正常中年人海马磁共振扩散张量成像相关参数研究

2016-04-17赵霞王剑飞鞠文萍樊子健梁洁王现亮

磁共振成像 2016年10期

赵霞，王剑飞，鞠文萍，樊子健，梁洁，王现亮*

赵霞1，王剑飞2，鞠文萍3，樊子健3，梁洁3，王现亮2*

目的探讨正常中年人海马不同年龄组、不同部位表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值的变化规律，为临床早期诊断及治疗海马相关性疾病提供参考依据。材料与方法从社区健康志愿者中选取符合标准者276名，按年龄分3组，A组：壮实期(41～48岁)90名，B组：稳健期(49～55岁)93名，C组：调整期(56～65岁)93名，行常规颅脑MR平扫、双侧海马扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)扫描，测量双侧海马头、体、尾部ADC、FA值，分析不同性别间、左右侧别间、各年龄组间及同年龄组不同部位间各参数的差异及各参数与年龄的相关性。结果 ADC、FA值在男女之间、左右侧别间差异无统计学意义(P＞0.05)；各年龄组间相同部位各参数差异有统计学意义(P＜0.05)，ADC值A、B组均低于C组(P＜0.05)，FA值A、B组均高于C组(P＜0.05)；FA值在同年龄组不同部位间差异有统计学意义(P＜0.05)，FA值在A、B、C组海马头部高于体、尾部(P＜0.05)。FA值与年龄呈负相关(r=-0.813，P＜0.05)；ADC值与年龄呈正相关(r=0.113，P＜0.05)。结论 DTI能反映正常中年人海马不同部位微环境的变化，为早期临床诊断及治疗海马相关性疾病提供参考依据。

正常中年人；海马；磁共振成像；扩散张量成像

扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是在磁共振弥散成像(diffusion weighted imaging，DWI)基础上发展起来的更复杂的水扩散成像，可以在活体上发现组织的微细结构，清晰显示脑内白质纤维束走行、排列方向、紧密程度及髓鞘化情况并能进行三维立体成像的影像学检查方法[1]。随着年龄的增长，人脑的结构逐渐发生变化，例如脑水容量的增高、脱髓鞘、轴突结构的破坏、整体纤维的疏松等，常规MRI检查不能发现脑组织的微细变化。DTI作为一种无创的显示活体大脑白质神经纤维通路的方法，在临床上有广阔的应用前景[2]。应用DTI对海马表观扩散系数(apparent diffusion coeffcient，ADC)、各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值的研究国内外已有相关报道，他们多侧重于患者海马的病侧与健康侧的比较研究，且正常人样本含量较少，得出的正常值范围也不尽相同[3]。本研究通过DTI测量大样本量正常中年人海马ADC值和FA值变化及其与年龄的相关性，得到扩散特性的正常演变过程，为观察正常中年人海马区生理变化、早期诊断及干预治疗海马相关性疾病提供影像学参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

1.2 扫描设备和技术

使用德国Siemens Avanto 1.5 T超导型磁共振扫描仪，多通道相控阵头颅线圈。(1)常规MR成像：行TSE序列T1WI、T2WI及FLAIR横轴位扫描，TSE序列T1WI矢状位扫描，扫描参数如下：T1WI序列，TR 500 ms，TE 9 ms；T2WI序列，TR 4580 ms，TE 112 ms；FLAIR序列，TR 7600 ms，TE 110ms；矢状位T1WI序列，TR 500 ms，TE 17 ms。以上序列层厚均为6.0 mm，层间隔1.8 mm，矩阵512×256，FOV 230 mm×230 mm，采集次数1。(2)DTI扫描：应用平面回波(echo planar imaging，EPI)序列进行扫描，拷贝感兴趣区(region of interest，ROI)在海马图像的同一层位置。参数：TR 4600 ms，TE 84 ms，FOV 230 mm× 230 mm，矩阵128×128，层厚3 mm，间隔0 mm，采集次数1，b值分别为0和1000 s/mm2，在20个方向上施加扩散敏感梯度，扫描时间为1 min 52 s。为尽量避免图像伪影，获得较高质量的图像，进行定位时需要避开邻近颅底骨组织及脑脊液，在感兴趣区周围添加饱和带，选取位于海马中线两侧同部位对称的灰质内的体素，以确保同一受检者双侧及不同受检者间的一致性。

1.3 参数值测量

应用Syngo-Neuro 3D软件对弥散张量成像所有原始数据进行后处理，由计算机自动生成表观扩散系数图及部分各向异性图，分别测量双侧海马头、体、尾各部ADC值、FA值(图1～3)。因为所测DTI的信号及相关数值与感兴趣区的范围有密切关系，小体积的海马尾部更为敏感，因此必须始终保持画取感兴趣区范围的一致性，同时测量时需严格选取海马中轴线两侧同源对称的区域，各参数连续测量两次，取其平均值为最终结果。

1.4 统计学处理

图1 中年人正常海马DTI。A：横轴位定位图；B：表观弥散系数图；C：各项异性图Fig. 1 Hippocampus DTI of normal Chinese middle-aged people. A: Axial location imaging of hippocampus DTI; B: Apparent diffusion coeffcien (ADC); C: Fractional anisotropy (FA).

应用SPSS 19.0软件进行数据处理及统计分析，计数资料用表示。各部位海马ADC、FA值男女性别间比较采用两样本t检验，左右侧别比较采用配对t检验，组间及组内各部位间ADC、FA值比较采用方差分析，若差异有统计学意义时，再采用SNK-t检验。应用Pearson分析判断ADC、FA值变化与年龄之间的相关性。以P＜0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常中年人海马ADC、FA值比较

2006年之前，虽然我国新的《企业会计准则》尚未颁布实施，但相关研究已经开始探讨无形资产会计处理问题。学者们通过对各国无形资产资本化会计处理的比较，提出了很多政策建议。虽然有些研究与新的会计准则不相符，但依然为其后的研究提供了有益的思路。

A组：海马头部ADC值、FA值的平均值分别为(0.931±0.186)、(0.283±0.066)，左侧头部分别为(0.905±0.14)、(0.251±0.073)，右侧头部分别为(0.941±0.227)、(0.298±0.099)；体部分别为(0.927±0.166)、(0.267±0.119)，左侧体部分别为(0.917±0.184)、(0.272±0.089)，右侧体部分别为(0.939±0.218)、(0.253±0.088)；尾部分别为(0.818±0.128)、(0.269±0.095)，左侧尾部分别为(0.826±0.244)、(0.272±0.122)，右侧尾部分别为(0.809±0.367)、(0.254±0.094)。B组：海马头部ADC值、FA值的平均值分别为(0.967±0.297)、(0.255±0.121)，左侧头部分别为(0.967±0.297)、(0.255±0.121)，右侧头部分别为(0.967±0.297)、(0.255±0.121)；体部分别为(0.962±0.243)、(0.226±0.129)，左侧体部分别为(0.962±0.243)、(0.226±0.129)，右侧体部分别为(0.917±0.184)、(0.237±0.089)；尾部分别为(0.955±0.170)、(0.253±0.150)，左侧尾部分别为(0.938±0.244)、(0.253±0.150)，右侧尾部分别为(0.969±0.367)、(0.274±0.094)。C组：海马头部ADC值、FA值的平均值分别为(0.984±0.213)、(0.217±0.058)，左侧头部分别为(0.976±0.215)、(0.226±0.062)，右侧头部分别为(0.992±0.219)、(0.208±0.051)；体部分别为(0.967±0.242)、(0.214±0.130)，左侧体部分别为(0.958±0.243)、(0.209±0.135)，右侧体部分别为(0.972±0.236)、(0.228±0.128)；尾部分别为(0.961±0.301)、(0.228±0.145)，左侧尾部分别为(0.958±0.310)、(0.222±0.147)，右侧尾部分别为(0.969±0.313)、(0.230±0.134)。

表1 正常中年人海马ADC值、FA值不同性别间比较Tab. 1 Compare with hippocampal ADC value, FA value in different genders of normal Chinese middle-aged people

GroupParameterMaleFemaletP Hippocampal headADC0.989±0.2760.934±0.1951.8650.065 FA0.262±0.0920.249±0.1200.9360.350 Hippocampal bodyADC0.947±0.2460.976±0.2450.9390.348 FA0.272±0.1570.255±0.1190.8670.381 Hippocampal tailADC0.936±0.3450.965±0.281-0.7530.452 FA0.318±0.5120.293±0.1381.4160.158

表2 正常中年人海马ADC值、FA值左右侧别间比较Tab. 2 Compare with hippocampal ADC value, FA value in left-right side of normal Chinese middle-aged people

GroupParameterLeftRighttP Hippocampal headADC0.905±0.1430.941±0.227-1.5100.132 FA0.241±0.0730.248±0.099-0.6520.515 Hippocampal bodyADC0.917±0.1840.959±0.218-0.1640.103 FA0.237±0.0890.251±0.088-1.3700.172 Hippocampal tailADC0.938±0.2440.969±0.367-0.7950.427 FA0.272±0.1220.274±0.094-0.0190.985

表3 正常中年人海马ADC值、FA值各年龄组间比较Tab. 3 Compare with hippocampal ADC value, FA value in the same parts between age groups of normal Chinese middle-aged people

Note:a: On behalf of Group A compared with Group C, P＜0.05.

PartParameterGroup AGroup BGroup CFP Hippocampal headADC0.931±0.186a0.967±0.2970.984±0.2133.2890.037 FA0.283±0.066a0.255±0.1210.217±0.0588.3850.000 Hippocampal bodyADC0.927±0.166a0.962±0.2430.967±0.2423.5790.029 FA0.267±0.119a0.226±0.1290.214±0.1304.1840.016 Hippocampal tailADC0.818±0.128a0.955±0.1700.961±0.3013.3940.039 FA0.269±0.095a0.253±0.1500.228±0.1455.6950.004

表4 正常中年人海马同年龄组内ADC值、FA值不同部位间的比较Tab.4 Comparison of different parts of ADC value, FA value in the hippocampus of normal middle aged people in the same age group

Note:a: On behalf of head compared with tail, P＜0.05.

GroupParameterHippocampal headHippocampal bodyHippocampal tailFP Group AADC0.931±0.1860.927±0.1160.818±0.1280.0280.973 FA0.293±0.066a0.267±0.1190.265±0.0954.5570.012 Group BADC0.967±0.2970.962±0.2430.955±0.1701.0210.362 FA0.265±0.121a0.236±0.1290.232±0.1503.2370.041 Group CADC0.984±0.2130.967±0.2420.961±0.3010.5390.584 FA0.237±0.058a0.221±0.1300.218±0.1453.7040.026

2.2 正常中年人海马ADC值、FA值不同性别间比较

正常中年人相同部位海马ADC值、FA值在性别间差异无统计学意义(P＞0.05)，见表1。

2.3 正常中年人海马ADC值、FA值左右侧别间比较

正常中年人海马ADC值、FA值在左右侧别之间差异无统计学意义(P＞0.05)，见表2。

2.4 正常中年人海马ADC值、FA值年龄组间比较

正常中年人海马ADC值、FA值在年龄组间差异有统计学意义(P＜0.05)，见表3。海马头、体、尾部ADC值A、B组均低于C组(P＜0.05)，AB、 BC组间差异无统计学意义(P＞0.05)；FA值A、B组均高于C组，AB及BC组之间差异无统计学意义(P＞0.05)。

2.5 正常中年人同年龄组内不同部位间海马ADC值、FA值比较

正常中年人同年龄组内不同部位间海马FA值差异有统计学意义(P＜0.05)，见表4。FA值A、B、C组海马头、体部均高于尾部(P＜0.05)，ADC值在A、B、C组各部位间差异均无统计学意义(P＞0.05)。

2.6 正常中年人海马ADC值、FA值与年龄相关性分析

对所有志愿者海马ADC值、FA值进行年龄相关分析，结果显示FA值与年龄呈负相关(r=-0.813，P＜0.05)；ADC与年龄呈正相关(r=0.113，P＜0.01)。

3 讨论

3.1 海马解剖结构及功能

海马根据其解剖结构可分为头、体和尾3部分[4]。头部：前上界借侧脑室钩状隐窝区分杏仁体与海马头部，下界与与其紧邻的白质结构极易区分其下托及海马旁回，外界为颞角，内界借下界向上的延伸区分海马和钩。体部：上界为脉络膜裂，外界及下界划分方法与同头部。尾部：外上界为穹隆脚，内上界为胼胝压部，下界为扣带回峡部及海马旁回。海马是边缘系统重要组成结构，研究提示海马具有记忆、学习、情绪管理及调节睡眠等重要功能。海马病变与颞叶癫痫、抑郁症、精神分裂症、阿尔茨海默病、帕金森综合征及亨廷顿病等密切相关[5]。

3.2 海马影像学检查

MR功能成像技术(functional magnetic resonance imaging，fMRI)具有无辐射、可重复操作、组织对比度清以及空间分辨率高等优点，在神经系统领域的应用日益增多[6]，尤其在颞叶海马癫痫的认知功能评价方面发挥越来越重要的作用。目前对于海马的影像学研究集中于海马体积的测量、1H-MRS、DTI等的研究[7]。但磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)在海马研究的临床应用中也存在一定的局限性，例如检查过程中患者头部的运动、海马周围组织结构如脑脊液、颅骨、血管等的影响均会导致代谢产物相对含量测量存在误差，这对于临床应用MRS技术观察海马结构及相关指标产生一定程度的影响。DTI可以根据水分子扩散运动的情况在常规MRI检查发现异常信息之前更早、更敏感地发现脑组织微细结构的变化。比常规MRI反映脑白质微细结构扩散特性的变化更有优势，且DTI技术不受患者运动及梯度磁场等的影响。

3.3 正常海马参数

本研究选择ADC、FA值作为研究海马组织内水分子扩散指标及海马白质各向异性特征的指标，原因考虑如下：(1)ADC值为最近似弥散系数的指标，反映的是水分子弥散的速度和范围。(2) FA在MRI图像上选择感兴趣区更方便，较其他指标能提供更佳的灰、白质对比度，使操作的可重复性高，使得FA值较其他指标更精准。(3)FA值相较其他指标更稳定，FA值反映的是活体器官组织的物理特性。对于同一对象在不同时间、不同的MRI设备，甚至不同对象间获得的FA值都是有可比性的；DTI的FA值可用于评价研究白质联合纤维传导束完整性和海马组织微观特性[8]。(4)大多数研究者在进行磁共振扩散张量研究时选择这两个参数，结果有参照性。ADC值和FA值属于不同的两组指标值，ADC值反映活体组织器官内水弥散在空间上的范围及弥散的平均大小，FA值是反映组织内水分子弥散方向性的参数，ADC值和FA值相结合，能够更加准确地反映出大脑双侧海马各区域在形态结构上的细微改变及早期病理微环境的改变。

之前有很多研究发现，双侧大脑半球容量是不对称的[9]，认为右侧大脑半球容量比左侧大。Assaf等[10]研究表明，正常人双侧海马Dcavg值、FA值差异无显著统计学意义。张泉等[11]研究发现，正常人双侧海马DCavg值、FA值、1-VR值和RA值差异均无显著性统计学意义。而笔者所得出的结果是正常人海马ADC值、FA值在左右侧间无明显差异，这与多数学者研究结果一致。有研究发现男性与女性的脑总容量存在一定的差异，并且发现男性的脑白质、脑灰质的容量均较女性大[12]。但本组研究发现，正常国人中年组海马各参数值不存在性别差异，这与以往研究结果也相符。各年龄组间相同部位各参数差异有统计学意义(P＜0.05)，ADC值A、B组均低于C组(P＜0.05)，FA值A、B组均高于C组(P＜0.05)；FA值在同年龄组不同部位间差异有统计学意义(P＜0.05)，FA值在A、B、C组海马头部均高于尾部(P＜0.05)。ADC值在同年龄组不同部位间差异无统计学意义(P＞0.05)。本研究中还发现ADC、FA值的测量结果高于以往学者[13]的测量结果，其原因可能是：(1)样本含量不同；(2)年龄分组不同，不同年龄在各组的比例不同；(3)研究对象的文化程度不同；(4)检查设备不同，测量手法不同；(5)海马不同部位纤维束的排列、紧密程度不同，灰白质成熟的早晚不同。目前关于海马DTI各参数与年龄的相关分析的文献较少，倪建明等[14]在研究中发现脑老化过程中灰质突触密度下降和突触蛋白减少会引起弥散受限减弱，而表现为ADC值升高。Minati等[15]研究发现，随着年龄的增长，健康成人脑白质扩散特征的改变是FA值下降和MD值升高。海马由灰质和白质构成，随着年龄的增长，ADC值会逐渐升高。本研究中得出结果，FA值与年龄呈负相关(r=-0.813，P＜0.05)；ADC与年龄呈正相关(r=0.113，P＜0.01)，与笔者的研究结果基本一致。

DTI检查已经被广泛应用于大脑神经系统及全身其他部位组织器官的临床诊断及科学研究，尤其是大脑各种疾病的临床诊断。本组研究采用DTI技术对正常中年人海马参数进行相对定量研究，所获结果将有助于鉴别诊断海马相关性疾病及监测疾病的发生发展。

[References]

[1] Wieshmann UC, Symms MR, Parker GJ, et al. Diffusion tensor imaging demonstrates deviation of fbres in normal appearing white matter adjacent to a brain tumour. Neurol Neurosurg Psychiatry, 2000, 68(4): 501-503.

[2] Wang DD, Jiang CH, Wang J. Measurement of diffusion tensor imaging in patients with mild cognitive impairment: a meta analysis. Chin J Magn Reson Imaging, 2016, 7(2): 81-89.

王东东, 姜春晖, 王俭. 轻度认知障碍磁共振扩散张量成像研究的Meta分析. 磁共振成像, 2016, 7(2): 81-89.

[3] Jia C, Zhang Q, Feng KL. Preliminary study on diffusion tensor imaging parameters in hippocampal sclerosis. Acta Academiae Medicinae CPAPF, 2009, 18(4): 304-307.

贾策, 张泉, 冯凯琳. 海马硬化的扩散张量成像参数值变化初步研究. 武警医学院学报, 2009, 18(4): 304- 307.

[4] Macmaster FP, Mirza Y, Szeszko PR, et al. Amygdala and hippocampal volumes in familial early onset major depressive disorder. Biol Psychiatry, 2008, 63(4): 385-390.

[5] Fraser MA, Shaw ME, Cherbuin N. A systematic review and metaanalysis of longitudinal hippocampal atrophy in healthy human ageing. Neuroimage, 2015, 5(112): 364-374.

[6] Gong QY, Lu S. Clinical application and advances of functional magneticresonance imaging. Chin J Magn Reson Imaging, 2014, 5(suppl 1): 68-72.

龚启勇, 吕粟. 功能磁共振成像临床应用及进展. 磁共振成像, 2014, 5(增刊1): 68-72.

[7] Luo YF, Cao ZH, Wang DQ, et al. Measurement of T2 MR values in the hippocampus of normal adults. Chin J Med Imaging Technol, 2013, 29(1): 20-23.

罗一烽, 曹志宏, 王冬青, 等. 测量正常成年人海马各部的MR T2值. 中国医学影像技术, 2013, 29(1): 20- 23.

[8] Zhu D, Zhang T, Jiang X, et al. Fusing DTI and fMRI data: a survey of methods and applications. Neuro Image, 2014, 102(1): 184-191.

[9] Raz N, Guning-Dixon F, Head D, et al. Aging,sexual dimorphism, and hemispheric asymmetry of the cerebrale cortex:replieability of regional differences in volume. Jneuxobiol Aging, 2004, 25(3): 377-396.

[10] Toshiyuki W, Akihiko S, Ichiro A, et al. Hippocampal metabolites and memory performances in patients with amnestic mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Neurobiology of Learning and Memory, 2012, 97(3): 289-293.

[11] Zhang Q, Zhang YT, Zhang J, et al. Study of diffusion tensor imaging on different segments of hippocampi in patients with temporal lobe epilepsy. Chin J Med Imaging Technol, 2008, 23(7): 979-981.

张泉, 张云亭, 张敬, 等. 颞叶癫痫患者海马不同节段MR扩散张量成像研究. 中国医学影像技术, 2008, 23(7): 979-981.

[12] Paxton JL, Bareh DM, Racine CA, et al.Cognitive control, goalmaintenance, and Prefrontal function in healthyaging. Cereb J Cortex, 2008, 18(5): 1010-1028.

[13] Hao JJ, Zhuang WX, Wen HZ, et al. Healthy adult hippocampal magnetic resonance spectroscopy and diffusion-weighted imaging studies. Medical Innovation of China, 2014, 11(12): 72-74.

郝敬军, 庄伟雄, 文海忠, 等. 健康成年人海马磁共振波谱与扩散加权成像研究. 中国医学创新, 2014, 11(12): 72-74.

[14] Ni JM, Zhang ZY, Zhang WJ. Regional brain diffusion anisotropy changes during normal aging. Chin Comput Med Imag, 2013, 19(4): 307-311.

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

[15] Minati L, Grisoli M, Buzzone MG. MRSPeetroseoPy, funetionalMRI, and diffusion-tensor imaging in the aging brain:a conceptua lreview. J Geriatr Psychiatry Neurol, 2007, 20(1): 3-21.

Study of relevant parameters of diffusion tensor imaging in the hippocampus of normal middle-aged group

ZHAO Xia1, WANG Jian-fei2, JU Wen-ping3, FAN Zi-jian3, LIANG Jie3, WANG Xianliang2*1Department of Medical Imaging, the central hospital of Qingdao, Qingdao 266042, China
2Department of Medical Imaging, the People’s Hospital of Weifang, Weifang 261041, China
3Department of Medical Imaging of Weifang Medical University, Weifang 261053, China

Objective: To discuss the change of the brain metabolites on the bilateral hippocampus of different age groups and different parts in normal Chinese middleaged group by using Diffusion Tensor Imaging (DTI), to provide the reference for early clinical diagnosis and treatment of hippocampal-related diseases. Materials and Methods: From community healthy volunteers, we selected 276 according to the standards, who were divided into three groups according to age, A group: prime period, 41 to 48 years, 90 cases; B group: steady period, 49 to 55 years, 93 cases; C group: adjustment period, 56 to 65 years, 93 cases. All subjects underwent routine conventional MRI and bilateral hippocampal DTI examination. The parameters ADC, FA values were measured. To analyse the differences of the parameters between different genders, sides, groups and parts, and discuss the correlation between parameters and age. Results: There was no statistically signifcant difference of ADC and FA values of the hippocampus between different sides and genders (P＞0.05). The values had statistically signifcant difference among groups (P＜0.05). The ADC value in group A and B was lower than group C (P＜0.05), the FA value in group A and B was higher than group C (P＜0.05), the FA value had statistically signifcant difference in thedifferent parts of hippocampal (P＜0.05), the FA value in A, B and C group on hippocampal head was higher than on body and tail. The FA values were negatively correlated with age (r=-0.813, P＜0.05), the ADC values were positively correlated with age (r=0.113, P＜0.05). Conclusion: DTI can help to understand the changes of microenvironment of the hippocampal in normal Chinese middleaged people, to provide clinical basis for early diagnosis and treatment of the diseases associated with hippocampus.

Normal middle-aged people; Hippocampus; Magnetic resonance imaging; Diffusion tensor imaging

山东省自然科学基金(编号：ZR2009CM115)

1.青岛市中心医院放射科，青岛266042

2.山东省潍坊市人民医院放射科，潍坊 261041

3.潍坊医学院医学影像学系，潍坊261053

王现亮，E-mail：wangxianliang2011 @126.com

2016-08-17

接受日期：2016-09-23

R445.2；R338.2

10.12015/issn.1674-8034.2016.10.005

赵霞, 王剑飞, 鞠文萍, 等. 正常中年人海马磁共振扩散张量成像相关参数研究. 磁共振成像, 2016, 7(10): 743-748.

*Correspondence to: Wang XL, E-mail: wangxianliang2011@126.com