正常脑老化过程中中央前、后回的FA值与年龄、性别相关性分析

周玲 耿左军 董立英 彭凯

·论著·

正常脑老化过程中中央前、后回的FA值与年龄、性别相关性分析

周玲 耿左军 董立英 彭凯

目的 利用MR弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)观察中央前回与中央后回(即运动中枢与感觉中枢)FA值在正常脑老化过程中的年龄、性别相关性分析。方法 120例健康右利手志愿者，按性别及年龄分为女性及男性青年组(≤44岁)和女性及男性中老年组(>45岁)，所有志愿者均行颅脑常规磁共振成像(magnetice resonance imaging，MRI)及弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)检查，人为确定DTI感兴趣区[ROI为(18±2)mm2]，机器自动测出左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值数据，分别测量3次取其平均值。比较不同性别、不同年龄组间FA值差异。分析中央前、后回FA值与年龄、性别的相关性。结果 相同性别不同年龄组间左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异均有统计学意义(P<0.05)。同一年龄组不同性别的左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异均无统计学意义(P>0.05)。结论 正常脑老化过程中，左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值与年龄呈线性负相关性改变，即随着年龄增长FA值逐渐减低。左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值无性别差异。

脑老化；中央前回；中央后回；MR弥散张量成像；FA值；年龄相关性分析

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种新的MRI功能成像技术，能够无创显示深部组织的微观结构特征，为临床研究提供新的结构和功能参数；特别是在神经影像方面，DTI能利用人脑中水分子扩散所特有的方向性定量显示脑白质纤维束的完整性，DTI对神经功能解剖学和神经系统病变的研究提供了一种新的功能MR成像方法。近年来正常老年脑改变及老年性脑病相关的DTI研究在国内外迅速发展。本课题研究目的是利用MR弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)观察中央前回与中央后回(即运动中枢与感觉中枢)FA值在正常脑老化过程中的年龄相关性分析，以期有助于脑老化规律的研究，为后续疾病状态下的相关研究提供参考，以便有效地改善和提高老年人的生活质量。

1 资料与方法

1.1 一般资料 自2015年3～12月招募健康志愿者120例，根据世界卫生组织对人类年龄段的最新划分标准，按年龄将志愿者分为2组：青年组60例，男30例，女30例;年龄20～44岁，平均年龄35岁；中老年组60例，男30例，女30例;年龄45～81岁，平均年龄59岁。纳入标准：(1)右利手；(2)简易精神状态量表检查评分>27分；(3)无任何神经系统疾病的症状及体征；(4)无颅脑手术或外伤史，无高血压、糖尿病、心脏病等基础病或慢性病史；(5)无酗酒、吸烟成瘾、长期服用药物、毒品依赖等；(6)无MRI检查禁忌症；(7)无抽搐、癫痫、痉挛史，无脑炎或脑膜炎史；(8)无脑乏氧史，无长期低血糖史；(9)头颅MRI常规扫描未见病灶者(散在性缺血变性灶除外)；(10)符合上述标准并对扫描获得的图像评估质量，并进行后处理，去除伪影严重及后处理不理想者。所有检查者知情并签署知情同意书。

1.2 方法 采用美国GE公司生产的HDXT 1.5T超导磁共振设备，标准8通道头线圈进行扫描。检查者均行常规T1WI、T2WI、T2FLAIR和DTI扫描。常规检查包括轴位T1WI、轴位T2WI、轴位T2FLAIR及矢状位T1WI，轴位扫描基线为前后联合的连线，主要参数如下：轴位T1WI：T1FLAIR序列：TR/TE/TI 1 750/24/720 ms，层厚6.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵320×224，FOV 24×24 cm，NEX=2；轴位T2WI：FSE序列：TR/TE/TI 4 160/102 ms，层厚6.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵256×256，FOV 24×24 cm，NEX=2；轴位T2FLAIR：T2FLAIR序列：TR/TE/TI 8 400/150/2 100 ms，层厚6.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵256×256，FOV 24×24 cm，NEX=1；矢状位T1WI：T1FLAIR序列：TR/TE 2 250/8.1 ms，层厚6.0 mm，层间距1.0 mm，矩阵256×256，FOV 24×24 cm，NEX=2。MR弥散张量成像(DTI)成像参数如下：轴位扫描：EPI序列：TR/TE 8 000/98.3 ms，层厚4.0 mm，层间距0.0 mm，FOV=22×22 cm，NEX=2，以前后联合线(AC-PC连线)为基线自胼胝体下缘水平向颅顶扫描18层面，扫描时间：4 min 24 s。

1.3 图像处理 将DTI原始数据传入ADW 4.5后处理工作站，利用Functool软件对图像进行处理后，得到各向异性分数(factional anisotropy，FA)图，分别选定左侧中央前回、右侧中央前回、左侧中央后回、右侧中央后回，取其中心区人为划定感兴趣区，ROI大小设置为(18±2)mm2，并根据中央前回及中央后回形态的不同适当改变其大小和形状，使ROI尽量包含在所测量的解剖结构内，并尽量远离脑室和脑脊液。机器自动测量出4组FA值数据，分别测3次取其平均值。

2 结果

2.1 相同性别不同年龄组左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异 相同性别不同年龄组间左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异均有统计学意义(P<0.05)。见图1～9,表1、2。

图1 左、右侧中央前回及左、右侧中央后回定位图

注：1 右侧中央后回；2 右侧中央前回；3 左侧中央前回；4 左侧中央后回

图2 女性左侧中央前回与年龄相关性分析

2.2 同一年龄组不同性别的左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异 同一年龄组不同性别的左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值差异均无统计学意义(P>0.05)。见表3、4。

3 讨论

DTI技术是基于人体组织中水分子的布朗运动这种微观特性，探测人体组织的微观结构，定量显示脑白质纤维束的完整性。DTI常用的量化参数包括平均扩散率(meandiffusivity，MD)、各向异性分数(fractionalanisotropy，FA)、径向扩散系数(axialdiffusivity，AD)和横向扩散系数(radialdiffusivity，RD)等，其中各向异性分数(fractionalanisotropy，FA)指水分子各向异性成分占整个扩散张量的比例，是各向异性的常见指标。而脑白质中，水分子主要沿轴突的方向弥散，这种弥散方向的依赖性称为各项异性，而FA被认为是最理想测定各向异性的参数[1]，它代表了沿轴突的弥散与总弥散的比值，取值范围0～1，越接近1表示各向异性程度越大。

图3 女性右侧中央前回与年龄相关性分析

图4 女性左侧中央后回与年龄相关性分析

图5 女性右侧中央后回与年龄相关性分析

图6 男性左侧中央前回与年龄相关性分析

图7 男性右侧中央前回与年龄相关性分析

图8 男性左侧中央后回与年龄相关性分析

脑老化过程中，随着年龄增长，脑组织会发生退行性改变，在DTI上可表现为弥散系数升高，而FA值下降。大部分学者把这种增龄改变的原因归结于增龄过程中伴随的神经纤维数量减少、髓鞘脱失、有髓轴突的消失、神经纤维长度变短、神经纤维排列紧密程度下降，细胞外间隙扩大等[2]。Inano等[3]在正常脑老化过程中脑组织弥散各向异性的变化规律研究发现额叶白质FA值与年龄负相关。关于年龄相关的额叶选择性FA值下降，这也被动物老化模型所证实[4]。在生物进化中额叶的形成要比大脑其它部分晚，在脑老化的过程中，环境因素对额叶皮质的影响要大于遗传因素[5-7]。从形态上，额叶萎缩最为明显，其次是颞顶叶[7]。Grieve等[8]报道的额叶萎缩的速度接近脑的2倍。参与构成中央前回皮质的辅助运动功能区随年龄的增长而改变[9]。Kolev等[10]采用基于神经纤维束的空间统计方法得出，健康老年组FA值的减少主要集中在额叶、顶叶和皮层下等区域。因中央前回属于额叶的一部分，而中央后回属于顶叶的一部分，所以本研究结果与上述结论基本相符。

图9 男性右侧中央后回与年龄相关性分析

表1 女性青年组与中老年组不同区域的平均FA值差异性分析 ±s

表2 男性青年组与中老年组不同区域的平均FA值差异性分析 ±s

表3 青年组女性与青年组男性不同区域的平均FA值差异性分析 ±s

表4 中老年组女性与中老年男性不同区域的平均FA值差异性分析 ±s

引起脑萎缩过程中的性别差异原因尚不完全清楚，有可能包括内在因素和(或)外在因素的影响。关于脑组织在正常脑老化过程中不同性别弥散各向异性差值的相关研究结论大相径庭。有研究皮质脊髓束FA值和ADC值与性别之间无明显相关性[11]。有研究指出右侧额叶后部增殖性萎缩男性比女性更明显，顶叶白质体积萎缩女性较男性显著[12]。有研究报道大脑灰质体积减少的性别差异，男性比女性灰质体积下降程度更加明显[13]。Fujimoto等[14]报道，在男性额叶及颞叶髓年龄增长萎缩明显，在女性中海马和顶叶更易受年龄的影响。Murphy等[15]认为男女性灰质萎缩的差异与雌激素有关。本研究未发现左、右侧中央前回及左、右侧中央后回FA值性别差异。

中央前回及中央后回作为人体运动和感觉的最高中枢直接影响到人们的运动功能和感觉功能，进而影响到老年人的生活质量。课题利用MRDTI技术定量显示中央前、后回神经纤维完整性；以期有助于脑老化规律的研究，为后续疾病状态下的相关研究提供参考，以便有效地改善和提高老年人的生活质量。

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14FujimotoT,MatsumotoT,FujitaS,etal.Changesinglucosemetabolismduetoagingandgender-relateinferencesinthehealthyhumanbrain.Psychiatry,2008,164:58-72.

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Study of correlation between FA value of precentral gyrus and postcentral gyrus during normal brain aging and age as well as sex

ZHOULing*,GENGZuojun,DONGLiying*,etal.

*DepartmentofCT,XinleCityHospital,Hebei,Xinle050700,China

Objective To investigate the correlation between FA value of precentral gyrus and postcentral gyrus during normal brain aging and age as well as sex by using MR diffusion tensor imaging (DTI).Methods One hundred and twenty healthy right handedness volunteers,according to gender and age,were divided into young female group and young male group (≤44 years) as well as older female group and older male group (>45 years).All the volunteers were examined by magnetic resonance imaging (MRI) and DTI, with determining the regions of interest artificially [ROI:(18±2)mm2].The FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus were measured by the machine automatically,measuring 3 times and taking their average. The differences of FA value among different sex and age groups were observed and compared,moreover, the correlation between FA value of precentral gyrus,postcentral gyrus and age as well as sex was analyzed.Results There were significant differences in the FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus among different age groups with same gender (P<0.05).HowevertherewerenosignificantdifferencesintheFAvaluesofleftprecentralgyrus,rightprecentralgyrus,leftpostcentralgyrus,rightpostcentralgyrusbetweendifferentsexgroupswithsameage(P>0.05).Conclusion During normal brain aging,the FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus are negatively correlated with age,namely the FA values are decreased with the age increasing. However there are no significant differences in the FA values of left or right precentral gyrus and precentral gyrus between female and male.

brain aging;precentral gyrus;postcentral gyrus;MR diffusion tensor imaging;FA value;age-related analysis

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.07.003

050700 河北省新乐市医院CT室(周玲、董立英、彭凯)；河北医科大学第二医院医学影像科(耿左军)

耿左军，050000 石家庄市，河北医科大学第二医院医学影像科；

E-mail：1980756261@qq.com

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A

1002-7386(2017)07-0973-05

2016-09-18)