李美蓉 張忠陽 李惠民 虞崚崴 李玉華

基于化學(xué)位移原理的氫質(zhì)子磁共振波譜( proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS) 是一種可在活體上無創(chuàng)性地進(jìn)行定位腦組織的代謝、生化研究及定量分析方法。人腦從成熟至衰老經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的生理生化改變，隨著腦發(fā)育，在不同年齡和不同部位的代謝物會不同。目前，關(guān)于成人和兒童正常幕上腦組織1H-MRS的文獻(xiàn)報(bào)道已經(jīng)不少[1-9]，而小腦MRS卻很少報(bào)道。在臨床上，小腦半球是兒童顱后窩腫瘤是其常見的發(fā)病部位，MRS也已經(jīng)應(yīng)用于臨床診斷，對于發(fā)育中小兒MRS反映代謝物的客觀評估是否要考慮年齡因素值得研究。鑒于此，本文回顧性分析70名小兒正常小腦半球組織的多體素1H-MRS分析，闡述小腦代謝物比值及其與年齡的相關(guān)性，期望為小腦半球疾病的診斷和鑒別診斷提供參考。

方 法

1. 研究對象

選擇年齡范圍為7歲以內(nèi)的小兒，臨床表現(xiàn)為頭痛、頭暈、發(fā)熱、嘔吐、抽搐、呼吸道感染、顏面部血管畸形等癥狀做頭顱MRI檢查，除外出生窒息史、新生兒缺血缺氧性腦病史、癲、顱內(nèi)感染、腦腫瘤、先天畸形、發(fā)育落后、無顱腦手術(shù)史等病史，且常規(guī)MRI檢查陰性作為本組研究對象，共選擇70例，按年齡分為0-1歲，1-2歲，2-3歲，3-5歲，5-7歲五組。

2. 檢查技術(shù)

采用 GE Signa 3.0T磁共振掃描儀，頭顱正交線圈。1H-MRS掃描前常規(guī)行常規(guī)頭顱MRI（橫斷面T1WI、T2WI、矢狀面T2WI及DWI），波譜采集序列選用點(diǎn)分辨表面線法（point resolved selective spectroscopy,PRESS），選取橫斷面T1WI和矢狀面T2WI定位，VOI包括顱后窩組織，盡可能避免來自顱底、骨骼、脂肪、腦脊液的干擾（圖1A、B）。掃描參數(shù)：TR1000ms，TE144ms，層厚10mm，層間距6.4mm，F(xiàn)OV為24cm×24cm，矩陣18×18，激勵(lì)次數(shù)1，成像時(shí)間328s。水抑制技術(shù)為化學(xué)位移選擇飽和法（chemicalshift selectivesaturation,CHESS），接收發(fā)射增益調(diào)節(jié)，體素內(nèi)勻場、水抑制掃描均自動完成，預(yù)掃描勻場效果達(dá)到半高全寬小于15Hz，水抑制達(dá)98%水平以上時(shí)開始掃描。

3. 波譜處理

采用 Function Tool對采集的波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得正常腦組織的MRS曲線。利用軟件對波譜進(jìn)行相位、頻率編碼、基線校正。不同的化合物在強(qiáng)磁場作用下產(chǎn)生化學(xué)位移，通常以所加的磁場頻率的百萬分之一（ppm）表示，分析氮-乙酰天冬氨酸（NAA）、膽堿（Cho）、肌酸（Cr）值。為了評價(jià)不同解剖區(qū)域的波譜，波譜體素集中于雙側(cè)灰質(zhì)和白質(zhì)區(qū)，分析雙側(cè)灰質(zhì)和白質(zhì)區(qū)域內(nèi)的代謝物濃度比值（圖1C、D），具體分析如下：①比較各年齡組間小腦白質(zhì)和灰質(zhì)的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差異；②比較同一年齡組小腦白質(zhì)和灰質(zhì)的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差異；③分析灰、白質(zhì)區(qū)NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值隨年齡的變化規(guī)律。

4. 統(tǒng)計(jì)方法

用SAS9.13軟件包對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，各年齡組間灰、白質(zhì)區(qū)的各比值進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，其中符合正態(tài)分布和方差齊的數(shù)據(jù)組間的比較采用單因素方差分析；不符合正態(tài)分布和方差不齊的數(shù)據(jù)組間比較采用K-W檢驗(yàn)（H檢驗(yàn)）。灰、白質(zhì)區(qū)代謝物比值與年齡相關(guān)分析用Spearman相關(guān)分析，隨年齡的變化規(guī)律用直線回歸分析。

圖1 男性，31月。 A、B.分別為解剖圖和相應(yīng)波譜圖。C、D.為分別雙側(cè)灰質(zhì)和白質(zhì)的定位圖和相應(yīng)波譜圖。右側(cè)白質(zhì)NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.160、1.094、0.951;左側(cè)白質(zhì)NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.021、1.283、1.141;左側(cè)灰質(zhì)NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為2.581、1.061、1.081；右側(cè)灰質(zhì)NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分別為1.151、0.940、0.821。

結(jié) 果

表1 灰、白質(zhì)各代謝物比值在各年齡組間比較

表2 灰、白質(zhì)各代謝物比值與年齡相關(guān)分析

圖2 白質(zhì)NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）隨年齡變化的關(guān)系。

圖3 灰質(zhì)NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）隨年齡變化的關(guān)系。

討 論

1H-MRS是一種可在活體上無創(chuàng)性地進(jìn)行定位腦組織的代謝、生化研究及定量分析方法。臨床上，1H-MRS廣泛應(yīng)用于小兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷中，如遺傳代謝疾病中腦白質(zhì)疾病、線粒體腦病、急性膽紅素腦病、局灶性顳葉癲、腦腫瘤、腦內(nèi)感染和炎癥、新生兒缺血缺氧性腦病、代謝紊亂以及發(fā)育延遲等。目前關(guān)于成人和兒童幕上正常腦組織的1H-MRS的文獻(xiàn)報(bào)道[1-9]，表明MRS能在細(xì)胞水平上反映腦發(fā)育過程。在胚胎上，小腦半球的發(fā)育不同于大腦半球；在組織上，灰質(zhì)和白質(zhì)有不同的細(xì)胞層結(jié)構(gòu)，組織學(xué)的不同導(dǎo)致其功能的不同，因此，小腦半球和大腦半球的波譜值會不同[9]。本文選擇不同年齡組的小腦半球白質(zhì)和灰質(zhì)，更進(jìn)一步明確灰、白質(zhì)區(qū)在不同年齡組的代謝物比值的差異及意義，為兒童顱后窩疾病的診斷和鑒別診斷提供更加可靠的影像學(xué)依據(jù)。

在體磁共振波譜可以選擇單體素技術(shù)（single voxel SV）和二維及三維多體素技術(shù)（multivoxel MV）。單體素只能采集單個(gè)部位，反映解剖部位的代謝特點(diǎn)有限；多體素能同時(shí)獲得多個(gè)解剖部位代謝物值，減少了多次檢測的誤差且節(jié)省時(shí)間，但在掃描體素內(nèi)客觀上難以做到磁場均勻一致。正常的腦組織磁共振波譜（1H-MRS）在不同的TE上顯示的代謝物種類不同，本研究選擇長TE，主要顯示NAA、Cho、Cr峰。N-乙酰天冬氨酸（N-AA）波譜位于2.02ppm，主要由NAA和NAAG組成，與神經(jīng)元的完整性相關(guān)，反映神經(jīng)元的功能狀態(tài)，為理想的未發(fā)育神經(jīng)組織的標(biāo)志物。膽堿化合物（Cho）波譜位于3.22ppm，細(xì)胞膜磷脂代謝的成分之一，反映細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)功能、細(xì)胞的增殖狀態(tài)及總膽堿量。肌酸/磷酸肌酸（Cr）位移為3.02ppm，包括肌酸、磷酸肌酸等，為神經(jīng)元胞質(zhì)的高能磷酸儲備，標(biāo)志著細(xì)胞的能量狀態(tài)。在同一個(gè)體腦內(nèi)不同代謝的條件下，其總量相對比較穩(wěn)定，故常用作標(biāo)準(zhǔn)，得出其與Cr的相對比值。

本研究發(fā)現(xiàn)灰質(zhì)和白質(zhì)區(qū)NAA/Cho、NAA/Cr值在各年齡組間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，且隨著年齡增加逐漸升高，與文獻(xiàn)報(bào)道一致[5-9]。NAA主要由神經(jīng)元細(xì)胞、軸突細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞、Ⅱ型膠質(zhì)細(xì)胞的前體細(xì)胞和未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生，未結(jié)合的NAA是髓鞘形成中脂肪酸合成時(shí)乙?；墓w和神經(jīng)介質(zhì)N-乙酰天冬谷氨酸鹽(NAAG)降解產(chǎn)物的前體[10]。腦發(fā)育在胎兒初期，主要是神經(jīng)元的形成及數(shù)量增多；足月分娩時(shí)，神經(jīng)細(xì)胞數(shù)目已達(dá)成人水平，尚未成熟且發(fā)育差，軸突和樹突少而短，因此NAA濃度較低。出生后隨著腦發(fā)育，腦內(nèi)會發(fā)生如神經(jīng)細(xì)胞體積增大，神經(jīng)樹突和軸突增多、加長和突觸形成及神經(jīng)元密集及髓鞘形成等變化；且出生時(shí)已有的神經(jīng)突觸并非一成不變，隨著年齡的增長，會發(fā)生如突觸的修剪、重組等變化[11]，這些改變使反映神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞代謝和能量代謝的代謝物濃度不可避免地發(fā)生變化。文獻(xiàn)報(bào)道，顱腦內(nèi)NAA濃度的升高主要由神經(jīng)元的成熟（軸突，樹突和突觸連接數(shù)目增加）以及髓鞘化的完成引起[12]。因此，灰、白質(zhì)NAA/Cho、NAA/Cr值在不同年齡階段會不同，且隨著年齡增長逐漸升高。

灰質(zhì)和白質(zhì)區(qū)Cho/Cr值在各年齡組之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），在灰質(zhì)區(qū)其值隨年齡增加呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05），白質(zhì)區(qū)隨年齡增加呈負(fù)相關(guān)趨勢（P＞0.05），但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Cho主要由磷酸膽堿、谷氨酸膽堿、游離膽堿組成，是神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿的前體[13]。Cho是正常新生兒腦組織質(zhì)子波譜的最高峰，正常腦組織中Cho峰的主要成分是前兩種物質(zhì)，兩者均為膜的前體和（或）降解產(chǎn)物。在發(fā)育早期，顱腦1H-MRS上的Cho峰主要代表形成細(xì)胞膜和髓鞘所需的高濃度底物。髓鞘化過程中需要大量的磷酸膽堿。髓鞘化過程是一個(gè)形態(tài)和時(shí)間上可以預(yù)見的過程，主要發(fā)生在胚胎后期及出生以后的前2年。在文獻(xiàn)中[5-8]，隨著年齡的增加，髓鞘化的逐漸完成，該部位的Cho濃度會逐漸降低，表明Cho濃度變化和髓鞘化過程相關(guān)，有人認(rèn)為這是由于原來可探測到的膽堿成分在髓鞘形成時(shí)被結(jié)合成大分子物質(zhì)后，流動性減少，不能被1H-MRS檢測出來[14]。在出生時(shí)，腦干(包括橋腦、內(nèi)側(cè)丘系、大腦腳、上下丘、結(jié)合臂交叉)、間腦(丘腦腹后外側(cè)核、蒼白球旁核、殼核背外側(cè)核)和小腦(齒狀核、小腦蚓部)髓鞘化已完成。因此，灰質(zhì)區(qū)的Cho/Cr值隨年齡的增長而逐漸下降，白質(zhì)區(qū)的Cho/Cr值隨年齡的增長無明顯變化。

多體素1H-MRS能無創(chuàng)性地測定早期腦發(fā)育過程中多種重要的細(xì)胞內(nèi)代謝物水平，本研究更進(jìn)一步表明了不同年齡的灰、白質(zhì)代謝物比值會不同，并獲得主要代謝產(chǎn)物與年齡的變化關(guān)系，為臨床提供參考。因此，臨床上在應(yīng)用MRS診斷顱后窩疾病時(shí)，要考慮其年齡和部位的因素。