彌散峰度成像評估低年齡段孤獨癥譜系障礙男童腦結構改變

邢慶娜，孫永兵，趙 鑫，陸 林，廖俊杰，李雙宇，張小安

(鄭州大學第三附屬醫院放射科，河南 鄭州 450051)

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder， ASD)為嚴重發育障礙性疾病，臨床主要表現為明顯社會、溝通技能缺陷及刻板的興趣、行為模式。ASD已成為全球范圍內的重大公共健康問題，在美國，每54名8歲以內兒童中即存在1例ASD患兒，且男童患病率高于女童[1]。目前ASD的具體發病機制仍未明確，多數ASD患兒常規顱腦MRI并無明顯異常，臨床主要依靠相關量表評估進行診斷[2]。彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging， DKI)可顯示水分子非高斯彌散行為，以峰度參數反映組織異質性[3]。本研究采用DKI評價ASD男童顱腦結構改變，并與臨床量表進行相關性分析。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2020年1月—2021年6月25例于鄭州大學第三附屬醫院首次確診的ASD男童(ASD組)，月齡26～56個月，平均(37.4±7.9)個月。納入標準：①男童，月齡24～60個月；②符合美國精神障礙診斷與統計手冊(diagnostic and statistical manual of mental disorders, DSM)第5版(DSM-5)ASD診斷標準[4]；③兒童孤獨癥評定量表(childhood autism rating scale， CARS)得分≥30分；④無其他精神疾病史、無神經系統疾病家族史、無精神藥物治療史及驚厥史；⑤未見顱內病變。排除標準：①存在明顯出生缺陷；②MR檢查禁忌證。同期納入臨床發育評估結果正常的21名健康男童作為對照組，月齡24～55個月，平均(32.8±5.3)個月。本研究經院倫理委員會批準(批號：2021-138-01)，檢查前兒童的監護人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 檢查前30 min予5%水合氯醛(0.5 ml/kg體質量)灌腸。采用GE Signa Pioneer 3.0 T MR儀，配備21通道頭頸聯合線圈。于受檢兒童頭部兩側放置隔音海綿，向外耳道插入耳塞，待其熟睡后行顱腦MR掃描，于常規序列掃描后采集軸位DKI。掃描參數：TR 8 200 ms，TE 2.32 ms，FOV 200 mm×200 mm，矩陣256×256，NEX 1，層厚 4 mm，層間距0，b值為0、1 000及2 000 s/mm2，掃描時間7 min 23 s，共29層。

1.3 圖像處理 將DICOM格式DKI導入iQuant后處理工作站，獲得各項DKI參數偽彩圖，包括各向異性分數(fractional anisotropy， FA)、平均彌散率(mean diffusivity， MD)及平均峰度(mean kurtosis， MK)。將偽彩圖依次導入ITK-SNAP 3.8.0軟件，由2名具有5年以上工作經驗的影像科醫師參照FA圖于雙側額葉(frontal lobe， FL)、頂葉(parietal lobe， PL)、內囊前肢(anterior limb of internal capsule， ALIC)、內囊后肢(posterior limb of internal capsule， PLIC)、丘腦(thalamus， THA)、尾狀核頭(head of caudate nucleus， HCN)及胼胝體膝(genu of corpus callosum， GCC)、胼胝體壓部(splenium of corpus callosum， SCC)勾畫ROI，使用圓形工具測量ROI正中部位DKI參數，每個參數均測量3次，計算其平均值，見圖1。

圖1 患兒男，34個月，ASD A～C.顱腦軸位DKI MD偽彩圖； D～F.顱腦軸位DKI MK偽彩圖 (紅色：FL；深藍色：PL；紫色：GCC；綠色：SCC；青色：ALIC；粉色：PLIC；橙色：THA；黃色：HCN)

1.4 基本資料 記錄受檢兒童體質量及出生時孕周，并以格賽爾(Gesell)發育量表進行評價；以發育商(developmental quotient， DQ)表示5個功能區發育的水平，包括適應性行為(DQ1)、大運動(DQ2)、精細動作(DQ3)、語言(DQ4)及個人社交行為(DQ5)；DQ≥86分正常，76～85分為邊緣狀態，55～75分為輕度發育遲緩，40～54分為中度發育遲緩，25～39分為中度發育遲緩，DQ≤24分為極重度發育遲緩。

1.5 統計學分析 采用SPSS 25.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布的計量資料，采用獨立樣本t檢驗比較組間年齡、體質量、出生孕周、Gesell發育量表評分及DKI參數的差異。采用Pearson相關性分析評價ASD患兒DKI參數與CARS、Gesell發育量表評分的相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料 2組男童月齡、體質量及出生孕周差異均無統計學意義(P均>0.05)；ASD組Gesell發育量表評分結果均明顯低于對照組(P均<0.05)，見表1。

表1 ASD組與對照組男童基本資料比較

2.2 DKI參數 ASD組左側THA及GCC的MD低于對照組(P均<0.05)，雙側PLIC的MK低于對照組(P均<0.05)，見表2、3。

表2 ASD組與對照組顱腦各部位MD比較

表3 ASD組與對照組顱腦各部位MK比較

2.3 相關性分析 ASD患兒顱腦各部位MD、MK與CARS評分均未見顯著相關(r：-0.211～0.389，P均>0.05)；Gesell發育量表中的DQ3與GCC、右側ALIC、右側THA及右側HCN的MD均呈負相關(r=-0.523、-0.615、-0.435、-0.484，P均<0.05)，與GCC的MK呈正相關(r=0.444，P<0.05)；DQ5與左側PLIC的MK呈正相關(r=0.536，P=0.010)。

3 討論

近年關于ASD患兒大腦改變的研究較多，其中結構像研究以彌散張量成像(diffusion tensor imaging， DTI)為主，盡管研究結果并不完全一致，但多數研究[5-6]認為ASD患兒社會溝通及認知表現的普遍缺陷反映其整個大腦神經連接的中斷，如非典型功能連接中斷及白質通路特性改變。WOLFF等[7]發現ASD患兒小腦和胼胝體白質通路異常，且FA與癥狀嚴重程度呈正相關。SHUKLA等[8]指出，ASD患兒雙側FL的FA下降，雙側FL、顳葉及PL的MD增加，提示其中、短距離白質纖維的完整性降低。

DKI技術由DTI技術發展而來，并引入彌散峰度概念，可量化水分子在實體環境中的彌散位移與理想高斯分布彌散位移之間的偏離，用以度量水分子在組織內彌散受限程度及彌散的不均質性[9]。MD反映水分子彌散運動速度，與方向無關。本研究ASD組左側THA及GCC的MD均低于對照組，與MCKENNA等[10]的結果基本相符，提示左側THA及GCC微結構改變可造成核團內水分子彌散阻力升高、速度減慢。MK為水分子在各個方向的彌散位移偏離峰度的平均值[11]，與組織內結構的復雜程度呈正相關。相關動物研究表明，MK降低可能反映神經元丟失、微膠質化、髓鞘破壞[12]、神經元解體及細胞毒性水腫[13]。本研究ASD組雙側PLIC的MK均低于對照組，進一步支持前述研究結果；分析原因可能在于組織軸突包膜完整性降低，神經細胞結構丟失，神經突正常結構被破壞及髓鞘脫失，非高斯分布水分子彌散受限程度減輕，水分子運動程度下降；而左側PLIC的纖維束受損，導致信息傳遞功能受損，患兒個人社交行為DQ隨之降低。

此外，本研究發現，ASD組CARS評分與MD、MK均無明顯相關，可能因CARS為綜合性評價結果，而本研究囊括的腦區較少，未能全面反映其間的關聯；ASD組DKI參數與Gesell量表DQ相關性分析結果顯示，精細動作DQ與GCC、右側ALIC、右側THA、右側HCN的MD均呈負相關，而與GCC的MK呈正相關，GCC內部結構改變且與精細動作密切相關，與既往研究[14-15]結果相符。胼胝體作為大腦最大的聯合纖維，其長距離白質通路普遍異常所致神經連接減少可能是ASD患兒出現社會和認知障礙的原因之一[16]。語言溝通障礙是ASD患兒就診的主要原因之一，但本研究未發現語言DQ與DKI參數存在相關性，可能因納入ROI對語言功能改變不敏感，而語言的形成與理解涉及更為復雜的高級中樞[17]。

本研究的局限性：①因臨床上男性患兒樣本量相對較大，且ASD患兒腦神經解剖結構存在性別差異[18]，本研究僅對男童進行分析而未涉及女童；②未根據疾病嚴重程度對ASD進行分級比較；③手動勾畫ROI可能存在誤差并損失部分信息。

綜上，ASD男童存在多腦區微結構改變；GCC可能參與ASD的病理生理過程。DKI用于評估ASD具有廣闊前景。