单相抑郁症患者脑磁共振弥散张量成像FA值变化及意义

李淮周，周海燕，杨阳，杨孝敬，郭家梁，马小萌，钟宁,4

(1北京工业大学，国际WIC研究院，北京 100124；2磁共振成像脑信息学北京市重点实验室；3脑信息智慧服务北京市国际科技合作基地；4前桥工业大学生命科学与信息工程系)



单相抑郁症患者脑磁共振弥散张量成像FA值变化及意义

李淮周1,2,3，周海燕1,2,3，杨阳2,3,4，杨孝敬1,2,3，郭家梁1,2,3，马小萌1,2,3，钟宁1,2,3,4

(1北京工业大学，国际WIC研究院，北京 100124；2磁共振成像脑信息学北京市重点实验室；3脑信息智慧服务北京市国际科技合作基地；4前桥工业大学生命科学与信息工程系)

摘要：目的观察单相抑郁症患者脑磁共振弥散张量成像(DTI)各向异性分数(FA)值变化，并探讨其意义。方法采集21例单相抑郁症患者(单相抑郁症组)及与之匹配健康对照组的DTI图像，对计算得出的全脑FA值使用基于体素的方法进行统计分析，对得到的感兴趣区域进行提取，并与心理学量表测试结果做相关性分析。结果单相抑郁症组右侧壳核，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回，左侧三角部额下回，左侧枕中回脑区FA值分别为0.205±0.024、0.336±0.053、0.228±0.068、0.308±0.073，健康对照组分别为0.228±0.019、0.391±0.052、0.281±0.045、0.356±0.075，两组比较，P均<0.05。两组右侧壳核FA值与QIDS-SR评分(r=-0.353,P=0.022)，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回FA值与PHQ-9评分(r=-0.404,P=0.008)及QIDS-SR评分(r=-0.315,P=0.043)，左侧枕中回FA值与T-AI评分(r=-0.353,P=0.022)为呈负相关。结论 单相抑郁症患者右侧壳核，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回，左侧三角部额下回，左侧枕中回脑区的FA值降低，表明单相抑郁症患者存在多个脑区白质微结构的变化，这些变化可能与抑郁或焦虑情绪障碍有关。

关键词：单相抑郁症；弥散张量成像；各向异性分数；基于体素分析法

抑郁症是一类以抑郁心境，情感低落为主要特点的情感障碍[1]。从发作类型可分为双相抑郁症或躁狂抑郁症，单相抑郁症。单相抑郁症不仅对患者的学习、工作、家庭造成负面影响，还对患者的日常饮食、睡眠等身体功能造成危害。尽管经过几十年的研究，对其发病的神经生物学机制依然知之甚少[2]。弥散张量成像(DTI)是一种无创评估大脑白质完整性和纤维走向的方法，最常用的指标是各向异性分数(FA)。FA值可以反映脑白质的完整性，例如髓鞘的厚度和膜的完整性[3]。有研究[4～6]发现，抑郁症患者部分白质区域FA值减小，但另有研究[7，8]发现部分白质区域FA值增高，可见单相抑郁症患者脑白质在这些区域可能存在异常或产生某种弥补机制。为此，本研究观察了单相抑郁症患者脑磁共振DTI中FA值变化，并探讨其意义。

1资料与方法

1.1临床资料入选受试者的共同标准：右利手；年龄18～65岁；小学或以上文化程度；无神经系统疾病家族史；无酒精和药物滥用史。将2013年12月～2015年1月就诊于首都医科大学附属北京安定医院门诊的21例单相抑郁症患者作为单相抑郁症组，其中男9例、女12例，年龄(34.81±11.03)岁。入选标准：符合精神疾病诊断与统计手册第四版(DSM-Ⅳ)抑郁障碍诊断标准的首次发作或已用药处于缓解期的患者；获得患者的书面知情同意。排除标准：符合DSM-Ⅳ诊断表现的分裂情感性精神障碍、精神分裂症、双相情感障碍、精神发育迟滞、广泛性发育障碍、谵妄、痴呆、记忆障碍或其他认知障碍者；有严重焦虑症状和惊恐发作者；有颅脑外伤或患有严重不稳定的躯体疾病者，已确诊的甲状腺疾病、心脏病等；物质(酒、药物等)滥用所致精神障碍者；自行服用过抗抑郁或其他精神疾病药物者；有癫痫病史者，高热惊厥者；入选前1个月使用过电休克疗法者。另选择来自北京工业大学的职工学生及其附近社区的人员21例为健康对照组，其中男9例、女12例，年龄(34.05±10.82)岁，就近匹配原则入组，与单相抑郁症组年龄、性别、教育程度等匹配。本研究经首都医科大学附属宣武医院伦理委员会和首都医科大学附属北京安定医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2FA值检测方法采用首都医科大学附属宣武医院西门子3.0T MAGNETOM Trio Tim核磁共振成像设备和12通道相控阵头部线圈对两组进行图像的采集。在采集过程中使用耳机来减少扫描噪音干扰，使用泡沫衬垫来限制被试者头部的移动，扫描均由专业的影像科医生进行操作。首先进行全脑T1结构像的扫描，扫描参数中TR=1 600 mm，TE=3.28 mm，TI=800 mm，视野(FOV)=256×256 mm2，翻转角度=9°，厚度1 mm，总层数192层，分辨率1×1×1 mm3。扫描出的T1结构像由影像科医生进行肉眼观察，未发现任何结构异常者进行下一步扫描。最后对两组全脑的DTI图像进行扫描，扫描参数中b-value=2∶1 000 mm2，TR=6 000 ms，TE=87 ms，FOV=256×256 mm2，层厚3 mm，总层数45层。在12个不同的非线性方向上施加弥散敏感梯度。扫描出的DTI图像由影像科医生进行检查，排除出现的大的位移。将采集到的DTI数据传输到工作站，使用北京师范大学开发的PANDA软件(http://www.nitrc.org/projects/panda/)对被试者数据进行涡电流和头动矫正，并获得每个被试者的FA图和无弥散加权像b0图；运用SPM8软件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/)对FA图配准、空间标准化、重采样为2×2×2 mm3，用6 mm的高斯核进行平滑。

1.3统计学方法用MATLAB对单相抑郁症组和健康对照组的年龄、性别、教育程度、9条目病人健康问卷(PHQ-9)、抑郁症状快速评估量表(QIDS-SR)、特质焦虑问卷(T-AI)比较进行独立双样本t检验；运用SPM8基于体素的分析技术(VBA)对全脑的FA值进行研究，对单相抑郁症组和健康对照组FA值比较采用配对t检验。连续集中体素(约80 mm3)10个以上的簇(k>10)，可认为是两组间的显著性差异区域；最后利用REST软件包(http://www.restfmri.net/forum/REST_V1.8)对得到的感兴趣区域分别进行提取，并采用Pearson相关分析方法，分析其与心理学量表测试结果的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

两组脑磁共振DTI中FA值比较见表1。单相抑郁症组、健康对照组PHQ-9评分分别为(20.71±5.14)、(12.47±2.93)分，QIDS-SR评分分别为(11.33±4.98)、(3.52±1.49)分，T-AI评分分别为(50.57±10.57)、(37.00±8.78)分。两组PHQ-9、QIDS-SR、T-AI评分比较，P<0.01。两组右侧壳核FA值与QIDS-SR评分(r=-0.353,P=0.022)，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回FA值与PHQ-9评分(r=-0.404,P=0.008)及QIDS-SR评分(r=-0.315,P=0.043)，左侧枕中回FA值与T-AI评分(r=-0.353,P=0.022)为呈负相关。

表1　两组脑磁共振DTI中FA值比较

注：与健康对照组比较，*P<0.05；右侧壳核，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回，左侧三角部额下回，左侧枕中回体素分别为200、248、80、80 mm3。

3讨论

本研究采集的单相抑郁症与健康对照组在年龄、性别、教育程度等进行了严格匹配，在一定程度上消除了这些因素引起的白质改变。白质由神经纤维、胶质细胞及细胞间质组成，轴突或髓鞘的完整性遭到损坏等将使FA值减小[3]。本研究结果表明单相抑郁症在右侧壳核，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回，左侧三角部额下回，左侧枕中回等多个脑区的FA值降低。既往的DTI研究表明，抑郁症患者大脑存在广泛的白质完整性破坏，但报道的脑区并不完全一致。有研究[4，5]发现，抑郁症患者背外侧前额叶、扣带回、颞叶的白质区域FA值降低；也有研究[6]发现，左侧额叶上纵束、右脑前额叶、左侧额侧回、左侧顶下小叶以及扣带回的FA值降低。可以看出抑郁症患者的脑白质确实发生了改变，而具体的脑区不一致，主要集中在额叶、扣带回等边缘系统。额叶被破坏后，患者自发性、主动性及自身调节行为能力减弱；楔前叶与情绪调节、自我评价和奖赏相关联[9]，而边缘叶和扣带回是边缘系统的重要组成部分，其中扣带回是情绪整合功能的关键脑区，也是情绪回路的关键节点，这些与本研究发现的区域是一致的；壳核是背侧纹状体的一部分，最近有关探讨讨厌和中性图片的fMRI研究[10]认为它在蔑视和讨厌的感觉中起了作用。此外，本研究在较低FA值时发现，在颞叶、梭状回、岛盖部额下回等脑区内FA值增高，在压力、抑郁等的作用下可能会导致成人大脑中的轴突或髓鞘损伤，同时，大脑中的神经营养因子等其他分子可能促进神经元轴突或髓鞘的修复，以此进行功能上的补偿[11]。

本研究相关性分析结果显示，这些脑白质微观结构异常区域与情感网络的功能失调密切相关，右侧楔前叶、边缘叶、扣带回与PHQ-9及QIDS-SR评分，右侧壳核与QIDS-SR评分，左侧枕中回与T-AI评分均呈负相关，有力支持了单相抑郁症患者额叶-边缘神经通路破坏的假说。但本研究有一些局限性，Scholz等[12]发现技能训练也能引起白质的改变，本研究并未考虑被试技能的影响；Cheng等[7]认为抑郁症是高度异质的，要进一步探讨本研究结果可采用多种方法分析。

可见，单相抑郁症患者存在多个脑区白质微结构的变化，这些变化可能与抑郁或焦虑情绪障碍有关。

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·论著·

Changes of FA values from cerebral DIT in patients with unipolar

depression and the significance

LIHuai-zhou1, ZHOU Hai-yan, YANG Yang, YANG Xiao-jing, GUO Jia-liang,

MAXiao-meng,ZHONGNing

(1BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

Abstract:ObjectiveTo observe the changes of fractional anisotropy (FA) values derived from cerebral diffusion tensor imaging (DTI), an advanled form of magnetic resonance imaging (MRI), in patients with unipolar depression and to investigate the significance.MethodsThe DTI data from 21 patients with unipolar depression (unipolar depression group) and 21 matched healthy controls (control group) were collected. The FA values in the global brain were calculated and the voxel-based analysis was used for the statistical analysis. Then, correlation analysis was used to examine the relationship between FA values of the regions of interest and psychological scale scores. ResultsIn the unipolar depression group, the FA values of right putamen, right precuneus, limbic lobe, cingulate gyrus, right triangular part of inferior frontal gyrus and right middle occipital gyrus were separately 0.205±0.024, 0.336±0.053, 0.228±0.068 and 0.308±0.073, and the values of the control group were respectively 0.228±0.019, 0.391±0.052, 0.281±0.045 and 0.356±0.075. Significant difference was found between these two groups (all P<0.05). The FA value in the region of right putamen was negatively correlated with QIDS-SR (r=-0.353, P=0.022), the FA values in the regions of the right precuneus, limbic lobe and cingulate gyrus had negative correlations with both PHQ-9 (r=-0.404, P=0.008) and QIDS-SR (r=-0.315, P=0.043), and the FA value of right middle occipital gyrus was negatively correlated with T-AI (r=-0.353, P=0.022).ConclusionsThe FA values of the right putamen, right precuneus, limbic lobe, cingulate gyrus, right triangular part of inferior frontal gyrus and right middle occipital gyrus were decreased in patients with unipolar depression, which indicated the white matter microstructure had changes in multiple brain regions, and these changes might be related to the depression or anxiety.

Key words:unipolar depression; diffusion tensor imaging; fractional anisotropy; voxel-based analysis

收稿日期：(2015-08-03)

通信作者简介：钟宁(1956-)，男，博士，教授，主要研究方向为网络智能与脑信息学、数据挖掘等。E-mail: zhong@maebashi-it.ac.jp

作者简介：第一李淮周(1987-)，男，博士研究生，主要研究方向为网络智能与脑信息学。E-mail: hzlee@emails.bjut.edu.cn

基金项目：国家国际科技合作专项(2013DFA32180)。

中图分类号：R749.4

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2015)47-0001-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.47.001