基于高分辨率MRI的健康成人海马体积一日内变化规律的研究

李梦露，陈志晔，吴南洲

基于高分辨率MRI的健康成人海马体积一日内变化规律的研究

李梦露，陈志晔，吴南洲

目的：基于高分辨率磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术测定不同时间段的海马体积，探讨健康成人海马体积1 d内的变化。方法：对3名健康成年志愿者（平均年龄22岁）分别在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7个时间点进行颅脑MRI结构成像扫描，结合FreeSurfer软件自动计算各脑区体积，并对各时间段双侧海马体积变化进行研究。结果：（1）右侧海马平均体积（（4.15±0.12）cm3）显著大于左侧（（3.97± 0.29）cm3）（t=2.9，P=0.009）。（2）双侧海马体积1 d内呈现动态变化，左侧较为显著。左侧海马晨起时体积最小，晚餐前最大；右侧海马午餐后最小，晚餐前最大。（3）3餐前后海马体积没有明显变化。（4）左侧海马体积晨起时明显小于睡前，右侧海马体积晨起时大于睡前。结论：海马体积1 d内呈现动态变化，对于研究海马的解剖、机能构造以及某些神经、精神疾病可提供相应的基础支持。

海马；磁共振成像；体积；FreeSurfer

0　引言

海马（hippocampus）又名海马回、海马区，是组成大脑边缘系统的一部分，担当着关于情感、记忆、学习以及空间定位等方面的重要作用。海马的体积大小及变化与研究海马的解剖、机能构造有关，并与某些神经、精神疾病如癫痫、精神分裂症、抑郁症、阿尔茨海默病等的发生密切相关。判断海马体积改变是评价海马正常生理状态和病理变化的基础[1]，而磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）技术是测量海马体积的有效手段。对于海马体积的磁共振测量方法有手工测量法、半自动测量法及自动测量法[2]。本研究中采用自动测量法，运用颅脑海马结构高分辨率MRI成像及FreeSurfer后处理技术定量观察健康成人海马体积1 d内的变化情况。

1　资料与方法

1.1一般资料

选取3例健康成年志愿者，男性1例、女性2例，年龄21～23岁，平均22岁，均为右利手。纳入条件：（1）无颅脑外伤及中枢神经系统疾病史；（2）无心脑血管疾病史及内分泌疾病史；（3）神经病学、精神心理医学检查无阳性发现；（4）常规磁共振扫描无异常发现；（5）未服用任何能影响神经系统的药物；（6无吸毒、酗酒史；（7）无家族遗传病史；（8）检查前未进行剧烈活动，未饮用咖啡、酒精等刺激性饮料。

2　结果

（1）右侧海马平均体积为（4.15±0.12）cm3，大于左侧（3.97±0.29）cm3，具有统计学意义（t=2.9 P=0.009）；（2）双侧海马体积在1 d内呈现动态变化，左侧较为明显，呈现增高趋势（如图3所示），左侧海马晨起后30 min体积最小，晚餐前1 h最大，右侧海马午餐后1 h最小，晚餐前1 h最大（见表1图4）；（3）3餐前后海马体积没有明显变化（如图所示）；（4）左侧海马体积晨起时小于睡前，右侧海马体积晨起时大于睡前（如图6所示）。

表1　双侧海马平均体积的动态变化（n=3，±s）　　　cm3

表1　双侧海马平均体积的动态变化（n=3，±s）　　　cm3

时间点　左侧体积　右侧体积晨起　3.78±0.59　4.16±0.10早餐后　3.98±0.16　4.14±0.12午餐前　4.05±0.21　4.15±0.18午餐后　3.94±0.50　4.10±0.24晚餐前　4.07±0.18　4.20±0.05晚餐后　4.05±0.25　4.19±0.08睡前　3.98±0.16　4.11±0.09

图4　双侧海马在不同时间点的体积变化折线图

图5　3餐前后双侧海马体积的变化柱形图

图6　晨起与睡前双侧海马体积的变化柱形图

3　讨论

基于MRI的活体海马结构体积测量是神经精神疾病研究的重要手段，引言中提到3种方法中的手工测量法通过磁共振计算机附带的容积分析软件测量，操作者多采用平行于脑长轴的冠状斜切面，主要靠视觉和经验用鼠标直接勾画海马结构的边界，结果差异很大，且精度不能达到毫米级。近年随着磁共振设备的发展及各种自动化、半自动化工具的开发，海马体积测量精度逐渐提高，反映的真实程度接近病理水平[3]。

本实验采用FreeSurfer软件进行全自动体积测量，FreeSurfer为美国MIT Health Sciences&Technology和Massachusetts General Hospital共同开发的磁共振数据处理软件包。该软件能对高分辨率的磁共振解剖图像进行三维重建，生成展平或胀平图像，并能得到皮质厚度、面积、灰质容积等解剖参数，可以探测到皮质厚度细微改变，运用此软件可避免既往采用手工测量MRI图像皮质厚度精度差的问题，且大大提高了计算效率[4]。这种方法已经应用于轻度认知功能障碍[5]、早老性痴呆[6]等脑结构变化研究中。

FreeSurfer结果的准确性与MRI图像灰白质的对比度相关，因此图像分辨率越高，测量结果越精确。本实验中颅脑高分辨结构像采用3T高场强设备，运用3D FSPGR T1WI快速容积扫描技术，具有较高的空间分辨率和时间分辨率，信噪比高、伪影小，对白质、灰质和脑脊液的对比度良好，能三维显示人脑内部精细解剖结构[2]，能够更敏感地显示颅脑各结构细节，利于软件更精确地进行体积测量。

目前，国内外对颅内各脑区体积的研究[7-9]很多，但结果不一致，与测量方法、样本资料、技术等众多因素有关。本文则主要针对饮食活动对海马体积的影响进行研究，旨在说明海马1d内的体积是变化的，设计实验对比研究时注意保证时间点的一致。在本研究中，通过运用高清磁共振结构成像测量3名健康成人1 d内海马体积的变化，发现右侧海马的平均体积大于左侧海马，与徐海滨等[10]在正常成年人海马结构的不对称性研究中得出的结论一致。海马体积1 d内呈动态变化，左侧较明显，且呈现增高趋势，晨起体积明显小于睡前体积，因此在实验过程中应重点关注左侧海马体积的变化。右侧海马体积较稳定，晨起体积大于睡前体积。双侧海马餐前、餐后均无明显变化。其神经机制可能与血流分布、代谢活动等因素相关，有待于进一步实验研究。本研究的样本量偏小，在年龄、性别、利手等方面均具有局限性，且未对海马体积进行标准化处理[1]，未排除头颅大小对海马体积的影响[2]，由此会造成一定的误差。在今后的研究中，我们将会在扩大样本量的基础上，进一步严格条件，对影响海马体积1 d内变化的机制进行相关的研究。

[1] 张勇，陈楠，王星，等.标准化测量海马体积[J].中国医学影像技术，2010，6（9）：61-64.

[2]邢永红，张本恕，安中平.磁共振测量海马体积在帕金森病中的应用[J].国外医学：老年医学分册，2007，28（2）：80-83.

[3]程流泉，蔡幼铨，亢安那，等.MRI测量颞叶癫痫患者海马体积与波谱分析[J].中国医学影像学杂志，2000，8（1）：1-3.

[4]谢兵，王健，黎川，等.FreeSurfer图像分析软件在视觉功能磁共振研究中的运用[C]//2010中华医学会影像技术分会第十八次全国学术大会论文集.重庆：中华医学会影像技术委员会，2010：88-89.

[5]WANG L，Goldstein F C，Veledar E，et al.Alterations in cortical thickness and white matter integrity in mild cognitive impairment measured by whole-brain cortical thickness mapping and diffusion tensor imaging[J].AJNR，2009，30（5）：893-899.

[6]Salat D H，Greve D N，Pacheco J L，et al.Regional white matter volume differences in nondemented aging and Alzheimer's disease[J]. Neuroimage，2009，44（4）：1 247-1 258.

[7]母其文，谢敬霞，翁雅琴，等.40～90岁正常人体海马结构、杏仁核、侧脑室颞角的MRI定量研究：与Alzheimer病等有关的MRI解剖研究[J].中华放射学杂志，1998，32（12）：817-821.

[8]吴建伟，宋兆祺，陈君坤，等.正常中国成人MRI海马结构体积测定[J].中华放射学杂志，1998，32（4）：221-223.

[9]Maller J J，Réglade-Meslin C，Anstey K J，et al.Sex and symmetry differences in hippocampal volumetrics：before and beyond the opening of the crus of the fornix[J].Hippocampus，2006，16（1）：80-90.

[10]徐海滨，徐志鹏，左云海，等.正常成年人海马结构的不对称性研究[J].中国医药指南，2011，9（10）：32-34.

（收稿：2014-10-25修回：2015-02-06）

Research on daily volume changes of hippocampus in healthy adult by high-resolution MRI

LI Meng-lu,CHEN Zhi-ye,WU Nan-zhou
（Department of Diagnostic Radiology,General Hospital of the PLA,Beijing 100853,China）

Objective To explore the daily volume changes of hippocampus in the healthy adult by using high-resolution MRI.Methods Three healthy adults with a mean age of 22 years old were adopted as the volunteers,and underwent MR imaging at seven time points of 30 min after getting up,1 h after breakfast,1 h before and after lunch,1 h before and after supper as well as 30 min before falling asleep.FreeSurfer software was used to calculate automatically the volumes of all encephalic regions,and the volume changes of bilateral hippocampi at the time points were investigated.Results The mean volume of the right hippocampi((4.15±0.12)cm3)was significantly bigger than that of the left hippocampi ((3.97±0.29)cm3),with t=2.9 and P=0.009.The bilateral hippocampi had the volumes change dynamically in one day,and the left one had more changes than the other one.The left hippocampus gained the minimum volume at the time point of getting up and the maximum volume before supper,while the right hippocampus became the smallest after lunch and biggest before supper.The hippocampi had no significant changes before and after three meals.The left hippocampus had the volume at the time point of getting up smaller than that before falling asleep,and the right hippocampus was just the contrary.Conclusion The hippocampus is found to have the volume change dynamically in one day,and the finding may provide references for the researches on its anatomy,function as well as some neurological and mental diseases.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：77-79]

hippocampus;MRI;volume;FreeSurfer

[中国图书资料分类号]R318；R445.2A

1003-8868（2015）10-0077-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.077

李梦露（1989—），女，初级技师，主要从事颅脑灌注波谱成像、肩关节腔内造影、髋关节多期动态成像等方面的研究工作，E-mail：519604912@qq.com。

100853北京，解放军总医院放射诊断科（李梦露，陈志晔，吴南洲）

1.2方法

1.2.1颅脑高分辨率MRI结构成像

采用美国GE公司生产的Discovery MR750 3.0超导型磁共振机，8通道相控阵头线圈进行采集，志愿者取仰卧位，减小头后仰角度，保证颅底平面垂直扫描床面。常规序列包括Ax T2WI、Ax T1Flair、Ax DWI、Cor T2Flair，高分辨率结构像运用三维快速扰相梯度回波T1加权序列（three dimensional fast spoi led gradient echo，3D FSPGR T1WI），以正中矢状位定位做范围，包括全脑的正冠状位扫描，参数为视野（field of view，FOV）24 cm×24 cm，层厚1 mm，无间隔，矩阵256×256，激励次数1，重复时间7 ms，翻转角15°。分别在晨起后30 min，早餐后1 h，午餐前、后1 h，晚餐前、后1 h，睡前30 min 7个时间点对其进行颅脑高分辨率MRI结构成像。

1.2.2图像测量

采用FreeSurfer软件自动对原始图像（如图1所示）进行分割标记（如图2所示），计算各脑区容积本文提取双侧海马体积值进行研究。

图1原始MRI图像数据

图2经FreeSurfer数据处理标记的大脑图像

注：箭头所指为海马区域

1.2.3统计分析方法

运用统计学软件SPSS 16.0对数据进行处理，计量资料以均数±标准差（±s）表示，组间比较采用检验，P＜0.05为差异有统计学意义。