彌散峰度成像評估3～5歲孤獨癥譜系障礙兒童胼胝體改變

孫永兵，趙 鑫，邢慶娜，孟令松，何雄鵬，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)為廣泛腦發育障礙性疾病，主要癥狀為溝通能力缺陷、社交障礙、重復刻板行為及局限的興趣等。美國8歲以下兒童ASD患病率為1/54，男性遠高于女性[1]。ASD患者存在神經解剖學特征和大腦連通性改變[2]。作為大腦最大的白質纖維束，胼胝體(corpus callosum， CC)對大腦半球信息傳輸至關重要[3]，其改變可能與癲癇、孤獨癥和精神分裂癥[4]等有關。 ASD患者CC面積減小，各向異性分數(fractional anisotropy， FA)降低[5]，大腦半球功能連通性降低[6]，但對于學齡前期ASD患兒研究較少。本研究采用MR彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging， DKI)技術評估3～5歲ASD患兒CC結構改變及其與臨床心理評分的關系。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2020年5月—2021年5月21例于鄭州大學第三附屬醫院首次確診為ASD的患兒(ASD組)，男13例，女8例，月齡37～58個月，平均(40.7±6.0)個月。納入標準：①月齡36～60個月，右利手；②出生孕周≥37周；③符合《美國精神障礙診斷與統計手冊》第5版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-Ⅴ criteria, DSM-Ⅴ)診斷ASD標準[7]；④兒童孤獨癥評定量表(childhood autism rating scale， CARS)得分≥30分[8]；⑤無頭部外傷及驚厥史，無其他精神疾病史、無神經系統疾病家族史及精神藥物治療史；⑥無局灶性或彌漫性腦內病變；⑦接受治療前完成臨床評估及MR檢查。排除存在明顯出生缺陷者。同期納入20名年齡及性別等匹配的健康兒童作為對照組，男11名，女9名，月齡36～56個月，平均(43.2±5.5)個月。本研究經院倫理委員會批準(編號：2021-138-01)，監護人同意并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa Pioneer 3.0T MR掃描儀，16通道頭部線圈。檢查前30 min以5%水合氯醛(0.5 ml/kg體質量)灌腸，檢查時于外耳道插入棉球，固定頭部，于受試者入睡后使其仰臥，行顱腦MR掃描。完成常規序列掃描后，以平面回波序列采集顱腦矢狀位DKI，參數：TR 8 200 ms，TE 2.32 ms，層厚3 mm，層間距0，矩陣256×256，NEX 1，視野200 mm×200 mm，彌散梯度方向數量25，b值=0、1 000和2 000 s/mm2，掃描時間2 min 43 s，層數20；采集層面包括正中矢狀面，清楚顯示穹隆、前聯合、中腦導水管、小腦原裂和錐前裂。基于Witelson五分法[9]于放大的正中矢狀切面圖像上劃分CC，以線段連接CC最前端和最后端，再以4條與之垂直的垂線劃分CC(圖1)。

圖1 CC分區示意圖 Ⅰ區(前1/3)：前額、前運動和輔助運動區；Ⅱ區(前中體)：運動區；Ⅲ區(后中體)：軀體，后頂葉皮層；Ⅳ區(峽部)：后頂葉皮層，顳上區；Ⅴ區(壓部)：枕骨，顳下；ACC：CC前部；PCC：CC后部

1.3 圖像分析 將DKI導入iQuant工作站進行數據處理，獲得FA、平均彌散率(mean diffusivity， MD)、軸向彌散率(axial diffusivity， Da)、徑向彌散率(radial diffusivity， Dr)及平均峰度(mean kurtosis， MK)圖，并依次導入ITK-SNAP 3.8.0軟件。由1名具有5年以上工作經驗的放射科醫師參照FA圖，于清晰顯示CC的正中矢狀切面，以最小體素圓形測量工具，分別于CC前三分之一、前中體、后中體、峽部和壓部勾畫ROI，使其均處于解剖部位中心，測量3次后取平均值作為結果，見圖2。

圖2 ASD患兒，男，42個月 A～E.分別為腦矢狀位DKI FA圖(A)、MD圖(B)、Da圖(C)、Dr圖(D)及MK圖(E) (紅色、綠色、深藍色、黃色及青色依次代表CC的Ⅰ～Ⅴ區)

表1 ASD患兒與對健康兒童基本資料比較

1.4 統計學分析 采用SPSS 25.0統計分析軟件。以頻數表示計數資料，采用χ2檢驗比較組間性別差異；以±s表示符合正態分布的計量資料，采用獨立樣本t檢驗比較組間基本資料及CC各分區DKI參數差異。采用單因素方差分析比較組內CC各分區DKI參數差異，以Bonferroni校正進行多重比較。以多元線性回歸分析ASD組CARS評分與CC各分區DKI參數的關系。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料 ASD組與對照組性別、年齡、體質量及出生體質量差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表1。ASD組平均CARS得分為(35.68±0.82)分。

2.2 CC各分區DKI參數 ASD組CC Ⅰ區FA、Ⅱ區FA和Da、Ⅳ區FA均高于對照組(P均<0.05)，Ⅰ區MD和Dr、Ⅱ區Dr和MK、Ⅳ區MD、Dr和MK、Ⅴ區FA、Da和MK均低于對照組(P均<0.05)。ASD組CC各區FA、MD和Dr差異均無統計學意義(P均>0.05)；Ⅴ區Da低于Ⅱ區(P<0.05)；Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ區MK均低于Ⅴ區(P均<0.05)。對照組CC各分區Da差異無統計學意義(P>0.05)；Ⅲ、Ⅴ區FA高于Ⅰ區(P均<0.05)，Ⅴ區MD、Ⅲ和Ⅴ區Dr均低于Ⅰ區(P均<0.05)；Ⅴ區FA高于Ⅱ區(P<0.05)，Ⅴ區Dr和MK均低于Ⅱ區(P均<0.05)；Ⅴ區FA高于Ⅳ區(P<0.05)，Ⅴ區MD、Dr和MK均低于Ⅳ區(P均<0.05)。見表2。

2.3 回歸分析 CARS評分(Y)與CC Ⅱ和Ⅳ區DKI參數存在線性回歸關系，回歸方程分別為：Y(Ⅱ區)=-159.162+0.225×FA-0.017×MD-0.007×Da+0.114×Dr-0.001×MK；Y(Ⅳ區)=-28.285+0.063×FA-0.037×MD+0.015×Da+0.026×Dr+0.001×MK。見表3。

3 討論

DKI由彌散張量成像(diffusion tensor imaging， DTI)發展而來，其參數中，FA反映水分子彌散的方向[10]，主要受軸突直徑及髓鞘化程度影響；MD為水分子在組織空間內的平均彌散系數，與組織內水含量有關；Da和Dr分別反映平行和垂直于纖維束方向的彌散率；并引入峰度指標監測組織非高斯彌散行為[11]。生物組織(如大腦)內均存在非高斯彌散，由微觀膜、細胞器和神經元隔間等復雜組織產生[12]。峰度增加是大腦發育和成熟的特征[13]，或意味著病變復雜性增加[14]；MK為彌散峰度的均值。本研究以3～5歲ASD患兒作為研究對象[15]，探討其CC結構改變。

表2 ASD患兒與對健康兒童CC各分區DKI參數比較

表3 ASD患兒CARS得分與CC各分區 DKI參數回歸分析結果

相比對照組，本研究ASD組CC Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ區FA增高而Dr降低，提示CC可能存在軸突或髓鞘變性，使纖維內水分子徑向彌散阻力增大，即ASD組CC存在發育異常，與常琛等[16]研究結果相符，但與SUI等[17]結論不同，考慮與后者樣本年齡較大有關；Ⅱ區Da增高、MK降低而Ⅴ區Da、FA和MK均降低，提示ASD組Ⅱ區和Ⅴ區可能存在軸突口徑或纖維填充異常，導致組織成分復雜性降低、大腦成熟度下降(MK減小)及水分子Da改變。ASD組Ⅰ和Ⅳ區MD低于對照組，表明ASD組CC水分子平均彌散度下降。本研究發現ASD組Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ和Ⅴ區CC均存在微結構改變，與BOGER-MEGIDDO等[18]結論相符。白芝蘭等[19]認為ASD患兒CC前部及體部均存在微結構改變，而本研究CC Ⅲ區無明顯異常，考慮與CC分區方法不同有關。

本研究ASD組CC各分區FA、MD和Dr無顯著差異，而Ⅱ區與Ⅴ區Da，Ⅴ區與Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ區MK均存在差異；對照組CC各分區除Da外其余DKI參數均存在差異，其中Ⅰ區和Ⅴ區FA、MD及Dr均存在差異。對照組CC各分區間存在結構差異驗證了WITELSON等[9]的結論，而ASD組部分節段無顯著差異提示其CC結構可能已發生改變，即各部分趨于同質化；ASD組大部分彌散參數無差異而部分分區MK存在差異，提示DKI檢測CC微結構改變較DTI更為敏感。

大腦為一個整體，CC在處理兩側大腦半球信息中發揮重要作用；兩側大腦半球的運動纖維信息傳遞受阻可致出現重復刻板行為等癥狀。本研究線性回歸分析結果表明，ASD組CC Ⅱ和Ⅳ區DKI參數與CARS評分相關。Ⅱ區主要投射CC運動纖維束，Ⅳ區峽部主要投射后頂葉皮層和顳葉纖維束[20]。顳葉主要參與處理聽覺信息和情緒精神活動。ASD患兒Ⅳ區結構異常可致其認知行為、決策和社會行為調節異常。本研究所獲2個回歸方程的R2均>0.50，即擬合度較好，表明DKI技術有助于發現ASD患兒CC微結構改變并評估其嚴重程度，從而指導治療。

綜上所述，3～5歲ASD患兒CC存在結構改變，其中Ⅱ和Ⅳ區CC的DKI參數與臨床心理評分具有相關性。但本研究樣本量較小，且未使用精細評分量表，僅討論CARS總分，且僅關注CC，可能忽略其他因素對腦組織改變的影響，有待進一步完善。