李夢(mèng)露，陳志曄，吳南洲

基于高分辨率MRI的健康成人海馬體積一日內(nèi)變化規(guī)律的研究

李夢(mèng)露，陳志曄，吳南洲

目的：基于高分辨率磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術(shù)測(cè)定不同時(shí)間段的海馬體積，探討健康成人海馬體積1 d內(nèi)的變化。方法：對(duì)3名健康成年志愿者（平均年齡22歲）分別在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行顱腦MRI結(jié)構(gòu)成像掃描，結(jié)合FreeSurfer軟件自動(dòng)計(jì)算各腦區(qū)體積，并對(duì)各時(shí)間段雙側(cè)海馬體積變化進(jìn)行研究。結(jié)果：（1）右側(cè)海馬平均體積（（4.15±0.12）cm3）顯著大于左側(cè)（（3.97± 0.29）cm3）（t=2.9，P=0.009）。（2）雙側(cè)海馬體積1 d內(nèi)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，左側(cè)較為顯著。左側(cè)海馬晨起時(shí)體積最小，晚餐前最大；右側(cè)海馬午餐后最小，晚餐前最大。（3）3餐前后海馬體積沒(méi)有明顯變化。（4）左側(cè)海馬體積晨起時(shí)明顯小于睡前，右側(cè)海馬體積晨起時(shí)大于睡前。結(jié)論：海馬體積1 d內(nèi)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，對(duì)于研究海馬的解剖、機(jī)能構(gòu)造以及某些神經(jīng)、精神疾病可提供相應(yīng)的基礎(chǔ)支持。

海馬；磁共振成像；體積；FreeSurfer

0　引言

海馬（hippocampus）又名海馬回、海馬區(qū)，是組成大腦邊緣系統(tǒng)的一部分，擔(dān)當(dāng)著關(guān)于情感、記憶、學(xué)習(xí)以及空間定位等方面的重要作用。海馬的體積大小及變化與研究海馬的解剖、機(jī)能構(gòu)造有關(guān)，并與某些神經(jīng)、精神疾病如癲癇、精神分裂癥、抑郁癥、阿爾茨海默病等的發(fā)生密切相關(guān)。判斷海馬體積改變是評(píng)價(jià)海馬正常生理狀態(tài)和病理變化的基礎(chǔ)[1]，而磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技術(shù)是測(cè)量海馬體積的有效手段。對(duì)于海馬體積的磁共振測(cè)量方法有手工測(cè)量法、半自動(dòng)測(cè)量法及自動(dòng)測(cè)量法[2]。本研究中采用自動(dòng)測(cè)量法，運(yùn)用顱腦海馬結(jié)構(gòu)高分辨率MRI成像及FreeSurfer后處理技術(shù)定量觀察健康成人海馬體積1 d內(nèi)的變化情況。

1　資料與方法

1.1一般資料

選取3例健康成年志愿者，男性1例、女性2例，年齡21～23歲，平均22歲，均為右利手。納入條件：（1）無(wú)顱腦外傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；（2）無(wú)心腦血管疾病史及內(nèi)分泌疾病史；（3）神經(jīng)病學(xué)、精神心理醫(yī)學(xué)檢查無(wú)陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)；（4）常規(guī)磁共振掃描無(wú)異常發(fā)現(xiàn)；（5）未服用任何能影響神經(jīng)系統(tǒng)的藥物；（6無(wú)吸毒、酗酒史；（7）無(wú)家族遺傳病史；（8）檢查前未進(jìn)行劇烈活動(dòng)，未飲用咖啡、酒精等刺激性飲料。

2　結(jié)果

（1）右側(cè)海馬平均體積為（4.15±0.12）cm3，大于左側(cè)（3.97±0.29）cm3，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.9 P=0.009）；（2）雙側(cè)海馬體積在1 d內(nèi)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，左側(cè)較為明顯，呈現(xiàn)增高趨勢(shì)（如圖3所示），左側(cè)海馬晨起后30 min體積最小，晚餐前1 h最大，右側(cè)海馬午餐后1 h最小，晚餐前1 h最大（見(jiàn)表1圖4）；（3）3餐前后海馬體積沒(méi)有明顯變化（如圖所示）；（4）左側(cè)海馬體積晨起時(shí)小于睡前，右側(cè)海馬體積晨起時(shí)大于睡前（如圖6所示）。

表1　雙側(cè)海馬平均體積的動(dòng)態(tài)變化（n=3，±s）　　　cm3

表1　雙側(cè)海馬平均體積的動(dòng)態(tài)變化（n=3，±s）　　　cm3

時(shí)間點(diǎn)　左側(cè)體積　右側(cè)體積晨起　3.78±0.59　4.16±0.10早餐后　3.98±0.16　4.14±0.12午餐前　4.05±0.21　4.15±0.18午餐后　3.94±0.50　4.10±0.24晚餐前　4.07±0.18　4.20±0.05晚餐后　4.05±0.25　4.19±0.08睡前　3.98±0.16　4.11±0.09

圖4　雙側(cè)海馬在不同時(shí)間點(diǎn)的體積變化折線圖

圖5　3餐前后雙側(cè)海馬體積的變化柱形圖

圖6　晨起與睡前雙側(cè)海馬體積的變化柱形圖

3　討論

基于MRI的活體海馬結(jié)構(gòu)體積測(cè)量是神經(jīng)精神疾病研究的重要手段，引言中提到3種方法中的手工測(cè)量法通過(guò)磁共振計(jì)算機(jī)附帶的容積分析軟件測(cè)量，操作者多采用平行于腦長(zhǎng)軸的冠狀斜切面，主要靠視覺(jué)和經(jīng)驗(yàn)用鼠標(biāo)直接勾畫(huà)海馬結(jié)構(gòu)的邊界，結(jié)果差異很大，且精度不能達(dá)到毫米級(jí)。近年隨著磁共振設(shè)備的發(fā)展及各種自動(dòng)化、半自動(dòng)化工具的開(kāi)發(fā)，海馬體積測(cè)量精度逐漸提高，反映的真實(shí)程度接近病理水平[3]。

本實(shí)驗(yàn)采用FreeSurfer軟件進(jìn)行全自動(dòng)體積測(cè)量，F(xiàn)reeSurfer為美國(guó)MIT Health Sciences&Technology和Massachusetts General Hospital共同開(kāi)發(fā)的磁共振數(shù)據(jù)處理軟件包。該軟件能對(duì)高分辨率的磁共振解剖圖像進(jìn)行三維重建，生成展平或脹平圖像，并能得到皮質(zhì)厚度、面積、灰質(zhì)容積等解剖參數(shù)，可以探測(cè)到皮質(zhì)厚度細(xì)微改變，運(yùn)用此軟件可避免既往采用手工測(cè)量MRI圖像皮質(zhì)厚度精度差的問(wèn)題，且大大提高了計(jì)算效率[4]。這種方法已經(jīng)應(yīng)用于輕度認(rèn)知功能障礙[5]、早老性癡呆[6]等腦結(jié)構(gòu)變化研究中。

FreeSurfer結(jié)果的準(zhǔn)確性與MRI圖像灰白質(zhì)的對(duì)比度相關(guān)，因此圖像分辨率越高，測(cè)量結(jié)果越精確。本實(shí)驗(yàn)中顱腦高分辨結(jié)構(gòu)像采用3T高場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備，運(yùn)用3D FSPGR T1WI快速容積掃描技術(shù)，具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率，信噪比高、偽影小，對(duì)白質(zhì)、灰質(zhì)和腦脊液的對(duì)比度良好，能三維顯示人腦內(nèi)部精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)[2]，能夠更敏感地顯示顱腦各結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，利于軟件更精確地進(jìn)行體積測(cè)量。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)顱內(nèi)各腦區(qū)體積的研究[7-9]很多，但結(jié)果不一致，與測(cè)量方法、樣本資料、技術(shù)等眾多因素有關(guān)。本文則主要針對(duì)飲食活動(dòng)對(duì)海馬體積的影響進(jìn)行研究，旨在說(shuō)明海馬1d內(nèi)的體積是變化的，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究時(shí)注意保證時(shí)間點(diǎn)的一致。在本研究中，通過(guò)運(yùn)用高清磁共振結(jié)構(gòu)成像測(cè)量3名健康成人1 d內(nèi)海馬體積的變化，發(fā)現(xiàn)右側(cè)海馬的平均體積大于左側(cè)海馬，與徐海濱等[10]在正常成年人海馬結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性研究中得出的結(jié)論一致。海馬體積1 d內(nèi)呈動(dòng)態(tài)變化，左側(cè)較明顯，且呈現(xiàn)增高趨勢(shì)，晨起體積明顯小于睡前體積，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注左側(cè)海馬體積的變化。右側(cè)海馬體積較穩(wěn)定，晨起體積大于睡前體積。雙側(cè)海馬餐前、餐后均無(wú)明顯變化。其神經(jīng)機(jī)制可能與血流分布、代謝活動(dòng)等因素相關(guān)，有待于進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。本研究的樣本量偏小，在年齡、性別、利手等方面均具有局限性，且未對(duì)海馬體積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[1]，未排除頭顱大小對(duì)海馬體積的影響[2]，由此會(huì)造成一定的誤差。在今后的研究中，我們將會(huì)在擴(kuò)大樣本量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步嚴(yán)格條件，對(duì)影響海馬體積1 d內(nèi)變化的機(jī)制進(jìn)行相關(guān)的研究。

[1] 張勇，陳楠，王星，等.標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量海馬體積[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2010，6（9）：61-64.

[2]邢永紅，張本恕，安中平.磁共振測(cè)量海馬體積在帕金森病中的應(yīng)用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)：老年醫(yī)學(xué)分冊(cè)，2007，28（2）：80-83.

[3]程流泉，蔡幼銓，亢安那，等.MRI測(cè)量顳葉癲癇患者海馬體積與波譜分析[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2000，8（1）：1-3.

[4]謝兵，王健，黎川，等.FreeSurfer圖像分析軟件在視覺(jué)功能磁共振研究中的運(yùn)用[C]//2010中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)分會(huì)第十八次全國(guó)學(xué)術(shù)大會(huì)論文集.重慶：中華醫(yī)學(xué)會(huì)影像技術(shù)委員會(huì)，2010：88-89.

[5]WANG L，Goldstein F C，Veledar E，et al.Alterations in cortical thickness and white matter integrity in mild cognitive impairment measured by whole-brain cortical thickness mapping and diffusion tensor imaging[J].AJNR，2009，30（5）：893-899.

[6]Salat D H，Greve D N，Pacheco J L，et al.Regional white matter volume differences in nondemented aging and Alzheimer's disease[J]. Neuroimage，2009，44（4）：1 247-1 258.

[7]母其文，謝敬霞，翁雅琴，等.40～90歲正常人體海馬結(jié)構(gòu)、杏仁核、側(cè)腦室顳角的MRI定量研究：與Alzheimer病等有關(guān)的MRI解剖研究[J].中華放射學(xué)雜志，1998，32（12）：817-821.

[8]吳建偉，宋兆祺，陳君坤，等.正常中國(guó)成人MRI海馬結(jié)構(gòu)體積測(cè)定[J].中華放射學(xué)雜志，1998，32（4）：221-223.

[9]Maller J J，Réglade-Meslin C，Anstey K J，et al.Sex and symmetry differences in hippocampal volumetrics：before and beyond the opening of the crus of the fornix[J].Hippocampus，2006，16（1）：80-90.

[10]徐海濱，徐志鵬，左云海，等.正常成年人海馬結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性研究[J].中國(guó)醫(yī)藥指南，2011，9（10）：32-34.

（收稿：2014-10-25修回：2015-02-06）

Research on daily volume changes of hippocampus in healthy adult by high-resolution MRI

LI Meng-lu,CHEN Zhi-ye,WU Nan-zhou
（Department of Diagnostic Radiology,General Hospital of the PLA,Beijing 100853,China）

Objective To explore the daily volume changes of hippocampus in the healthy adult by using high-resolution MRI.Methods Three healthy adults with a mean age of 22 years old were adopted as the volunteers,and underwent MR imaging at seven time points of 30 min after getting up,1 h after breakfast,1 h before and after lunch,1 h before and after supper as well as 30 min before falling asleep.FreeSurfer software was used to calculate automatically the volumes of all encephalic regions,and the volume changes of bilateral hippocampi at the time points were investigated.Results The mean volume of the right hippocampi((4.15±0.12)cm3)was significantly bigger than that of the left hippocampi ((3.97±0.29)cm3),with t=2.9 and P=0.009.The bilateral hippocampi had the volumes change dynamically in one day,and the left one had more changes than the other one.The left hippocampus gained the minimum volume at the time point of getting up and the maximum volume before supper,while the right hippocampus became the smallest after lunch and biggest before supper.The hippocampi had no significant changes before and after three meals.The left hippocampus had the volume at the time point of getting up smaller than that before falling asleep,and the right hippocampus was just the contrary.Conclusion The hippocampus is found to have the volume change dynamically in one day,and the finding may provide references for the researches on its anatomy,function as well as some neurological and mental diseases.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：77-79]

hippocampus;MRI;volume;FreeSurfer

[中國(guó)圖書(shū)資料分類號(hào)]R318；R445.2A

1003-8868（2015）10-0077-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.077

李夢(mèng)露（1989—），女，初級(jí)技師，主要從事顱腦灌注波譜成像、肩關(guān)節(jié)腔內(nèi)造影、髖關(guān)節(jié)多期動(dòng)態(tài)成像等方面的研究工作，E-mail：519604912@qq.com。

100853北京，解放軍總醫(yī)院放射診斷科（李夢(mèng)露，陳志曄，吳南洲）

1.2方法

1.2.1顱腦高分辨率MRI結(jié)構(gòu)成像

采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Discovery MR750 3.0超導(dǎo)型磁共振機(jī)，8通道相控陣頭線圈進(jìn)行采集，志愿者取仰臥位，減小頭后仰角度，保證顱底平面垂直掃描床面。常規(guī)序列包括Ax T2WI、Ax T1Flair、Ax DWI、Cor T2Flair，高分辨率結(jié)構(gòu)像運(yùn)用三維快速擾相梯度回波T1加權(quán)序列（three dimensional fast spoi led gradient echo，3D FSPGR T1WI），以正中矢狀位定位做范圍，包括全腦的正冠狀位掃描，參數(shù)為視野（field of view，F(xiàn)OV）24 cm×24 cm，層厚1 mm，無(wú)間隔，矩陣256×256，激勵(lì)次數(shù)1，重復(fù)時(shí)間7 ms，翻轉(zhuǎn)角15°。分別在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7個(gè)時(shí)間點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行顱腦高分辨率MRI結(jié)構(gòu)成像。

1.2.2圖像測(cè)量

采用FreeSurfer軟件自動(dòng)對(duì)原始圖像（如圖1所示）進(jìn)行分割標(biāo)記（如圖2所示），計(jì)算各腦區(qū)容積本文提取雙側(cè)海馬體積值進(jìn)行研究。

圖1原始MRI圖像數(shù)據(jù)

圖2經(jīng)FreeSurfer數(shù)據(jù)處理標(biāo)記的大腦圖像

注：箭頭所指為海馬區(qū)域

1.2.3統(tǒng)計(jì)分析方法

運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。