基于弥散张量成像技术对抑郁症患者脑白质微结构的研究

胡　志，胡孝朋，陶龙香，梁　振，余永强

(1.安徽医科大学第一附属医院放射科，安徽 合肥　230022；

2.安徽医科大学生命科学学院生物医学工程系，安徽 合肥　230032)



基于弥散张量成像技术对抑郁症患者脑白质微结构的研究

胡志1，胡孝朋1，陶龙香1，梁振2，余永强1

(1.安徽医科大学第一附属医院放射科，安徽 合肥230022；

2.安徽医科大学生命科学学院生物医学工程系，安徽 合肥230032)

摘要：目的应用磁共振弥散张量成像(DTI)研究抑郁症患者脑白质微观结构的变化，探讨其发病机制。方法35例首发中重度抑郁症患者与18例性别、年龄及受教育程度相匹配的正常对照组行汉密尔顿(HAMD)量表评分，采用DTI分析并比较两组间各向异性分数(FA)值的差异。结果抑郁症组右侧额上回、右侧额中回、左侧杏仁核、左岛叶皮质、右侧穹窿、右外囊、右侧丘脑的FA值较对照组明显减低(P<0.05)。结论抑郁症患者存在广泛脑白质微观结构的异常，这种脑白质异常可能在抑郁症的发病机制中发挥重要作用。

关键词:抑郁症；弥散张量成像；各向异性分数

抑郁症又称抑郁障碍，是临床上常见的一种精神疾病。目前大多数研究表明抑郁症患者存在脑功能和结构异常[1-2],这种异常机制主要表现在边缘系统—皮层—纹状体—苍白球—丘脑神经环路(LCSPT)的病理损伤[3]。但是抑郁症的发病理论以及致病机制尚未有统一的共识，有关抑郁症涉及情绪脑功能区异常的相关研究也相对比较局限[4-5]。

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)作为一种新型功能磁共振成像方式,通过重建活体组织脑白质纤维束走行方向、排列状况，对各向异性分数(fractional anisotropy,FA)等指标定性定量评价联系灰质间的白质纤维束及其病变神经纤维传导通路[6]。本研究旨在以抑郁症患者为受试，利用DTI探讨脑白质微观结构的异常情况及发病机制。

1资料与方法

1.1研究对象抑郁症组:共35例，为2014年6月至2015年6月在安徽医科大学第一附属医院住院及门诊首发抑郁症患者，其中男14例,女21例，年龄18～50岁,平均年龄(32.6 ±12.4)岁，平均接受教育(11.4±5.4)年。入组标准：(1)符合美国精神障碍诊断和统计手册第4版(DSM-IV)中-重度抑郁症的诊断标准；(2)17项汉密尔顿抑郁量表(HAMD-17)≥18分，平均(22.1±2.5)分，且病程不超过1年；(3)首次发作；(4)入组前未接受抗抑郁、抗精神病等药物治疗；(5)排除器质性脑疾病以及其他可能影响脑部结构和功能的疾病；(6)所有患者均为右利手，且配合研究试验。

正常对照组：来自本院2014年6月至2015年4月的体检正常者，共18例，既往无精神神经系统性疾病、颅脑外伤及脑器质性疾病。其中男7例,女11例，年龄20～52岁,平均年龄(31.5±11.6)岁，平均接受教育(12.5±4.2)年，HAMD量表总分<7分，平均(2.8±2.5)分；均为右利手。

两组受试者文化程度、年龄、性别的差异均无统计学意义(P>0.05)。

本研究经安徽医科大学第一附属医院伦理委员会批准，所有受试者均无MRI检查禁忌。所有受试者均自愿参加并签署知情同意书。

1.2研究方法

1.2.1DTI数据采集所有受试者磁共振图像均在美国通用电器公司3.0T全身MR扫描仪(Signa HDxt，GE Milwaukee，WI，USA)上完成的。DTI像扫描参数：脉冲重复时间/回波时间(TR/TE)=11 000 ms/72 ms，翻转角度(flip angle)=90°，视野(FOV)=260 mm×260 mm，矩阵 (matrix)=128×128，层厚3 mm，设定67个各向同性分布弥散敏感梯度，其中3个方向为b=0 s·mm-2，并在另外64个不同的非线性方向上施加b=1 000 s·mm-2的弥散敏感梯度，每个方向为50层，共3 350张图像。

1.2.2数据分析应用牛津大学开发的FSL软件(FMRIB Software Library,www.fm-rib.ox.ac.uk/fsl)的扩散工具包FDT(THE fMRIB’s Diffusion Toolbox)工具包对弥散张量成像(DTI)图像进行分析，具体步骤包括以下几个方面：(1)对原始数据进行NIFTI的格式转换；(2)对数据进行涡流校正；(3)去除头皮以及颅骨；(4)经过DTIFIT工具包计算出所有受试者的各向异性分数FA图；(5)将所有受试者的FA图经过非线性派准到标准模版JHU(JUH DTI-based white-matter atlases)上；(6)利用Matlab的工具包DICOM得出所有受试者在JHU模版上FA值。

2结果

两组研究对象的DTI结果表明：相比较于正常对照组，抑郁症组主要表现为多脑区FA值减少(P<0.05)。FA值减少的脑区主要位于右侧额上回、右侧额中回、左侧杏仁核、左岛叶皮质、右侧穹窿、右外囊、右侧丘脑，见表1、图1。其中抑郁症患者的HAMD评分与右侧额上回FA值呈负相关关系(r=-0.551，P=0.001)，见图2。

±s)

图1　抑郁症组较正常对照组FA值减少的脑区纤维束追踪

图2　抑郁症患者右侧额上回FA值与HAMD量表

注：X轴为HAMD值，单位(分)，Y轴为FA值。

3讨论

本研究结果显示抑郁症患者右侧额上回、右侧额中回、左侧杏仁核、左岛叶皮质、右侧穹窿、右外囊、右侧丘脑区域脑白质FA值明显降低，表明抑郁症患者存在多脑区的白质纤维微观结构损害。

脑白质占大脑体积近一半,跟多数神经系统疾病关系密切,近年来研究表明脑白质在认知与情感方面起到了关键作用[7]。Thomas等[8]发现抑郁症患者额叶边缘以及杏仁核等脑区胶质细胞密度和数量显著减少，提示脑白质纤维微观结构存在损伤。目前大多数研究表明抑郁症主要体现在额叶背外侧白质、前部扣带回皮质、海马、杏仁核、基底节和丘脑脑功能的异常[9]。本研究结果提示抑郁症患者存在额叶皮层、边缘系统多脑区的异常，与目前关于抑郁症情绪异常的研究[10]一致。

情绪传导障碍以及伴随的认知功能损害，主要与额叶功能减弱有关[11]。额叶作为脑高级功能区之一，主要参与情感、记忆、专注、自制力等活动。前额叶背外侧皮层受损主要表现为情绪的淡漠和抑郁，额上回、额中回在调节情感行为和执行功能上具有重要作用。本研究结果发现前额叶脑白质FA值减少，同时抑郁组右侧额上回FA值与HAMD量表呈负相关，说明右侧额上回FA值改变可能与抑郁本身有相关性，提示神经髓鞘的损害与抑郁程度相关，进一步阐明了前额叶脑白质微观结构的损害是抑郁症患者出现情绪传导与认知功能异常的重要解剖学基础和机制之一。

边缘系统通过与下丘脑及植物神经系统联系，海马、纹状体、杏仁核、苍白球、丘脑为其中重要组成部分，启动并调节本能和情感行为[12]。本组DTI数据中，纹状体、左侧杏仁核、右丘脑、右侧穹窿脑白质FA值均明显减少，进一步说明了边缘系统脑结构的异常在抑郁症发病中扮演了重要的作用。同时我们还发现抑郁症患者左侧岛叶皮质FA明显减少，与前人的研究结果类似[13]。

本研究结果运用DTI技术在脑白质神经纤维基础上探讨了抑郁症患者多脑区微结构的异常，且进一步验证了抑郁症发病的相关机制。但由于样本量较少，且研究方法较为局限，有待扩大样本量,对抑郁症患者临床及影像学表现的相关性进行进一步的分析,将更深刻的认知抑郁症脑结构和功能异常的变化机制。

参考文献：

[1]Groenewold NA,Opmeer EM,de Jonge P,et al.Emotional valence modulates brain functional abnormalities in depression: evidence from a meta-analysis of fMRI studies[J].Neurosci Biobehav Rev,2013,37(2):152-163.

[2]Koolschijn PC,van Haren NE, Lensvelt-Mulders GJ,et al.Brain volume abnormalities in major depressive disorder:a meta-analysis of magnetic resonance imaging studies[J].Hum Brain Mapp,2009,30(11):3719-3735.

[3]Seminowicz DA,Mayberg HS,McIntosh AR,et al.Limbic-frontal circuitry in major depression: a path modeling metanalysis[J].Neuroimage,2004,22(1):409-418.

[4]江海腾,韩颖琳,卢青,等.抑郁症患者识别悲伤表情刺激时磁源性影像动态变化的性别差异[J]．中华行为医学与脑科学杂志,2011,20(3):234-237．

[5]王冬青,朱彦,李月峰,等．首发抑郁症患者敏感脑结构的磁共振质子波谱分析[J]．中华行为医学与脑科学杂志,2011,20(1):19-21．

[6]Kubicki M,Westin CF,Maier SE,et al.Diffusion tensor imaging and its application to neuropsychiatric disorders[J].Harv Rev Psychiatry,2002,10(6):324-336.

[7]Filley CM.White matter and behavioral neurology[J].Ann N Y Acad Sci,2005,1064:162-183.

[8]Thomas AJ,O'Brien JT,Barber R,et al.A neuropathological study of periventricular white matter hyperintensities in major depression[J].J Affect Disord,2003,76(1/3):49-54.

[9]Duman RS,Malberg J,Nakagawa S,et al.Neuronal plasticity and survival in mood disorders[J].Biol Psychiatry,2000,48(8):732-739.

[10] 赖丽莎,陈少琼,张建生,等．抑郁症患者边缘系统-皮层-纹状体-苍白球-丘脑神经环路相关结构的磁共振成像研究[J].中华临床医师杂志,2010,4(6):51-55．

[11] 李俊，任力杰，韩漫夫，等.基于功能磁共振技术对抑郁症患者认知功能损害的脑功能解剖学研究[J].中华神经医学杂志,2014,13(2):142-145.

[12] Clark L,Chamberlain SR,Sahakian BJ.Neurocognitive mechanisms in depression:implications for treatment[J].Annu Rev Neurosci,2009,32:57-74.

[13] 刘想林,王玉忠,刘海洪,等.青年重性抑郁症患者弥散张量和静息状态下的功能磁共振成像[J].中南大学学报(医学版),2010,35(1)：25-31.

收稿日期：(2015-08-06，修回日期：2015-09-12)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.01.030

通信作者：余永强，男，主任医师，博士生导师，研究方向：分子影像学，E-mail:yuyongqiang@hotmail.com

作者简介：胡志，男，硕士研究生

基金项目：国家自然科学基金项目(No 31400943)