代海洋，黎倩儀，李勝開，肖葉玉，吳仁華

磁共振波譜定量檢測(cè)孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)代謝特征

代海洋1，黎倩儀2，李勝開1，肖葉玉3*，吳仁華3

目的利用磁共振波譜及LCModel后處理軟件定量檢測(cè)孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)代謝物特征并與正常發(fā)育兒童進(jìn)行對(duì)比。材料與方法對(duì)符合診斷標(biāo)準(zhǔn)的13例孤獨(dú)癥患兒和14例正常發(fā)育兒童基底節(jié)區(qū)進(jìn)行磁共振波譜采集，利用LCModel軟件對(duì)波譜數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理分析。結(jié)果相對(duì)于正常發(fā)育兒童，孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Glx、Glu和Cho的絕對(duì)濃度以及Glx/Cr、Glu/Cr和右側(cè)基底節(jié)區(qū)Cho/Cr比值增高且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)NAA絕對(duì)濃度較正常發(fā)育兒童降低但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，NAA/Cr較正常發(fā)育兒童減低且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)MI絕對(duì)濃度和MI/Cr值較正常發(fā)育兒童增高，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)存在代謝異常，基底節(jié)區(qū)Glx、Glu和Cho濃度的增高以及NAA/Cr的降低可能與孤獨(dú)癥的發(fā)病存在一定關(guān)系。

自閉癥譜系障礙；磁共振波譜學(xué)；代謝

代海洋, 黎倩儀, 李勝開, 等. 磁共振波譜定量檢測(cè)孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)代謝特征. 磁共振成像, 2017, 8(1): 8-12.

自閉癥譜系障礙(autism spectrum disorders， ASD)簡稱孤獨(dú)癥，是一種起病于嬰幼兒期的嚴(yán)重慢性神經(jīng)精神障礙性疾病[1]。 孤 獨(dú) 癥 的 發(fā) 病原因及機(jī)制尚不明確。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)是目前唯一可檢測(cè)活體組織代謝物化學(xué)成分和含量的檢查方法，進(jìn)而間接反映組織代謝及功能狀態(tài)。本研究利用MRS檢測(cè)孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)代謝物情況，并與正常發(fā)育兒童進(jìn)行對(duì)比，探討孤獨(dú)癥患兒腦代謝物改變，從代謝水平揭示孤獨(dú)癥可能的病因及病理基礎(chǔ)，為孤獨(dú)癥的診斷提供客觀的影像學(xué)診斷指標(biāo)，有助于臨床更加準(zhǔn)確有效地診斷和治療孤獨(dú)癥。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究通過了醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，病例來源于惠州市中心人民醫(yī)院兒科門診，所有檢查須知及注意事項(xiàng)均在檢查前告知兒童家屬并簽訂知情同意書。孤獨(dú)癥患兒納入標(biāo)準(zhǔn)：3～9 歲兒童；由具有豐富臨床經(jīng)驗(yàn)的兒科醫(yī)生對(duì)患兒本人或家屬進(jìn)行病史采集，并對(duì)患兒進(jìn)行神經(jīng)系統(tǒng)檢查和孤獨(dú)癥行為量表評(píng)分。評(píng)分量表包括：兒童孤獨(dú)癥行為量表(autism behavior checklist，ABC)，要求總分＞67分；克氏孤獨(dú)癥行為量表(clancy autism behavior scale，CABS)，要求總分＞7分；兒童孤獨(dú)癥評(píng)定量表(childhood autism rating scale，CARS)，要求總分＞30分。排除標(biāo)準(zhǔn)包括家族遺傳性疾病、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，藥物濫用或依賴及嚴(yán)重飲食失調(diào)，重大的醫(yī)學(xué)或神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。對(duì)照組為正常發(fā)育兒童：入選標(biāo)準(zhǔn)：3～9 歲兒童；無精神及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的兒童。排除標(biāo)準(zhǔn)：明確的頭部外傷史，家族遺傳性疾病、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙，藥物濫用或依賴及嚴(yán)重飲食失調(diào)等。本研究共納入符合孤獨(dú)癥診斷標(biāo)準(zhǔn)的患兒共13例，其中男性8例，女性5例，年齡3～9歲，平均年齡5.6歲。納入對(duì)照組為正常發(fā)育兒童14例，其中男性9例，女性6例，年齡3～9歲，平均年齡4.6歲。

1.2 技術(shù)方法

磁共振掃描采用Philips 1.5 T Multiva MR 掃描儀，使用八通道頭部線圈作為發(fā)射和接收線圈。鑒于兒童難以配合完成較長時(shí)間的磁共振檢查，在取得受試者家屬的理解和同意后，囑受試者兒童在檢查前半小時(shí)口服水合氯醛進(jìn)行鎮(zhèn)定，劑量為0.5～1.0 ml/kg，至熟睡后再進(jìn)行磁共振檢查。首先進(jìn)行常規(guī)顱腦MRI平掃，包括橫斷面T1WI、T2WI及矢狀面T2WI，參數(shù)分別為T1WI：TR 440 ms，TE 30 ms，T2WI：TR 4200 ms，TE 112 ms，層厚為5 mm，圖像采集矩陣為256×256。1H-MRS采集使用單體素氫質(zhì)子波譜點(diǎn)解析自旋回波波譜序列(point-resolve echo spin spectroscopy，PRESS)，TR 1500 ms，TE 30 ms，勻場(chǎng)效果要求半高全寬＜5 Hz。感興趣區(qū)定位于雙側(cè)基底節(jié)區(qū)，體素大小為1.0 cm×1.0 cm× 2.0 cm (圖1)。

1.3 數(shù)據(jù)后處理及統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

磁共振掃描結(jié)束后從主機(jī)導(dǎo)出波譜數(shù)據(jù)的P.file文件，輸入到計(jì)算機(jī)并利用LCModel軟件進(jìn)行后處理分析，得出各主要代謝物的絕對(duì)濃度值。主要觀察指標(biāo)包括NAA、Glx、Glu、Cho、MI的濃度及其與Cr的比值。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 17.0軟件，對(duì)孤獨(dú)癥患兒和對(duì)照組正常發(fā)育兒童雙側(cè)基底節(jié)區(qū)主要代謝物代謝物的絕對(duì)濃度值及與Cr的比值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析(one-way ANOVA)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。孤獨(dú)癥患兒與正常發(fā)育兒童年齡對(duì)比采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

圖1 單體素1H-MRS掃描ROI定位于雙側(cè)基底節(jié)區(qū)，體素大小為1.0 cm×1.0 cm×2.0 cm 圖2 孤獨(dú)癥兒童基底節(jié)區(qū)經(jīng)LCModel擬合的磁共振波譜圖 圖3 正常發(fā)育兒童基底節(jié)區(qū)經(jīng)LCModel擬合的磁共振波譜圖Fig. 1 The single voxel1H-MRS scan ROI was located in the basal ganglia region, the size of the voxel was 1.0 cm×1.0 cm×2.0 cm. Fig. 2 MR spectrum of autism children in the basal ganglia region fitted by LCModel. Fig. 3 MR spectrum of normal developed children in the basal ganglia regions fitted by LCModel.

表1 孤獨(dú)癥兒童與正常發(fā)育兒童雙側(cè)基底節(jié)區(qū)代謝物絕對(duì)濃度(mM)及比值比較Tab. 1 Comparison of the metabolite concentrations and ratios in basal ganglia regions of autistic and normal developed children

孤獨(dú)癥患兒和正常發(fā)育兒童年齡(5.58±1.15和4.63±1.77，t=1.24，P＞0.05)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。常規(guī)MRI平掃顯示孤獨(dú)癥患兒和正常發(fā)育兒童腦實(shí)質(zhì)發(fā)育良好，均未發(fā)現(xiàn)腦實(shí)質(zhì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)異常及病灶，孤獨(dú)癥和正常發(fā)育兒童經(jīng)LCModel擬合定量的MRS波譜示意圖見圖2，3。孤獨(dú)癥患兒和正常發(fā)育兒童雙側(cè)基底節(jié)各代謝物及比值比較(表1)：孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Glu和Glx濃度均大于正常發(fā)育兒童且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Glu：左側(cè)：F=12.12，P＜0.01；右側(cè)：F=11.23，P＜0.01；Glx：左側(cè)：F=19.60，P＜0.01；右側(cè)：F=17.26，P＜0.01) 。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Glu/Cr和Glx/Cr值均大于正常發(fā)育兒童且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Glu/Cr：左側(cè)：F=6.21，P＜0.05；右側(cè)：F=8.11，P＜0.05；Glx/Cr：左側(cè)：F=8.72，P＜0.05；右側(cè)：F=20.40，P＜0.001)。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)NAA濃度較正常發(fā)育兒童降低，但無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(左側(cè)：F=0.91，P＞0.05；右側(cè)：F=0.84，P＞0.05)。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)NAA/Cr值低于正常發(fā)育兒童且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(左側(cè)：F=10.51，P＜0.01；右側(cè)：F=4.69，P＜0.05)。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Cho濃度較正常發(fā)育兒童增高且有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(左側(cè)：F=8.90，P＜0.05；右側(cè)：F=6.15，P＜0.05)。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Cho/Cr值較正常發(fā)育兒童增高，左側(cè)無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，右側(cè)有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(左側(cè)：F=2.61，P＞0.05；右側(cè)：F=5.05， P＜0.05)。孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)MI濃度和MI/ Cr值較正常發(fā)育兒童增高，但無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(MI：左側(cè)：F=0.10，P＞0.05；右側(cè)：F=0.33，P＞0.05；MI/Cr：左側(cè)：F=1.02，P＞0.05,；右側(cè)：F=0.77，P＞0.05)。

3 討論

孤獨(dú)癥是廣泛性發(fā)育障礙中最常見的一種亞型, 是嬰幼兒期嚴(yán)重的慢性神經(jīng)精神疾病[2]。研究認(rèn)為孤獨(dú)癥的發(fā)病可能與遺傳、心理、生理、免疫和家庭等多種因素有關(guān)，但確切病因仍尚不明確[3]。目前，我國孤獨(dú)癥的發(fā)病率一般認(rèn)為是兒童人口的2萬分之一至5萬分之一，其中男女比例約為3:1～4:1。由于大部分孤獨(dú)癥兒童早期核心癥狀不明顯難以引起家長的注意，或因年齡太小等原因?qū)е聦？漆t(yī)師也難以準(zhǔn)確判斷為孤獨(dú)癥，甚至容易將其誤認(rèn)為是性格異?；蚪涣鳒贤ㄕ系K、發(fā)育遲緩等而錯(cuò)過了最佳治療時(shí)機(jī)，部分兒童孤獨(dú)癥患者的癥狀會(huì)持續(xù)至成年，給家庭、社會(huì)帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。

磁共振波譜除了在腦腫瘤診斷中的廣泛應(yīng)用，近年來被越來越多地運(yùn)用到神經(jīng)變性和代謝性疾病的研究中來。就技術(shù)特點(diǎn)而言，磁共振波譜可在體檢測(cè)活體組織代謝情況，具有無創(chuàng)性、可重復(fù)性及準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)。就揭示代謝機(jī)制而言，磁共振頻譜可以在體檢測(cè)孤獨(dú)癥患者腦部代謝信息，受試者僅需在平靜狀態(tài)下進(jìn)行掃描，檢查方法簡單，結(jié)果客觀準(zhǔn)確，可重復(fù)性高，有利于闡明病變機(jī)理、監(jiān)控疾病的發(fā)展演變和治療隨訪等。磁共振波譜可從分子水平發(fā)現(xiàn)代謝異常，可為疾病治療和新藥物的研發(fā)提供新的思路和作用靶點(diǎn)[4-5]。既往波譜研究結(jié)果多用比值的形式表示各代謝物的相對(duì)變化，即相對(duì)定量分析，該方法簡單、易行，但因其結(jié)果只是相對(duì)值，其準(zhǔn)確性較低。近年來絕對(duì)定量分析被越來越多應(yīng)用于磁共振波譜研究中，絕對(duì)定量可以準(zhǔn)確地測(cè)量出腦代謝物的絕對(duì)濃度值，更加精確地比較各代謝物濃度值的變化，具有相對(duì)定量無法比擬的優(yōu)勢(shì)[6]。本研究所利用的LCModel波譜后處理軟件是檢測(cè)腦代謝物絕對(duì)濃度最常用且得到公認(rèn)的軟件之一，該軟件可準(zhǔn)確地?cái)M合出波譜中各主要代謝物的絕對(duì)濃度值，達(dá)到絕對(duì)定量的目的，這是本研究的顯著優(yōu)勢(shì)之一。

通過本研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)幾種重要代謝物的絕對(duì)定量分析中，Glu、Glx和Cho都較正常發(fā)育兒童升高且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而NAA較正常發(fā)育兒童有所降低但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在相對(duì)定量分析中，孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)Glu/Cr、Glx/Cr和右側(cè)基底節(jié)區(qū)Cho/Cr較正常發(fā)育兒童增高且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)NAA/Cr較正常發(fā)育兒童減低且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。NAA主要位于神經(jīng)元和軸突內(nèi)，是公認(rèn)的神經(jīng)元標(biāo)志物，位于2.02 ppm處。各種疾病導(dǎo)致的神經(jīng)元損傷或分解均可導(dǎo)致NAA含量的減低[7-8]。Aoki等[9]通過系統(tǒng)性Meta分析對(duì)孤獨(dú)癥患兒不同腦區(qū)NAA進(jìn)行研究，均發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒腦內(nèi)NAA濃度或比值均較正常發(fā)育兒童有不同程度減低。本研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒NAA絕對(duì)濃度和NAA/Cr均減低，且NAA/Cr降低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與既往研究結(jié)論一致。NAA濃度減低提示孤獨(dú)癥患兒存在神經(jīng)系統(tǒng)功能的受損，多由于神經(jīng)元的缺失或功能障礙等。Cho峰位于3.21 ppm處，是腦內(nèi)膽堿的總稱，包括磷酸膽堿，甘油磷酸膽堿和磷脂酰膽堿，反映腦內(nèi)總膽堿含量。Cho主要參與細(xì)胞膜的構(gòu)成，反映細(xì)胞膜磷脂代謝及細(xì)胞膜完整狀態(tài)。Cho峰的升高提示細(xì)胞膜的完整性受到破壞，細(xì)胞膜代謝或降解加快。本組結(jié)果顯示孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)Cho絕對(duì)濃度值及Cho/Cr比值增高，提示孤獨(dú)癥患兒腦內(nèi)可能存在細(xì)胞膜代謝的異常。國內(nèi)外研究對(duì)孤獨(dú)癥患兒Cho變化情況結(jié)論不一，Levitt等[10]研究發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患兒尾狀核頭部Cho濃度較正常發(fā)育兒童增高，而Hardan等[11]研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒丘腦區(qū)Cho含量較正常發(fā)育兒童降低，一些研究則認(rèn)為二者無明顯差異，這些不一致的研究結(jié)論也表明了孤獨(dú)癥患兒腦內(nèi)Cho變化的復(fù)雜性。Glx包括谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)，是腦內(nèi)主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，在神經(jīng)系統(tǒng)興奮性信號(hào)傳導(dǎo)和腦的發(fā)育過程中起到重要作用。研究表明Glx可能和多種精神性疾病有重要關(guān)系[12-13]。然而近年來國內(nèi)外對(duì)Glx的研究并不多，究其原因是Glu和Gln在腦內(nèi)含量較低且波峰相互重疊，導(dǎo)致在低場(chǎng)磁共振設(shè)備上觀測(cè)有較大困難，本研究利用LCModel軟件可綜合計(jì)算擬合出Glx的濃度，避免了相對(duì)定量計(jì)算的不足。Bejjani等[14]研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒前扣帶回Glx有顯著增高，Page等[15]研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患者杏仁體-海馬區(qū)Glx增高，與本研究結(jié)論一致；但也有一些研究表明孤獨(dú)癥患者腦內(nèi)Glx減低或無明顯差異[16-17]。因目前國內(nèi)外對(duì)孤獨(dú)癥患兒腦內(nèi)Glx的研究仍相對(duì)較少，采用的方法也不盡相同，Glx的變化仍需更大樣本和進(jìn)一步研究。肌醇(MI)被認(rèn)為僅存在于神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中，是重要的滲透壓或細(xì)胞容積的調(diào)節(jié)劑。本研究所發(fā)現(xiàn)的孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)MI濃度及與Cr比值增高與既往研究結(jié)論一致[17-18]。本組研究所有譜線中均未檢出有乳酸(Lac)和脂質(zhì)峰(Lip)存在，該二種代謝物多提示病變存在缺血缺氧或壞死，多在惡性腫瘤中出現(xiàn)。

本研究通過利用MRS和LCModel后處理軟件對(duì)孤獨(dú)癥患兒雙側(cè)基底節(jié)區(qū)幾種重要代謝物進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒基底節(jié)區(qū)Glx、Glu和Cho濃度的增高以及NAA/Cr的降低可能與孤獨(dú)癥的發(fā)病有關(guān)。由于本研究的樣本量相對(duì)較少，沒有按性別和年齡段進(jìn)一步進(jìn)行分組分析；另外本研究沒有采集到患兒智商IQ數(shù)據(jù)，無法對(duì)孤獨(dú)癥癥狀和IQ分?jǐn)?shù)進(jìn)行進(jìn)一步相關(guān)性分析，是本研究的不足之處。

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Quantitative1H-MRS study of metabolite characteristics of autism spectrum disorders in basal ganglia regions

DAI Hai-yang1, LI Qian-yi2, LI Sheng-kai1, XIAO Ye-yu3*, WU Ren-hua31Department of Medical Imaging, Huizhou Municipal Central Hospital, Huizhou 516001, China
2Department of Medical Imaging, the 8th Municipal Hospital of Dongguan, Dongguan 523326, China
3Department of Medical Imaging, the 2nd Affiliated Hospital of Shantou University Medical College, Shantou 515041, China
*

Xiao YY, E-mail: xyyu73@163.com
Received 28 Sep 2016, Accepted 7 Dec 2016
ACKNOWLEDGMENTSThis work was part of Medical Science and Technology Research Foundation of Guangdong Province (No. A2015536) and the Key Support Project of Huizhou Municipal Central Hospital (No. 2015009).

Objective:To investigate the metabolite changes in the basal ganglia regions of autistic children using1H-MRS and LCModel.Materials and Methods:Thirteen autistic children and 14 normal developed children were enrolled in the study. MRS data were acquired in the bilateral basal regions and processed by LCModel software.Results:Compared with normal developed children, the absolute concentration of Glx, Glu and Cho in bilateral basal ganglia regions were increased with statistical significance. The ratio of Glx/Cr, Glu/Cr in bilateral basal ganglia and Cho/Cr in the right basal ganglia of autistic children was increased with statistical significance. The absolute concentration of NAA in bilateral basal ganglia of autistic children was decreased without statistical significance, while the ratio of NAA/Cr in bilateral basal ganglia was decreased with statistical significance. The absolute concentration of MI and the ratio of MI/Cr were increased in bilateral basal ganglia in autistic children without statistical significance.Conclusions:Abnormal metabolite alternation was found in the basal ganglia regions of autistic children. The increase of Glx, Glu, Cho and decrease of NAA/Cr may relate to the pathogenesis of autism.

Autism spectrum disorder; Magnetic resonance spectroscopy; Metabolism

廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)研究基金項(xiàng)目(編號(hào)：A2015536)；惠州市中心人民醫(yī)院重點(diǎn)扶持項(xiàng)目(編號(hào)：2015009)

1. 惠州市中心人民醫(yī)院放射科，惠州516001

肖葉玉，E-mail：xyyu73@163.com

2016-09-28

R445.2；R749

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.01.003

2. 東莞市第八人民醫(yī)院放射科，東莞523326

3. 汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，汕頭 515041

接受日期：2016-12-07