运用VBM法研究创伤后应激障碍患者在脑结构上的动态变化

李浩浩 薛瑾艳 胡敏

[摘要] 目的 探讨经历车祸以及目睹车祸创伤性事件后出现创伤后应激障碍（PTSD）患者脑内结构形态学的动态改变。 方法 选取2019年1—12月在新疆维吾尔自治区石河子市公路上经历车祸交通事故就诊于石河子大学医学院第一附属医院及新疆维吾尔自治区石河子市人民医院患者40例。其中经历车祸所致PTSD患者17例作为PTSD组和经历车祸但未发生PTSD患者23例作为非PTSD组。采用基于体素的形态学测量方法（VBM）对两组脑图像进行后处理，比较PTSD组与非PTSD组在创伤事件1周、2个月时在脑结构上的变化，比较PTSD组、非PTSD组第1次功能性磁共振成像（fMRI）与第2次fMRI在脑结构上的变化。 结果 在车祸创伤事件1周时PTSD组与非PTSD组的fMRI检查中脑结构未见异常，在创伤事件后2个月时PTSD组较非PTSD组右侧前额叶体积变小（P < 0.01，GRF校正）。非PTSD组在创伤事件后2个月较1周时的fMRI检查中脑结构检查未见异常;PTSD组在创伤事件后2个月较第1周左侧中央沟盖及前扣带回体积缩小（P < 0.01，GRF校正）。 结论 PTSD患者右侧前额叶、前扣带回及中央沟盖等结构发生改变，可能是导致PTSD发病的重要因素，同时根据上述脑结构是否改变有助于PTSD的早期诊断。

[关键词] 創伤后应激障碍;功能性磁共振;脑结构;动态变化

[中图分类号] R749.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）10（b）-0013-04

[Abstract] Objective To investigate the dynamic changes in brain structure morphology of patients with post-traumatic stress disorder （PTSD） after experiencing or witnessing a traumatic accident such as car accident. Methods From January to December 2019， a total of 40 patients who experienced traffic accidents such as car accident on roads in Shihezi， Xinjiang Uygur Autonomous Region were selected and admitted to the First Affiliated Hospital， School of Medicine， Shihezi University and the Municipal People′s Hospital of Shihezi， Xinjiang Uygur Autonomous Region. Among them， 17 cases of the patients who experienced a car accident developed PTSD were treated as PTSD group and 23 cases of the patients who experienced a car accident but did not develop PTSD were treated as non-PTSD group. Voxel-based morphological measurement method （VBM） was used to post-process the brain images of the two groups. The brain structure changes in the PTSD group and the non-PTSD group at one week and two months of the traumatic event were compared. The brain structure changes of the first functional magnetic resonance imaging （fMRI） and the second fMRI were compared between the PTSD group and the non-PTSD group. Results No abnormalities were found in brain structure during fMRI examinations of the PTSD group and non-PTSD group at one week of the traumatic event. At two months after the traumatic event， the PTSD group had a smaller volume of the right prefrontal lobe than the non-PTSD group （P < 0.01， GRF adjusted）. No abnormalities were found in the brain structure of the non-PTSD group during fMRI examinations at two months after the traumatic event compared with one week. In the PTSD group， the volume of left central sulcus and anterior cingulate gyrus decreased at two months after the traumatic event compared with that at one week. （P < 0.01， GRF adjusted）. Conclusion Structural changes in the right frontal lobe， anterior cingulate gyrus， and central sulcus of PTSD patients may be important factors leading to the pathogenesis of PTSD. At the same time， based on whether these changes in brain structure as above may help in the early diagnosis of PTSD.

[Key words] Post-traumatic stress disorder; Functional magnetic resonance; Brain structure; Dynamic change

创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder，PTSD）是指个体由异乎寻常的威胁性或灾难性心理创伤导致延迟出现和长期持续的精神障碍，是一种慢性精神疾病[1]。随着社会的发展，私家车不断增多，交通事故逐年增加，由交通事故最终导致PTSD的人数不断增多，因此有效避免或减少车祸后引发PTSD有重要意义。既往对PTSD脑部研究发现其岛叶、前扣带回、杏仁核、海马及前额叶皮层等脑结构和功能发生改变[2-6]。既往的研究多以横向研究为主，本实验研究PTSD患者在创伤暴露后1周、2个月时脑结构的改变，观察其脑结构变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年1—12月在石河子市公路上经历车祸交通事故就诊于石河子大学医学院第一附属医院及新疆维吾尔自治区石河子市人民医院的患者40例，根据是否发生PTSD分成PTSD组17例，非PTSD组23例。对于PTSD的诊断由两名及以上精神科主治医师进行评定，遂跟踪随访2个月，采用创伤后应激障碍检查表第五版（the PTSD checklist for DSM-5，PCL-5），以总分≥33分为阳性标准。本研究通过石河子大学医学院第一附属医院伦理委员会审批，所有受试者均在研究前给予书面告知以及签署知情同意书。所有PTSD患者诊断明确后并行功能性磁共振成像（fMRI）后由本组其他研究人员进行干预治疗。

纳入标准：①受试者或监护人知情同意，愿意接受访谈并完善fMRI检查;②年龄18～65岁，性别不限;③右利手患者。

排除标准：①创伤事故发生时有昏迷情况，不能回忆事故场景;②事故发生前有精神疾病者及具有精神疾病的阳性家族史者;③有脑器质性病变及严重躯体性疾病病史者;④有酒精依赖史或药物（物质）滥用;⑤有MRI禁忌者。

1.2 MRI采集

在新疆石河子大学医学院第一附属医院核磁共振室完成MRI采集，使用机型为美国GE公司生产的GEDiscovery MR750 3.0 T超导磁共振全身扫描仪和标准头线圈。对患者均进行相同参数的磁共振扫描，主要采用T1结构像和梯度回波-回波成像序列（gradient echo，echo planar imaging，GRE-EPI）序列。T1结构像扫描参数如下：TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，翻转角12°，视野256×256 mm2，矩阵256×256，层厚1.0 mm，层数148层，扫描时间 4 min 20 s。GRE-EPI序列扫描参数如下：TR=2000 ms，TE=30 ms，矩阵64×64，翻转角90°，视野240×240 mm2，层厚4 mm，扫描32层，层间距0 mm，扫描时间8 min 20 s，包含245个时间点。

1.3 统计学方法

基于MATLAB平台使用SPM8和基于体素的形态学测量方法（VBM）8对结构像数据进行处理。使用DPABI 4.0对影像结果进行统计分析，对创伤事件2个月PTSD组和非PTSD组进行双样本t检验，GRF矫正（voxel p = 0.01，cluster p = 0.05）;对PTSD组内的前后两次VBM进行配对t检验，GRF矫正（voxel p = 0.01，cluster p = 0.05）。

采用SPSS 23.0统计学软件对所得数据进行分析，计量资料采用均数±标准差（x±s）表示，比较采用两样本t检验，计数资料采用例数或百分率表示，组间比较采用χ2检验。相关性分析采用Pearson相关分析。以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料比较

两组在性别、年龄、文化程度方面比较，差异无统计学意义（P > 0.05），具有可比性。见表1。

2.2 两组在1个月时与2个月时PCL-5量表得分比较

1、2个月时，PTSD组PCL-5量表得分高于非PTSD组，差异有统计学意义（P < 0.05）。见表2。

2.3 车祸创伤事件2个月时PTSD组和非PTSD组脑体积上比较

与非PTSD组比较，车祸创伤事件2个月时PTSD组大脑右侧前额叶体积缩小（P < 0.01，GRF校正），余脑区未见异常。脑区（AAL）前额叶半球右侧峰值MNI坐标x轴为18、y轴为51、z轴为-3，体素数量为571，峰点T值为-4.9351。峰值MNI可表示在差异有统计学意义的脑区存在最大体素的位置。见图1。

2.4 经历车祸创伤事件后1周与2个月PTSD组脑体积的前后比较

PTSD组在创伤事件后2个月较1周时检查在左侧中央沟盖、扣带回体积缩小（P < 0.01，GRF校正），余脑区未见异常。见图2、表3。

2.5 两组fMRI检查中脑结构比较

在车祸创伤事件1周时PTSD组与非PTSD组的fMRI检查中脑结构未见异常，非PTSD组在创伤事件后2个月较1周时的fMRI检查中腦结构未见异常。

2.6 PTSD组脑结构的改变与PCL-5之间的相关性分析

3 讨论

VBM是将人脑作为一个整体进行研究，可分传统的VBM及优化的VBM，传统的VBM法主要检测两组人脑结构中脑灰质和脑白质的密度差异，不能计算出实验组与对照组人群脑灰质和脑白质体积上的差异，而优化后的VBM则克服了这个缺点。优化后的VBM可以客观且无偏倚地评估全脑的变化情况[7]。既往关于PTSD的神经影像学研究，多在创伤暴露后数周、数月、甚至数年[8]。而孙雅文等[9]在事故发生后第2天对人群进行影像学检查，并推测PTSD患者前扣带回、额叶、颞叶、岛叶及中脑等灰质容积下降在创伤暴露前已经存在。然而本研究显示PTSD组在创伤后1周时脑部结构未发现改变，创伤后2个月时PTSD患者右侧前额叶体积有所减少，故此本研究推测PTSD患者脑结构的改变是在创伤暴露后发生的。同时PTSD患者在1周与2个月时在中央钩盖及前扣带回的体积上发生改变。

正常的前额叶可以对杏仁核起到抑制作用[10]，而杏仁核是抑制习得性恐惧的脑功能区[11].，由于PTSD患者前额叶损伤，继而对杏仁核抑制作用减弱，杏仁核的病理活动增强，从而使PTSD患者痛苦记忆不断闯入导致恐惧情绪。恐惧情感的调节异常是导致PTSD的发病机制之一[12]，所以PTSD患者存在前额叶-杏仁核神经环路的功能失调，杏仁核以及前扣带回的灰质容积下降可能与此有关[3，13]。

有学者发现，内侧前额叶与大脑的情绪调节有关，PTSD患者的内侧前额叶存在结构和功能异常[14-15]，Britton等[16]采用PET技术对16例战争后PTSD患者进行研究，个体在对创伤事件回想时，影像学提示内侧前额叶激活降低。有研究发现[17]，杏仁核和额中均受到不同程度的损伤，其损伤程度与临床症状呈正比。推测杏仁核和额中回脑区（本研究显示为右侧前额叶其包含额中回）结构受损可能是PTSD患者情感和记忆功能紊乱的结构基础。同时中央沟盖受损情况与消极观念呈正比，可能参与PTSD的形成[18]。

扣带回前部（anterior cingulate cortex，ACC）和后部（posterior cingulate）是边缘系统功能及形态结构不同的两个区域。既往的研究发现ACC在认知功能上起到重要作用，而且在情绪功能上亦有作用[19]，ACC功能连接异常可能导致情绪低落[20]。根据功能，其在解剖上被分为前部和后部、背部和腹部[21]。有相关研究发现[22]，经历重大创伤事件后最终发展为PTSD的患者前扣带回较正常对照组血流量相比明显降低，PTSD患者对创伤事件的痛苦回忆、警惕性增加、敏感多疑、学习能力以及执行能力下降，ACC的认知功能和情绪功能损害可能有联系。本研究显示，PTSD组前扣带回上发生改变，非PTSD组未见异常，所以推测，前扣带回、右侧前额叶及中央沟盖等这些与情绪控制、调节及记忆功能相关的脑结构改变可能是发生PTSD症状的危险因素之一。本研究还显示，PTSD患者右侧前额叶的损伤程度与PCL-5得分呈正相关，说明右侧前额叶体积改变程度越大其PCL-5得分越高，创伤后应激障碍越严重。

PTSD患者脑功能区在海马、杏仁核、岛叶等发生改变，但本研究并未发现异常，猜测可能与创伤事件的类型不同有关，而且本研究的样本量较少，对PTSD特定脑区结构改变的研究还需进一步的大样本研究。

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（收稿日期：2020-02-24）