孤獨癥譜系障礙患兒腦白質異常的彌散張量成像觀察

劉洋，張通

1.首都醫科大學康復醫學院，北京市100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫院，北京市100068

目的 探討孤獨癥譜系障礙(ASD)患兒與正常兒童腦白質連接的差異。

方法 2017年9月至2018年7月，選取ASD患兒10例(ASD組)和正常兒童10例(對照組)。ASD組采用Gesell發展量表(GDS)評定發育商，并采用孤獨癥兒童心理教育評核第3版(PEP-3)進行評定。所有兒童均行MRI彌散張量成像(DTI)掃描，比較兩組各向異性分數(FA)、軸向彌散系數(AD)、徑向彌散系數(RD)和平均彌散系數(MD)差異；以及ASD組臨床量表評分與DTI各參數行相關性分析。

結果 與對照組相比，ASD組左側小腦中腳、左側胼胝體體部、左側內囊后肢、雙側放射冠和雙側上縱束FA降低，左側小腦中腳、左側胼胝體體部及壓部、雙側放射冠和雙側上縱束RD增高。智齡與左側小腦中腳FA呈正相關(r=0.686,P＜0.05)，發育商與左側放射冠(r=0.720,P＜0.05)和左側胼胝體壓部(r=0.744,P＜0.05)FA呈正相關，語言表達(r=0.711,P＜0.05)和語言理解(r=0.754,P＜0.05)與左側胼胝體體部FA呈正相關，精細運動與左側小腦中腳FA呈正相關(r=0.723,P＜0.05)，情感表達與左側胼胝體體部RD呈負相關(r=-0.902,P＜0.05)。

結論 ASD患兒腦白質發育異常，且與智力、發育和臨床表現相關。

根據美國精神疾病診斷和統計手冊第5版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,DSM-Ⅴ)的分類標準，孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)主要表現為兩大功能障礙，即持續的相互社會溝通和社會交往損害，以及限制性、重復的行為模式，并在兒童發育早期出現。美國疾病預防和控制中心報道，2006年美國0～8歲兒童ASD患病率為1/110，2008年上升為1/88，2012年為1/68，2018年為1/59[1]。2015年美國3～17歲兒童ASD患病率達1/45[2]。

在我國，隨著診斷標準的規范與研究的深入，ASD在中國經歷了由罕見病到流行病的轉變。2006年第二次全國殘疾人抽樣調查報告中，0～6歲ASD患病率為4.06/10000(約合1/2463)，2015年已上升為1/244[3]。國內專家共識，中國孤獨癥患病率和世界其他國家相似，約為1%，孤獨癥患者已超1000萬，0～14歲兒童患者達200余萬。

由于ASD疾病本身的復雜性，國內外研究仍未明確其病因和發病機制，對ASD的治療尚無權威指南。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)研究顯示，ASD患者顱內白質微觀結構改變，白質結構連接異常，且這種異常可能與ASD的核心癥狀有關。各向異性分數(fractional anisotropy,FA)是分子位移程度或方向變化的衍生量度[4]，常被用于DTI的研究。大多數研究表明，與對照組相比，ASD組FA降低[5-8]；也有部分學者發現FA增加[9-10]。Meta分析顯示，ASD組較對照組FA降低主要集中在兩個區域，即左側胼胝體膝部和右側大腦腳，該區域異常可能與ASD患兒某些特殊癥狀有關[11]。上述研究選取的研究對象均為18歲左右青年ASD患者，且均為歐美人群。本研究以3～6歲低齡ASD國內患兒為對象，觀察我國低齡ASD患兒的顱內影像學特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年9月至2018年7月在北京博愛醫院自閉癥治療中心就診的ASD患兒為ASD組，均符合DSM-Ⅴ關于ASD的診斷標準。

納入標準：①年齡3～6歲；②右利手；③無接受MRI檢查禁忌癥；④患者及家屬知情同意并簽署知情同意書。

排除標準：①既往有癲癇發作史；②有明確的顱腦外傷史；③有神經系統疾病或嚴重軀體疾病史。

同期在北京市范圍內向社會募集健康兒童志愿者為對照組。納入標準：①年齡3～6歲；②右利手；③出生前后發育無異常，否認神經精神系統疾病及腦外傷等可能影響兒童正常發育的病史，智商＞90分。

本研究經中國康復研究中心倫理委員會審批(審批號2018B004)。所有入組志愿者均由其法定監護人簽署知情同意書。

剔除、脫落標準：①MRI過程中出現頭動等影響數據準確性的情況；②不能耐受MRI檢查過程；③臨床醫師評定不適宜繼續接受實驗。

經篩查后，共納入ASD組10例，對照組10例。兩組年齡、性別無顯著性差異(P＞0.05)，智齡和發育商有顯著性差異(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組一般情況比較

1.2 方法

1.2.1 一般情況問卷

采用自編一般家庭情況表了解所有受試者的一般情況，包括患兒姓名，出生日期，父母生育年齡，是否為第一胎，孕期及生育過程中有無異常，父母學歷、職業，性格特征及家族史。

1.2.2 臨床評定

兩組均采用Gesell發展量表(Gesell Developmental Schedules,GDS)，ASD組采用孤獨癥兒童心理教育評核第3版(Psychoeducational Profile-Third Edition,PEP-3)進行評定。

GDS從動作、順應、言語和社會應答4個方面進行評定[12]，最終形成發育商和智齡。

PEP-3于1979年由Schopler和Reichler開發，后經多次改版，最新版在2005年發布并被引入中國。該量表包括10項發展與行為檢測，包括認知(語言/語前)、語言表達、語言理解、精細運動、粗大運動、模仿(視覺/動作)、情感表達、社交互動、行為特征-非語言和行為特征-語言，以及3項兒童照顧者報告測驗，包括問題行為、個人自理和適應行為，最終形成合成分數，從溝通、體能和行為3個方面評價ASD患兒的障礙特點，用于指導臨床訓練[13-14]。

1.2.3 DTI

采用Philips Ingenia 3.0 T超導磁共振儀，使用鳥籠式頭部正交線圈，海綿墊固定受試者頭部。受試者予10%水合氯醛口服，最大劑量不超過10 ml，入睡后進行掃描。先行頭部矢狀位T1WI、T2WI掃描解剖定位，排除明顯的神經系統器質性疾病，掃描參數如下。①T1序列：體素1×1×1 mm，脈沖間隔時間2530 ms，回波時間3.45 ms，層厚1.00 mm，反轉角7°，返回時間1100 ms，掃描視野256×256 mm，矩陣256×192，掃描時間299 s。②DTI：掃描層面平行于胼胝體膝部與壓部的連線，從頭頂到小腦下部，共192層；平面回波序列，體素2×2×2 mm，彌散敏感系數b值1000 s/mm2，彌散敏感梯度方向64個，采集矩陣128×128，掃描視野256×256 mm，層厚2 mm，重復時間6100 ms，回波時間93 ms，翻轉角90°，掃描時間766 s，每次掃描75層。

DTI數據分析采用FSL(FMRIB Software Library，http：//www.finrib.OX.ae.Uk/fsl)軟件的工具包進行。將原始DICOM數據轉換成Nifli格式；B0像提取，去除非腦組織結構；以B0為標準進行矯正；梯度方向矯正；張量計算，得出FA、軸向彌散系數(axial diffusivity,AD)、徑向彌散系數(radial diffusivity,RD)、平均彌散系數(mean diffusivity,MD)。

通過基于纖維束追蹤的空間統計(tract-based spatial statistics,TBSS)[15]算法，將FA利用線性和非線性配準到1×1×1 mm MIN152標準空間，并基于所有配準到標準空間的FA構建FA圖及白質骨架，將平均FA骨架閾值取0.2。同法處理AD、RD和MD值。

應用隨機化置換程序對統計資料進行分析。該程序基于非參數隨機排列檢驗(randomized permutation test,RPT)對兩組間FA、AD、RD、MD進行多重比較，以年齡和性別作為協變量，經5000次無閾值簇群增強(threshold-free cluster enhancement,TFCE)置換，將P值閾值校正為＜0.05，從而得出具有統計學差異的區域[16]。由于本研究樣本量較小，可能存在假陽性區域，故在上述區域中再篩選體素＞500的區域。

將TBSS生成的具有統計學差異的白質區域疊加到標準化后的平均FA圖及平均FA骨架上，生成偽彩圖。顱內組織結構定位應用MNI structural atlas結構模板，腦白質解剖定位應用Johns Hopkins University(JHU)DTI-based white matter atlases白質模板進行分析。

1.3 統計學分析

采用SPSS 20.0軟件對數據進行統計學分析。計量資料以(±s)表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗和置換檢驗。計量資料行χ2檢驗。DTI參數量表分之間行偏相關分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

2.1 DTI參數比較

與對照組相比，ASD組左側小腦中腳、左側胼胝體體部、左側內囊后肢、雙側放射冠和雙側上縱束FA降低，左側小腦中腳、左側胼胝體體部及壓部、雙側放射冠和雙側上縱束RD增高；未見FA增高和RD降低區域，MD和AD兩組間無顯著性差異。見圖1、表2。

圖1 兩組間有顯著性差異的區域

表2 兩組FA與RD比較

2.2 相關性分析

將兩組間有顯著性差異區域的FA和RD，與年齡、智齡、發育商以及PEP-3各項目分進行相關性分析，年齡與各區域FA相關性無統計學意義；智齡與左側小腦中腳FA呈正相關(r=0.686,P=0.041)；發育商與左側放射冠(r=0.720,P=0.044)和左側胼胝體壓部(r=0.744,P=0.022)FA呈正相關。年齡、智齡和發育商與各區域RD均無相關性。

語言表達(r=0.711,P=0.048)和語言理解(r=0.754,P=0.031)與左側胼胝體體部FA呈正相關，精細運動與左側小腦中腳FA呈正相關(r=0.723,P=0.043)，情感表達左側胼胝體體部RD呈負相關(r=-0.902,P=0.01)。

3 討論

DTI采用水分子彌散各向異性進行成像，可在活體顯示纖維束的方向及完整性，反映活體組織的空間組成及病理狀態下各組織間水分子交換狀況。采用TBSS處理方法，可觀察全腦范圍內白質異常情況，相比于傳統的感興趣區觀察法，無需手工勾畫特定腦區，減少主觀誤差，具有更強的準確性與可重復性[17]；相比基于體素的分析方法，可免去圖像標準化后進行高斯平滑處理，避免圖像配準不精確和平滑所帶來的問題，提高數據分析的準確性[18]。采用TBSS分析DTI數據比較ASD患兒與正常兒童腦白質的差異，能準確、可重復地從全腦層面全面分析數據差異，保證研究的客觀性。

FA、RD、AD和MD均為DTI常用觀察指標。FA是水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例，0代表彌散不受限制，如腦脊液中FA接近0，而大腦白質纖維FA接近1。普遍認為FA發生改變可反映腦白質纖維發育程度，越接近1，分化程度越好[19]。本研究顯示，與對照組相比，ASD組FA在左側小腦中腳、左側胼胝體體部、左側內囊后肢、雙側放射冠和雙側上縱束降低，與之前研究相同[5-8]。FA降低提示髓鞘分化不良或白質脫髓鞘，ASD組FA降低提示腦白質發育不良。

RD反映徑向彌散系數，即垂直于白質纖維走形方向彌散速度與效率。由于纖維髓鞘減少，纖維間水分子擴散能力增強，RD增高區域與FA降低區域基本吻合。

本研究顯示，在控制性別與利手情況下，僅智齡和發育商與部分區域FA相關，但年齡與各區域FA和RD均無關，這與之前研究顯示年齡同FA呈正相關[20]或負相關[21]不盡相同。原因可能為本研究對象年齡較小，而其他研究多為18歲左右成年高功能ASD患者，年齡并不能很好反映受試者真實的智力發育水平。本研究兩組年齡均為50個月左右，并無顯著性差異，但其智齡和發育商卻有顯著性差異。智齡和發育商越高，FA越大，白質纖維分化程度越好，符合兒童發展規律。因此，對小齡低功能ASD患兒，相比于生理年齡，智齡與發育商更能體現兒童智力發育水平，且與顱內腦白質發育水平存在相關性。

胼胝體位于大腦半球縱裂的底部，連接左右大腦半球，是大腦中最大的連合纖維，腦皮質70%～80%信息通過胼胝體聯系。Travers等[22]發現，10歲前ASD患兒胼胝體發育異常。其他研究也發現，ASD患兒胼胝體區腦白質發育異常[23-24]，這種異常可能與雙側大腦半球間聯系異常有關[25-28]，而纖維束的密度與大小對控制雙側大腦半球間信息的傳導十分重要[29]。本研究在控制年齡、智齡、發育商、性別和利手后，偏相關分析顯示，左側胼胝體體部FA和RD與PEP-3許多項目相關，證明胼胝體區在ASD發病中可能扮演重要角色，值得進一步研究。

本研究顯示，左側小腦中腳FA與精細運動相關。之前研究顯示，小腦中腳作為小腦腳最粗的一根神經纖維，連接小腦與腦橋，主要負責小腦信息的傳入，對身體平衡覺、精細運動進行調控。小腦腳與ASD患兒運動功能障礙有關[30-31]，且這種障礙與小腦腳FA正相關[30,32]或負相關[31]。ASD患兒常伴有精細或粗大運動功能障礙，且常有平衡功能障礙。與本研究結果一致。

值得注意的是，盡管經TBSS分析，ASD患兒左、右側均有FA或RD異常的區域，但經與智齡、發育商和臨床量表關聯性分析，發現相關區域均在大腦左側，分析其原因有3點。①本研究樣本量小，個體特征對試驗結果影響較大。②研究對象均為右利手，左側大腦為優勢半球，因而ASD患兒與正常兒童之間的差異更加明顯。③研究對象為3～6歲低齡兒童，右側大腦形象思維和獨自創造能力尚未完全開發。

本研究存在一定不足。首先，經統計學計算本研究樣本量需18例，最后收集到20例數據，但仍屬小樣本量研究，還有待進一步擴大樣本量。其次，本研究為橫斷面研究，并未進行后續隨訪，進一步應對ASD患兒進行定期MRI及臨床量表復查，以獲得ASD患兒腦發育曲線，為之后進一步進行病因學和發病學研究做準備。