孤独症谱系障碍患儿脑白质异常的弥散张量成像观察

刘洋，张通

1.首都医科大学康复医学院，北京市100068；2.中国康复研究中心北京博爱医院，北京市100068

目的 探讨孤独症谱系障碍(ASD)患儿与正常儿童脑白质连接的差异。

方法 2017年9月至2018年7月，选取ASD患儿10例(ASD组)和正常儿童10例(对照组)。ASD组采用Gesell发展量表(GDS)评定发育商，并采用孤独症儿童心理教育评核第3版(PEP-3)进行评定。所有儿童均行MRI弥散张量成像(DTI)扫描，比较两组各向异性分数(FA)、轴向弥散系数(AD)、径向弥散系数(RD)和平均弥散系数(MD)差异；以及ASD组临床量表评分与DTI各参数行相关性分析。

结果 与对照组相比，ASD组左侧小脑中脚、左侧胼胝体体部、左侧内囊后肢、双侧放射冠和双侧上纵束FA降低，左侧小脑中脚、左侧胼胝体体部及压部、双侧放射冠和双侧上纵束RD增高。智龄与左侧小脑中脚FA呈正相关(r=0.686,P＜0.05)，发育商与左侧放射冠(r=0.720,P＜0.05)和左侧胼胝体压部(r=0.744,P＜0.05)FA呈正相关，语言表达(r=0.711,P＜0.05)和语言理解(r=0.754,P＜0.05)与左侧胼胝体体部FA呈正相关，精细运动与左侧小脑中脚FA呈正相关(r=0.723,P＜0.05)，情感表达与左侧胼胝体体部RD呈负相关(r=-0.902,P＜0.05)。

结论 ASD患儿脑白质发育异常，且与智力、发育和临床表现相关。

根据美国精神疾病诊断和统计手册第5版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,DSM-Ⅴ)的分类标准，孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)主要表现为两大功能障碍，即持续的相互社会沟通和社会交往损害，以及限制性、重复的行为模式，并在儿童发育早期出现。美国疾病预防和控制中心报道，2006年美国0～8岁儿童ASD患病率为1/110，2008年上升为1/88，2012年为1/68，2018年为1/59[1]。2015年美国3～17岁儿童ASD患病率达1/45[2]。

在我国，随着诊断标准的规范与研究的深入，ASD在中国经历了由罕见病到流行病的转变。2006年第二次全国残疾人抽样调查报告中，0～6岁ASD患病率为4.06/10000(约合1/2463)，2015年已上升为1/244[3]。国内专家共识，中国孤独症患病率和世界其他国家相似，约为1%，孤独症患者已超1000万，0～14岁儿童患者达200余万。

由于ASD疾病本身的复杂性，国内外研究仍未明确其病因和发病机制，对ASD的治疗尚无权威指南。

弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)研究显示，ASD患者颅内白质微观结构改变，白质结构连接异常，且这种异常可能与ASD的核心症状有关。各向异性分数(fractional anisotropy,FA)是分子位移程度或方向变化的衍生量度[4]，常被用于DTI的研究。大多数研究表明，与对照组相比，ASD组FA降低[5-8]；也有部分学者发现FA增加[9-10]。Meta分析显示，ASD组较对照组FA降低主要集中在两个区域，即左侧胼胝体膝部和右侧大脑脚，该区域异常可能与ASD患儿某些特殊症状有关[11]。上述研究选取的研究对象均为18岁左右青年ASD患者，且均为欧美人群。本研究以3～6岁低龄ASD国内患儿为对象，观察我国低龄ASD患儿的颅内影像学特征。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年9月至2018年7月在北京博爱医院自闭症治疗中心就诊的ASD患儿为ASD组，均符合DSM-Ⅴ关于ASD的诊断标准。

纳入标准：①年龄3～6岁；②右利手；③无接受MRI检查禁忌症；④患者及家属知情同意并签署知情同意书。

排除标准：①既往有癫痫发作史；②有明确的颅脑外伤史；③有神经系统疾病或严重躯体疾病史。

同期在北京市范围内向社会募集健康儿童志愿者为对照组。纳入标准：①年龄3～6岁；②右利手；③出生前后发育无异常，否认神经精神系统疾病及脑外伤等可能影响儿童正常发育的病史，智商＞90分。

本研究经中国康复研究中心伦理委员会审批(审批号2018B004)。所有入组志愿者均由其法定监护人签署知情同意书。

剔除、脱落标准：①MRI过程中出现头动等影响数据准确性的情况；②不能耐受MRI检查过程；③临床医师评定不适宜继续接受实验。

经筛查后，共纳入ASD组10例，对照组10例。两组年龄、性别无显著性差异(P＞0.05)，智龄和发育商有显著性差异(P＜0.05)。见表1。

表1 两组一般情况比较

1.2 方法

1.2.1 一般情况问卷

采用自编一般家庭情况表了解所有受试者的一般情况，包括患儿姓名，出生日期，父母生育年龄，是否为第一胎，孕期及生育过程中有无异常，父母学历、职业，性格特征及家族史。

1.2.2 临床评定

两组均采用Gesell发展量表(Gesell Developmental Schedules,GDS)，ASD组采用孤独症儿童心理教育评核第3版(Psychoeducational Profile-Third Edition,PEP-3)进行评定。

GDS从动作、顺应、言语和社会应答4个方面进行评定[12]，最终形成发育商和智龄。

PEP-3于1979年由Schopler和Reichler开发，后经多次改版，最新版在2005年发布并被引入中国。该量表包括10项发展与行为检测，包括认知(语言/语前)、语言表达、语言理解、精细运动、粗大运动、模仿(视觉/动作)、情感表达、社交互动、行为特征-非语言和行为特征-语言，以及3项儿童照顾者报告测验，包括问题行为、个人自理和适应行为，最终形成合成分数，从沟通、体能和行为3个方面评价ASD患儿的障碍特点，用于指导临床训练[13-14]。

1.2.3 DTI

采用Philips Ingenia 3.0 T超导磁共振仪，使用鸟笼式头部正交线圈，海绵垫固定受试者头部。受试者予10%水合氯醛口服，最大剂量不超过10 ml，入睡后进行扫描。先行头部矢状位T1WI、T2WI扫描解剖定位，排除明显的神经系统器质性疾病，扫描参数如下。①T1序列：体素1×1×1 mm，脉冲间隔时间2530 ms，回波时间3.45 ms，层厚1.00 mm，反转角7°，返回时间1100 ms，扫描视野256×256 mm，矩阵256×192，扫描时间299 s。②DTI：扫描层面平行于胼胝体膝部与压部的连线，从头顶到小脑下部，共192层；平面回波序列，体素2×2×2 mm，弥散敏感系数b值1000 s/mm2，弥散敏感梯度方向64个，采集矩阵128×128，扫描视野256×256 mm，层厚2 mm，重复时间6100 ms，回波时间93 ms，翻转角90°，扫描时间766 s，每次扫描75层。

DTI数据分析采用FSL(FMRIB Software Library，http：//www.finrib.OX.ae.Uk/fsl)软件的工具包进行。将原始DICOM数据转换成Nifli格式；B0像提取，去除非脑组织结构；以B0为标准进行矫正；梯度方向矫正；张量计算，得出FA、轴向弥散系数(axial diffusivity,AD)、径向弥散系数(radial diffusivity,RD)、平均弥散系数(mean diffusivity,MD)。

通过基于纤维束追踪的空间统计(tract-based spatial statistics,TBSS)[15]算法，将FA利用线性和非线性配准到1×1×1 mm MIN152标准空间，并基于所有配准到标准空间的FA构建FA图及白质骨架，将平均FA骨架阈值取0.2。同法处理AD、RD和MD值。

应用随机化置换程序对统计资料进行分析。该程序基于非参数随机排列检验(randomized permutation test,RPT)对两组间FA、AD、RD、MD进行多重比较，以年龄和性别作为协变量，经5000次无阈值簇群增强(threshold-free cluster enhancement,TFCE)置换，将P值阈值校正为＜0.05，从而得出具有统计学差异的区域[16]。由于本研究样本量较小，可能存在假阳性区域，故在上述区域中再筛选体素＞500的区域。

将TBSS生成的具有统计学差异的白质区域叠加到标准化后的平均FA图及平均FA骨架上，生成伪彩图。颅内组织结构定位应用MNI structural atlas结构模板，脑白质解剖定位应用Johns Hopkins University(JHU)DTI-based white matter atlases白质模板进行分析。

1.3 统计学分析

采用SPSS 20.0软件对数据进行统计学分析。计量资料以(±s)表示，组间比较采用独立样本t检验和置换检验。计量资料行χ2检验。DTI参数量表分之间行偏相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 DTI参数比较

与对照组相比，ASD组左侧小脑中脚、左侧胼胝体体部、左侧内囊后肢、双侧放射冠和双侧上纵束FA降低，左侧小脑中脚、左侧胼胝体体部及压部、双侧放射冠和双侧上纵束RD增高；未见FA增高和RD降低区域，MD和AD两组间无显著性差异。见图1、表2。

图1 两组间有显著性差异的区域

表2 两组FA与RD比较

2.2 相关性分析

将两组间有显著性差异区域的FA和RD，与年龄、智龄、发育商以及PEP-3各项目分进行相关性分析，年龄与各区域FA相关性无统计学意义；智龄与左侧小脑中脚FA呈正相关(r=0.686,P=0.041)；发育商与左侧放射冠(r=0.720,P=0.044)和左侧胼胝体压部(r=0.744,P=0.022)FA呈正相关。年龄、智龄和发育商与各区域RD均无相关性。

语言表达(r=0.711,P=0.048)和语言理解(r=0.754,P=0.031)与左侧胼胝体体部FA呈正相关，精细运动与左侧小脑中脚FA呈正相关(r=0.723,P=0.043)，情感表达左侧胼胝体体部RD呈负相关(r=-0.902,P=0.01)。

3 讨论

DTI采用水分子弥散各向异性进行成像，可在活体显示纤维束的方向及完整性，反映活体组织的空间组成及病理状态下各组织间水分子交换状况。采用TBSS处理方法，可观察全脑范围内白质异常情况，相比于传统的感兴趣区观察法，无需手工勾画特定脑区，减少主观误差，具有更强的准确性与可重复性[17]；相比基于体素的分析方法，可免去图像标准化后进行高斯平滑处理，避免图像配准不精确和平滑所带来的问题，提高数据分析的准确性[18]。采用TBSS分析DTI数据比较ASD患儿与正常儿童脑白质的差异，能准确、可重复地从全脑层面全面分析数据差异，保证研究的客观性。

FA、RD、AD和MD均为DTI常用观察指标。FA是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例，0代表弥散不受限制，如脑脊液中FA接近0，而大脑白质纤维FA接近1。普遍认为FA发生改变可反映脑白质纤维发育程度，越接近1，分化程度越好[19]。本研究显示，与对照组相比，ASD组FA在左侧小脑中脚、左侧胼胝体体部、左侧内囊后肢、双侧放射冠和双侧上纵束降低，与之前研究相同[5-8]。FA降低提示髓鞘分化不良或白质脱髓鞘，ASD组FA降低提示脑白质发育不良。

RD反映径向弥散系数，即垂直于白质纤维走形方向弥散速度与效率。由于纤维髓鞘减少，纤维间水分子扩散能力增强，RD增高区域与FA降低区域基本吻合。

本研究显示，在控制性别与利手情况下，仅智龄和发育商与部分区域FA相关，但年龄与各区域FA和RD均无关，这与之前研究显示年龄同FA呈正相关[20]或负相关[21]不尽相同。原因可能为本研究对象年龄较小，而其他研究多为18岁左右成年高功能ASD患者，年龄并不能很好反映受试者真实的智力发育水平。本研究两组年龄均为50个月左右，并无显著性差异，但其智龄和发育商却有显著性差异。智龄和发育商越高，FA越大，白质纤维分化程度越好，符合儿童发展规律。因此，对小龄低功能ASD患儿，相比于生理年龄，智龄与发育商更能体现儿童智力发育水平，且与颅内脑白质发育水平存在相关性。

胼胝体位于大脑半球纵裂的底部，连接左右大脑半球，是大脑中最大的连合纤维，脑皮质70%～80%信息通过胼胝体联系。Travers等[22]发现，10岁前ASD患儿胼胝体发育异常。其他研究也发现，ASD患儿胼胝体区脑白质发育异常[23-24]，这种异常可能与双侧大脑半球间联系异常有关[25-28]，而纤维束的密度与大小对控制双侧大脑半球间信息的传导十分重要[29]。本研究在控制年龄、智龄、发育商、性别和利手后，偏相关分析显示，左侧胼胝体体部FA和RD与PEP-3许多项目相关，证明胼胝体区在ASD发病中可能扮演重要角色，值得进一步研究。

本研究显示，左侧小脑中脚FA与精细运动相关。之前研究显示，小脑中脚作为小脑脚最粗的一根神经纤维，连接小脑与脑桥，主要负责小脑信息的传入，对身体平衡觉、精细运动进行调控。小脑脚与ASD患儿运动功能障碍有关[30-31]，且这种障碍与小脑脚FA正相关[30,32]或负相关[31]。ASD患儿常伴有精细或粗大运动功能障碍，且常有平衡功能障碍。与本研究结果一致。

值得注意的是，尽管经TBSS分析，ASD患儿左、右侧均有FA或RD异常的区域，但经与智龄、发育商和临床量表关联性分析，发现相关区域均在大脑左侧，分析其原因有3点。①本研究样本量小，个体特征对试验结果影响较大。②研究对象均为右利手，左侧大脑为优势半球，因而ASD患儿与正常儿童之间的差异更加明显。③研究对象为3～6岁低龄儿童，右侧大脑形象思维和独自创造能力尚未完全开发。

本研究存在一定不足。首先，经统计学计算本研究样本量需18例，最后收集到20例数据，但仍属小样本量研究，还有待进一步扩大样本量。其次，本研究为横断面研究，并未进行后续随访，进一步应对ASD患儿进行定期MRI及临床量表复查，以获得ASD患儿脑发育曲线，为之后进一步进行病因学和发病学研究做准备。