SBM测量法在抑郁障碍研究中的应用

黄悦琦 邱美慧 彭代辉

作者单位：上海交通大学医学院附属精神卫生中心心境障碍科



SBM测量法在抑郁障碍研究中的应用

黄悦琦 邱美慧 彭代辉

作者单位：上海交通大学医学院附属精神卫生中心心境障碍科

【摘要】研究显示抑郁障碍（MDD）存在大脑结构的改变，基于皮层的形态学测量法（SBM）是一种通过测量皮层厚度、皮层表面积和局部折叠系数等指标，来重建全脑/脑区多维度立体模型的方法。本研究就该方法在抑郁障碍中的应用进行综述。

【关键词】抑郁障碍；基于皮层形态学法；皮层厚度；皮层表面积；局部皮层折叠系数

中国医学计算机成像杂志，2016，22：187-190

Chin Comput Med Imag，2016，22：187-190

Division of Mood Disorder， Shanghai Mental Health Center， Shanghai Jiaotong University School of Medicine

Address： 600 Wanping Rd， Shanghai 200030， P.R.C.

Address Correspondence to PENG Dai-hui（E-mail： pdhsh@126.com）

Foundation items： 1.Fund of Science and Technology Commission of Shanghai Municipality No. 134119a6200 ； 2.Research Fund of Shanghai Jiao Tong University No. YG2012MS11 ； 3. National Clinical Disciplines at Shanghai Mental Health Center，Office of Medical Affairs Ministry of Health， No. 2011-873（OMA-MH， 2011-873）.

抑郁障碍（major depressive disorder， MDD）存在情绪低落、认知功能障碍等症状，是一种病因未明的精神疾病。MDD发病率高、致残率高、并给社会造成巨大疾病负担，其早期识别诊断和预防迫在眉睫。然而目前尚缺乏公认有效的生物学诊断指标。

近年来，有关MDD的磁共振影像学研究进展迅猛，大脑结构异常改变被普遍认为是MDD发生的病理机制之一。全脑结构性磁共振影像学研究的主要功能是探讨全脑形态学改变，与传统的感兴趣区法（regions of interest， ROI）相比，存在效率高、无需假设等优势。其研究分析方法主要分为反映灰质体积及密度的基于体素的灰质形态学测量方法（voxel-based morphometry，VBM）和反映皮层厚度（cortical thickness， CT）、皮层表面积（surface area，SA）和局部折叠系数（Local gyrification Index，LGI）的基于皮层的形态学测量法（surfacebased morphometry， SBM），两种方法研究均显示MDD患者存在脑结构异常［1，2］。本文就其中SBM方法在MDD研究中的应用进行综述。

脑皮层形态学及其指标

成人大脑的皮层是高级神经活动的基础，其沟回形态千差万别，是每个脑区不同功能的结构基础。沟回的形成过程即皮层折叠，其发育速度最快的时期是胎儿在母体内时期（孕26～36周）。胎儿出生后即可完成约90%的折叠水平，此时的大脑皮层已具有和成人接近的沟回数，为各个功能区的建立提供较成熟的结构基础，从而在此基础上形成大脑特定的皮层折叠模型。特定的皮层折叠模式是正常大脑皮层发育完整的一项重要标记［3］，其形成受遗传基因和环境因素共同影响，异常基因和/或有害环境可能导致皮层折叠模型异常。越来越多的研究表明，在不同的疾病中存在皮层折叠模式的异常改变，这可能是神经发育性疾病的病理学标志之一。目前研究多以皮层厚度（CT）、皮层表面积（SA）和局部折叠系数（LGI）这三项指标来描述大脑皮层折叠模式，并采用SBM法测量分析这三项指标。

基于皮层的形态学（SBM）测量法

SBM是一种利用扫描大脑得到的磁共振数据，对高度折叠的大脑表面皮层进行三维重建和分析的方法，它能精确量化全脑或局部脑区CT、SA和LGI。这些指标能清晰地反映皮层结构的发育轨迹［4］。SBM法既不需要设定特定的感兴趣区，也不受原始数据的体素分辨率的限制，因此可以检测组间毫米级别的差异，能更具化地了解大脑皮层的表面模式，从而相对更准确的察觉早期皮层改变。由于精神疾病可能存在可遗传的脑形态学改变，全面分析这些改变将有助于我们进一步了解精神疾病神经发育异常的特征。目前SBM法已经被广泛应用于探测包括MDD在内的精神疾病大脑皮层形态结构异常，并为精神分裂症、情感障碍及其他神经精神疾病的提供特异的解剖方面的关键信息。

MDD患者脑皮层形态学

近年来，越来越多研究发现MDD患者存在皮层或亚皮层结构的改变，并试图以此构建MDD大脑结构模型。目前SBM在MDD中的研究多集中在CT，而有关SA和LGI研究较少，且存在较多的混杂因素。

1. 年龄、抑郁发作次数、药物及家族史对MDD患者SBM研究的影响

CT及SA随着年龄呈倒U字曲线轨迹发展［4］，这预示着不同年龄段的皮层折叠模型存在差别。有研究将早发性抑郁与晚发性抑郁（以首发年龄25岁为分界）患者的CT进行比较，结果发现不同首发年龄的CT存在差异，其主要表现为在双侧后扣带回和海马旁回，右侧楔前叶、舌叶和梭回这些脑区，早发性抑郁的CT更厚［2］，其原因可能是老年性抑郁的发生常受血管性因素的影响，目前的研究表明血管性因素主要影响的是额叶亚皮层环路，上述脑区大部分存在于该环路中。因此，我们可推测目前年龄和首发年龄对CT结果均有影响。另有研究表明CT改变也受发作次数影响，将发作次数≥4次组（组1）较＜4次组（组2）比较，组1在左侧前额叶（包括外侧眶额回、岛盖部和中央前回喙部和尾部）CT明显下降，而在双侧顶上小叶区域则有增加［5］。Jarnum等人发现经抗抑郁药物治疗后，缓解患者较未缓解患者后扣带回CT下降［6］，另一研究也得到相似的结果，在无应答者双侧后扣带回和海马旁回；左侧中央旁小叶、楔前叶、楔叶和岛叶；右侧中间眶额回和外侧枕叶CT值下降［7］。此外，Peterson发现在伴有家族遗传史的MDD易患高危组中，右侧大脑膝状体、前后扣带回、中间眶额叶CT下降，并指出CT下降的程度与抑郁严重程度呈正相关。上述研究提示MDD的CT值可能受患者目前年龄、首发年龄、发作次数、目前状态及药物等混杂因素影响。

2. 不同组抑郁障碍SBM研究结果

有关MDD患者大脑皮层形态改变的研究结论尚不一致，大部分研究认为MDD患者CT存在改变，也有少部分研究得出完全阴性结果，认为MDD患者与健康对照的CT无显著差异［8］。基于考虑上述混杂因素的影响，初步将研究分为以下几组进行讨论。

成年MDD患者组，首发未用药MDD患者存在以下脑区皮层形态学指标异常改变：右后扣带区、右中间眶额回、右额中回喙部、右岛盖部、右缘上回及顶叶（包括双侧下区、左侧顶叶上区及右侧中心区）CT增加；而顶叶（包括双侧额下回后部、左侧中央前回及左侧中额叶喙部区域）的CT降低。且存在右侧扣带回峡部、右侧额上回、左侧顶叶下部和左侧海马旁回皮层SA增加，而在左侧颞横回及右侧下顶叶区存在SA减少［9-10］。此外，有研究表明首发未用药MDD患者双侧中-后扣带回、岛叶、眶额叶，左侧前扣带回和右侧颞叶岛盖LGI下降，在右侧中央前回和右侧缘上回上升［9］。其中LGI是沟回皮层与表面皮层的比值，而上述研究中测量的SA增加均为表面皮层，不包括沟回皮层。而另一项研究尽管发现MDD患者灰质体积在额中回尾部和眶额回中部下降及在海马区上升，但CT未见显著性差异［11］。这可能与该研究样本量过少，存在严重性别偏倚有关。综上所述研究结果基本一致，提示首发未用药MDD患者大部分异常脑区存在CT、SA值升高、LGI下降，仅少部分脑区存在CT、SA值降低、LGI上升。在非首发未用药MDD患者中，则发现颞叶、前/后扣带回喙部及左侧前扣带回尾部CT增加，中间眶额回CT降低［12］。与首发未用药MDD患者相比结果大致一致，仅中间眶额回CT相反，导致这一结果差异的原因可能是CT变薄程度与目前症状严重程度呈正相关［5］，而该研究同时纳入了首发未用药与恢复期停止服药患者。

儿童青少年MDD患者组，未用药MDD患者在右侧距状沟前回、中央后回、顶上沟和左侧缘上回CT下降，右侧颞极CT增加［13］，而另一项关于非未用药MDD患者的研究则发现，在双侧额中回喙部皮层CT增加［12］。目前关于儿童青少年的研究目前较少，未见SA和LGI相关研究。在儿童青少年期，皮层体积、CT、SA均在发育，可能得到的特定抑郁症皮层折叠模型与成人存在差异。因此我们需进行更多的相关研究（尤其是纵向追踪性研究），努力找到MDD高危儿童青少年人群的疾病易感性大脑标记，观察并描绘出横跨发病前到治疗后的青少年MDD患者脑区的正常和异常变化图谱，从而进行早期识别和预防。

老年期MDD患者组的研究发现，老年患者存在广泛的额叶（包括背外侧前额叶）、顶叶、颞叶及前、后扣带回区域CT值降低［7-14］，而另一项研究则得出完全阴性结果。但既往大量研究均表明老年性抑郁患者前额叶等区域存在CT、神经元密度及皮层体积下降，提示老年期MDD患者可能存在皮层形态学改变。这些研究结果存在差异可能与药物和目前状态（急性期、稳定期）等因素有关。

小 结

综上所述，因目前的大部分研究可能受药物、目前状态、性别等混杂因素影响，异常脑区不完全一致。但我们仍发现这些研究结果中的异常脑区多集中在皮层边缘环路，这一环路包括背外侧前额叶、眶额叶、前/后扣带回、岛叶、颞叶、中间丘脑、苍白球纹状体、杏仁核和海马等脑区，研究表明这些脑区负责大脑的情绪调控，并与执行功能相关（如计划、任务监控及注意等）［15］，既往许多研究也发现MDD患者存在该环路存在异常。据此我们可以推测该环路结构异常可能导致MDD形成的病理生理机制之一，但我们仍需更多更严谨的研究来证实。此外，我们也需要关注除经典的皮层边缘环路以外的一些脑区（如运动区和顶区），这些脑区也与抑郁障碍存在密切关系。最后，目前研究多数未考虑家族等高危险因素对皮层折叠的影响，而且疾病相关的生理高功能（高代谢和低血流）可能也会通过各种机制影响皮层形态学变化［10］。未来研究应尽可能更严谨的排除已知混杂因素的影响，并应用纵向追踪性研究，描绘MDD患者脑区的正常和异常变化图谱，从而建立MDD相关皮层模型，最终达到早期识别和预防的目的。

参 考 文 献

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The Application of SBM in the Study of Major Depressive Disorder

HUANG Yue-qi， QIU Mei-hui， PENG Dai-hui

【Abstract】Many studies have shown the existing of atypical brain structure in the major depressive disorder. The surface-based morphometry is a novel approach that enables to capture multidimensional images through measuring cortical thickness， surface area and local gyrification index. We reviewed the application of surface-based morphometry in the study of major depressive disorder.

【Key words】Major depressive disorder， Surface-based morphometry， Cortical thickness， Surface area， Local gyrification Index

收稿时间：（2015.09.22；修回时间：2015.12.14）

基金项目：上海市科学技术委员会科研计划项目 No. 134119a6200上海交通大学科研基金 No. YG2012MS11；国家临床重点专科-上海市精神卫生中心No. 卫生部医政司2011-873 。

通信作者：彭代辉 （电子邮箱：pdhsh@126.com）

通信地址：上海市徐汇区宛平南路600号，上海 200030

中图分类号：R445.2

文献标志码：B

文章编号：1006-5741（2016）-02-0187-04