正常儿童脑白质发育的DTI研究

鲁雪红，栾　立，楼俭茹，王　伟

（新疆医科大学附属中医医院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830000）



正常儿童脑白质发育的DTI研究

鲁雪红，栾立，楼俭茹，王伟

（新疆医科大学附属中医医院影像中心，新疆 乌鲁木齐 830000）

目的：用DTI研究正常儿童脑白质发育特点。方法：收集50例1～12岁健康儿童脑DTI图像，分析第1组（1～3岁）、第2组（4～6岁）、第3组（7～9岁）及第4组（10～12岁）4个年龄组与脑白质内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部5个部位的各向异性指数（FA）值、ADC值的相关性及差异性。结果：内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值与年龄呈正相关，尾状核头部的FA值与年龄呈负相关；内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部的ADC值均与年龄呈负相关。第1、2组间及第2、3组间内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值、ADC值差异均有统计学意义（均P＜0.05）；第3、4组组间胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值、ADC值差异均有统计学意义（均P＜0.05）。结论：DTI的FA值和ADC值能反映脑白质发育差异。

磁共振成像，弥散；弥散张量成像；脑白质纤维；各向异性

［Abstract］Objective：To investigate the difference of the different cerebral white matter and elucidate changes of the cerebral white matter in normal children.Methods：Collection the DTI images of the cerebral white matter of 50 healthy children，age range from 1 to 12 years，dividedinto 4 groups（group 1：1-3y，group 2：4-6y，group 3：7-9y and group 4：10-12y）.Analysis the correlation of the age and the FA values and ADC values of the 5 regions：anterior limb of the internal capsule（ALIC），posterior limb of the internal capsule（PLIC）、genu of corpus callosum（GCC）、splenium of corpus callosum（SCC）and head of caudate nucleus（HCN）of the cerebral white matter.Analyze the difference of the FA values and ADC values of 4 age groups.Results：The FA values increased with increasing age in ALIC、PLIC，GCC，SCC，while decreased with increasing age in HCN.The ADC values increased with increasing age in ALIC，PLIC，GCC，SCC and HCN.There were difference in ALIC，PLIC，SCC and GCC in FA and ADC values between group 1 and 2，group 2 and 3.There were significant difference in FA and ADC values between group 3 and 4 in SCC and GCC.Conclusion：DTI can be used to analyze the difference of cerebral white matter of healthy children.

［Key words］Diffusion Magnetic resonance imaging；Diffusion tensor imaging；Cerebral white matter fiber；Anisotropy

本文以1～12岁健康儿童大脑DTI图像为研究对象，以了解正常儿童脑白质各向异性指数（FA）值、ADC值正常范围，探讨FA值、ADC值的分布规律。

1　资料与方法

1.1一般资料收集2013年1月至2014年6月于我院检查的1～12岁健康儿童50例，其中男27例，女23例，均为足月；平均年龄7.4岁；汉族31例，少数民族19例（其中回族9例、维吾尔族5例、哈萨克族3例、蒙古族2例）。纳入标准：①无颅脑发育异常、新生儿缺血缺氧病史及家族精神病史；②IQ评分、临床表现、精神、体征均正常；③图像质量良好。按年龄分为4组：第1组（1～3）岁共10例；第2组（4～6岁）共11例；第3组（7～9岁）共11例；4组（10～12岁）共18例。

1.2仪器与方法使用Siemens Magnetom VERIO 3.0 T MRI扫描仪，头部矩阵线圈。所有对象耳内均塞耳塞，5岁以下、不能配合检查者以10%水合氯醛（剂量0.5～1.0 mL/kg体质量）口服或灌肠，待熟睡后再行扫描。50例先行常规T1WI、T2WI及FLAIR轴位扫描，层厚6mm，层距2 mm，T1WI：TR/TE 360 ms/15 ms，矩阵384×192，FOV 240 mm×180 mm；T2WI：TR/TE 4800ms/95ms，矩阵480×256，FOV 230mm×180mm；FLAIR：TR/TE 1 900 ms/79.4 ms，矩阵320×192，FOV 230 mm×80 mm。常规MRI扫描脑内未见异常信号后，再行DTI扫描。DTI：单次激发SE-EPI序列，TR/ TE 6 000 ms/90 ms，矩阵128×128，FOV 240 mm× 100 mm，1次采集，b=0、1 000 s/mm2，弥散敏感梯度方向15个，层厚5 mm，层距1.2 mm，扫描时间5 min 26 s。

1.3数据测量将原始数据传入Syngo MRI工作站，Neuro 3D软件自动生成b=0 s/mm2图、ADC图和FA图。彩色张量图上取内囊前支、内囊后支、胼胝体膝部、胼胝体压部和尾状核头部5个ROI，面积3 mm2，软件即自动生成该部位的ADC值、FA值。为避免容积效应影响，ROI尽量置于所测结构中心，每个部位测量3次，取平均值（图1）。

1.4统计学处理使用SPSS 17.0软件，应用Spearman检验分析年龄与脑白质5个ROI的FA值、ADC值相关性；采用独立样本t检验分析4个年龄组相邻2组间脑白质5个ROI的FA值、ADC值的差异性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1年龄与脑白质5个ROI的FA值相关性5个ROI的FA值从大到小依次为胼胝体压部＞胼胝体膝部＞内囊后肢＞内囊前肢＞尾状核头部，内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值与年龄呈正相关，即FA值随年龄增长而增大；尾状核头部的FA值与年龄呈负相关（P＜0.05）。

2.2相邻2组大脑白质5个ROI的FA值差异性（表1）第1、2组间及第2、3组间内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的FA值差异均有统计学意义（均P＜0.05），尾状核头部差异无统计学意义（P＞0.05）。第3、4组间胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部的FA值差异均有统计学意义（均P＜0.05），内囊前肢及内囊后肢的FA值。

表1　相邻2组脑白质各部位各向异性指数（FA）值差异性分析

2.3年龄与脑白质5个ROI的ADC值相关性5个ROI的ADC值从大到小顺序为胼胝体膝部＞尾状核头部＞胼胝体压部＞内囊前肢＞内囊后肢；内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部及尾状核头部的ADC值均与年龄呈负相关（P＜0.05）。

2.4相邻2组大脑白质5个ROI的ADC值差异性（表2）第1、2组间和第2、3组间内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的ADC值差异均有统计学意义（均P＜0.05），尾状核头部ADC值差异均无统计学意义（均P＞0.05）；第3、4组胼胝体膝部及胼胝体压部的ADC值差异均有统计学意义（均P＜0.05），内囊前肢、内囊后肢及尾状核头部的ADC值差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表2　相邻2组脑白质各部位ADC值差异性分析

3　讨论

DTI是由DWI衍生出的一种MRI功能成像技术。DTI主要参数之一FA值，是指水分子扩散各向异性成分占整个弥散张量的比例，反映弥散的方向［1-2］。脑组织由灰质和白质构成，是不均质组织，因此水分子在脑组织内的弥散过程表现出明显的各向异性，并随脑白质纤维束的发育成熟而变化［3］。DTI能在活体上进行脑组织分子弥散特征的无创性研究，显示活体脑部细微结构的变化，清晰显示脑白质纤维束扩散度及髓鞘化程度。髓鞘化是脑发育过程的重要组成部分。大量研究［4-6］证实，FA值随髓鞘化的进展逐渐升高，可反映脑的成熟度。ADC值表示水分子弥散的速度和范围，反映了平均弥散速度。将FA值、ADC值结合能更好地反映脑部水分子弥散情况，揭示脑组织结构的功能变化及脑白质病变的病理改变。本研究结果显示，内囊前肢、后肢及胼胝体膝部、压部的FA值与年龄均呈正相关；尾状核头部的FA值与年龄呈负相关。内囊后肢和后肢、胼胝体膝部和压部及尾状核头部等部位的ADC值与年龄均呈负相关，反映了脑白质的发育即髓鞘化是从婴儿到儿童、少年期持续进行。5个部位FA值中，以胼胝体压部FA值最高［7］。各部位ADC值中以胼胝体膝部最高，尾状核头部次之，说明脑白质各部位的髓鞘化并非同步进行和完成。黄文等［8-11］在研究早期脑白质发育规律时发现，胼胝体压部的FA值高于膝部，胼胝体压部垂直弥散张量较高，胼胝体纤维在整体上其FA值随年龄的增长而呈下降趋势，而ADC值随年龄增长呈上升趋势；考虑或与白质纤维排列的紧密程度和走行方向、髓鞘本身渗透性降低或增厚、轴突半径的改变及胼胝体内限制水分子扩散的某种结构的存在有关。另因为胼胝体膝部纤维主要连接两侧额叶前部，压部主要接受来自颞枕叶及部分顶叶的纤维，胼胝体压部纤维与枕叶的视觉区有关，视觉功能的发育早于额叶前部高级功能区［12-13］，相应连接双侧功能区的纤维发育较早，故胼胝体压部发育早于膝部，胼胝体压部的FA值高于膝部。

本研究因1岁以下儿童检查配合程度较差，收集病例较少，未将1岁以内婴儿独立分组，考虑1～3岁均为大脑的发育高峰，故将3岁以内幼儿分为一组。第1、2组和第2、3组内囊前肢、内囊后肢、胼胝体膝部及胼胝体压部的ADC值差异均有统计学意义，尾状核头部ADC值差异无统计学意义；第3、4组胼胝体膝部及胼胝体压部的ADC值差异具有统计学意义；进一步证明了1～3岁是人类大脑生长、发育的高速阶段，也是大脑白质髓鞘化迅速发展的时期，髓鞘化的过程在儿童和少年时期较婴幼儿时期减慢。

综上所述，DTI的FA值结合ADC值可在活体无创性评价、研究脑白质的发育程度，并在此基础上进行脑白质病变的研究及新疆地区正常少数民族儿童与汉族儿童脑白质发育差异的研究。

图1　男，3岁，图1a、1b、1c分别为丘脑、内囊及尾状核头部、胼胝体膝部及压部3个层面的彩色张量图，图1d、1e、1f分别为对应层面的各向异性指数图

［1］Kuhl C，Weigl S，Schrading S，et al.Prospective cohort study to refine management recommendations for women elevated familial risk of breast cancer：The EVA trial［J］．J Clin Oncol，2010，28：1450-1457．

［2］孟禄，赵宏，赵大哲，等．三维脑白质纤维束成像方法［J］．计算机工程，2011，37（4）：85-89．

［3］周小丰，刘远健.DTI在大脑髓质发育研究中的应用［J］.国际医学放射学杂志，2011，34（3）：226-230.

［4］Yeatman JD，Dougherty RF，Myall NJ，et al.Tract profiles of white matter-properties：automating fiber-tract quantification［J］.PLoS ONE，2012，7：e49790.

［5］何丽，刘斋，任庆云，等.磁共振弥散张量成像评价67例2岁内婴幼儿脑白质发育研究［J］.中国实用儿科杂志，2013，28（5）：382-385.

［6］刘岭岭，孛茹婷，杨文君.磁共振弥散张量成像技术在新生儿脑白质发育中的研究［J］.磁共振成像，2015，6（4）：253-257.

［7］沈全力，帕米尔，钱镔，等.新生儿和婴幼儿脑髓鞘发育的DTI［J］.放射学实践，2010，12（25）：1308-1312.

［8］黄文，苏晋生，祁建军.正常成人胼胝体年龄相关性变化的DTI参数研究［J］.中国医药导报，2012，9（12）：109-111.

［9］Sadeghi N，Prastawa M，Fletcher PT，et al.Regional characterization of longitudinal DT-MRI to study white matter maturation of the early developing brain［J］.Neuroimage，2013，68：236-247.

［10］Miao X，Qi M，Cui S，et al.Assessing sequence and relationship of regional maturation in corpus callosum and internal capsule in preterm and term newborns by diffusion-tensor imaging［J］.Int J Dev Neurosci，2014，34：42-47.

［11］Geng X，Gouttard S，Sharma A，et al.Quantitative tract-based white matter development from birth to age 2 years［J］.Neuroimage，2012，61：542-557.

［12］王雅慧，姬芙蓉，苏振丽.弥散张量成像在中枢神经系统应用的研究进展［J］.实用医学影像杂志，2014，15（5）：372-376.

［13］李文，任转琴.磁共振弥散张量成像在儿童脑发育的应用及展望［J/CD］.中华临床医师杂志（电子版），2014，8（20）：3679-3682.

DTI study on the cerebral white matter development of healthy children

LU Xuehong，LUAN Li，LOU Jianru，WANG Wei.The Center of Imaging，the Traditional Chinese medicine Hospital Affiliated of Xinjiang Medical University，Urumchi，830000，China.

10.3969/j.issn.1672-0512.2016.05.003

新疆医科大学附属中医医院课题（zyy201211）。

栾立，E-mail：drluanli@163.com。

2016-01-29）