正常脑深部核团ADC值及相位值与年龄的相关性分析

江 帆，邓克学，王书健

(1.安徽医科大学附属省立医院影像科，安徽合肥 230001;2.安徽省安庆市石化医院影像科，安徽安庆 246002)

磁共振扩散加权成像(DWI)以及磁敏感加权成像(SWI)是分别基于活体水分子弥散和组织之间磁敏感度差异的成像技术，所得到的表观扩散系数(ADC值)和相位值可以分别反映组织内水分子扩散变化及铁沉积的情况。本研究旨在通过DWI和SWI的联合研究，探讨不同年龄段的健康志愿者的黑质、红核、齿状核、尾状核头、壳核、苍白球共6对脑深部核团的ADC值及相位值与年龄的关系，定量研究年龄对脑深部核团的水分子弥散和铁沉积的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2013年5月—2014年4月于本院行头颅MR检查的正常体检者32例，年龄20～77岁，平均年龄(46.8±17.6)岁，其中男 18例，女14例。纳入标准:常规MRI T1、T2序列颅脑内未发现明显异常改变;无明显神经系统临床症状;无吸毒、酗酒及头部外伤史;无服用影响神经系统的药物史。以世界卫生组织对年龄的划分对32例进行分组，得到青年组(44岁以下)13例，平均年龄(28.5±7.3)岁;中年组(45～59岁)10例，平均年龄(51.3±4.9)岁;老年组(60 岁以上)9 例，平均年龄(68.5 ±4.4)岁。

1.2 检查方法 采用Siemens Magnetom Trio 3.0 T磁共振系统，使用八通道头线圈。DWI为单次激发平面回波(EPI)自旋序列(SE)，层厚5 mm，TR=3 000 ms，TE=91 ms，FOV 230 mm ×230 mm，b 值为0 s·mm－2和 1 000 s·mm－2。SWI层厚 2 mm，TR=49 ms，TE=40 ms，FOV 230 mm ×230 mm，翻转角度 15°。

1.3 数据处理 将DWI及SWI图像传至工作站。在DWI生成的ADC图上以最小面积(0.07 cm2)对双侧黑质、红核、齿状核、尾状核头、壳核及苍白球勾画ROI，得到ADC值(见图1)，避开钙化及血管等。在SWI生成的相位图上以多边形测量工具测量上述部位的相位位移值(见图2)，利用公式f(x)=－x×π/4096(x为相位位移值)计算相位值。各部位两侧ADC值与相位值均以平均值带入统计。

1.4 统计学处理 利用SPSS19.0统计软件进行资料分析。观测资料主要为计量资料，均通过正态性检验。多组间比较:方差齐用单因素方差分析，方差不齐用Dunnett’s T3检验。P＜0.05认为差异有统计学意义。此外，对各部位的ADC值及相位值与年龄进行相关性分析。

2 结果

2.1 DWI 青年组壳核ADC值分别与中年组、老年组比较差异有统计学意义(P＜0.05);青年组尾状核头及苍白球ADC值与老年组比较差异有统计学意义(P＜0.05)(见表1);壳核、尾状核头ADC值与年龄呈正相关，r分别为 0.606、0.368。黑质、红核ADC值虽然与年龄无明显相关性，但随年龄的增长呈上升趋势。

表1 各年龄组ADC值比较［×103/(mm2·s)］(±s)

表1 各年龄组ADC值比较［×103/(mm2·s)］(±s)

注:*青年组与老年组比较差异有统计学意义，P尾状核头=0.025，P苍白球 =0.004;＊＊壳核青年组分别与中年组、老年组比较差异有统计学意义，P青中 =0.010，P青老 =0.000。

部位 青年组 中年组 老年组红核0.664 ±0.356 0.693 ±0.427 0.702 ±0.737黑质 0.696 ±0.690 0.704 ±0.617 0.700 ±0.259尾状核头 0.689 ±0.322* 0.700 ±0.487 0.706 ±0.437壳核 0.613 ±0.550＊＊ 0.695 ±0.601 0.724 ±0.431苍白球 0.663 ±0.458* 0.654 ±0.792 0.718 ±0.235齿状核0.720 ±0.585 0.726 ±0.545 0.720 ±0.134

2.2 SWI 青年组齿状核相位值与老年组比较差异有统计学意义(P＜0.05);青年组苍白球、壳核相位值分别与中年组、老年组比较差异有统计学意义(P＜0.05);老年组黑质相位值分别与青年组、中年组比较差异有统计学意义(P＜0.05)(见表2);黑质、红核、齿状核、尾状核头、壳核、苍白球相位值均与年龄呈负相关，r与 P 分别为－0.414，0.019、－0.576，0.001、－ 0.563，0.001、－ 0.362，0.042、－0.684，0.000、－0.564，0.001。

表2 各年龄组相位值比较(±s)

表2 各年龄组相位值比较(±s)

注:*青年组与老年组比较差异有统计学意义，P=0.037;＊＊分别与另两年龄组比较差异有统计学意义;黑质:P青老=0.008，P中老=0.030;壳核:P青中 =0.007，P青老 =0.006;苍白球:P青中 =0.013，P青老 =0.002。

部位 青年组 中年组 老年组红核－0.056 ±0.012－0.066 ±0.011－0.079 ±0.015黑质－0.060 ±0.014－0.066 ±0.007－0.082±0.014＊＊尾状核头－0.054 ±0.009－0.057 ±0.015－0.061 ±0.007壳核－0.071±0.007＊＊－0.083 ±0.009－0.094 ±0.015苍白球－0.064±0.008＊＊－0.073 ±0.005－0.077 ±0.007齿状核－0.051 ±0.019*－0.058 ±0.014－0.066 ±0.016

3 讨论

人脑从成熟到衰老会经历一系列复杂的细微结构的改变及生理生化的变化。目前，利用磁共振技术对脑老年化的研究已得到了极大的发展。孟亮亮等［1］利用MRI梯度回波采样自旋回波序列对正常人脑的氧摄取分数(OEF)进行了测量。发现灰质OEF值与年龄呈弱相关，随年龄增高而轻度增加。证实随年龄增长，脑缺血后脑血流量逐渐减少，OEF会代偿性增高，以维持脑氧代谢率，同时随着年龄的增加，脑体积的萎缩，神经元减少，脑脊液含量增多等改变对学供丰富的灰质较白质影响更大。范国光等［2］在对正常人脑灰质的 MRI及1H MRS研究中发现，年龄的增长使脑灰质数量减少，小血管硬化，磷脂减少，同时铁、锰等微量元素沉积增多会使T1弛豫时间延长，而T2弛豫时间缩短。并且N－乙酰基天门冬氨酸(NAA)/肌酸复合物(CR)、谷氨酸(Glu)及谷氨酰胺(Gln)/肌酸复合物(CR)以及肌醇(MI)/肌酸复合物(CR)的比值也是随年龄的变化而变化的，这也反映了脑内髓鞘化完成的过程。磁共振弥散张量成像(DTI)对脑老化的研究价值也得到了证实。随年龄增长，脑组织退行性病变，胼胝体膝、额叶、半卵圆中心及丘脑的各向异性分数(FA值)逐渐降低，这可能与灰质突触密度及突触蛋白减少引起弥散受限以及组织内水分子弥散的方向性减弱有关［3］。国内学者利用MRI对脑多个部位的体积、形态与年龄的相关性进行了研究，证实随着年龄增加，脑组织发生生理性萎缩，海马、丘脑、扣带回及岛叶的体积均呈减小趋势［4－8］。上述部分脑组织与认知、情绪、评估、记高级自主控制等许多功能密切相关，提示老年人记忆力下降等表现可能与脑组织萎缩有关。

DWI及SWI在脑部乃至人体各部位的研究均得到了极大的拓展［9－10］。DWI是以活体组织随分子扩散为基础的MRI成像技术，ADC值与水分子扩散程度呈正比。目前利用DWI对正常人脑的年龄相关性分析已不仅局限于常规年龄分组。庄严等［11］在对正常胎儿脑发育的DWI的研究中发现额叶、顶叶、颞叶、枕叶、小脑及丘脑的ADC值随胎龄增加而降低。付玉川等［12］在此基础上进一步证实孕中晚期胎儿基底节区ADC值与胎龄亦呈负相关。上述结果提示，随着胎龄增加，大脑逐渐发育，在此过程中，大脑水容量减少，脂质浓度增高，细胞内大分子浓度增高，细胞膜表面积/细胞体积之比增加，最终完成髓鞘形成，脑组织水分子弥散逐渐受限，表现为ADC值降低。

除以上针对胎儿脑 ADC的研究外，倪建明等［13］、石军等［14］利用 DWI或 DTI分别对脑灰质、白质及全脑的水分子弥散情况随年龄增加的变化进行了研究，可以发现，随着脑老化不断进展，脑组织内神经元退变，神经元细胞逐渐减少，神经元轴索脱失，细胞外间隙扩大，同时轴突膜变性及脱髓鞘改变，使水分子弥散速率加快，受限程度减轻，表现为ADC值增高。此过程与上述胎儿脑成熟的生理生化改变相反，所以ADC值随年龄的变化情况亦相反。通过上述报道不难发现，既往通过ADC值对年龄相关性的研究并未将重点放于脑深部核团的变化。本研究中壳核、尾状核头、苍白球ADC值在部分年龄组中差异有统计学意义(P＜0.05)，壳核、尾状核头ADC值与年龄呈正相关，与上所述随着脑老化细胞的病理生理改变一致。

铁是人体必需的微量元素之一，广泛地分布于人体中。它是一种顺磁性物质，铁的沉积会导致组织磁敏感性发生变化［15］。而动物实验显示，直接向大鼠黑质注射铁剂可对其多巴胺能神经元产生损毁［16］。由此可见，过多铁在细胞内沉积可导致神经元死亡。SWI正是基于组织磁敏感性变化的成像技术，通过测量相位值就可以了解铁在脑内的分布情况。通过SWI对脑内相位值的研究也被应用在常见的与铁异常代谢有关的神经系统疾病中如帕金森病［17］。张维等［18］通过对壳核、丘脑和苍白球的相位值的研究中发现，壳核相位值在各年龄组间差异有统计学意义(P＜0.05)，并与年龄呈负相关，而丘脑与苍白球相位值在各年龄组间差异无统计学意义(P≥0.05)。周毅等［19］在此基础上进一步证实了壳核、尾状核、黑质及红核的相位值在各年龄组间差异有统计学意义。在本研究中，6对脑深部核团的相位值在部分年龄组的比较中差异均有统计学意义(P＜0.05)，且均与年龄呈负相关，在证实上述研究结果的同时也进一步提示了苍白球在脑老化对铁沉积影响中的研究价值。张雷等［20］也针对正常未成年人脑灰质核团相位值进行了研究，发现未成年人尾状核头、壳核、苍白球、丘脑、红核、黑质的相位值随年龄增长而降低，这一结果与本研究一致。结合上述研究不难发现，某些部位在某些年龄段可能存在平台期，但总体来说，脑内铁含量的增多是一个连续的过程。通过上述报道可见，既往大多数研究均为单一针对DWI或SWI，未将二者联合应用，本研究中采用DWI及SWI联合研究比较同一批受检者，在分别证实二者的应用价值的同时，也初步提示了相位值对脑深部核团与年龄的相关性分析较ADC值更为灵敏，值得今后进一步研究。

本研究的不足之处在于样本量较少，老年组所占比例稍小，可能对研究结果产生误差。综上所述，通过DWI和SWI的联合研究，可以定量反映ADC值及相位值对脑深部核团老年化具有重要的研究价值。

［1］孟亮亮，邹 颖，张晓东，等.MRI测量正常人脑氧摄取分数［J］.中国医学影像技术，2011，27(17):2175－2179.

［2］范国光，吴振华，张 伟，等.我国正常成人脑灰质的MRI及1H MRS定量研究［J］.实用放射学杂志，2001，17(2):81－85.

［3］倪建明，张追阳，张威江.正常脑老化过程中组织弥散各向异性的变化规律研究［J］.中国医学计算机成像杂志，2013，19(4):307－311.

［4］张 勇，陈 楠，王 星，等.中国汉族正常成人海马体积的高分辨率 MRI测量［J］.中华放射学杂志，2010，44(6):571－574.

［5］马 帅，陈 楠，郭玉林，等.基于高分辨率MRI的中国汉族正常成人丘脑体积测量［J］.中华放射学杂志，2012，46(7):608－610.

［6］张 超，陈 楠，王 星，等.中国汉族正常成人扣带回的高分辨率 MRI测量［J］.中华放射学杂志，2010，44(6):589－592.

［7］祁光蕊，陈 楠，郭玉林，等.中国汉族成人岛叶体积与年龄的相关性研究［J］.实用放射学杂志，2010，26(5):609－611，631.

［8］祁光蕊，陈 楠，郭玉林，等.中国汉族正常成人岛叶体积的高分辨率 MRI测量［J］.中华放射学杂志，2010，44(6):585－588.

［9］季 鹏，袁晓毅，王全帮.表观扩散系数在脑梗死分期中的临床价值［J］.安徽医药，2013，17(4):601－603.

［10］高 玉，王 凡，孔令玲，等.磁共振弥散加权成像在中晚期宫颈癌放射治疗中的应用［J］.安徽医药，2013，17(6):967－969.

［11］庄 严，张国福，田晓梅，等.正常胎儿脑发育的DWI初步研究［J］.中国医学计算机成像杂志，2012，18(5):381－384.

［12］付玉川，张呈兵，毛传万，等.孕中晚期胎儿脑不同部位ADC值与胎龄的关系［J］.中华医学杂志，2013，93(31):2463－2466.

［13］倪建明，张追阳，鲁晓杰.脑老化进程中大脑灰质的水分子弥散变化［J］.中国医学计算机成像杂志，2012，18(1):1－5.

［14］石 军，方维东，吕发金，等.基于体素分析全脑弥散系数值测定在不同年龄组正常人中的应用［J］.重庆医科大学学报，2012，37(3):256－258.

［15］Brittenham GM，Badman DG.Noninvasive measurement of iron:report of an NIDDK workshop［J］.Blood，2002，101(1):15－19.

［16］Berg D，Hochstrasser H.Iron metabolism in Parkinsonian syndromes［J］.Mov Disord，2006，21(9):1299－1310.

［17］王书健，邓克学，郑春生，等.SWI测量脑铁沉积在帕金森病中的临床应用价值［J］.安徽医科大学学报，2013，48(5):523－526.

［18］张 维，赵建农，郭大静，等.磁敏感加权成像对正常大脑深部核团铁含量与年龄的相关性分析［J］.现代医药卫生，2012，28(14):2091－2092.

［19］周 毅，许茂盛，曹志坚，等.3T磁敏感加权成像对正常人脑深部灰质核团铁含量与年龄的相关性研究［J］.深圳中西医结合杂志，2013，23(6):339－344.

［20］张 雷，陈 涛，宁 宁，等.正常未成年人脑内灰质核团相位值的测量［J］.中华放射学杂志，2014，48(2):146－150.