李翠寧 劉懷軍 耿左軍 賈林 池琛 崔彩霞 黃勃源

磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)屬于廣義腦功能成像范疇，是一種較復(fù)雜的擴(kuò)散成像技術(shù)，臨床對DTI的應(yīng)用是對其后處理參數(shù)評價，最基本的后處理參數(shù)(以下簡稱參數(shù))是分?jǐn)?shù)各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusivity，MD)。本研究通過對健康人腦投射纖維FA、MD參數(shù)圖的定量分析，進(jìn)而研究這兩種參數(shù)圖與年齡的關(guān)系，有利于臨床推廣和利用DTI這一較新技術(shù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2007年12月至2008年4月，健康右利手志愿者58例，年齡22～76歲，按年齡分為年輕組(≤40歲)30例，男16例，女14例;年齡24～38歲，平均年齡(28±4)歲;中老年組(＞40歲)28例，男15例，女13例;年齡41～76歲，平均年齡(56±9)歲;無中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及體征，無心、肝、腎、內(nèi)分泌等重要臟器疾病，無金屬內(nèi)置物，所有志愿者知情并簽署同意書，且經(jīng)我院倫理道德委員會討論通過。2組志愿者的性別組成匹配。

1.2 設(shè)備及成像參數(shù) 應(yīng)用GE signa 3.0T MRI儀，梯度場強(qiáng)度40 mT/m，梯度切換率 150 mT·m－1·ms－1，標(biāo)準(zhǔn) 8 通道頭部正交線圈，仰臥位，頭部置于線圈中央，用海綿墊固定志愿者頭部;顱腦常規(guī)MRI包括軸位T1WI:TR/TE 530 ms/15 ms;T2 FLAIR:TR/TE/TI 1 000 ms/130 ms/2 400 ms;propeller T2包括軸位和矢狀位:TR/TE 5 100 ms/120 ms，層厚6 mm，層間距1.2 mm，F(xiàn)OV 230 mm，采集矩陣為256×256。

DTI采用單次激發(fā)梯度脈沖自旋回波-回波平面成像(SSGSE-EPI)序列，軸位平行于前-后聯(lián)合(AC-PC)連線，范圍包括橋腦下部至半卵圓中心，層厚4 mm，層間距0 mm，共19層，擴(kuò)散敏感梯度(MPG)方向數(shù):21，TR/TE 5 000 ms/104 ms，F(xiàn)OV 24 cm ×24 cm，矩陣 256×256。b值 =0，1 000 s/mm2，掃描時間239 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析 所有圖像數(shù)據(jù)傳至ADW4.2工作站，由影像科主任醫(yī)師及主治醫(yī)師各一名對所有常規(guī)MRI閱片。應(yīng)用工作站Functool軟件，對DTI圖像數(shù)據(jù)后處理，經(jīng)EPI校正，設(shè)定重建范圍，計(jì)算機(jī)自動計(jì)算，獲得FA、MD兩種參數(shù)圖，均轉(zhuǎn)化為灰度圖，采用興趣區(qū)(region of interest，ROI)的方法對FA圖(參照彩色編碼圖)投射纖維以下6個部位定位:橋腦(皮質(zhì)脊髓束)、大腦腳、內(nèi)囊前肢、膝部、后肢、半卵圓中心，記錄各部位左右側(cè)的參數(shù)值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以±s表示，對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)及方差齊性檢驗(yàn)，左右側(cè)比較采用配對t檢驗(yàn)，年齡組間比較采用兩獨(dú)立樣本u檢驗(yàn)，參數(shù)值與年齡的相關(guān)性行Pearson相關(guān)分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)MRI 中老年組與年輕組比較，常規(guī)MRI均顯示不同程度的雙側(cè)側(cè)腦室對稱性擴(kuò)大，腦溝變深，T2WI上豆?fàn)詈诵盘枩p低，60歲以上老年人可見白質(zhì)內(nèi)點(diǎn)狀T2WI高信號，側(cè)腦室周圍T1WI低信號T2WI高信號帶，T2 FLAIR上最明顯。

2.2 DTI參數(shù)圖的特點(diǎn) 肉眼觀察所有受試者投射纖維在DTI的兩種參數(shù)圖上左右對稱，中老年人側(cè)腦室增大，部分中老年人的FA圖表現(xiàn)為腦室周圍白質(zhì)束變細(xì)。見圖1。

圖1 不同年齡FA圖比較

2.3 DTI參數(shù)值與年齡的關(guān)系 (1)左右側(cè)差異:年輕組FA值在橋腦左側(cè)＞右側(cè)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=2.714，P=0.011)，其余部位FA值及所有部位MD值左右側(cè)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(FA:t= －1.500～1.777，P=0.086 ～0.994;MD:t=－1.271 ～ －0.307，P=0.214 ～0.761)。中老年組:在所有部位的兩種參數(shù)值左右側(cè)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。(2)DTI參數(shù)值與年齡的關(guān)系橋腦的投射纖維FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=－0.57，P=0.000)，其余部位FA值與年齡無相關(guān)關(guān)系(r= －0.214 ～0.124，P=0.107 ～0.972)。MD 值在半卵圓中心與年齡呈正相關(guān)關(guān)系(r=0.338，P=0.009)，其余部位MD值與年齡無相關(guān)關(guān)系(r=0.260～0.338，P=0.106～0.975)。FA、MD參數(shù)值隨年齡的變化趨勢明顯的部位見圖2。

圖2 DTI參數(shù)值隨年齡的變化趨勢

3 討論

DTI是20世紀(jì)90年代初中期發(fā)展起來的MRI新技術(shù)，通過檢測組織中水分子擴(kuò)散運(yùn)動受限的方向和程度，可對水分子在三維立體空間的擴(kuò)散能力進(jìn)行測定，間接反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化;DTI的原始圖像數(shù)量龐大，臨床應(yīng)用主要是對其后處理參數(shù)進(jìn)行評價，包括各向同性參數(shù)和各向異性參數(shù)以及向量參數(shù)等，最常用的是分?jǐn)?shù)各向異性FA和平均擴(kuò)散系數(shù)MD。FA代表擴(kuò)散張量的各向異性部分占整個擴(kuò)散張量的比率，白質(zhì)纖維聚集且走行一致的部位FA值高;MD代表體素或興趣區(qū)內(nèi)水分子的平均擴(kuò)散能力，主要反映組織中自由水含量的變化。

由介紹擴(kuò)散技術(shù)的早期文獻(xiàn)，不難得出，DTI不僅具有彌散加權(quán)成像(DWI)的所有功能，而且還可提供組織的各向異性信息，F(xiàn)A和 MD兩種參數(shù)提供了 DTI優(yōu)于 DWI的基本信息［1，2］。在臨床實(shí)踐中，對患者來講，DTI和 DWI的價格相同，如果參數(shù)設(shè)計(jì)合理，DTI不需要花費(fèi)很長時間，應(yīng)逐步推廣加以充分利用。

人腦生理性老化表現(xiàn)為漸進(jìn)性腦重量減少和腦動脈硬化，腦組織容積減少，白質(zhì)中的有髓神經(jīng)纖維髓鞘脫失，神經(jīng)原皺縮，膠質(zhì)細(xì)胞增生，細(xì)胞外間隙增大，錐體外系核團(tuán)鐵質(zhì)沉積增多。研究表明，人腦的體積在19歲時達(dá)到最大，其后每10年人腦體積減少1.3% ～1.6%，灰質(zhì)的體積隨著年齡的增加逐漸縮小，白質(zhì)的體積變化則很小，但60歲以后以每年2%的速度減少［3］。本研究中這種生理性老化在常規(guī)MRI上表現(xiàn)為，腦室、腦溝和腦池的彌漫均勻性擴(kuò)大，側(cè)腦室周圍T1WI低信號T2WI高信號(T2FLAIR更明顯)帶，皮質(zhì)下白質(zhì)和基底節(jié)區(qū)點(diǎn)狀和小片狀T2WI高信號灶。這些表現(xiàn)在DTI參數(shù)圖上可部分得到表現(xiàn)，如MD圖顯示腦室、腦溝和腦池?cái)U(kuò)大(MD值高表現(xiàn)為白色)，F(xiàn)A圖顯示腦室周圍白質(zhì)束變細(xì)。

投射纖維是聯(lián)絡(luò)大腦皮質(zhì)與腦干、脊髓和小腦間的上下行白質(zhì)纖維束，大部分經(jīng)過內(nèi)囊，其中皮質(zhì)脊髓束和皮質(zhì)核束組成錐體系，起始于額葉的運(yùn)動區(qū)和運(yùn)動前區(qū)，在半卵圓中心逐漸集中，通過放射冠走向內(nèi)囊后肢，緊密排列后，進(jìn)入大腦腳中部，向下皮質(zhì)脊髓束單獨(dú)下行，位于腦干的腹側(cè)，本研究中橋腦的投射纖維興趣區(qū)即設(shè)置在皮質(zhì)脊髓束的走行區(qū)，在DTI的彩色張量圖上顯示為上下走行(藍(lán)色)，前期研究顯示，健康右利手年青人橋腦投射纖維(皮質(zhì)脊髓束)的各向異性FA存在左側(cè)優(yōu)勢，可能與研究對象均為右利手有關(guān)［3］;右利手者右側(cè)肢體活動較左側(cè)靈活而有力，解剖學(xué)研究也證實(shí)由于延髓椎體交叉的存在，支配右側(cè)肢體的左側(cè)皮質(zhì)脊髓束比右側(cè)粗大［4］。

本研究通過對不同年齡的右利手健康人腦投射纖維FA、MD的定量研究發(fā)現(xiàn)，年青人橋腦皮質(zhì)脊髓束的FA值存在左側(cè)優(yōu)勢，投射纖維在橋腦的FA值隨著年齡的增加而降低，中老年人腦投射纖維的FA參數(shù)值雙側(cè)對稱，不存在側(cè)別差異，因此臨床和科研中對人腦進(jìn)行DTI定量評估時要考慮到年齡因素的影響。FA、MD隨年齡的變化趨勢與人腦的生理性老化有關(guān)，即有髓神經(jīng)纖維的髓鞘脫失，神經(jīng)細(xì)胞皺縮，細(xì)胞外間隙增大可導(dǎo)致擴(kuò)散的方向性(各向異性)降低和平均擴(kuò)散能力增加，表現(xiàn)為FA的降低和MD的升高，這在很多文獻(xiàn)中都有詳細(xì)論述。

DTI測量正常人大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究較多，受擴(kuò)散成像技術(shù)及研究對象的影響，不同的磁共振儀、成像參數(shù)、后處理軟件，不同的年齡組成人群乃至左右利手，其結(jié)果會有一定的差異。

本研究的受試對象相對較少，未對受試者的頭型進(jìn)行嚴(yán)格控制。對兩名相同體型和頭型的女性受試者的觀察，老年人腦白質(zhì)的各向異性FA值的變化可無明顯差異，但在腦室周圍白質(zhì)束，可觀察到為白質(zhì)束的變細(xì)，這在一定程度上證明，人腦白質(zhì)的生理性老化，白質(zhì)纖維束的體積變化可能要比各向異性值變化更明顯。

1 Beaulieu C.The basis of anisotropic water diffusion in the nervous system-a technical review.NMR Biomed，2002，15:435-455.

2 Ulug AM.Monitoring brain development with quantitative diffusion tensor imaging.Developmental Science，2002，5:286-292.

3 李翠寧，劉懷軍，賈林毅，等.健康右利手年輕人腦投射纖維各向異性研究.中國全科醫(yī)學(xué)，2010，13:1501-1513.

4 White LE，Park HJ，Hulette C，et al.Structure of the human sensorimotor system.Ⅱ.lateral symmetry.Cereb Cortex，1997，7:31-47.