結論一致；但也有一些研究表明孤獨癥患者腦內Glx減低或無明顯差異[16-17]。因目前國內外對孤獨癥患兒腦內Glx的研究仍相對較少，采用的方法也不盡相同，Glx的變化仍需更大樣本和進一步研究。肌醇(MI)被認為僅存在于神經膠質細胞中，是重要的滲透壓或細胞容積的調節劑。本研究所發現的孤獨癥患兒基底節區MI濃度及與Cr比值增高與既往研究結論一致[17-18]。本組研究所有譜線中均未檢出有乳酸(Lac)和脂質峰(Lip)存在，該二種代謝物多提示病變存在缺血缺氧或壞死，多在惡性腫瘤中出現。

本研究通過利用MRS和LCModel后處理軟件對孤獨癥患兒雙側基底節區幾種重要代謝物進行定量分析，發現孤獨癥患兒基底節區Glx、Glu和Cho濃度的增高以及NAA/Cr的降低可能與孤獨癥的發病有關。由于本研究的樣本量相對較少，沒有按性別和年齡段進一步進行分組分析；另外本研究沒有采集到患兒智商IQ數據，無法對孤獨癥癥狀和IQ分數進行進一步相關性分析，是本研究的不足之處。

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Quantitative1H-MRS study of metabolite characteristics of autism spectrum disorders in basal ganglia regions

DAI Hai-yang1, LI Qian-yi2, LI Sheng-kai1, XIAO Ye-yu3*, WU Ren-hua31Department of Medical Imaging, Huizhou Municipal Central Hospital, Huizhou 516001, China
2Department of Medical Imaging, the 8th Municipal Hospital of Dongguan, Dongguan 523326, China
3Department of Medical Imaging, the 2nd Affiliated Hospital of Shantou University Medical College, Shantou 515041, China
*

Xiao YY, E-mail: xyyu73@163.com
Received 28 Sep 2016, Accepted 7 Dec 2016
ACKNOWLEDGMENTSThis work was part of Medical Science and Technology Research Foundation of Guangdong Province (No. A2015536) and the Key Support Project of Huizhou Municipal Central Hospital (No. 2015009).

Objective:To investigate the metabolite changes in the basal ganglia regions of autistic children using1H-MRS and LCModel.Materials and Methods:Thirteen autistic children and 14 normal developed children were enrolled in the study. MRS data were acquired in the bilateral basal regions and processed by LCModel software.Results:Compared with normal developed children, the absolute concentration of Glx, Glu and Cho in bilateral basal ganglia regions were increased with statistical significance. The ratio of Glx/Cr, Glu/Cr in bilateral basal ganglia and Cho/Cr in the right basal ganglia of autistic children was increased with statistical significance. The absolute concentration of NAA in bilateral basal ganglia of autistic children was decreased without statistical significance, while the ratio of NAA/Cr in bilateral basal ganglia was decreased with statistical significance. The absolute concentration of MI and the ratio of MI/Cr were increased in bilateral basal ganglia in autistic children without statistical significance.Conclusions:Abnormal metabolite alternation was found in the basal ganglia regions of autistic children. The increase of Glx, Glu, Cho and decrease of NAA/Cr may relate to the pathogenesis of autism.

Autism spectrum disorder; Magnetic resonance spectroscopy; Metabolism

廣東省醫學科學技術研究基金項目(編號：A2015536)；惠州市中心人民醫院重點扶持項目(編號：2015009)

1. 惠州市中心人民醫院放射科，惠州516001

肖葉玉，E-mail：xyyu73@163.com

2016-09-28

R445.2；R749

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.01.003

2. 東莞市第八人民醫院放射科，東莞523326

3. 汕頭大學醫學院第二附屬醫院醫學影像科，汕頭 515041

接受日期：2016-12-07