集成磁共振成像技术对正常成年人海马的定量测量评估

吴文浩，俞文君，朱诞恬，钱龙，李绍林*

海马在人类学习、记忆和情感等方面起着重要作用，是当今生命科学和认知神经科学领域研究的热点之一。大量研究表明，海马的结构变化不仅与年龄、性别及基因相关[1-2]，还与颞叶癫痫、精神分裂症、抑郁症、阿尔茨海默病、缺氧后健忘症等有显著相关[3-4]。众多神经退行性疾病的早期即可出现海马体积改变，但海马体积的测量相对复杂且缺乏绝对的参考标准。绝对量化组织参数如T1、T2 和PD 值能反映组织的病理变化，有助于微小、局灶性病变的发现及疾病发生、发展情况的监测。既往文献显示，T2 Mapping 对阿尔茨海默病、癫痫及海马硬化的早期诊断和治疗反应的监测有重要作用[5-6]。但其扫描时间较长，且可引起组织温度升高[7]，故未在临床诊断中广泛应用。集成磁共振(synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI)技术不仅能生成常规形态学诊断所需要的图像，同时也可获得T1、T2和质子密度(proton density，PD)值等定量信息[8-11]。既往的SyMRI 主要应用于全脑或局部脑体积的测量[12]，目前关于SyMRI 在海马区的定量研究鲜有报道。笔者通过对正常人海马区域进行定量测量，为正常老化及海马疾病的定量诊断提供重要参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究经过本单位医学伦理委员会批准[伦理号：中大五院(2020)伦字第(K219-1)号]，免除受试者知情同意。回顾性收集2019 年11 月1 日到2020 年4 月1 日在我院行健康体检颅脑MRI 检查的成年人。图像纳入标准：(1)既往无精神疾病如颞叶癫痫、精神分裂症、抑郁症、阿尔茨海默病、缺氧后健忘症；(2)既往无脑部相关病变(如脑出血、脑梗死、脑肿瘤等病史)及脑部手术病史；(3)无长期药物治疗的慢性疾病史。排除标准：图像伪影重，无法进行定量测量。按以上标准，共收集健康成年人139 名，男性61 名，女性78 名。年龄从20～72 岁，平均(44.5±11.9)岁，按照年龄分为三组，20～35 岁36 名，36～55 岁72 名，56～72岁31名[13]。

1.2 大脑MR图像采集

采用GE SIGNA Pioneer 3.0 T MRI 扫描仪，使用29 通道头颈联合线圈，扫描野包括整个大脑。对139 例受试者行矢状位3D T1WI 毁损梯度回波序列(3D T1WI spoiled gradient recalled echo，3D T1WI-SPGR) 及轴位SyMRI 序列扫描。 3D T1WI-SPGR 扫描参数：FOV 256 mm×256 mm，层厚1 mm，TR 7.5 ms，TE 2.2 ms，TI 450 ms，翻转角12°，接收带宽31.25 Hz/像素，矩阵256×256，体素大小1 mm×1 mm×1 mm，总扫描时间约5 min 2 s。SyMRI 扫描参数：FOV 256 mm×256 mm，层数84，层厚2 mm，TR 10 000 ms，TE 10.9 ms，TE 265.2 ms，翻转角12°，接收带宽35.71 Hz/像素，平面内矩阵128×128，体素大小2 mm×2 mm×2 mm，总扫描时间约8 min 40 s。

1.3 定量值测量方法

将SyMRI 的扫描数据导入SyMRI 后处理软件(v11.2.2，SyntheticMR 公 司)，自 动 计 算 得 到T1、T2 和PD 图谱(图1)。使用dcm2nii 软件将T1、T2、PD和3D T1WI-SPGR 扫描数据转换成NIFTI 格式。随后采用FSL 软件(https：//fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FSL)将T1、T2 和PD 图谱配准到标准脑空间(MNI)。最后使用AAL 模版提取海马体的定量参数值。

1.4 统计学处理

所有数据均使用SPSS 20.0软件进行分析。不同侧别的海马T1、T2及PD值采用配对t检验，不同性别的海马T1、T2 及PD 值采用两独立样本Mann-Whitney U 检验，不同年龄组间海马结构的定量值作方差分析，不同年龄分组两两比较采用LSD 法。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常成年人的T1、T2、PD值均值及范围

正常成年人的T1、T2、PD值的均值分别是(1258.43±110.59) ms，(105.88±16.05) ms，(74.71±1.52) pu，T1、T2 及PD 值 的 范 围 依 次 是(1070.16～1725.59) ms，(86.43～190.71) ms，(70.72～80.21) pu (图2)。

图2 T1、T2、PD 值左侧及右侧海马的直方图。A、B：T1值右侧及左侧海马分布情况；C、D：T2值右侧及左侧海马分布情况；E、F：PD 值右侧及左侧海马分布情况Fig. 2 T1,T2, PD values of the left and right hippocampal histograms.A, B:The distribution of right and left hippocampus of T1 value. C, D:The distribution of right and left hippocampus of T2 value.E,F:The distribution of right and left hippocampus of PD value.

2.2 不同侧别、性别的海马T1、T2、PD值比较

不同侧别的海马T1 和PD 值差异有统计学意义，且T1 和PD 值左侧均大于右侧，不同侧别T2 值以及不同性别间的T1、T2 和PD 值之间无统计学差异(表1)。

2.3 不同年龄组别的海马T1、T2及PD值

不同年龄组别的海马T1、T2 及PD 测量值差异有统计学意义(P＜0.01；表2，3)。55 岁之前的年龄组之间无统计学差异，而55 岁之后的年龄组与前两组之间具有统计学差异。

表2 不同年龄组别海马T1、T2及PD值(±s)Tab.2 T1,T2 and PD values of hippocampus in different age groups (±s)

表2 不同年龄组别海马T1、T2及PD值(±s)Tab.2 T1,T2 and PD values of hippocampus in different age groups (±s)

注：组1为20～35岁年龄组；组2为36～55岁年龄组；组3为56～72岁年龄组

组别组1组2组3 T1值(ms)右侧海马1240.43±64.72 1226.84±88.10 1346.29±120.85左侧海马1287.36±70.05 1283.31±93.04 1415.61±129.78 T2值(ms)右侧海马101.93±8.02 100.68±10.90 113.10±22.04左侧海马104.64±8.66 104.50±11.64 119.96±27.95 PD值(pu)右侧海马73.93±1.19 73.55±1.21 74.86±1.31左侧海马75.24±1.17 75.17±1.07 76.54±1.42

表3 不同年龄组别间海马T1、T2、PD值的比较Tab.3 Comparison of T1,T2 and PD values of hippocampus among different age groups

3 讨论

海马形态的改变不仅与很多退行性疾病相关，还会随着年龄增长而变化，因此仅仅依靠海马形态学的改变对疾病进行诊断会存在一定的偏差，尤其是对于海马的微小及局灶性病变。既往的体积测量及MRS成像技术，因临床后处理操作复杂、耗时长，临床应用也因此受限。定量测量可避免肉眼及边界勾画所带来的误差，为临床海马疾病的早期、准确诊断提供了新的契机。

3.1 海马定量测量

本研究发现SyMRI 可定量测量海马区域的T1、T2 及PD 值。既往主要采用T2 弛豫测量法进行海马的定量测量，T1 值及PD 值在正常海马的定量研究中运用较少。T1、T2 值可以反映脑内水分、髓鞘及铁含量的变化[14-16]，而PD 值能测量游离水的含量，这些对疾病的病理状态的监测极其重要[17]。Jackson 等[18]使用16 回波的SE 序列通过单指数衰减曲线计算出T2 值，对海马进行定量分析。近几年来有人用双回波SE 或FSE 序列对T2 值进行测量，认为双回波SE 或FSE序列对T2值也能可靠、准确地发现海马异常。相比于既往的研究，SyMRI 在获得常规序列满足形态学诊断的同时，也能提供除T2 值以外的T1 值及PD 值等，节约了扫描时间，为海马病变的诊断提供了一体化的工具。

3.2 对MRI海马T1值、T2值及PD值定量测量的分析

海马相关疾病会导致海马体积及相关定量值改变，例如海马硬化症会导致海马体积萎缩，T2 信号增加[19-20]，而年龄增加也会导致海马体积缩小及相应定量值的改变[21]。本研究结果显示海马不同侧别的T2 值以及不同性别间的T1、T2 和PD 值之间无明显统计学差异，这与部分研究发现相同[22-23]。而不同侧别的T1 及PD 值之间差异具有统计学意义，且左侧定量值均高于右侧。既往研究也证实海马的左右侧体积及结构存在不对称性[1,24]，且右侧体积大于左侧，故推测其定量值之间存在差异是合理的，需要大样本进一步验证。

本研究结果显示随年龄的增加海马T1、T2 及PD值先有所降低后逐渐增加，不同组别的海马结构的定量值在20～72 岁之间年龄段差异均有统计学意义。55 岁之前的年龄组之间无统计学差异，而55 岁之后的年龄组与前两组之间具有统计学差异，55 岁之后的年龄组的T1 值、T2 值及PD 值明显增高。这与Jackson 等[18]报道的不同区域脑组织的变化规律相同，60 岁左右是一个相对的分界线，60 岁之前，T1、T2 和PD 值稳定或略有下降，而60 岁之后升高，可能是由于T1 和T2 值的变化是由于水分、髓鞘和铁含量的变化引起的。髓鞘形成的过程中，髓鞘增多和水分减少是T1和T2值降低的原因之一，而在50岁后逐渐出现了脱髓鞘改变[24]。而孙鹏等[22]研究表明T2 值随年龄增加逐渐减小，可能是由于使用的扫描序列、扫描的层厚、方位以及测量过程中感兴趣区选择的差异。同时健康志愿者筛选标准的不同也可能会造成测量值的差异。本研究通过提供不同年龄、性别及侧别海马T1、T2 和PD 值参考值，为海马相关疾病的早期、准确诊断提供重要依据。

3.3 本研究局限性

第一，本次研究的样本量相对较小，需要增大样本量以提高试验结果的可信度；第二，未对不同年龄组进行进一步细化；第三，因参与本研究的均为健康志愿者，均无法取得病理作为参照；第四，长期动态观察对本研究的结果更具有说服力。

SyMRI 技术通过一次扫描即可获得多种对比加权成像，具有成像时间短、可获得定量数据等优点。本研究通过初步探索正常成年人T1、T2 及PD 值与性别、年龄等的关系，为海马相关疾病的早期诊断及疗效评估提供有力的依据，以提高相关疾病的诊出率，为疾病的早期诊治提供更可靠的影像学信息。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。