正常人脑生长发育规律的DTI初步研究

吴道清，刘　耀，陈　钦，李晓卿，李华灿

（福建中医药大学附属第二人民医院影像科，福建 福州 350003）

DTI是在20世纪90年代迅速发展的MRI功能成像技术，主要反映了人体组织中水分子的扩散特性，用于观察大脑白质纤维结构的特性。本文通过研究100例正常人脑的DTI成像，分析脑白质纤维束DTI参数在不同性别中的差异性及与年龄的相关性，以了解人脑白质纤维束的生长发育及自然老化过程。

1　资料与方法

1.1一般资料选择2015年11月至2017年3月在我院检查的100例健康志愿者，年龄11个月～83岁，中位年龄32岁。按年龄分组：幼儿组（≤6岁）、儿童组（7～14岁）、青年组（15～35岁）、中年组（36～60岁）、老年组（＞60岁），每组 20例，男女各10例。志愿者选择标准：无中枢神经系统疾病；无心、肝及肾脏等各种重要脏器病变；无MRI检查禁忌证。所有患者均签署知情同意书，并经伦理委员会讨论通过。

1.2 仪器与方法应用 GE signa HDx 3．0 T高场MRI仪，头部正交线圈，患者取仰卧位，头颅置于线圈中央，用海绵垫固定两侧。常规颅脑检查轴位T1WI TR/TE 1 785 ms/23 ms；T2FLAIR TR/TE/TI 8 650 ms/160 ms/2 100 ms。DTI采用SS-GSE-EPI序列；扫描范围从桥脑下部至头顶部，层厚4 mm，无间隔，共扫描28层，扩散敏感梯度方向数：25，TR/TE 6 000 ms/110 ms，矩阵 256×256，FOV 24 cm×24 cm，b 值为0、1 000 s/mm2，扫描时间共 252 s。

1.3图像及数据处理把扫描图像传至ADW 4.5后处理工作站。采用Functool软件，对DTI数据进行后处理，获得部分各向异性（FA）值、ADC值的参数图，对相应区域采用ROI方法获取数据。

1.4统计学处理 采用SPSS 18．0统计软件，数据以±s表示。所有数据行正态分析及方差齐性检验；不同性别间比较采用两样本t检验；左右侧比较采用配对t检验；各年龄组间采用方差分析；ADC值及FA值与年龄间相关性行Spearman秩相关分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1不同性别间各部位FA值及ADC值比较（表1，2）不同性别各部位FA值及ADC值比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表1　不同性别间各部位FA值比较（±s）

表1　不同性别间各部位FA值比较（±s）

组别　男　女　t值　P值大脑脚　0.67±0.061　0.67±0.052　-0.422　0.673胼胝体膝部　0.77±0.067　0.76±0.056　1.174　0.236胼胝体压部　0.80±0.045　0.80±0.040　0.767　0.444内囊前支　0.46±0.081　0.46±0.081　-0.026　0.979内囊后支　0.68±0.042　0.67±0.043　1.265　0.207半卵圆中心　0.57±0.600　0.56±0.521　1.097　0.274

表2　不同性别间各部位ADC值比较（×10-4mm2/s，±s）

表2　不同性别间各部位ADC值比较（×10-4mm2/s，±s）

组别　男　女　t值　P值大脑脚　8.47±0.56　8.40±0.47　1.053　0.294胼胝体膝部　8.25±0.51　8.35±0.49　-1.459　0.146胼胝体压部　7.87±0.55　7.80±0.49　0.959　0.339内囊前支　7.90±0.46　8.10±0.55　-1.331　0.152内囊后支　7.52±0.36　7.54±0.42　-0.408　0.684半卵圆中心　7.76±0.45　7.71±0.42　0.897　0.371

2.2不同年龄组FA值及ADC值比较（表3，4）不同年龄组间各部位FA值及ADC值比较，差异均有统计学意义（均 P＜0.05）。

表3　不同年龄组间各部位FA值比较（±s）

表3　不同年龄组间各部位FA值比较（±s）

组别　大脑脚　胼胝体膝部　胼胝体压部　内囊前支　内囊后支　半卵圆中心幼儿组　0.60±0.05　0.78±0.07　0.78±0.04　0.44±0.08　0.65±0.05　0.56±0.05儿童组　0.68±0.05　0.79±0.06　0.79±0.05　0.48±0.07　0.69±0.03　0.59±0.05青少年组　0.69±0.04　0.79±0.04　0.80±0.03　0.49±0.09　0.67±0.05　0.59±0.04中年组　0.69±0.04　0.76±0.06　0.79±0.04　0.48±0.07　0.67±0.04　0.57±0.05老年组　0.66±0.03　0.72±0.05　0.76±0.04　0.45±0.07　0.66±0.04　0.55±0.05 F值　20.04　6.50　5.76　4.44　4.43　6.20 P值　0.00　0.00　0.00　0.02　0.02　0.00

表4　不同年龄组间各部位ADC值比较（×10-4mm2/s，±s）

表4　不同年龄组间各部位ADC值比较（×10-4mm2/s，±s）

组别　大脑脚　胼胝体膝部　胼胝体压部　内囊前支　内囊后支　半卵圆中心幼儿组　8.62±0.45　8.35±0.54　8.25±0.53　8.31±0.44　8.00±0.46　8.24±0.51儿童组　8.46±0.40　8.22±0.35　7.85±0.35　8.01±0.41　7.55±0.18　7.68±0.24青少年组　8.44±0.45　8.17±0.45　7.83±0.44　7.77±0.39　7.36±0.22　7.50±0.24中年组　8.23±0.35　8.15±0.51　7.56±0.40　7.79±0.45　7.27±0.21　7.50±0.24老年组　8.53±0.50　8.30±0.51　7.81±0.60　8.00±0.61　7.41±0.26　7.73±0.28 F值　21.43　5.59　4.99　9.68　43.31　39.24 P值　0.00　0.00　0.00　0.00　0.00　0.00

2.3ADC值及FA值与年龄相关性（表5）把各年龄组分成5个等级，分别与ADC值及FA值行相关性分析。ADC值与年龄之间，除胼胝体膝部及压部外，其余部分均具有较强相关性；FA值在大脑脚、胼胝体膝部及半卵圆中心与年龄具有较强相关性，其他部位与年龄则无相关关系。

表5　各部位ADC值及FA值与年龄相关性

3　讨论

DTI是一种可在体无创性评价人脑白质纤维束走向及完整性的MRI成像方法［1］，可从量和方向上反映水分子扩散的变化，并以此反映组织内扩散的各向异性［2］。DTI最常用的参数指标是FA和ADC。FA是指弥散的各向异性部分与弥散张量总值的比值，反映了各向异性成分占整个弥散张量的比例，可用于评价细胞膜与髓鞘的完整性。在人脑白质中水分子运动受神经纤维走行方向、密集程度及髓鞘等多种因素的影响。水分子在平行纤维走行方向的扩散程度较高，呈高度的各向异性。各向异性程度越高，FA值越大。ADC值主要反映水分子单位时间内扩散运动的范围。在人体组织中，水分子弥散越受限制，ADC值越低。所以，FA值与ADC值相结合可较准确地评价脑白质的形态结构变化。

本研究分析人脑不同部位包括大脑脚、胼胝体膝部、压部、内囊前后肢及半卵圆中心的FA值及ADC值，不同性别间上述部位的FA值及ADC值无差异性［3］。但不同年龄组间的FA值与ADC值差异有统计学意义。人脑的发育遵循着一定的规律，在青少年之前，随着年龄增长，ADC值逐渐下降，FA值逐渐升高，这是由于神经细胞的增殖、轴突发育及髓鞘化等多种因素的作用；进入成年后，特别是老年人，其髓鞘退化脱失，神经纤维束减少，细胞外间隙扩大，水分子扩散增加，ADC值升高，FA值逐渐降低［4］。脑白质的发育从出生开始，前12个月是快速发育阶段；之后1年逐渐修饰、改进；再之后逐步趋于稳定，直到成人水平［5］。 Stadlbauer等［6］研究发现，大脑额叶、边缘叶、胼胝体和颞叶部分区域的纤维束密度随着年龄增长而显著降低。Gong等［7］认为轴突密度与年龄呈负相关。本研究以传统年龄分组进行统计，表明ADC值在成年之前逐渐降低，FA值则逐渐升高；在中年阶段改变不明显；而在老年阶段ADC值又有升高趋势，FA值降低。这说明人脑神经组织在成年之前是逐步发育、完善的［8］；而随年龄进一步增长，人脑神经组织逐渐退变。本研究中大部分部位的FA值或ADC值与年龄具有较强的相关性，其余相关性不强，可能与例数偏少有关。

总之，DTI已广泛应用于日常临床工作，本研究通过分析正常人脑ADC值与FA值随年龄增长的变化趋势，了解人脑白质纤维束生长发育的精细变化信息，可为相关疾病的诊断或预后判断等提供依据。

［参考文献］

［1］Sala S，Agosta F，Pagani E，et al.Microstructural changes and atrophy in brain white matter tracts with aging［J］.Neurobiol Aging，2012，33：488-498.

［2］付民峰，许宏霞.基于DTI分析小脑上脚及其交叉各向异性分数和ADC值的差异性［J］.中国中西医结合影像学杂志，2015，13（4）：488-490.

［3］赵霞，王剑飞，鞠文萍，等.正常中年人海马磁共振扩散张量成像相关参数研究［J］. 磁共振成像，2016，7（10）：743-748.

［4］谢铭飞，高思佳，胡文，等.健康成人脑白质扩散峰度成像与年龄相关性变化的初步研究［J］.中国临床医学影像学杂志，2016，27（10）：685-689.

［5］Hermoye L，Saint-Martin C，Cosnard G，et al.Pediatric diffusion tensor imaging：normal database and observation of the white matter maturation in early childhood［J］.Neuroimage，2006，29：493-504.

［6］Stadlbauer A，Ganslandt O，Salomonowitza E，et al．Magnetic resonance fiber density mapping of age-related white matter changes［J］．Eur J Radiol，2012，81：4005-4012．

［7］Gong NJ，Wong CS，Chan CC．Aging in deep gray matter and white matter revealed by diffusional kurtosis imaging［J］．Neurobiol Aging，2014，35：2203-2216．

［8］Cancelliere A，Mangano FT，Air EL，et al.DTI values in key white matter tracts from infancy through adolescence［J］.AJNR Am J Neuroradiol，2013，34：1443-1449.