弥散张量成像检测单眼成人弱视患者视放射及胼胝体白质发育情况

杨益刚,郭娴吟，王　忠

(1.东莞市妇幼保健医院眼科，广东 东莞523000； 2.东莞市第三人民医院眼科，广东 东莞 523320)

弥散张量成像检测单眼成人弱视患者视放射及胼胝体白质发育情况

杨益刚1,郭娴吟2，王忠1

(1.东莞市妇幼保健医院眼科，广东 东莞523000； 2.东莞市第三人民医院眼科，广东 东莞 523320)

摘要：目的应用弥散张量成像(DTI)检测单眼成人弱视患者视放射及胼胝体的白质发育情况，探讨单眼成年弱视患者的发病机制。方法对22例单眼成人弱视患者及10例正常对照组行DTI程序扫描，比较弱视组弱视同侧与对侧视放射,比较弱视组与正常对照组视放射和胼胝体的FA值及ADC值。结果弱视组内弱视同侧视放射较对侧FA值降低，差异有统计学意义(P<0.05)；弱视组双侧视放射FA值均较正常对照组降低，差异具有统计学意义(P<0.05)，弱视组双侧视放射ADC值均较正常对照组升高，差异具有统计学意义(P<0.05)；压部ADC值较正常组升高，差异有统计学意义(P<0.05)。结论DTI显示单眼成人弱视患者视放射及胼胝体白质纤维形态学的改变，为弱视发病机制的研究提供了新的检查手段。

关键词：弥散张量成像； 成人弱视； 视放射； 胼胝体

弱视(Amblyopia)是单眼或者双眼最佳矫正视力低于正常同龄人，眼部检查无器质性改变，且不能单独通过镜片矫正，认为是由于在视觉发育敏感期内异常视觉经验引起的。它在多方面的表现影响视觉感知，包括视力下降及光觉变化、空间对比敏感度下降、拥挤现象、注视性质改变和异常的空间活动等。经弱视治疗后视力未提高或弱视反复、年长后才被确诊等错失了最佳治疗时期的弱视患者是成人弱视患者的主力军。他们不仅单眼或双眼视力明显下降 ,而且失去双眼单视和立体视觉、甚至色觉。长期以来，人们一直认为对弱视的治疗需要在视觉发育的敏感期内(10岁以前)进行，过了该期治疗则意义不大。因此，认为成人弱视患者视功能难以提高，眼科医生往往忽视甚至放弃对他们的治疗。但近来对成人弱视患者临床观察及相关的研究均表明，即使是成年人，视觉发育仍具有一定的可塑性。因此，了解弱视的发病机制及视觉发育可塑性，显得极为重要。随着影像学工具和技术的发展和更新，各种影像学技术尤其是功能磁共振的运用，并将其引入到弱视的研究中，从而使弱视的发病机制的研究进入一个新的阶段。

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)可以在微观的领域观察活体组织的弥散特征，通过计算机处理可视化得到白质纤维走形，DTI与其他技术的不同之处在于可以用量化并用直观的图形来显示脑白质纤维的走行、结构及病理变化，从而提供了客观的形态学证据[1]。因其无创性、快速、直观的显示从视神经到枕叶视皮层各个层次脑白质纤维束，从形态学方面观察视觉系统的显微解剖结构信息，为弱视的发病机制的研究提供了可能性。本文是用DTI相关参数的分析，对单眼成人弱视患者视放射及胼胝体的微观结构的量化评估，从而进一步探讨成人弱视的可能发病机制及疗效评价，力求在临床上为成人弱视患者提供较为广阔的治疗前景和对治疗效果的判断提供了理论依据。

1资料和方法

1.1研究对象

弱视组：选择2011年10月至2013年12月在东莞市第三人民医院眼科门诊弱视患者22例，在东莞市妇幼保健院行弥散张量成像系统检查。其中男16例，女6例，平均年龄 (24.66±4.04)岁。左眼弱视者12例，右眼弱视者10例。弱视眼最佳矫正视力0.2～0.7。研究对象(弱视组)纳入标准:年龄在18～35周岁；弱视眼最佳矫正远视力<0.8，正常眼矫正远视力≥1.0。

正常对照组:同期选择在东莞市妇幼保健院工作的健康自愿者10名，裸眼或矫正视力正常成人，其中性别和年龄与弱视组大致匹配。其中男6名，女4名，年龄22～35岁，平均年龄(25.23±1.58)岁。

1.2仪器及检查步骤

1.2.1眼部检查及方法

远视力及矫正视力、裂隙灯、眼底检查、眼位检查、屈光度检查。

1.2.2弥散张量成像系统检查

1)仪器。使用GE 3.0 MR HDXT超导型磁共振扫描仪， 头部相控阵头颅线圈。仪器在使用前进行数据稳定性的测试，并了解图像成像质量。图像后处理采用GE公司提供的Advantage Workestation AW4.4工作站，内含有对DTI数据资料进行处理的Functool软件包。

2)检测方法。①常规MRI：采用单次激发自旋回波EPI序列扫描，弥散b值一般为1 000,参数如下:TR3 000 ms,TE 40 ms,Flip Angle 90视野24 cm×24 cm,矩阵64×64,层厚5 mm,层间距0 mm,共20层。②DTI扫描：TR 8 000 ms,TE Minimum,矩阵128×128,b=1 000,在25个方向上施加弥散敏感梯度。③图像后处理：所有原始数据传输到GE公司提供的Advantage Workestation AW4.4后处理工作站进行处理。运用FUNCTOOL程序重建得到各向异性分数(the fractional anisotropy,FA)图。将其进行空间标准化(spatial normalization)处理后应用MRIcro软件将每个受检者的功能激活图与FA图叠加。选取感兴趣区(region of interest,ROI)测量双侧视放射及胼胝体压部、膝部的FA值及ADC值。视辐射ROI的划定和测量参照经典的神经解剖学描述，用软件自带的笔点形工具，ROI的大小为8~16 mm2的圆形。视放射上的选取在侧脑室三角区层面，外侧膝状体位置一点、侧脑室后角旁一点、近枕叶皮质区一点。分别得出3个部位的每个ROI下的FA值及ADC值，为了保证其准确性，在每次感兴趣区放置后都采用DTT对该点进行纤维束追踪，对照视觉通路神经解剖学的描述各部分的走形及位置。测量双侧的视放射时，选择同一扫描层面的对称位置，每侧分别取前中后三点，取三次测量的平均值。胼胝体上的ROI选择在基底节层面左右双侧胼胝体膝部和压部对称区域作为兴趣区。所有的ROI严格选择同一层面上相同组织成分的相对应解剖结构，尽量不包括周围其他组织及脑脊液以减少部分容积效应带来的误差。所得的FA值及ADC值均是Functool软件自动计算出来，其中FA值是无纲量数值，ADC值单位为(×10-3mm2·s-1)。

1.3统计学方法

所有FA值及ADC值均以均数±标准差表示，数据处理运用SPSS17.0统计学分析软件包，采用配对t检验，分析弱视组内弱视同侧与弱视对侧视放射的FA值及ADC值；独立样本t检验，分析弱视组与正常对照组双侧视放射、胼胝体膝部和压部的FA值及ADC值。P<0.05认为差异有统计学意义。

2结果

2.1研究对象的一般资料

参与数据分析的单眼成人弱视患者22例和正常成人10名均完成了DTI扫描并进入结果分析。经检验，2组间年龄、性别的差异无统计学意义。

2.2两侧视放射的FA值及ADC值

两侧视放射的FA值及ADC值经正态性检验均符合正态分布，弱视同侧FA值小于对侧，差异有统计学意义；弱视同侧的ADC值大于对侧，差异无统计学意义。见表1。

表1　弱视组弱视同侧与对侧视放射FA值及ADC值比较　±s

2.3弱视组与正常对照组视放射的比较

正常对照组两侧视放射的FA值及ADC值均符合正态分布，经t检验，左右两侧视辐射FA值(t=0.27,P=0.465)差异无统计学意义；ADC值(t=-1.56,P=0.084)差异无统计学意义。将其两侧平均值作为单个正常对照组视放射的FA值及ADC值。弱视组弱视同侧及对侧FA值低于正常对照组，差异有统计学意义；ADC值高于正常对照组，差异有统计学意义。见表2—3。

表2　弱视组弱视同侧与正常对照组视放射FA值及ADC值比较　±s

表3　弱视组弱视对侧与正常对照组视放射FA值及ADC值比较　±s

2.4弱视组与正常对照组胼胝体的比较

2组胼胝体压部及膝部的FA值及ADC值符合正态分布，弱视组胼胝体压部的FA值低于正常对照组，差异无统计学意义；弱视组胼胝体膝部的FA值低于正常对照组，差异无统计学意义；弱视组胼胝体压部ADC值高于正常对照组差异有统计学意义；弱视组胼胝体膝部ADC值高于正常对照组，差异无统计学意义。见表4。

表4　弱视组与正常对照组胼胝体FA值、ADC值比较　±s

3讨论

DTI可以定量观察活体组织的弥散特征，了解组织纤维的走行方向和完整性，在临床上应用极为广泛，也逐渐应用于眼科学方向。完整良好的视觉通路是视觉发育的前提，以往的弱视研究中，多集中在视皮层、视网膜细胞、外侧膝状体及视觉通路中各级神经元纤维结构的研究，对连接外侧膝状体和视觉皮质纤维的白质神经纤维的研究还尚少，DTI对白质病变的显示较传统的影像学更为敏感，能显示从视神经、视束、外侧膝状体、视放射到枕叶视皮层各个层次脑白质纤维束。视放射是联系外侧膝状体和大脑皮质的白质纤维束，胼胝体是大脑半球中最大的白质纤维，是连接左右两侧大脑半球的横行纤维束，对完成双侧运动、感觉、视觉功能有重要作用。在本研究中，视觉通路中选择了视放射和胼胝体作为研究部位，探索其细微结构的改变与成人弱视的关系。

DTI是通过收集脑组织内水分子沿不同方向的弥散信号的变化，利用单次激发加权平面回波序列对扫描进行图像采集，并以多种参数形式表达。其中常用来分析大脑各向异性参数是FA值、ADC值、相对各向异性(RA)、容积比(VR)等，其中尤以FA值和ADC值应用最为广泛。FA值是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例， FA值越高，组织内水分子弥散运动的各向异性程度越高。当脑白质受损时，FA值下降。ADC值是组织中水分子弥散的速度和范围，消除了各向异性的影响，它的变化不依赖弥散的方向，代表弥散程度的平均值，反映了弥散的整体情况。影响ADC值的主要因素有组织的灌注状态和细胞内外水分子的运动。ADC值增加可以反映脑组织含更多的自由水分子。一般认为FA值越高，ADC值越小，代表白质纤维束的髓鞘化程度、紧密度、发育程度、完整性等越好。本文之所以选择FA值和ADC值作为研究的参考参数是因为：1)FA图可以提供较好的灰白质对比，易于观察、测量、选择感兴趣区等；2)FA值是组织的物理性质，在同一对象不同时间、不同成像设备、不同对象间所获得的数值具有可比性；3)ADC值是分子整体扩散强弱的指标，与弥散方向无关，而FA值提供弥散方向的信息。将这两个参数相结合，更有利于正确了解大脑白质纤维结构的发育情况、形态改变并阐述其变化的机理。本研究中通过ROI法重建了弱视组和正常对照组的视辐射，它的走形和位置与经典解剖学研究相一致[2-3]。与已报道的DTI能够成功的显示视辐射结果是一致的，并包括一些形态或早期功能上细微的变化，如青光眼视辐射神经纤维变薄[4]、早产儿视辐射的发育情况与育龄的关系[5]。说明了DTI成像数据的纤维束成像具有良好的重复性，可以清晰地显示视放射白质纤维的走形。

研究中发现无论弱视组同侧还是对侧均较正常组的FA值下降，ADC值升高，且均具有统计学意义，这表明单眼成人弱视患者双侧视放射的微观结构可能存在异常。Xie等[6]曾将DTI用于检测儿童弱视视放射功能，得出FA值较正常低 ，本研究结果与之一致。有研究[7]报道弥散的各向异性与年龄具有一定的相关性，这与大脑白质纤维的发育相关。大脑白质的纤维髓鞘化程度从出生到成年的迅速增加，成年到中年缓慢下降及老年迅速下降[8]。所以本研究为了避免年龄关系对各向异性的影响，选择了年龄基本一致且2组间年龄无统计学意义的患者。早期有研究[9]发现了在黑暗中饲养的老鼠视神经髓鞘化明显延迟，又有研究[10]表明，对刚出生未睁开眼睛的兔子人为的撑开双眼后，检测髓鞘特定基础脂质蛋白较正常组增加了一倍。由此可推测中枢神经系统的白质结构受功能因素的影响，视神经的髓鞘化受光学刺激的影响。视觉功能减弱造成了视觉相关通路的白质髓鞘化形成减缓，髓鞘化的延迟是造成弱视患者的视放射FA值下降、ADC值升高的主要原因之一。另外，有大量弱视研究报道，弱视患者的V1和V2皮层区激活减少及作为视网膜中继站的外侧膝状体功能低下[10-12]。视放射是由外侧膝状体发出的神经纤维组成并终止于枕叶皮层，弱视可能是由于外侧膝状体功能低下，使视觉刺激诱发的视皮层神经细胞同步化活动降低，视皮层神经网络对视觉信息整合功能出现障碍，从而造成了视功能低下。

胼胝体纤维的走行一致性强，且成年后大部分已髓鞘化[13]。因此，在DTI上表现有较强的弥散各向异性：FA值高，在FA图上表现为高信号。在本研究中发现，本研究成人弱视患者压部的FA值低于正常组，但无统计学意义；ADC值高于正常组，具有统计学意义，而膝部FA值及ADC 值与正常组的差异比较均无统计学意义。Blakemore[14]提出了胼胝体在双眼立体功能起着一定的作用，只有通过胼胝体才能接受视皮层上感受野位于注视点前方或其

后方一定区域内神经元的双眼信息，由此可推测成人弱视患者胼胝体压部可能存在发育异常或投射纤维异常，这可能是造成弱视患者立体功能异常的重要原因之一，将有待于进一步的研究证明得以证实。

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(责任编辑：刘大仁)

收稿日期：2014-11-30

作者简介：杨益刚(1980—)，男，本科，主治医师，主要从事中枢神经系统MRI诊断的研究。

中图分类号：R777.4+4文献标志码： A文章编号： 1009-8194(2015)07-0069-04

DOI:10.13764/j.cnki.lcsy.2015.07.026

Diffusion Tensor Imaging Detects Development of Optic
Radiation and Corpus Callosum White Matter in Adult
Patients with Monocular Amblyopia

YANG Yi-gang1,GUO Xian-yin2,WANG Zhong1

(1.DepartmetofOphthalmology,DongguanMaternalandChildHealthHospital,

Dongguan523000,China; 2.DepartmetofOphthalmology,theThirdPeople’s

HospitalofDongguan,Dongguan523320,China)

ABSTRACT：ObjectiveTo detect the development of optical radiation and corpus callosum white matter in adult patients with monocular amblyopia using diffusion tensor imaging (DTI) scanning,and to further explore its pathogenesis.MethodsDTI scan was performed in 22 adults with monocular amblyopia and 10 normal controls. The FA and ADC values of optical radiation were compared between ipsilateral and contralateral sides in patients,as well as between patients and healthy controls.ResultsCompared with the contralateral side,the FA value of optical radiation significantly decreased in the ipsilateral side (P<0.05). Compared with normal controls,bilateral FA values of optical radiation significantly decreased and bilateral ADC values of optical radiation and splenium ADC values significantly increased in amblyopia patients (P<0.05).ConclusionDTI can display the changes in optical radiation and corpus callosum white matter fibers. Therefore,DTI provides a new method for investigating the pathogenesis of amblyopia.

KEY WORDS：diffusion tensor imaging; adult amblyopia; optic radiation,corpus callosum