弥散峰度成像评估低年龄段孤独症谱系障碍男童脑结构改变

邢庆娜，孙永兵，赵 鑫，陆 林，廖俊杰，李双宇，张小安

(郑州大学第三附属医院放射科，河南 郑州 450051)

孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder， ASD)为严重发育障碍性疾病，临床主要表现为明显社会、沟通技能缺陷及刻板的兴趣、行为模式。ASD已成为全球范围内的重大公共健康问题，在美国，每54名8岁以内儿童中即存在1例ASD患儿，且男童患病率高于女童[1]。目前ASD的具体发病机制仍未明确，多数ASD患儿常规颅脑MRI并无明显异常，临床主要依靠相关量表评估进行诊断[2]。弥散峰度成像(diffusion kurtosis imaging， DKI)可显示水分子非高斯弥散行为，以峰度参数反映组织异质性[3]。本研究采用DKI评价ASD男童颅脑结构改变，并与临床量表进行相关性分析。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2020年1月—2021年6月25例于郑州大学第三附属医院首次确诊的ASD男童(ASD组)，月龄26～56个月，平均(37.4±7.9)个月。纳入标准：①男童，月龄24～60个月；②符合美国精神障碍诊断与统计手册(diagnostic and statistical manual of mental disorders, DSM)第5版(DSM-5)ASD诊断标准[4]；③儿童孤独症评定量表(childhood autism rating scale， CARS)得分≥30分；④无其他精神疾病史、无神经系统疾病家族史、无精神药物治疗史及惊厥史；⑤未见颅内病变。排除标准：①存在明显出生缺陷；②MR检查禁忌证。同期纳入临床发育评估结果正常的21名健康男童作为对照组，月龄24～55个月，平均(32.8±5.3)个月。本研究经院伦理委员会批准(批号：2021-138-01)，检查前儿童的监护人均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 检查前30 min予5%水合氯醛(0.5 ml/kg体质量)灌肠。采用GE Signa Pioneer 3.0 T MR仪，配备21通道头颈联合线圈。于受检儿童头部两侧放置隔音海绵，向外耳道插入耳塞，待其熟睡后行颅脑MR扫描，于常规序列扫描后采集轴位DKI。扫描参数：TR 8 200 ms，TE 2.32 ms，FOV 200 mm×200 mm，矩阵256×256，NEX 1，层厚 4 mm，层间距0，b值为0、1 000及2 000 s/mm2，扫描时间7 min 23 s，共29层。

1.3 图像处理 将DICOM格式DKI导入iQuant后处理工作站，获得各项DKI参数伪彩图，包括各向异性分数(fractional anisotropy， FA)、平均弥散率(mean diffusivity， MD)及平均峰度(mean kurtosis， MK)。将伪彩图依次导入ITK-SNAP 3.8.0软件，由2名具有5年以上工作经验的影像科医师参照FA图于双侧额叶(frontal lobe， FL)、顶叶(parietal lobe， PL)、内囊前肢(anterior limb of internal capsule， ALIC)、内囊后肢(posterior limb of internal capsule， PLIC)、丘脑(thalamus， THA)、尾状核头(head of caudate nucleus， HCN)及胼胝体膝(genu of corpus callosum， GCC)、胼胝体压部(splenium of corpus callosum， SCC)勾画ROI，使用圆形工具测量ROI正中部位DKI参数，每个参数均测量3次，计算其平均值，见图1。

图1 患儿男，34个月，ASD A～C.颅脑轴位DKI MD伪彩图； D～F.颅脑轴位DKI MK伪彩图 (红色：FL；深蓝色：PL；紫色：GCC；绿色：SCC；青色：ALIC；粉色：PLIC；橙色：THA；黄色：HCN)

1.4 基本资料 记录受检儿童体质量及出生时孕周，并以格赛尔(Gesell)发育量表进行评价；以发育商(developmental quotient， DQ)表示5个功能区发育的水平，包括适应性行为(DQ1)、大运动(DQ2)、精细动作(DQ3)、语言(DQ4)及个人社交行为(DQ5)；DQ≥86分正常，76～85分为边缘状态，55～75分为轻度发育迟缓，40～54分为中度发育迟缓，25～39分为中度发育迟缓，DQ≤24分为极重度发育迟缓。

1.5 统计学分析 采用SPSS 25.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，采用独立样本t检验比较组间年龄、体质量、出生孕周、Gesell发育量表评分及DKI参数的差异。采用Pearson相关性分析评价ASD患儿DKI参数与CARS、Gesell发育量表评分的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 2组男童月龄、体质量及出生孕周差异均无统计学意义(P均>0.05)；ASD组Gesell发育量表评分结果均明显低于对照组(P均<0.05)，见表1。

表1 ASD组与对照组男童基本资料比较

2.2 DKI参数 ASD组左侧THA及GCC的MD低于对照组(P均<0.05)，双侧PLIC的MK低于对照组(P均<0.05)，见表2、3。

表2 ASD组与对照组颅脑各部位MD比较

表3 ASD组与对照组颅脑各部位MK比较

2.3 相关性分析 ASD患儿颅脑各部位MD、MK与CARS评分均未见显著相关(r：-0.211～0.389，P均>0.05)；Gesell发育量表中的DQ3与GCC、右侧ALIC、右侧THA及右侧HCN的MD均呈负相关(r=-0.523、-0.615、-0.435、-0.484，P均<0.05)，与GCC的MK呈正相关(r=0.444，P<0.05)；DQ5与左侧PLIC的MK呈正相关(r=0.536，P=0.010)。

3 讨论

近年关于ASD患儿大脑改变的研究较多，其中结构像研究以弥散张量成像(diffusion tensor imaging， DTI)为主，尽管研究结果并不完全一致，但多数研究[5-6]认为ASD患儿社会沟通及认知表现的普遍缺陷反映其整个大脑神经连接的中断，如非典型功能连接中断及白质通路特性改变。WOLFF等[7]发现ASD患儿小脑和胼胝体白质通路异常，且FA与症状严重程度呈正相关。SHUKLA等[8]指出，ASD患儿双侧FL的FA下降，双侧FL、颞叶及PL的MD增加，提示其中、短距离白质纤维的完整性降低。

DKI技术由DTI技术发展而来，并引入弥散峰度概念，可量化水分子在实体环境中的弥散位移与理想高斯分布弥散位移之间的偏离，用以度量水分子在组织内弥散受限程度及弥散的不均质性[9]。MD反映水分子弥散运动速度，与方向无关。本研究ASD组左侧THA及GCC的MD均低于对照组，与MCKENNA等[10]的结果基本相符，提示左侧THA及GCC微结构改变可造成核团内水分子弥散阻力升高、速度减慢。MK为水分子在各个方向的弥散位移偏离峰度的平均值[11]，与组织内结构的复杂程度呈正相关。相关动物研究表明，MK降低可能反映神经元丢失、微胶质化、髓鞘破坏[12]、神经元解体及细胞毒性水肿[13]。本研究ASD组双侧PLIC的MK均低于对照组，进一步支持前述研究结果；分析原因可能在于组织轴突包膜完整性降低，神经细胞结构丢失，神经突正常结构被破坏及髓鞘脱失，非高斯分布水分子弥散受限程度减轻，水分子运动程度下降；而左侧PLIC的纤维束受损，导致信息传递功能受损，患儿个人社交行为DQ随之降低。

此外，本研究发现，ASD组CARS评分与MD、MK均无明显相关，可能因CARS为综合性评价结果，而本研究囊括的脑区较少，未能全面反映其间的关联；ASD组DKI参数与Gesell量表DQ相关性分析结果显示，精细动作DQ与GCC、右侧ALIC、右侧THA、右侧HCN的MD均呈负相关，而与GCC的MK呈正相关，GCC内部结构改变且与精细动作密切相关，与既往研究[14-15]结果相符。胼胝体作为大脑最大的联合纤维，其长距离白质通路普遍异常所致神经连接减少可能是ASD患儿出现社会和认知障碍的原因之一[16]。语言沟通障碍是ASD患儿就诊的主要原因之一，但本研究未发现语言DQ与DKI参数存在相关性，可能因纳入ROI对语言功能改变不敏感，而语言的形成与理解涉及更为复杂的高级中枢[17]。

本研究的局限性：①因临床上男性患儿样本量相对较大，且ASD患儿脑神经解剖结构存在性别差异[18]，本研究仅对男童进行分析而未涉及女童；②未根据疾病严重程度对ASD进行分级比较；③手动勾画ROI可能存在误差并损失部分信息。

综上，ASD男童存在多脑区微结构改变；GCC可能参与ASD的病理生理过程。DKI用于评估ASD具有广阔前景。