基于MRI健康成人丘脑的形态测量

张华，谢兴国，黄小华，肖如辉，白桂芹

( 1.川北医学院人体解剖学教研室; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充　637000)



基于MRI健康成人丘脑的形态测量

张华1，谢兴国1，黄小华2，肖如辉2，白桂芹1

( 1.川北医学院人体解剖学教研室; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充637000)

【摘要】目的:探讨MRI丘脑与毗邻结构形态学变化规律和意义，为与丘脑形态改变相关的疾病提供线性测量指标方法:利用成人活体头部MRI扫描资料，观测丘脑及其毗邻结构，分析各线性指标与丘脑面积、丘脑体积的相关性。结果:在断层标本上采用单因素方差分析显示:丘脑矢径、丘脑宽、丘脑面积性差和侧差未见显著性差异;丘脑横径、丘脑长侧差未见显著性差异，但其性差差异性显著( P＜0. 05)。方差齐性检验后Pearson相关分析显示:丘脑长与壳横径、壳矢径、壳面积、尾状核头矢径成正相关，丘脑宽与尾状核头矢径负相关，丘脑矢径、丘脑长与侧脑室前角间距成负相关。在体积测量中标准化后各组样本采用单因素方差分析显示:丘脑体积、尾状核头横径、尾状核头矢径及壳矢径左、右侧差异显著(左侧＞右侧，P＜0. 05)，其余各数据无显著性差异。标准化后与丘脑体积相关程度最为密切的线性指标分别是丘脑横径、丘脑矢径、丘脑长、丘脑宽(正相关)。结论:丘脑毗邻结构参数与丘脑参数存在线性关系，其毗邻结构的形态变化可作为研究丘脑形态变化的参考指标，丘脑横径、丘脑矢径、丘脑长、丘脑宽可作为丘脑形态变化的初筛指标。

【关键词】丘脑形态;线性指标;磁共振成像

网络出版时间: 2016-3-4 10∶16网络出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.040.html

丘脑是间脑中最大的一部分，纤维联系极为广泛，是最大的皮质下接受站、中继站以及信息管理的协调中枢。近年来，随着医学影像学技术特别是MRI技术的进步，许多学者研究并探讨了丘脑的形态学变化与精神类疾病如精神分裂症［1］、阿尔茨海默病［2］等疾病的关系。

以往研究多采用低场强MRI［3－4］，分辨率不高;且边界划分标准不一，因此所获结果大多相差较大。体积的手动测量耗时耗力且易受操作者主观意识影响，因而不利于临床推广。因此本研究采用场强较高的GE 3.0 T核磁共振仪进行扫描，采用容积再现技术( volume render，VR)从冠状位、水平位、矢状位三个方位对丘脑进行观测;研究丘脑等结构的线性指标与丘脑面积、体积的相关性，以期为相关疾病的诊断提供相关测值和形态学依据。

1　材料与方法

1.1断面观测

1.1.1研究对象选取100例(男性50例，女性50例)经常规MR序列扫描证明无病变成年人，年龄17～60岁，平均年龄40岁，汉族，右利手，经简易精神状态量表检查无异常。排除标准:有神经异常史、精神病家族史、酗酒或药物依赖，有明显医学或神经病史、或有头部外伤史等，过度肥胖或发育不良，其他不能完成心理测试者。

1.1.2扫描参数使用美国GE Signa HDxt 3. 0 T MRI系统，头部正交8通道相控阵线圈，扫描野包含整个大脑。采用三维快速扰相梯度回波序列( threedimensional fast spoiled gradient-recalled，3D-FSPGR)获得高分辨率轴位三维结构图像，扫描参数: TR 8. 3 ms，TE 3. 3 ms，TI 400 ms，扫描视野( FOV) 24 cm× 24 cm，矩阵256×256，Nex 1，翻转角( FA) 15°，层数156层，层厚1 mm，无间隔连续扫描。选取丘脑结构显示较佳的MRI断层图像，传入ADW4. 2图像处理工作站进行观测。

1.1.3数据测量选取丘脑及其毗邻结构显示较佳的室间孔层面，测量丘脑、尾状核头、壳等兴趣结构的横径、矢径和面积，侧脑室前角间距等。为减少误差，对所测结构测量3次并取其平均值。为消除头颅个体差异影响，对测得的丘脑等全部原始数据经标准化处理。

1.2体积测量

1.2.1受试者42例经常规MR序列扫描证明无病变成年人(男性8例，女性34例)，右利手，汉族，年龄17～60岁，平均年龄30岁，经简易精神状态量表检查无异常。其排除标准同上。

1.2.2扫描参数使用GE 3.0T核磁共振仪对受试者行垂直于丘脑长轴的斜冠状位扫描，3D BRAVO序列采集，参数为: TE 3. 2 ms，TR 8. 4 ms，TI 450 ms，扫描视野( FOV) 24 cm×24 cm，矩阵224×224，层厚1 mm，扫描连续无间隔。所得数据传入ADW 4. 2图像处理工作站。

1.2.3数据测量在工作站上于斜冠状位逐层勾画丘脑轮廓，得出单层面积，然后与层厚相乘得出单层体积，逐层体积相加即丘脑总体积。

线性测量指标包括:丘脑、尾状核头、壳等兴趣结构的横径、矢径，侧脑室前角间距，颅腔上下径、颅腔前后径、颅腔左右径。其中颅腔上下径为正中矢状位上经中脑导水管枕骨大孔后缘到顶骨板障间距，前后径为正中矢状位上胼胝体下缘前后颅骨板障间距，左右径为水平位上过中脑导水管中点的左右颅骨板障间距。

为了消除个体头颅大小的影响，所得数据均进行标准化。其公式为:

其中颅腔体积为颅腔上下径、颅腔左右径、颅腔前后径之乘积。

1.2.4边界划分参照Nugent等［5－6］方法将丘脑边界定义如下。前方以乳头体和室间孔为界，后界为丘脑出现在穹窿交叉下方的层面。由于其腹前下方的核团与下丘脑相邻，外侧、上方、内侧分别与内囊、侧脑室以及第三脑室相邻，因此上述四个方位的边界可依此确定(图1)。

1.3统计学分析

运用SPSS 22. 0统计软件对所得数据进行分析处理，各样本采用方差分析及Pearson相关分析。

2　结果

2.1丘脑的断层数据

丘脑及毗邻结构测值见表1-2。各组样本采用单因素方差分析显示:丘脑矢径、丘脑宽、丘脑面积性差和侧差未见显著性差异;丘脑横径、丘脑长侧差未见显著性差异，但其性差具有统计学意义( P＜0. 05)。方差齐性检验后利用Pearson相关分析显示:丘脑长与壳横径、壳矢径、壳面积及尾状核头矢径成正相关，丘脑宽与尾状核头矢径成负相关，丘脑矢径、丘脑长与侧脑室前角间距成负相关。更多分析见表3。

图1　MRI斜冠状位示健康成人丘脑边界勾画A. a为乳头体; B. b为穹窿交叉; C. c为内囊，d为下丘脑。

2.2丘脑的体积数据

各组数据统计如表4-5所示，各组样本采用单因素方差分析显示:丘脑体积、尾状核头横径、尾状核头矢径及壳矢径左、右侧差异显著(左侧＞右侧，P＜0. 05)，其余各数据未见显著性差异。表6为Pearson相关性分析，结果显示标准化后与丘脑体积相关程度最为密切的线性指标分别是丘脑横径、丘脑矢径、丘脑长、丘脑宽(正相关)。

表1　丘脑的数据测量(±s)

表1　丘脑的数据测量(±s)

男女左右左右丘脑横径( mm)　23.96±2.31　23.44±1.90　22.94±1.38　22.34±1.64丘脑矢径( mm)　29.61±2.20　29.89±1.86　30.13±2.42　29.89±2.28丘脑长( mm)　33.06±1.79　32.94±1.65　32.80±1.53　32.29±1.72丘脑宽( mm)　16.83±0.86　16.32±0.88　16.31±1.02　15.81±0.89丘脑面积( mm2)　451.95±40.94　421.02±62.36　425.27±40.34　406.16±47.36

表2　丘脑毗邻结构测量数据(±s)

表2　丘脑毗邻结构测量数据(±s)

男女左右左右尾状核头横径( mm)　13.58±1.36　13.64±1.47　12.75±1.24　13.27±1.38尾状核头矢径( mm)　22.40±1.84　22.14±2.04　20.77±1.99　20.59±2.30尾状核头面积( mm2)　155.75±22.36　148.79±20.64　140.82±19.40　142.34±23.24壳横径( mm)　13.71±1.71　13.28±2.60　13.26±2.26　12.03±1.95壳矢径( mm)　37.89±3.40　38.10±3.63　35.38±3.69　34.26±3.41壳面积( mm2)　293.56±40.65　284.16±48.90　248.29±50.88　229.01±47.5侧脑室前角间距( mm)34.31±3.45　32.17±2.59

表3　丘脑与其毗邻结构间的相关性分析

表4　丘脑的数据测量(±s)

表4　丘脑的数据测量(±s)

男女左右左右丘脑横径( mm)　21.31±2.21　21.58±0.83　20.78±2.13　21.22±2.30丘脑矢径( mm)　29.08±3.14　28.44±2.64　27.58±3.01　27.31±2.89丘脑长( mm)　30.75±3.85　29.59±2.05　28.99±2.73　28.87±3.29丘脑宽( mm)　15.60±1.44　14.63±1.23　15.12±1.10　15.13±1.15丘脑体积( mm3)　5 228.88±472.94　 4 828.79±577.83　5 043.83±507.92　 4 777.99±459.05颅腔体积( mm3)　3 953 608.02±247 723.91　3 740 159.61±330 673.77

表5　丘脑毗邻结构测量数据(±s)

表5　丘脑毗邻结构测量数据(±s)

男女左右左右尾状核头横径( mm)　13.37±1.30　14.57±1.16　13.04±1.39　14.77±1.25尾状核头矢径( mm)　18.19±1.70　17.21±1.47　18.64±1.86　19.20±1.73壳横径( mm)　13.63±1.03　13.92±1.38　13.51±1.83　13.76±1.89壳矢径( mm)　38.34±5.58　37.02±3.88　36.46±3.58　35.02±3.66侧脑室前角间距( mm)31.11±2.74　29.60±1.90

表6　丘脑与其毗邻结构间的相关性分析

3　讨论

3.1数据采集及分析

随着年龄的增长，丘脑等颅内结构的体积均发生改变，尤其是在某些精神疾病的发生与发展过程中，丘脑的体积常发生变化。Pedro等［7］在研究中度阿尔茨海默病合并遗忘性轻度认知损伤时发现，在遗忘性轻度认知损伤中患者双侧丘脑出现萎缩。Batista等［8］在研究多发性硬化症( multiple sclerosis，MS)时发现，与正常对照组相比，MS患者信息处理速度明显减慢，丘脑等核团体积明显减小。因此测量健康成人丘脑体积获得其正常参考值对上述疾病等的临床诊断和研究有着重要意义。

3.2侧差和性差

在断层研究中显示丘脑矢径、丘脑宽、丘脑面积性差和侧差未见显著性差异;丘脑横径、丘脑长侧差未见显著性差异，但其性差具有统计学意义( P＜0. 05)。手动测量丘脑体积等参数时显示丘脑体积、尾状核头横径、尾状核头矢径及壳矢径左、右侧差异显著(左侧＞右侧，P＜0. 05)。Xie等［9］在研究健康青少年和儿童中性别、年龄及智力与脑干、丘脑的关系时发现，年龄的变化可预计丘脑的体积变化，在男性和女性中右侧丘脑的体积明显大于左侧丘脑，且在女性中更明显。在成人中，Sullivan等［10］研究显示标准化后左、右侧丘脑体积无性别差异。Keller等［11］在比较Freesurfer与体视学测量丘脑体积一致性时发现左、右侧丘脑体积无差异。本研究与上述研究结果有偏差，出现差异的原因可能是扫描时采取的场强不同、边界确定的解剖标志不一样以及样本量的不同等。

3.3相关性分析与临床意义

丘脑是皮质－纹状体－丘脑环的重要组成部分，与大脑皮质间、锥体外系间有往返纤维联系。疾病的出现影响丘脑结构时，丘脑形态的变化可来自于相关结构的形态变化，也可由毗邻结构形态变化引起。Lenglet等［12］研究发现，苍白球、左侧黑质与丘脑联系紧密，底丘脑核也与丘脑存在联系。deJong等［13］研究指出，在阿尔茨海默症中除了有观察到的海马萎缩与认知功能降低之外，患者壳与丘脑的体积明显减小。本研究断层结果显示丘脑长与尾状核头矢径、壳横径、壳矢径、壳面积成正相关，丘脑宽与尾状核头矢径负相关，提示纹状体的形态学变化可以作为研究丘脑形态学变化的参考指标。

侧脑室扩大是精神分裂症中最早出现的脑结构改变之一，其扩大的原因可能与疾病发生时临近核团缩小有关。Gaser等［14］研究发现，精神分裂症中侧脑室扩大可能与丘脑萎缩特别是临近中间核、相邻皮层以及岛皮质区域的萎缩相关。Horga等［15］研究表明，在精神分裂症中侧脑室的扩大与丘脑部分核团如丘脑枕等的体积减小有关。本研究采集部分相关线性指标，并与丘脑体积进行相关性分析，结果显示:侧脑室前角间距与丘脑体积相关性不显著;丘脑横径、丘脑矢径、丘脑长、丘脑宽与丘脑体积呈正相关，可以作为丘脑形态变化的初筛指标。因此在以后的研究中可以对侧脑室进行整体研究，或许能发现其形态改变与丘脑形态改变的相关性。

参考文献

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(学术编辑:翟昭华)

论著

Morphological study of the thalamus in health human on MRI

ZHANG Hua1，XIE Xing-guo1，HUANG Xiao-hua2，XIAO Ru-hui2，BAI Gui-qin1
( 1.Department of Anatomy，North Sichuan Medical College; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Objective: To explore the morphological variations and the relationship between the structures around the thalamus and the thalamus，and provide linear indices for thalamus morphological change-related diseases.Methods: Exploring the relationship between the structures around the thalamus and the thalamus.Results: On sectional images the gender difference and lateral difference are not significant on the area，the sagittal diameter and the width of the thalamus; the gender difference of the thalamus is significant whereas the lateral difference of the transverse diameter is not.The length of the thalamus is positively related to the sagittal diameter，the transverse diameter，the area of the putamen and the sagittal diameter of the caudate nucleus head ( P＜0. 05).The indice positively related to width of the thalamus is the sagittal diameter of the caudate nucleus head ( P＜0. 05).There is a negative relationship between the sagittal diameter of the caudate nucleus head and the width of the thalamus ( P＜0. 05).The distance between the anterior horns was negatively related to the sagittal diameter and the length of the thalamus ( P＜0. 05).After normalization，the lateral difference is significant on the volume of the thalamus，the sagittal diameter and sagittal diameter of the putamen，and transverse diameter of the caudate nucleus head ( left＞right，P＜0. 05).The indices which mostly related with the volume of the thalamus are the transverse diameter，the sagittal diameter，the length，the width of the thalamus.Conclusion: There is a linear relationship between the structures around the thalamus and the thalamus，the morphological changes of these structures could be used as linear indices to the thalamus.The transverse diameter，the sagittal diameter，the length，the width of the thalamus could be used as preliminary screening indices for morphological changes of the thalamus.

【Key words】Thalamic morphology; Linear indices; MRI

作者简介:张华( 1986－)，男，硕士，助教。通讯作者:谢兴国，E-mail: xgxiejp@163.com

基金项目:川北医学院科研发展计划项目( CBY-13-A-QN36)

收稿日期:2015－03－02

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.20

【文章编号】1005-3697( 2016) 01-0073-05

【中图分类号】R322.81

【文献标志码】A