应用基于体素的形态测量学方法分析原发性手震颤患者灰质体积变化

曹红梅，王 蓉，李贤军，罗 雪，杨 健，屈秋民

（西安交通大学医学部第一附属医院：1．神经内科，陕西西安 710061；2．影像中心，陕西西安 710061）

原发性震颤，也称特发性震颤（essential tremor，ET），是神经系统最常见的运动障碍性疾病之一，60岁以上人群患病率达6．3%，90岁以上者高达21．7%［1］。震颤可以累及身体各个部位，其中单纯累及双手者占83．3%［2］，此外还可以累及头部、下肢、下颌、舌及躯干等部位。目前该病的发病机制及病理生理学改变并不清楚。磁共振（magnetic resonance image，MRI）基础上的基于体素的形态测量学（voxel-based morphometry，VBM）是一种用于测量大脑灰质形态改变的方法，可在早期发现灰质形态变化，其为阐明ET的发病机制提供可靠依据。然而目前国内外罕有ET的VBM研究，而且结论并不一致［3-6］。考虑到这些结果的差异主要与病例选择相关，因此，本研究仅选择年龄偏轻的手震颤患者进行VBM研究。

1 材料与方法

1．1 研究对象 选取2010年6月至2012年7月就诊于西安交通大学医学院第一附属医院神经内科门诊的ET患者，均根据国际诊断标准［7］以及《原发性震颤的诊断和治疗指南》［8］确诊。从中选择年龄小于55岁并单纯表现为手的姿势性及／或运动性震颤，排除合并有头或其他部位震颤及高龄患者。详细登记患者年龄、性别、发病时间、病程、震颤的性质、震颤评分起病是否对称、是否服用药物、是否有家族史、加重及减轻的因素及是否对酒精敏感等。招募年龄、性别、教育年限均匹配的正常健康者为对照组，其所有亲属中均无ET患者。入组前所有研究对象签署知情同意书。

应用 Washington Heights-Inwood Genetic Study of ET（WHIGET）震颤评分进行震颤评定［9］。该评分包括一项姿势性震颤评定及五项运动性震颤评定。评定姿势性震颤时采取患者双手向前平举，而运动性震颤则采取倒水、喝水、使用勺子、指鼻试验及画圈进行评定。左右两侧上肢分别进行评定，分级为0～3分，因此最高分为36分。上述评分由2名资深神经内科主治医师进行并保证评定的一致性。

所有研究对象均进行甲状腺功能、铜蓝蛋白测定以排除其他疾病所导致的震颤。日常生活能力评定应用 Activity of Daily Living scale（ADL）评定，简易智能量表 mini-mental state examination（MMSE）用于测定受试者认知功能。入组的研究对象均为右利手，且无癫痫、痴呆、中风、脑外伤或其他神经精神类疾病。

1．2 MR扫描方法 MR采用3．0TGE Signa HDxt扫描系统，8通道相控阵头线圈。常规头部 MR检查后，采用三维快速扰相梯度回波（3Dfast spoiled gradient echo，3DFSPGR）序列采集全脑结构图像，具体参数为：TR 6．6ms，TE 2．8ms，反转角15°，NEX 1，层厚1mm，FOV 256×256cm2，矩阵256×256，体素大小1mm×1mm×1mm。最终得到176幅连续的3D图像。在进行VBM分析前，剔除常规扫描中出现异常灰白质结构改变的病例。VBM的后期处理由1名影像科医师具体操作，为保证结果可靠，该名医师对于临床资料并不知情。

1．3 全脑体积测量 VBM的数据分析采用FSLVBM1．1软件包（http：／／www．fmrib．ox．ac．uk／fsl／fslvbm／index．html Ox-ford University，Oxford，United Kingdom）进行。首先，将所有受试者的原始图像导入个人电脑工作站，采用MRI convert软件将原始DICOM图像转化成nii．gz格式，然后应用BET软件提取脑组织结构［10］，即去除皮肤及骨骼。应用FAST4软件包将脑组织分割成为皮质、白质及脑脊液［11］。所得到的灰质图像应用FLIRT工具非线性配准到MNI152标准空间［12］，并沿X轴进行平均、翻转后，得到研究专用的模板。所有研究对象的灰质均非线性配准到该研究专用模板，并进行校正。校正后的灰质图像用高斯函数进行平滑，选sigma＝3mm。最后应用GLM基于参数的非参数检验（5000permutation）比较两组间的灰质体积。结果以Puncorrected＜0．005为差异有统计学意义。

1．4 感兴趣区（region-of-interest，ROI）体积测定根据既往研究［3-6，13］，选取丘脑、脑干、苍白球、壳核、尾状核、脑岛、楔前叶及额中回作为ROI。按照SEIDMAN［14］提供的方法，参照 Harvord-Oxford Atlases创建上述8个ROI，然后逐一代入VBM分析中，进行两组间ROI的体积比较。同样将Puncorrected＜0．005认为有统计学差异。

1．5 统计学处理 数据以均值±标准差的形式表示（分类资料除外），采用SPSS 13．0统计学软件处理。应用χ2检验比较两组间性别差异，非配对t检验进行两组间年龄、教育年限、ADL及MMSE评分比较，以P＜0．05为差异有统计学意义。两组间全脑灰质体积及ROI体积比较采用t检验。此外，为了解灰质的异常变化与临床指标的相关性，在FSL VIEW下手动描画出显著异常的灰质轮廓，应用MATLAB 6．1得出异常灰质的像素值，将其定义为因变量，相关的临床指标（年龄、发病年龄、病程、性别、家族史、教育年限、震颤评分、ADL及 MMSE）为协变量，进行线性回归分析，P＜0．005为有统计学意义。

2 结 果

2．1 临床特征比较结果 在初步筛选的研究对象中，有4例在MRI平扫中出现灰白质病变而被剔除。其中2例在基底节区及半卵园中心可见腔梗灶（1例ET患者，1例对照），另外2例在胼胝体及侧脑室前角旁可见脱髓鞘改变（2例均为对照）。因此，最终入组的研究对象为34例，17例ET患者（其中男性8例，女性9例），17例正常对照（其中男性7例，女性10例），均为右利手。两组间年龄、性别、教育年限、ADL及MMSE评分差异均无统计学意义。ET患者仅有2例短期服用普萘洛尔，后因疗效欠佳自行停药；所有患者均为双侧对称的姿势性或／及运动性震颤，不伴有意向性震颤；采用 WHIGET震颤评分是基于其比Fahn-Tolosa-Marin Tremor Scale更能精准评定手震颤的程度，ET患者震颤评分平均为14．35±7．43（表1）。

表1 病例组及对照组的临床特征Tab．1 Clinical characteristics of case group and control group

图1 应用VBM分析ET患者与正常对照间大脑灰质体积变化Fig．1 Avoxelwise statistical map was created to analyze gray matter differences between ET patients and controls

2．2 全脑及ROI的VBM分析 与正常对照相比，ET患者组出现左侧顶叶皮层灰质体素减小，同时在双侧小脑半球前叶、中央前回、右侧颞下回及枕叶可见灰质体素增大区（表2、图1）。在选定的8个ROI中，壳核、苍白球、额中回的灰质体积在两组间差异无统计学意义。而ET患者组在中脑、延髓、左侧丘脑、右侧尾状核及双侧楔前叶区域较正常对照组体积增大，但在脑岛及桥脑则表现为体积缩小（表3、图2）。

相关性分析未发现临床变量与灰质体素的改变具有相关性。仅病程与中央前回体素增大有正相关趋势，但并未达到统计学意义（r＝0．47，P＝0．056）。

表2 ET患者与正常对照者VBM分析结果Tab．2 Voxel-based morphometric differences between ET patients and controls

表3 ET患者与正常对照者之间感兴趣区（ROI）的VBM分析结果Tab．3 Voxel-based morphometric differences between ET patients and controls in ROIs

图2 应用3D图像显示在ET患者于正常对照间感兴趣区的VBM结果Fig．2 3Dimage was created to display the difference of ROI in ET patients and controls

3 讨 论

ET是一种临床异质性很强的疾病，可以表现为头、肢体、躯干、下颌、舌等部位的震颤，其中90%的ET患者表现为上肢震颤［9］。而上肢震颤的ET患者病情进展速度较其他震颤部位快，同时也更容易多部位波及［15］。此外上肢震颤的ET患者服用药物［16-17］及手术治疗效果［18］均优于其他部位震颤的ET患者，因此上肢震颤是ET中的独特类型。因此，本研究探讨了双上肢震颤的ET患者这一特殊类型ET的脑内灰质体素改变。

对全脑的VBM分析中发现脑部灰质体积缩小的部位仅位于左侧顶叶，这一结果与BHAVANI［6］的研究部分相似，但其他部位，尤其是小脑并未发现有体积的缩小。相反，本研究结果显示双侧小脑半球上叶、枕叶这些与视空间功能相关的结构以及中央前回出现体积的膨大。这一发现与既往的研究结论完全相反。尽管DANIELS［5］的研究同样也发现了颞枕叶的体积膨大，但其研究对象仅为意向性震颤患者。小脑被公认为是具有调节躯体运动功能的器官，而小脑上叶则是双上肢的代表区［19］。我们入选的所有ET患者均为双手震颤患者，因此推测小脑体积的膨大可能是由于功能代偿：当患者拟行上肢运动时，为了克服肢体震颤，小脑的功能需要增强以保证精细活动的完成。这与PET检查所发现的ET患者小脑血流增加的结果相对应［20］。同样，精细活动的完成需要视觉及视空间功能的协同。一项为期半年的纵向研究显示经过杂耍技巧训练3月的受试者，双侧枕叶体积相应膨大［21］。因此，认为小脑及枕叶的膨大是机体在出现震颤后所进行的积极的结构重构，以适应在病态条件下完成机体的协调运动。此外，小脑与大脑皮层存在广泛的联系，其与前额叶、顶叶均有解剖及功能上的关联［22］。研究结果所示的顶叶的体积缩小有可能是膨大的小脑对其的负反馈作用，提示手震颤ET患者本体感觉敏感度的下降［23］。

人们普遍认为下橄榄核-小脑-丘脑-皮层这一环路在震颤的发生起源上起着重要作用［24］，而且已发现ET患者丘脑及延髓的糖代谢较正常对照增高［25］。基于这些考虑，本研究将丘脑、脑干作为研究的ROI。尽管丘脑在ET中有非常重要的作用，目前在丘脑腹中间核进行的脑深部刺激治疗对于顽固的震颤患者有效，但是既往的脑形态学研究均未发现丘脑的改变。本研究ROI结果显示，ET患者左侧丘脑体积较正常对照组膨大，并具有统计学意义。体积的膨大伴随着功能的增强，这也许就是脑深部刺激治疗对于震颤患者，尤其是上肢震颤患者更为有效的原因［26］。然而我们并不清楚为何丘脑的改变仅在左侧，而不是双侧，是否与入组患者均为右利手，或与左侧顶叶体积缩小相关，这些还需进一步的研究证实。同时脑干的ROI分析还显示中脑和延髓的体积膨大及桥脑的体积缩小。这些进一步说明下橄榄-小脑-丘脑-皮质环路在ET发病机制中有着不可忽视的作用。

本研究的结果与以往的研究存在差异，究其原因可能与以下几个方面有关。首先是入组患者的年龄。既往的一些研究仅发现在高龄、严重的以及头震颤为主的患者中小脑的体积较正常对照组缩小，在手震颤患者中并未发现脑内灰质体积的变化［3-6，27］。在QUATTRONE［3］及 KLEIN［27］的研究中，入选患者年龄和发病年龄均高于本研究入组患者。其入选患者平均年龄分别为（61．2±12．0）、（61．5±16．5）岁，发病年龄分别为（47．96±13．86）、（43．0±18．9）岁；而本研究入组患者平均年龄仅为（39．65±8．12）岁，发病年龄 （27．53±13．0）岁。年龄对于神经系统疾病尤其是变性性疾病是一个重要影响因素，而且发病年龄的早晚与ET患者病情进展也有相关性。LOUIS［28］通过对348例ET患者的横断面研究发现发病年龄晚的患者疾病进展更快，而相应的脑内病理学改变更为明显，提示发病年龄的早晚有可能存在不同的致病基因或发病机制。其次，该两项研究并未进行教育程度、认知功能的评价，而这些均有可能影响脑内皮质厚度及体积［29］。最后，在JULIÁN［4］的研究中，虽将认知功能及震颤程度作为相关因素分析，但未将头震颤与手震颤区分开。而本研究选择年龄小于55岁的单纯手震颤患者进行分析，避免了高龄患者罹患其他疾病的干扰，以及增龄性改变对结果的判断，同时保证分型的统一，希望有助于发现单纯手震颤这一分型患者的早期脑内结构变化。

综上所述，通过对年龄相对较轻的单纯手震颤ET患者的VBM研究，发现其脑内灰质的变化不同于以往的研究，有助于揭示原发性手震颤的发病机制。

［1］LOUIS ED，FERREIRA JJ．How common is the most common adult movement disorder？Update on the worldwide prevalence of essential tremor［J］．Mov Disord，2010，25（5）：534-541．

［2］TEIVE HA．Essential tremor：phenotypes［J］．Parkinsonism Related Disord，2012，18（Suppl 1）：140-141．

［3］QUATTRONE A，CERASA A，MESSINA D，et al．Essential head tremor is associated with cerebellar vermis atrophy：a volumetric and Voxel-Based Morphometry MR imaging study［J］．AJNR Am J Neuroradio，2008，29（9）：1692-1697．

［4］BENITO-LEON J，ALVAREZ-LINERA J，HERNANDEZTAMAMES JA，et al．Brain structural changes in essential tremor：Voxel-based morphometry at 3-Tesla［J］．J Neurol Sci，2009，287（1-2）：138-142．

［5］DANIELS C，PELLER M，WOLFF S，et al．Voxel-based morphometry shows no decreases in cerebellar gray matter volume in essential tremor［J］．Neurology，2006，67（8）：1452-1456．

［6］BAGEPALLY BS，BHATT MD，CHANDRAN V，et al．Decrease in cerebral and cerebellar gray matter in essential tremor：a voxel-based morphometric analysis under 3T MRI［J］．J Neuroimaging，2012，22（3）：275-278．

［7］DEUSCHL G，BAIN P，BRIN M．Consensus statement of the movement disorder society on tremor．Ad Hoc Scientific Committee［J］．Mov Disord，1998，13（Suppl 3）：2-23．

［8］中华医学会神经病学分会帕金森病及运动障碍学组．原发性震颤的诊断和治疗指南［J］．中华神经科杂志，2009，42（8）：571-572．

［9］LOUIS ED．Essential tremor［J］．Lancet Neurol，2005，4（2）：100-110．

［10］SMITH SM．Fast robust automated brain extraction［J］．Hum Brain Mapp，2002，17（3）：143-155．

［11］ZHANG Y，BRADY M，SMITH SM．Segmentation of brain MR images through a hidden Markov random field model and the expectation-maximization algorithm［J］．IEEE Trans Med Imaging，2001，20（1）：45-57．

［12］JENKINSON M，BANNISTER P，BRADY M，et al．Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain image［J］．Neuroimage，2002，17（2）：825-842．

［13］LOUIS ED．Essential tremor：evolving clinicopathological concepts in an era of intensive post-mortem enquiry［J］．Lancet Neurol，2010，9（6）：613-622．

［14］SEIDMAN LJ，BIEDERMAN J，LIANG L，et al．Gray matter alterations in adults with attention-deficit／hyperactivity disorder identified by voxel based morphometry［J］．Biol Psychiatry，2011，69（9）：857-866．

［15］LOUIS ED，FORD B，BARNES LF．Clinical subtypes of essential tremor［J］．Arch Neurol，2000，57（8）：1194-1198．

［16］SASSO E，PERUCCA E，FAVA R，et al．Quantitative comparison of barbiturates in essential hand and head tremor［J］．Mov Disord，1991，6（1）：65-68．

［17］CALZETTI S，SASSO E，NEGROTTI A，et al．Effect of propranolol in head tremor：quantitative study following singledose and sustained drug administration［J］．Clin Neuropharmacol，1992，15（6）：470-476．

［18］DEUSCHL G，RAETHJEN J，HELLRIEGEL H，et al．Treatment of patients with essential tremor［J］．Lancet Neurol，2011，10（2）：148-161．

［19］GRODD W，HULSMANN E，LOTZE M，et al．Sensorimotor mapping of the human cerebellum：fMRI evidence of somatotopic organization［J］．Hum Brain Mapp，2001，13（2）：55-73．

［20］BOECKER H，BROOKS DJ．Functional imaging of tremor［J］．Mov Disord，1998，13（Suppl 3）：64-72．

［21］DRAGANSKI B，GASER C，BUSCH V，et al．Neuroplasticity：changes in grey matter induced by training［J］．Nature，2004，427（6972）：311-312．

［22］STRICK PL，DUM RP，FIEZ JA．Cerebellum and nonmotor function［J］．Annu Rev Neurosci，2009，32（20）：413-434．

［23］DARLING WG，BARTELT R，RIZZO M．Unilateral posterior parietal lobe lesions disrupt kinaesthetic representation of forearm orientation［J］．J Neurol Neurosurg Psychiatry，2004，75（3）：428-435．

［24］RAETHJEN J，DEUSCHL G．The oscillating central network of Essential tremor［J］．Clin Neurophysiol，2012，123（1）：61-64．

［25］HALLETT M，DUBINSKY RM．Glucose metabolism in the brain of patients with essential tremor［J］．J Neurol Sci，1993，114（1）：45-48．

［26］MURATA J，KITAQAWA M，UESUGI H，et al．Electrical stimulation of the posterior subthalamic area for the treatment of intractable proximal tremor［J］．J Neurosurg，2003，99（4）：708-715．

［27］KLEIN JC，LORENZ B，KANG JS，et al．Diffusion tensor imaging of white matter involvement in essential tremor［J］．Hum Brain Mapp，2011，32（6）：896-904．

［28］LOUIS ED，FAUST PL，VONSATTEL JP，et al．Older onset essential tremor：More rapid progression and more degenerative pathology［J］．Mov Disord，2009，24（11）：1606-1612．

［29］齐顺，印弘，穆允凤，等．轻度认知障碍和阿尔茨海默病患者海马及海马旁回厚度变化研究［J］．实用放射学杂志，2011，27（12）：1787-1790．