小儿正常小脑半球组织1H-MRS研究

李美蓉 张忠阳 李惠民 虞崚崴 李玉华

基于化学位移原理的氢质子磁共振波谱( proton magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS) 是一种可在活体上无创性地进行定位脑组织的代谢、生化研究及定量分析方法。人脑从成熟至衰老经历了一系列复杂的生理生化改变，随着脑发育，在不同年龄和不同部位的代谢物会不同。目前，关于成人和儿童正常幕上脑组织1H-MRS的文献报道已经不少[1-9]，而小脑MRS却很少报道。在临床上，小脑半球是儿童颅后窝肿瘤是其常见的发病部位，MRS也已经应用于临床诊断，对于发育中小儿MRS反映代谢物的客观评估是否要考虑年龄因素值得研究。鉴于此，本文回顾性分析70名小儿正常小脑半球组织的多体素1H-MRS分析，阐述小脑代谢物比值及其与年龄的相关性，期望为小脑半球疾病的诊断和鉴别诊断提供参考。

方 法

1. 研究对象

选择年龄范围为7岁以内的小儿，临床表现为头痛、头晕、发热、呕吐、抽搐、呼吸道感染、颜面部血管畸形等症状做头颅MRI检查，除外出生窒息史、新生儿缺血缺氧性脑病史、癫、颅内感染、脑肿瘤、先天畸形、发育落后、无颅脑手术史等病史，且常规MRI检查阴性作为本组研究对象，共选择70例，按年龄分为0-1岁，1-2岁，2-3岁，3-5岁，5-7岁五组。

2. 检查技术

采用 GE Signa 3.0T磁共振扫描仪，头颅正交线圈。1H-MRS扫描前常规行常规头颅MRI（横断面T1WI、T2WI、矢状面T2WI及DWI），波谱采集序列选用点分辨表面线法（point resolved selective spectroscopy,PRESS），选取横断面T1WI和矢状面T2WI定位，VOI包括颅后窝组织，尽可能避免来自颅底、骨骼、脂肪、脑脊液的干扰（图1A、B）。扫描参数：TR1000ms，TE144ms，层厚10mm，层间距6.4mm，FOV为24cm×24cm，矩阵18×18，激励次数1，成像时间328s。水抑制技术为化学位移选择饱和法（chemicalshift selectivesaturation,CHESS），接收发射增益调节，体素内匀场、水抑制扫描均自动完成，预扫描匀场效果达到半高全宽小于15Hz，水抑制达98%水平以上时开始扫描。

3. 波谱处理

采用 Function Tool对采集的波谱数据进行处理，获得正常脑组织的MRS曲线。利用软件对波谱进行相位、频率编码、基线校正。不同的化合物在强磁场作用下产生化学位移，通常以所加的磁场频率的百万分之一（ppm）表示，分析氮-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱（Cho）、肌酸（Cr）值。为了评价不同解剖区域的波谱，波谱体素集中于双侧灰质和白质区，分析双侧灰质和白质区域内的代谢物浓度比值（图1C、D），具体分析如下：①比较各年龄组间小脑白质和灰质的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差异；②比较同一年龄组小脑白质和灰质的NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值的差异；③分析灰、白质区NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值随年龄的变化规律。

4. 统计方法

用SAS9.13软件包对所得数据进行统计学分析，各年龄组间灰、白质区的各比值进行正态检验和方差齐性检验，其中符合正态分布和方差齐的数据组间的比较采用单因素方差分析；不符合正态分布和方差不齐的数据组间比较采用K-W检验（H检验）。灰、白质区代谢物比值与年龄相关分析用Spearman相关分析，随年龄的变化规律用直线回归分析。

图1 男性，31月。 A、B.分别为解剖图和相应波谱图。C、D.为分别双侧灰质和白质的定位图和相应波谱图。右侧白质NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分别为1.160、1.094、0.951;左侧白质NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分别为1.021、1.283、1.141;左侧灰质NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分别为2.581、1.061、1.081；右侧灰质NAA/Cho、NAA/Cr、Cho/Cr值分别为1.151、0.940、0.821。

结 果

表1 灰、白质各代谢物比值在各年龄组间比较

表2 灰、白质各代谢物比值与年龄相关分析

图2 白质NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）随年龄变化的关系。

图3 灰质NAA/Cho（A）、NAA/Cr（B）、Cho/Cr（C）随年龄变化的关系。

讨 论

1H-MRS是一种可在活体上无创性地进行定位脑组织的代谢、生化研究及定量分析方法。临床上，1H-MRS广泛应用于小儿中枢神经系统疾病的诊断中，如遗传代谢疾病中脑白质疾病、线粒体脑病、急性胆红素脑病、局灶性颞叶癫、脑肿瘤、脑内感染和炎症、新生儿缺血缺氧性脑病、代谢紊乱以及发育延迟等。目前关于成人和儿童幕上正常脑组织的1H-MRS的文献报道[1-9]，表明MRS能在细胞水平上反映脑发育过程。在胚胎上，小脑半球的发育不同于大脑半球；在组织上，灰质和白质有不同的细胞层结构，组织学的不同导致其功能的不同，因此，小脑半球和大脑半球的波谱值会不同[9]。本文选择不同年龄组的小脑半球白质和灰质，更进一步明确灰、白质区在不同年龄组的代谢物比值的差异及意义，为儿童颅后窝疾病的诊断和鉴别诊断提供更加可靠的影像学依据。

在体磁共振波谱可以选择单体素技术（single voxel SV）和二维及三维多体素技术（multivoxel MV）。单体素只能采集单个部位，反映解剖部位的代谢特点有限；多体素能同时获得多个解剖部位代谢物值，减少了多次检测的误差且节省时间，但在扫描体素内客观上难以做到磁场均匀一致。正常的脑组织磁共振波谱（1H-MRS）在不同的TE上显示的代谢物种类不同，本研究选择长TE，主要显示NAA、Cho、Cr峰。N-乙酰天冬氨酸（N-AA）波谱位于2.02ppm，主要由NAA和NAAG组成，与神经元的完整性相关，反映神经元的功能状态，为理想的未发育神经组织的标志物。胆碱化合物（Cho）波谱位于3.22ppm，细胞膜磷脂代谢的成分之一，反映细胞膜的转运功能、细胞的增殖状态及总胆碱量。肌酸/磷酸肌酸（Cr）位移为3.02ppm，包括肌酸、磷酸肌酸等，为神经元胞质的高能磷酸储备，标志着细胞的能量状态。在同一个体脑内不同代谢的条件下，其总量相对比较稳定，故常用作标准，得出其与Cr的相对比值。

本研究发现灰质和白质区NAA/Cho、NAA/Cr值在各年龄组间的差异有统计学意义(P＜0.05)，且随着年龄增加逐渐升高，与文献报道一致[5-9]。NAA主要由神经元细胞、轴突细胞、少突胶质细胞、Ⅱ型胶质细胞的前体细胞和未成熟的少突胶质细胞产生，未结合的NAA是髓鞘形成中脂肪酸合成时乙酰基的供体和神经介质N-乙酰天冬谷氨酸盐(NAAG)降解产物的前体[10]。脑发育在胎儿初期，主要是神经元的形成及数量增多；足月分娩时，神经细胞数目已达成人水平，尚未成熟且发育差，轴突和树突少而短，因此NAA浓度较低。出生后随着脑发育，脑内会发生如神经细胞体积增大，神经树突和轴突增多、加长和突触形成及神经元密集及髓鞘形成等变化；且出生时已有的神经突触并非一成不变，随着年龄的增长，会发生如突触的修剪、重组等变化[11]，这些改变使反映神经元和神经胶质细胞代谢和能量代谢的代谢物浓度不可避免地发生变化。文献报道，颅脑内NAA浓度的升高主要由神经元的成熟（轴突，树突和突触连接数目增加）以及髓鞘化的完成引起[12]。因此，灰、白质NAA/Cho、NAA/Cr值在不同年龄阶段会不同，且随着年龄增长逐渐升高。

灰质和白质区Cho/Cr值在各年龄组之间的差异无统计学意义（P＞0.05），在灰质区其值随年龄增加呈负相关（P＜0.05），白质区随年龄增加呈负相关趋势（P＞0.05），但无统计学意义。Cho主要由磷酸胆碱、谷氨酸胆碱、游离胆碱组成，是神经递质乙酰胆碱的前体[13]。Cho是正常新生儿脑组织质子波谱的最高峰，正常脑组织中Cho峰的主要成分是前两种物质，两者均为膜的前体和（或）降解产物。在发育早期，颅脑1H-MRS上的Cho峰主要代表形成细胞膜和髓鞘所需的高浓度底物。髓鞘化过程中需要大量的磷酸胆碱。髓鞘化过程是一个形态和时间上可以预见的过程，主要发生在胚胎后期及出生以后的前2年。在文献中[5-8]，随着年龄的增加，髓鞘化的逐渐完成，该部位的Cho浓度会逐渐降低，表明Cho浓度变化和髓鞘化过程相关，有人认为这是由于原来可探测到的胆碱成分在髓鞘形成时被结合成大分子物质后，流动性减少，不能被1H-MRS检测出来[14]。在出生时，脑干(包括桥脑、内侧丘系、大脑脚、上下丘、结合臂交叉)、间脑(丘脑腹后外侧核、苍白球旁核、壳核背外侧核)和小脑(齿状核、小脑蚓部)髓鞘化已完成。因此，灰质区的Cho/Cr值随年龄的增长而逐渐下降，白质区的Cho/Cr值随年龄的增长无明显变化。

多体素1H-MRS能无创性地测定早期脑发育过程中多种重要的细胞内代谢物水平，本研究更进一步表明了不同年龄的灰、白质代谢物比值会不同，并获得主要代谢产物与年龄的变化关系，为临床提供参考。因此，临床上在应用MRS诊断颅后窝疾病时，要考虑其年龄和部位的因素。