磁共振成像扩散峰度成像技术对抑郁症患者脑微观结构变化的评估价值

黄海燕，田兄玲，王 俭，姜春晖，马 娟，程晓阳,张德清，刘文亚，母代斌

抑郁症被认为是功能性疾病，临床磁共振成像(MRI)检查脑部影像通常呈阴性，但随着临床诊疗技术和磁共振技术的发展，现阶段的研究表明抑郁症与大脑的某些部位结构改变存在联系[1]。神经影像学作为新兴的影像诊断技术在抑郁症诊断中崭露头角，可以为抑郁症的诊断和预后判定提供可靠的客观依据，扩散峰度成像技术(diffusion kurtosis imaging，DKI)在正常人、精神疾病、老年性病变以及脑肿瘤级别判定[2-5]方面均取得了进展。本研究采用DKI对抑郁症患者的脑结构进行研究，对脑白质结构及胼胝体改变与抑郁症之间的病理关系进行探讨。

1 资料与方法

1.1 纳入标准 受试者由两名高年资精神心理学医师筛选、评估：(1)符合疾病预防控制中心(CDC)《中国精神障碍DSM-Ⅲ诊断标准》；病例组患者汉密尔顿抑郁量表评分≥17分；(2)至少满足以下临床症状中的4项：①兴趣丧失、无愉快感；②精力减退或疲乏感；③精神运动性迟滞或激越；④过低的自我评价、自责和内疚；⑤联想困难或自觉思考能力下降；⑥反复出现自杀、自伤行为的念头；⑦失眠、早醒或睡眠过多；⑧食欲降低或体质量明显减轻；⑨性欲减退。(3) 病程大于2周。对照组汉密尔顿抑郁量表评分<7分。精神分裂、痴呆、神经症及其他器质性疾病(脑血管性疾病、肝肾功能异常者即躯体疾病所致抑郁)，脑创伤病史者，其他实验室检查阳性者，正在使用药物治疗患者，MRI检查禁忌及图像不符合评估标准者均被排除。

1.2 临床资料 搜集2012年2月—2013年10月新疆医科大学第一附属医院心理医学科确诊的抑郁症患者28例为病例组，其中男8例，女20例；年龄30～49岁，平均(39.6±6.6)岁；汉族16例，维吾尔族12例；受教育年限6～16年，平均(11.7±3.6)年。筛选年龄、受教育程度与病例组匹配的健康志愿者28例为对照组，其中男8例，女20例；年龄30～49岁，平均(39.0±5.8)岁；汉族16例，维吾尔族12例；受教育年限6～16年，平均(11.7±3.7)年。研究经本院伦理委员会批准实施，所有受试者签署知情同意书。

1.3 试验设备及检查技术 采用GE Signa 3.0 T超导磁共振扫描仪、8通道头部线圈。常规MRI扫描轴位(平行与胼胝体膝部及压部下缘的连线)、矢状位、冠状位(平行于脑干后缘)；常规扫描序列：T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)、液体衰减反转录恢复序列(FLAIR)；扫描参数：层厚6.0 mm、层距1.0 mm，扫描视野(FOV)24 cm，平均采集次数：1～2次；DKI扫描采用轴位(纯轴位Axial)；T2WI和DKI序列-平面回波(EPI)序列；扫描参数：重复时间(TR)9 200 ms、回波时间(TE)118.3 ms、FOV 24 cm、矩阵128×128、层数26、层厚5.0 mm、层间距0 mm、b值(0、1 000、2 000) s/mm2、脉冲重复激光次数(NEX)2、31个扩散磁敏感方向,扫描时间9′58″。

1.4 DKI图像处理分析 应用GE ADW 4.4后处理工作站及function tool 6.0后处理软件对采集数据进行分析处理。由两位高年资影像专科医师评价，参数调整校正，获得相应的FA值伪彩图，MD值伪彩图及MK值伪彩图，并将FA值伪彩图、MD值伪彩图及MK值伪彩图与轴位T2拟合，感兴趣区域(ROI)选择分别放置在双侧额上回、额中回、额下回、颞叶、枕叶(可以清楚显示脑白质层面)的脑白质区域、胼胝体膝部及压部(显示胼胝体膝部和压部最大层面)。ROI大小22 mm2，分别测量3次，取平均值。 ROI避开局部脑沟、血管、骨质等区域。

2 结果

2.1 对照组与病例组不同区域FA值比较 对照组与病例组双侧额上回、额中回、额下回、枕叶、胼胝体膝部及压部FA值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)；病例组双侧颞叶FA值较对照组降低，差异均有统计学意义(P<0.05，见表1)。

2.2 对照组与病例组不同区域MK值比较 对照组与病例组双侧额中回、额下回、枕叶、胼胝体膝部及压部MK值比较，差异均无统计学意义(P>0.05)；病例组双侧额上回、双侧颞叶MK值较对照组降低，差异均有统计学意义(P<0.05，见表2)。

2.3 对照组与病例组不同区域MD值比较 对照组与病例组双侧额上回、额中回、额下回、颞叶、枕叶、胼胝体膝部及压部MK值比较，差异均无统计学意义(P>0.05，见表3)。

2.4 声像图表现 病例组与对照组T2WI上未见明显差别，将DKI序列与纯轴位T2序列拟合在function tool 6.0后处理软件的后处理后得到DKI伪彩图，观察病例组与对照组伪彩图，两者之间未见明显差别(见图1～4)。

表1 对照组与病例组不同区域FA值比较

表2 对照组与病例组不同区域MK值比较

表3 对照组与病例组不同区域MD值比较

注：A显示双侧颞叶，B显示双侧枕叶，C显示双侧额上回、额中回和额下回，D显示胼胝体膝部及压部

图1 MRI扫描感兴趣区域

Figure1 MRI scanning regions of interest

3 讨论

以往对抑郁症脑功能影像方面的研究多集中在1H-离子波谱、功能性磁共振成像(fMRI)、扩散张量成像技术(DTI)等技术方面，DTI在对抑郁症患者的研究发现额叶、颞叶胼胝体、海马及扣带回等多个脑区FA值降低，其中较多的阳性报道是额叶和颞叶的FA值降低，双侧额叶和颞叶的降低有差异的报道较少[6-7]。

DKI是在DTI基础上产生，DTI是二阶张量，描述水分子扩散高斯分布特性，脑组织结构复杂导致水分子扩散位移概率分布实际上偏离正态分布。DKI是四阶张量磁共振转换成像技术，可以准确描述水分子在非高斯分布特性的扩散，DKI可以得到以下指标，FA值、MD值、径向峰度(RK)值、峰度各向异性(KA)值、MK值,其中较常用的指标是FA值、MD值和MK值[8]。FA值是总体量化评估组织局部水分子运动的扩散异性，FA值大，说明纤维组织走向较一致，排列精密，髓鞘发育正常，而FA值减小表明纤维的细微结构有损坏，FA值的范围为0～1，0代表最大各向同性的扩散，1代表假想状况下最大各向异性的扩散。而关于FA值及MD值可以反映水分子扩散的高斯领域，无法解决多神经纤维交叉问题[9]。MK值被认为是一个复杂的微观指标，是一个无量纲值，相比于各向异性分数值，MK值的优势在于不依赖于组织结构的空间方位， MK值为采用多个b值且方向相同的梯度方向上的平均值。一般DKI施加15个方向的敏感梯度场，本研究运用31个方向的敏感梯度场，因此所采集到的数据可靠性更高。MK值的大小取决于ROI内组织结构的复杂程度，结构越复杂，非正态分布水分子扩散受限越显著，MK值也越大[10]。DKI与传统的DTI相比具有以下优点：(1)MK值可以反映出多个微观细胞区室的复杂结构造成的非高斯特性；(2)有利于描述水分子交换过程中脑白质的不均性；(3)对梯度硬件要求不高；(4)可以同时获得DTI指标，FA值、MD值多指标的评价分析；(5)对图像处理过程中混杂效应的干扰不敏感[11]。

图2 DKI显示FA伪彩图

Figure2 DKI showed FA pseudocolor images

图3 DKI显示MD伪彩图

Figure3 DKI showed MD pseudocolor images

图4 DKI显示MK伪彩图

Figure4 DKI showed MK pseudocolor images

抑郁症被认为是脑网络和回路工作失常而引发的一类精神紊乱，其回路上任何病损均会影响到情绪调节功能，已经被证实与情绪有关的脑结构和功能的区域主要集中在额颞叶神经纤维束连接构成的神经环路中[12]。额叶功能与运动、判断、预见性和情绪心境有关，颞叶与情绪及其他精神功能有关[13]。胼胝体是由两侧大脑半球的联合纤维汇集而成，属边缘系统的重要组成部分，额叶和颞叶的很多神经纤维经过胼胝体膝部，所以胼胝体担负着两半球间的信息传递和整合功能，是人类精神活动的重要部位[14]。本研究ROI选择与情感有关的额叶、颞叶皮质下神经纤维走形区和与额颞叶皮质下神经纤维有联系的枕叶及胼胝体结构。

脑白质区域主要由神经胶质细胞构成，神经元较少，神经胶质细胞含有很多轴突并分泌神经递质，起到信息传递的作用。抑郁症患者的额颞叶组织病理学结果提示，神经萎缩是主要问题，同时还有发育和变性的异常，没有神经元细胞的丢失和凋亡，并且胶质细胞的树突和突触在体积和数量上是减少的[15]。本研究病例组患者双侧额上回、双侧颞叶的MK值较对照组降低， MK值可以更加敏感地探测组织的微观结构改变，结合额颞叶病理学研究结果以活体为基础推测抑郁症患者的额颞神经纤维可能存在萎缩或髓鞘脱失，使白质结构松散。刘海霞等[16]在对首发中年女性抑郁症患者采用形态学研究中发现，左侧眶额回、右侧尾状核区白质体积减少，具有类似研究结果的有Taylor等[17]的研究。推测额颞叶的神经纤维可能存在萎缩，使白质结构松散的结论，与刘海霞等[16]的结论相互印证。同时神经纤维的髓鞘脱失或萎缩也会影响默认脑网络回路的信息传递，Sexton等[18]关于心境障碍的系统评价总结出，抑郁症额叶皮质下环路的纤维束病变造成了额叶和皮质下区域间的“失联合综合征”，因此本研究额叶神经纤维束的结构改变为“失联合综合征”的产生提供了病理基础。本研究中病例组患者左侧额上回、双侧额中回、双侧额下回、双侧颞叶和胼胝体膝部的FA值有降低趋势，抑郁症患者双侧额上回、额中回、额下回、双侧颞叶MK值有降低趋势，并且双侧额上回MK值较对照组降低，而双侧颞叶既有FA值又有MK值较对照组降低，提示抑郁症患者存在多个脑区结构改变，卢青等[19]首发和复发中青年重性抑郁症患者的DTI成像研究中，首发抑郁症组较对照组在右额叶中央前回、右额中回、右额下回及右额叶下回、颞叶下回、左颞叶梭状回及胼胝体的FA值降低，复发组额中回、右额下回等脑区的FA值较对照组降低。刘想林等[6]研究显示青年重性抑郁症患者多个脑区(双侧额上回、双侧额中回、双侧额叶内侧回、双侧中央旁小叶、右顶下小叶、双侧中央后回、右楔状叶、左枕中回、左语言中枢、左颞上回、右颞中回、右扣带回、右壳核)的局部一致性(ReHo)降低，本研究虽有诸多脑区FA值及MK值有降低趋势，这可能与没有区分首发和复发患者及疾病严重程度有关。本研究中双侧额叶MK值较对照组降低，Nilssom等[20]和郑慧鑫等[2]运用DKI对正常人脑的研究中发现额叶白质MK值随年龄增长而降低，还发现颞叶的MK值降低，较额叶和胼胝体结构显著，因MK值较FA值更敏感，本研究中颞叶的MK值及FA值较对照组降低，可以推测额叶和颞叶的脑结构改变先于其他脑区，可能颞叶这种改变程度较其他脑区更重，以往的研究未提到该推测，有待于在今后扩大样本量证实。

本研究中病例组胼胝体膝部及压部的FA值和MK值与对照组比较无差异，这一结果与其他人研究结果不同，其中繆光胜[21]研究发现，抑郁症患者胼胝体压部的FA值较对照组降低，本研究中抑郁症患者胼胝体膝部及压部的MK值及FA值与对照组比较无差异，分析原因为繆光胜研究的病例是9例老年抑郁症患者，正常人脑髓鞘发育存在阶段性改变，成年人33岁之前FA值呈非线性增加，33岁之后随年龄增加呈非线性降低[1]。胼胝体连接双侧大脑半球的联合纤维，其神经纤维致密，本研究的病例是中年抑郁症患者，可能没有胼胝体的结构改变。本研究中抑郁症患者的双侧枕叶FA值和MK值与对照组比较无差异，推测枕叶的脑白质可能和情感的调节没有直接关系。

本研究的不足，一方面样本量较小，另一方面没有区分抑郁症首发和复发患者及疾病严重程度分级进行研究，这可能也是本研究发现阳性结果脑区较其他研究结果少的主要原因，有待于在以后的研究中扩大样本量和区分首发和复发患者以及疾病严重程度进一步探讨抑郁症的发病机制。

DKI被用于很多疾病的临床研究，但存在扫描时间较长的特性，使其临床应用受到一定限制。随着核磁检查设备和后处理软件的改进与完善，DKI的应用将会突破现有瓶颈，成为研究脑白质的结构改变与抑郁症发病机制之间的联系的优选工具，依靠DKI提供的影像诊断学依据，为抑郁症的研究领域提供更加有价值的研究信息和数据。

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