不同年龄人群脑白质纤维弥散张量成像研究

许云飞，李月峰（江苏大学附属医院影像科，江苏 镇江212013）

磁共振（纤维）弥散张量成像（DTI）技术是近年来新兴的磁共振成像（MRI）的序列手段，已经在中枢神经系统的临床及科学研究中发挥着明显的作用，尤其是在有关精神疾病的发病机制探讨中得到广泛应用。运用DTI 手段在中枢神经系统疾病的机制探讨研究中已取得丰硕成果。然而迄今鲜见有关健康人不同年龄组脑白质纤维完整性差异的研究报道。本文拟用西门子3.0T 高场磁共振对不同年龄组健康人脑白质进行分析，探讨年龄因素对不同年龄段人群脑白质纤维完整性的影响，为相关临床和科学研究提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取健康志愿者40 名，均为2009 年6 月至2012年8 月江苏大学附属医院门诊健康体检者。按年龄不同分为青年组和老年组各20 名，青年组男女各10 名，年龄20～29 岁，平均（26.3±6.5）岁；老年组男女各10 名，年龄60 岁以上，平均（68.0±4.0）岁。入组标准：（1）右利手，受教育年限大于9 年；（2）CT 或MRI 检查未发现脑器质性或脑血管病变或重大躯体疾病；（3）体格检查无异常，排除任何MRI 禁忌证。本研究经医院伦理委员会批准，全部志愿者对本研究知情，并签署知情同意书。经独立样本t 检验，两组在性别、年龄和受教育年限等方面比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。

1.2 方法

1.2.1 图像采集 所有受试者均使用西门子Magnetom Trio Tim 3.0T MRI 扫描仪进行检查，运用标准头颅线圈。用单次激发自旋平面成像（EPI）序列进行横断面扫描，以正中矢状位平行前后联合连线（AC～PC）为定位线；射频重复时间/回波时间（TR/TE）=1 100 ms/80 ms，扫描野（FOV）=240 mm×240 mm，矩阵（Matrix）=128×128，激励次数2 次，b 值取0 和1 000 s/mm2，层厚5 mm，层间隔0 mm，获取图像300 层。将得到的图像在工作站上进行横断面与矢状面重建，并调节至最佳对比度，数据传入Leonardo 图像处理工作站并存入光盘。

1.2.2 图像后处理 应用后处理软件SPM99，将b=0 图像匹配到标准蒙特利尔（Montreal neurological institute，MNI）空间中的T2模板，并变换参数应用到受试者对应的部分各向异性（fractional anisotropy，FA）分数图像，完成FA 图像的空间标准化。为降低噪声和弥补空间标准化误差，取5 mm 半峰值宽度对每个FA 图像进行空间平滑。根据Tanner 公式计算扩散张量矩阵，得到本征矢量值和本征值，进而计算FA 值。

1.3 统计学处理 应用SPM5 中双样本t 检验统计模型，以P＜0.05且30 个以上连续的高亮像素集中区域作为组间有显著性差异区域，分别比较不同年龄组间脑白质纤维FA 值的差异，运用Talairch Daemon Client 软件判定对应脑区差异区域兴趣脑区（MNI）坐标，以X、Y、Z（mm）表示具体每个脑区的空间位置。

2 结 果

老年组部分脑区域的FA 值明显低于青年组，显示其脑白质纤维的结构遭到破坏，如神经胶质细胞代谢异常、髓鞘完整性损伤、皮质之间环路连接障碍等。具体区域位置及参数见表1（表1中所注脑区均为老年组与青年组有差异性的脑区，为SPM 软件自动生成，两组无差异性脑区在本文中无参考意义，故未在表中列出，如右侧海马、左侧额上回、双侧丘脑等脑区）。

表1 青年组和老年组FA 值降低有统计学意义的脑白质区域

3 讨 论

有关不同年龄段健康人脑结构的研究已进行多年，并取得较大进展，诸如不同年龄段皮层体积、脑室大小、波谱分析以及血氧水平依赖成像（BLOS）研究等[1-2]。这些研究为神经中枢疾病的研究打下了坚实基础，为疾病导致的中枢结构变化提供了参考及解释依据。但迄今有关不同年龄组正常脑白质纤维完整性的研究尚鲜见报道。DTI 是近年来发展起来的一种新的核磁共振技术[3-4]，主要通过测量水分子的弥散运动重建脑内白质纤维轨迹并提供可以定量的特征性参数，其主要定量参数包括表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）及FA 值。ADC 是体内弥散程度的整体反映，FA 值可以提供较好的灰白质对比，用以评估组织结构的完整性和连通性[5]，其值大说明纤维走向较为一致，排列紧密，髓鞘发育正常，值减小则表明纤维的微细结构遭到破坏。基于此，作为目前唯一可以无损伤检测脑白质纤维轨迹和解剖连通性的方法[6-7]，DTI 为进一步探讨脑发育、脑认知功能的研究包括抑郁症的发病机制等提供了新的发展空间。

本研究发现，青年组和老年组FA 值在诸多脑区中均存在差异，即老年组白质纤维完整性较青年组有明显降低。但值得注意的是，其在双侧海马区及额叶扣带回区的变化尤为明显（表1 中所注左侧海马和双侧前额叶扣带回），本研究结果与已有中枢结构学的报道基本一致[8-9]。海马为边缘系统中重要的灰质核团，其功能与人类的情感、记忆、认知有着密切关系，近年来有报道证实海马为短时记忆的存储场所[10]，而前额叶扣带回是情感整合的中枢[11]，其丰富的神经纤维与纹状体、胼胝体、海马、杏仁核、眶额皮质等紧密联系，上述区域神经纤维组织的低结合性导致皮层之间连接功能受损，进而引起一系列的认知改变；同时，前额叶扣带回也为长时记忆的存储场所。老年人所表现出的特征性记忆力下降或许与其记忆存储的效应灰质（海马、额叶扣带回）白质纤维的完整性下降有着重要相关性。结合现有报道及解剖学研究，作者认为，有关记忆和认知的病变如阿尔茨海默病患者或许也存在上述结构的FA 值下降。

本研究结果还显示，老年组双侧额上回、颞中回及颞下回FA值均存在下降（表1），而既往文献中提示抑郁症、强迫症及精神分裂症患者也会出现上述部分脑区的变化[12]。通过比较分析作者认为，年龄因素引起的FA 值下降不太显著，范围较广泛，而疾病引起的程度较为明显，范围较为局限，这或许可作为二者鉴别的依据，因此，在对疾病患者脑白质纤维完整性进行研究的同时应注意年龄因素的影响。

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