年龄相关性视辐射功能减退的磁共振DTI各向异性研究

洪 梅 张 祥

正常脑白质神经纤维束中的水分子运动具有显著的各向异性，即水分子运动与神经纤维束走形有高度的一致性，磁共振弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）通过计算各向异性值（fractional anisotropy，FA）达到量化这种一致性的目的，脑白质的FA值的减低能够表明该区域神经传导功能的减低。在先前的文献中都有关于视辐射老化或发育异常的DTI的报道[1-3]，但多数只得到老年人视辐射FA值低于青年人的数据结果，本研究采用SPM（statistic parametric mapping）软件对18～75岁5组正常人的FA值进行分析，不仅得到视辐射功能退化的变化规律，同时直观显示视辐射功能减低区域的分布图。

1 资料与方法

1.1 研究对象及分组

选取18～75岁健康志愿者40例，平均年龄（49.6±20.1）岁，其中男22例，年龄（47.8±18.6）岁，女18例，年龄（51.6±22.1）岁，男女年龄无差异（t=-0.569，P=0.573）。受检者分为5组，每组均为8例，第1组18～35岁为对照组，年龄（27.1±5.1）岁，第2组36～45岁，年龄（41.5±3.6）岁，第3组46～55岁，年龄（50.8±2.4）岁，第4组56～65岁，年龄（59.6±3.5）岁，第5组66～75岁，年龄（71.1±2.8）岁。所有选定的志愿者均为先行常规MRI扫描后脑内无明显器质性病变者，所有受检者检查前须签订知情同意书。

1.2 影像检查及图像后处理

采用GE Signa HD 1.5T 超导型MR检查系统，高解析8通道线圈作为接受线圈。常规横断面MRI扫描： FSE-T1WI：TR/TE=450/15ms，ETL=2，FSE-T2WI： TR/TE=3000/85ms，ETL=16。扫描层厚5.5mm，间隔0.5mm。DTI扫描采用单激发SE-EPI序列，扫描参数：TR/TE=7000/85ms，NEX=2，128×128 matrix，FOV=240×240 mm，b=1000s/mm2，15个梯度扩散方向，扫描层厚5.0mm，间隔0，范围顶部头皮至颅底，包括整个颅脑共26层。得到的原始图像载入DTI studio 2.4软件内处理得到可分析的FA数据图。

1.3 统计学分析

运用SPM2（statistical parametric mapping）软件，分别对第2组与第1组，第3组与第1组，第4组与第1组及第5组与第1组之间进行T检验分析，得到FA值显著减低区域的分布图，P＜0.05时具有显著统计学差异。

2 结 果

由DTI studio 2.4 得到的FA值数据经SPM统计学处理并叠加在标准化的T1WI像上得到彩色FA值减低分布图。分布图显示：第2组与第1组比较出现右侧视辐射FA减低区，颜色呈现黄色（图1）；第3组较第1组出现双侧视辐射FA减低区，范围较第2组略有扩大，双侧FA减低区颜色均为浅橙色（图2、3）；第4组较第1组出现双侧视辐射FA减低区，范围较第3组明显扩大，颜色表现为深橙色（图4～6）；第5组较第1组出现双侧视辐射FA减低区，范围较第4组无显著扩大，但颜色由深橙色变为红色（图7～9）。不同年龄组矢状位显示：视辐射FA减低区域2、3、4组较1组呈范围递增，颜色递深，第5组范围无明显扩大，但颜色明显加深（图10～13）。颅脑其他区域如放射冠、内囊、额叶、顶叶、颞叶、海马、小脑半球均出现FA减低区（图14），范围随年龄逐渐扩大，颜色逐渐加深。

3 讨 论

3.1 DTI在人脑白质退化中的应用

人脑随年龄增长出现的退化是个连续的过程，包括结构和功能的退化，结构的退化可以通过CT或常规MRI等形态学检查进行评价，如判断脑回萎缩的程度等，但事实上脑功能的减退远远早于结构上的变化，此时CT或常规MRI的检查均不能发现，DTI是基于磁共振技术而出现的一种分子影像学技术，可以用来检测组织内水分子的扩散方向及不同方向上的扩散程度，当水分子在各个方向上的扩散能力相同时称为各向同性，反之为各向异性，正常脑白质神经纤维束存在完整的髓鞘使水分子运动具有各向异性，即水分子的运动方向与神经纤维束的走形是高度一致的，当神经纤维束出现缺血缺氧，毒素或一些导致髓鞘脱失的病理因素的侵害时，神经轴突中的水分子运动会出现在平行纤维束走形方向上的运动减弱或在垂直方向上运动增加，在DTI成像中会出现神经纤维束各向异性值（FA）的减低，因此可以用FA值来量化脑白质的神经纤维束功能异常[8]。DTI已经较广泛地应用于脑白质发育与退化、偏头痛、癫痫、抑郁症等脑功能学方面的临床研究中[1-7]。本研究通过对5组40例健康志愿者进行全脑的FA值测量，然后比较出随年龄增加而出现的FA值减低的区域，在这些区域中，视辐射区为较早出现并持续减低的区域，因此判断该区域的脑白质功能在一定程度上出现了异常，由于所有患者均未发现器质性病变，则造成FA值减低的原因应主要为随年龄增加而出现退化的自然过程。

3.2 视辐射区FA值减低的变化规律

本研究以18～35岁为对照组，分析36～75岁4个年龄组的脑白质FA值的变化情况，通过SPM2软件的自动处理得到人脑白质的退化区域和退化过程，其中视辐射区在各个年龄组均出现了减低，范围由单侧逐渐扩大到双侧，FA值减低的程度逐渐加深，FA值减低区在SPM图上的颜色由黄色逐渐演变为红色，即颜色逐步加深，颜色的加深表明FA值统计学差异性的增大，也提示了FA值减低程度逐步加深，视辐射区的FA值减低的变化规律与人脑正常退化的规律性是一致的[1-6]，同时56～65岁的8例受试者的视辐射的FA变化幅度较前两组明显增加，66～75岁8例受试者相对于前一组仅表现颜色加深，而范围无明显扩大，由此看来在视辐射脑白质整个退化过程中可能存在加速退化的年龄阶段，同时老年人的视力减低可能不仅仅是眼球本身的问题，中枢神经系统的退化也是重要原因之一。DTI作为一种无创性检查手段对研究正常人的视辐射的功能异常具有重要价值，但同时由于目前仍缺乏不同年龄段的正常FA值的标准值，因此无法对单一个体的退化情况作出判断。

3.3 SPM软件引入研究的优势

在以往的研究中多采用人工画感兴趣区的方法测量某一区域的FA值[3-6]，感兴趣区的放置部位、形状、大小及边界的画定完全依赖于操作者，易产生测量误差，不同的操作者常造成迥异的结果，降低了客观性和可重复性，同时操作者要对哪一部位可能出现异常提前作出判断，这种判断的准确性完全依赖于操作者的认识程度，因此常常会遗漏或误判FA值减低的区域，进而导致错误的结论。SPM软件首先对得到的FA值分析图进行标准化（normalize），使头颅大小不一致的个体一致化，然后进行像素滤过（smoothen），最后进行T检验分析，产生所有具有显著统计学差异的区域，用伪彩色叠加到结构图中，整个过程具有高度自动化，从而全面、客观、直观地显示出FA值减低的区域，因此该方法较画感兴趣区法更准确和具有可重复性。尽管Furutani等[2]的研究中仅对20～29岁和60～69岁两个年龄阶段的对象运用SPM 进行FA值比较，其FA值出现减低的部位与本研究结果基本一致，因此本研究结果较画定ROI的方法更加客观。

[1]王关顺,包颜明,田伟.扩散张量成像在视辐射成像中的应用[J].国外医学神经放射学分册,2006,29(2):77-80.

[2]Furutani K,Harada M,Minato M,et al. Regional changes of fractional anisotropy with normal aging using statistical parametric mapping(SPM)[J]. J Med Invest,2005,52(3/4):186-190.

[3]Stadlbauer A,Salomonowitz E,Strunk G,et al. Age-related degradation in the central nervous system: assessment with diffusion-tensor imaging and quantitative fiber tracking[J]. Radiology,2008,247(4):179-188.

[4]Minati L,Grisoli M,Bruzzone MG. MR spectroscopy,functional MRI,and diffusion-tensor imaging in the aging brain: a conceptual review[J]. J Geriatr Psychiatry Neurol,2007,20(1):3-21.

[5]Sullivan EV,Adalsteinsson E,Pfefferbaum A,et al. Selective agerelated degradation of anterior callosal fiber bundles quantified in vivo with fiber tracking[J]. Cereb Cortex,2006,16(7):1030-1039.

[6]Stadlbauer A,Salomonowitz E,Strunk G,et al. Quantitative diffusion tensor fiber tracking of age-related changes in the limbic system[J].Eur Radiol,2008,18(1):130-137.

[7]Zhou Y,Dougherty JH Jr,Hubner KF,et al. Abnormal connectivity in the posterior cingulate and hippocampus in early Alzheimer' s disease and mild cognitive impairment[J]. Alzheimers Dement,2008,4(4):265-270.

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