豆状核大脑老化中ESWAN-R2* 值的临床研究价值

王 波，张 洁，任丽香，龚霞蓉，龚志梅，吴昆华，芮茂萍

在健康人群生长过程中，随着年龄增长人的脑组织亦会发生退行性改变［1］。随着我国人口老龄化的速度增长，伴随着老化所产生的脑改变的研究越来越受到人们的关注。本文主要应用ESWAN(enhanced gradient echo T2 star-weighted angiography)扫描，研究正常脑老化过程中豆状核脑铁含量与侧别、性别、年龄之间的相关性，探索脑铁沉积的变化规律，为神经退行性疾病如帕金森病的研究奠定基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集我院2011 年1 月至今共128 例右利手的成年健康志愿者作为研究对象，行常规颅脑MRI 扫描及ESWAN 检查无异常，其中男性组及女性组各64 例，年龄匹配，25～85 岁(平均58.25 岁)。

收集我院2011 年1 月至今共157 例右利手的成年健康志愿者作为研究对象，行常规颅脑MRI 扫描及ESWAN 检查无异常，其中男性86 例，女性71例，年龄20～85 岁(平均57.22 岁)。所有志愿者按其年龄段分为6 组。A 组:20～29 岁11 例，B 组:30～39 岁7 例，C 组:40～49 岁29 例，D 组:50～59 岁32 例，E 组:60～69 岁40 例，F 组:≥70 岁38 例。

上述所有志愿者均排除可能影响神经系统的系统性疾患及代谢性疾病，既往无神经系统、精神疾病病史，扫描前均签署知情同意书。

1.2 扫描方法

1.2.1 MRI 的扫描 使用GE Signa HDXt 3.0 T超导型磁共振仪和8 通道颅脑线圈。扫描参数有:横轴位SE T2WI(TR/TE:2820/111 ms);FLAIR SE T1WI (TR/TE:1777～1823/26.8 ms，TI:860 ms);FLAIR SE T2WI (TR/TE:8002/146～153 ms，TI:2000～2250 ms)。SWAN 横轴位:Oblic 3D Mode，FSPGR，TR68.2 ms，TE=6.06、13.44、20.81、28.18、35.55、42.92、50.30、57.67 ms，层厚/层间距:2/0 mm，翻转角20°，NSA:1，FOV:24 mm，Bandwith 31.25，距阵416 ×356。

1.2.2 R2*图像后处理及R2*值的测量 扫描完成后在aw 4.4 工作站的Functool 软件对SWI强度和相位的信息进行图像后处理，得到相位图、幅值图及R2*图像。全部数据由2 位MRI 医师使用多边形测量工具，分别测量得出双侧壳核、苍白球的R2*值(见图1～图3)，并取其均值以尽可能减少人为误差，不同意见共同协商达成一致意见。

1.3 统计学处理 应用SPSS 17.0 统计学软件包进行数据分析，P ＜0.05 为具有统计学意义。(1)采用配对t 检验分别比较男性组及女性组左、右侧壳核、苍白球的R2*值有无统计学差异;(2)采用独立样本t 检验比较男性组与女性组不同侧别壳核、苍白球R2*值有无统计学差异;(3)采用协方差分析来分析壳核、苍白球的性别差异;(4)对所有志愿者按设定年龄段进行分组，并进行正态分布及方差齐性检验;(5)采用单因素方差分析研究各脑区不同年龄组之间的R2*值是否存在差异，采用最小显著差(LSD)法进行组间两两比较;(6)采用spearson 相关分析研究各脑区R2*值与年龄的相关性。

2 结果

2.1 男性组及女性组左、右侧壳核与苍白球的脑铁含量比较

男性组左、右侧壳核、苍白球的R2*值无统计学差异(P ＞0.05)(见表1)。

女性组左、右侧壳核、苍白球的R2*值无统计学差异(P ＞0.05)(见表2)。

2.2 女性组及男性组不同侧别壳核与苍白球的脑铁含量比较 女性组的左/右侧壳核、苍白球R2*值较男性组均略高，但无统计学差异(P ＞0.05)(见表3)。说明女性组及男性组的壳核与苍白球脑铁沉积无侧别差异。

表1 女性组左、右侧各感兴趣区的R2* 值的比较

表2 男性组左、右侧各感兴趣区的R2* 值的比较

表3 同一感兴趣区的同侧男、女性组的R2* 值的比较

2.3 壳核与苍白球的脑铁含量与性别之间的相关性 由于年龄的增长伴随着脑铁含量逐渐增加，因此本课题采用男性组与女性组年龄相匹配以剔除年龄的影响。本组数据采用协方差分析，其中年龄作为协变量，性别作为自变量，以控制年龄对脑铁含量的影响。协方差结果显示:在壳核、苍白球的R2*值中，性别和年龄间均不存在交互作用(P ＞0.05)。壳核(F=49.221，P ＜0.001)及苍白球(F=20.330，P ＜0.001)的R2*值与年龄之间存在线性关系(见图2、图3)。控制年龄的影响后，苍白球(F=2.429，P=0.122 ＞0.05)的R2*值与性别间无统计学意义，说明苍白球的R2*值不受性别差异的影响;而壳核(F=4.126，P=0.044 ＜0.05)的R2*值与性别间存在统计学差异，说明性别对壳核的R2*值有影响。

2.4 壳核与苍白球各年龄组的脑铁含量及单因素方差分析 壳核、苍白球的R2*值行正态分布K-S 检验，P 值均＞0.05，说明壳核、苍白球的R2*值呈正态分布。再行方差齐性检验，P 值均＞0.05，可行单因素方差分析。壳核、苍白球的R2*值有统计学差异，P 值＜0.05(见表4)。说明随年龄的增长，壳核、苍白球的脑铁沉积有增加。

表4 各年龄组的R2* 值及单因素方差分析()

表4 各年龄组的R2* 值及单因素方差分析()

* P ＜0.05，＊＊P ＜0.01

2.5 壳核与苍白球R2*值的各年龄组组间两两比较 采用LSD 检验，在壳核A 组与C 组、E 组与F 组的R2*值比较有统计学差异，P 值＜0.05;A 组与D 组、A 组与E 组、A 组与F 组、B 组与E 组、B 组与F 组、C 组与E 组、C 组与F 组、D 组与F 组的R2*值比较均有显著性统计学差异，P 值均＜0.01;说明壳核的脑铁含量在40 岁以后随年龄增长而增加，尤以60 岁以后更为明显。在苍白球A 组与E组、A 组与F 组的R2*值比较P 值＜0.01，有显著统计学差异;C 组与E 组、C 组与F 组、D 组与E 组、D组与F 组的R2*值比较P 值＜0.05，有统计学差异;说明苍白球的脑铁含量60 岁以内处于相对平衡状态，60～69 岁的年龄段达到高峰状态，70 岁以后增长缓慢(见表5)。

表5 壳核和苍白球各年龄组的R2* 值的两两比较(P 值)

2.6 壳核与苍白球的脑铁含量与年龄之间的相关性 采用pearson 相关分析研究各感兴趣区R2*值与年龄的相关性。壳核(r 值=0.524，P=0.0001)及苍白球(r 值=0.347，P=0.0001)的R2*值与年龄呈正相关，有显著统计学差异，即随着年龄增大，脑铁含量增加(见图4、图5)。

图1 R2* 图像上右侧壳核(黑色箭头)、苍白球(白色箭头)的R2* 值测量示意图

图2 壳核R2* 值随年龄变化的散点图

图3 苍白球R2* 值随年龄变化的散点图

图4 壳核R2* 值随年龄变化的散点图

图5 苍白球R2* 值随年龄变化的散点图

3 讨论

3.1 ESWAN 的R2*值在检测脑铁含量的可靠性及可行性 在正常的生理条件下，铁只有很少的一部分以游离铁的形式存在于体内，而绝大部分是与铁蛋白、转铁蛋白相结合存在的。由于铁蛋白具有较大的磁化率，增加了局部磁场不均匀性，导致弥散相位不能很快重聚，使得T2* 缩短，因此脑内铁的沉积量与T2* 值相关［2］。而T2* 与R2*呈倒数关系，由此可知脑内铁的沉积量与R2*相关。据此我们通过测量脑内结构的R2*值，便可反映脑铁沉积的分布规律，为了解脑内铁沉积分布、测量和观察其变化提供了一种无创的方法。

局部磁场的不均匀是ESWAN 用来显示脑铁分布的基本原理［3，4］。ESWAN 采用的是薄层三维容积扫描，较常规磁共振检查能更清晰的显示脑内深部核团的细微形态和解剖结构［5］，为本课题的测量提供了较好的图像质量，得到的数据就更为准确。

3.2 脑铁含量与侧别的差异 铁参与着体内氧气运输、细胞的有氧代谢活动等多项重要的生理功能，是脑组织新陈代谢所必需的微量元素之一。铁为许多重要酶能够发挥正常功能提供了基础，并且参与髓鞘中脂质和胆固醇的合成［6］。不同的脑细胞摄取铁的能力不一致，并且在不同脑区铁的密度亦不同，因而脑铁的分布具有不均衡性［7］，说明不同脑区对铁的需求量不同形成了不同的功能区。豆状核由壳核与苍白球构成，在中枢神经系统的调控和整合运动功能、认知和感觉的高级调控中，起着十分重要作用。而在豆状核的老化过程中，脑铁含量发生微妙改变，并在一定程度上影响其功能［8］。

本研究中男、女性组壳核、苍白球的脑铁含量左/右侧无统计学差异，说明脑铁含量不存在侧别差异，呈对称性分布。此结果与文献报道不一致。夏爽等［9］采用磁敏感图对不同年龄63 例健康志愿者脑铁含量进行定量测量，除壳核外，黑质、红核、苍白球、尾状核头、丘脑和额叶白质区的铁含量均为右侧大于左侧，得出左右两侧脑结构的铁含量存在不对称性。Xu 等［10］研究得出，左侧壳核、苍白球、黑质、丘脑以及额叶白质的脑铁含量低于右侧;而张京刚和胡春洪［11］研究认为右侧壳核、苍白球、黑质及尾状核的铁含量低于左侧，推测可能与人脑运动功能的半球优势差异及多巴胺系统半球有关。究其原因分析如下:(1)感兴趣区选取:本课题感兴趣区的勾画在解剖结构清晰的最大层面SWI 图像上人工进行，能更准确测量脑铁含量情况;(2)成像方法的选择:Xu 等［10］与张京刚和胡春洪［11］采用的是SWI 相位图的成像方法。在国内、外的部分学者认为SWI相位图是测量局部脑铁含量的较好方法［12，13］。但脑铁含量与相位值之间的绝对关系仍需要后续的进一步研究来加以证实［14］。而本课题直接测量R2*值来评价脑铁沉积的分布变化，较相位值更为可靠。(3)志愿者的选取及数量分布:据文献报道正常人深部灰质核团随着年龄的增长，铁在其部位的沉积逐渐增多［15，16］。本组数据亦证明大脑各脑区的R2*值与年龄之间存在线性关系。因此本研究选取年龄相匹配的进行统计学分析，剔除年龄变化对脑铁含量的影响，较以上3 种方法更为准确。

3.3 脑铁含量与性别的相关性 在各种神经退行性疾病中，男性的发病率较女性高，男性的发病平均年龄亦较女性早［1］，推测与男性外周血铁含量相对较高有关［17］。但外周血由于血脑屏障的阻挡作用不能直接进入脑内，铁通过血脑屏障是一个主动转运的复杂过程，而且脑铁含量较稳定，所以脑铁含量不一定受外周血铁含量的生理差异［8］。本研究中却是女性的脑铁含量略高于男性，而壳核有性别差异。与文献报道不一致。Bartzokis 等［17］采用磁场依赖性R2 增加技术对脑铁进行了测量得出脑铁含量存在性别差异。而Xu 等［10］对78 例(男性40 例，女性38 例)年龄在22～70 岁的成年健康志愿者进行SWI 扫描，通过测量黑质、红核、苍白球、壳核、尾状核头、丘脑和额叶白质区的平均相位值，经统计学处理男性与女性之间并无显著性差异，而认为成年人的脑铁含量不存在性别差异。分析原因，与成像方法、感兴趣区人为误差、志愿者的选取及数量分布、习惯、人种的差别等有关。

3.4 脑铁含量与年龄的相关性及脑铁含量在各年龄组核团间的差异性 据文献报道正常人深部灰质核团随着年龄的增长，铁在其部位的沉积逐渐增多［15，17］。人脑内在刚出生时几乎不含铁，随着年龄的增长，铁开始在大脑逐渐沉积，由于铁沉积的速度在不同脑区不一致，因此脑铁含量在成年后出现差异性分布。本研究得出壳核、苍白球与年龄呈显著显著负相关，即随着年龄增大，脑铁含量增加;与文献报道一致［15，17～19］。Aquino 等［20］研究得出:不同核团脑铁含量随年龄变化存在波动情况，不同年龄段其值可高或可低，因此年龄的分布情况会导致脑铁含量的测量。

综上所述，本研究得出，成年男、女性在壳核、苍白球的脑铁含量不存在侧别差异;而在壳核的脑铁含量存在性别差异;壳核、苍白球的脑铁含量随着年龄增大，脑铁沉积增加。此结果使得我们对于豆状核在生理状态下正常脑老化的脑铁沉积有了进一步的认识，为某些神经功能障碍性疾病中脑内过度铁沉积的鉴别及临床诊断提供依据。

［1］Taylor KS，Cook JA，Counsell CE.Heterogeneity in male to femalerisk for Parkinson's disease［J］.J NeurolNeurosurg Psychiatry，2007，78(8):905-906.

［2］王 波，马 莎，戴敏方，等.原发性单侧症状帕金森病SWI 脑铁沉积的定量研究［J］.中国临床医学影像杂志，2013，24(4):234-238.

［3］Haacke EM，Cheng NY，Cheng YC，et al.Susceptibility weighted imaging(SWI)［J］.Magn Reson Med，2004，52(3):612-618.

［4］Sehgal V，Delproposto Z，Haacke EM，et al.Clinical applications of neuroimaging with susceptibility-weighted imaging［J］.Magn Reson Imaging，2005，22(4):439-450.

［5］陈燕生，方 元，史文宗，等.黑质致密部FA 值和T2 值对诊断早期帕金森病的比较研究［J］.放射学实践，2014，29(2):155-158.

［6］张 静，张云亭，何 宁，等.磁敏感加权成像对帕金森病患者丘脑底核的显示价值初探［J］.磁共振成像，2011，2(5):353-357.

［7］Moos T，Nielsen TR，Skjorringe T，et al.Iron trafficking inside the brain［J］.J Neurochem，2007，103(5):1730-1740.

［8］杨迎迎，耿左军，彭 飞，等.利用磁敏感加权成像研究健康成人豆状核铁含量的侧别、性别及年龄相关性［J］.实用放射学杂志，2013，29(12):1906-1909.

［9］夏 爽，柴 超，沈 文，等.MR 定量磁敏感图评估正常人脑铁含量的初步研究［J］.中华放射学杂志，2014，48 (9):730-735.

［10］Xu XJ，Wang QD，Zhang MM.Age，gender，and hemispheric differences in iron deposition in the human brain:An in vivo MRI study［J］.NeuroImage，2008，40 (1):35-42.

［11］张京刚，胡春洪，邢 伟，等.正常人脑核团铁含量分布及年龄相关性MR 磁敏感成像初步研究［J］.实用放射学杂志，2012，28(8):1159-1163.

［12］Haacke EM，Ayaz M，Khan A.Establishing a baseline phase behavior in magnetic resonance imaging to determine normal and abnormal iron content in the brain［J］.J Magn Reson Imaging，2007，26(2):256-264.

［13］Zhang W，Sun SG，Jiang YH，et al.Determination of brain iron content in patients with Parkinson's disease using magnetic susceptibility imaging［J］.Neurosci Bull，2009，25(6):353-360.

［14］Haacke EM，Mittal S，Wu Z，et al.Susceptibility-weighted imaging:technical aspects and clinical applications，part 1［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2009，30(1):19-30.

［15］毛 磊，戴建平，孙 波.磁敏感加权成像观察健康人群脑内铁含量［J］.中国医学影像技术，2009，25(6):996-998.

［16］苗延巍，刘 婷，伍建林，等.磁敏感加权成像评价正常人大脑灰质铁代谢［J］.中国医学影像技术，2009，25(3):377-379.

［17］Bartzokis G，Tishler TA，Lu PH，et al.Brain ferritin iron influence age-and gender-related risks of neurodegeneration［J］.Neurobiol Aging，2007，28(3):414-423.

［18］Cass WA，Grondin R，Andersen AH，et al.Iron accumulation in the striatum predicts aging-related decline in motor function in rhesus monkeys［J］.Neurobiol Aging，2007，28(2):258-271.

［19］Hallgren B，Sourander P.The effect of age on the non-haemin iron in the human brain［J］.J Neurochem，1958，3(1):41-51.

［20］Aquino D，Bizzi A，Grisoli M，et al.Age-related iron deposition in the basal ganglia:quantitative analysis in healthy subjects［J］.Radiology，2009，252(1):165-172.