酒精依赖者脑白质微结构多参数扩散张量成像：基于纤维束示踪的空间分析

张海波 余金鸣 戴西勇 张建龙 姚晓英 黄湘漪

酒精依赖是一个重大的社会公共卫生问题。世界卫生组织（WHO）发布的《2018 全球酒精与健康状态报告》 指出全球因酒精有害使用致残和死亡人数分别占5.1%和5.3%， 在20～39 岁年龄段中，约13.5%的死亡原因为酒精所引起，给个人和社会带来重大的损失。国内酒精消费持续增长，酒精依赖男女患病率分别为4.4%、0.1%， 其中需要终生戒酒者占42.1%［1］。 目前国内尚未对酒精的相关危害进行系统研究，与酒精有关的疾病中，酒精依赖者的相关躯体、精神及社会问题日渐突出［2］。这也是多年来神经病学和影像学研究的热点问题之一。 扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是一种利用张量模型对水分子在活体组织中的扩散率进行定量MR 分析的技术， 已被广泛用于无创评估脑白质微结构改变［3］。 笔者运用基于TBSS分析方法对酒依赖患者进行DTI 数据多参数（FA、MD、RD、AD）在体素水平评价脑白质微结构的完整性， 旨在进一步了解脑白质微结构改变的病理机制， 并结合神经心理量表多维度评估酒依赖患者认知功能受损情况。

资料与方法

1.研究对象

选取2016 年8 月～2017 年7 月期间在我院住院治疗的30 例酒精依赖者（患者组）。入组标准：（1）符合ICD－10 诊断标准中酒依赖的诊断标准。年龄35～60 岁，性别不限，右利手，小学及以上文化；（2）密执安酒精中毒筛查测验（MAST）分值大于6 分；（3）无其他精神疾病、脑外伤及严重躯体疾病及其他可引起脑白质病变的某些疾病； 无其他物质滥用史；（4）无MR 检查禁忌并可完成MR检查。招募与患者组年龄、性别和文化程度相仿的30 例健康志愿者（对照组）。 对照组纳入标准除了要求不饮酒或少量社交性饮酒、 无其他物质依赖史外，其他与患者组相同。本研究经我院伦理委员会批准同意,全部受试者均签署知情同意书。

2.认知功能测评

完成全部研究对象MoCA 量表测评。MoCA 量表被广泛用于精神科、 神经科临床中认知功能的评估。 它评定了8 个认知领域：视空间与执行功能、命名、记忆、注意力（3 个不同的项目单独计分）、语言（2 个不同的项目单独计分）、抽象、延迟回忆和方向（≥26 认为正常）［4］。

本测评由获得相关资质的心理测评师在同一测验室进行，且在神经影像学检查前1 周内完成。

3.磁共振数据采集

全部MRI 数据由本院影像科采用Siemens 1.5 T 超导MR 扫描仪采集，8 通道头部相控阵线圈。 受试者采取仰卧位， 固定头部以减少头部运动，扫描时保持静止不动。全部受试者进行常规全脑MRI 扫描（T1WI、T2WI、T2FLAIR）以排除颅内器质性病变。 DTI 扫描参数：单次回波平面成像序列（SE－EPI），TR 8000 ms,TE 97 ms, 视野250 mm×250 mm,矩阵128×128,翻转角度90°, 层厚3 mm，层间隔0 mm， 激励次数4， 并行采集因子为2，使用扩散敏感梯度方向30 个，b 值分别为0 和1000 s/mm2。

4.DTI数据处理及分析

采用牛津大学脑功能磁共振中心开发软件包FSL 5.0.10 （ http：//www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）中的TBSS方法进行数据分析处理。

主要步骤包括：（1）DTI 数据转换为4D NIFTI格式；（2）进行头部运动和畸变涡流校正；（3）除去头皮和头盖骨等非脑结构；（4）解算出各扩散张量参数图（FA、MD、AD、RD）；（5）将全部被试的FA图像经非线性配准到MNI （蒙特利尔神经学研究所）标准模板；（6）创建平均FA 模板，并生成平均FA 骨架图，FA 阈值设为0.2，将每个受试者的FA数据投射到骨架上；（7）采用非参数置换统计方法（Randomize） 对FA 数据进行Voxelwise 水平统计分析（随机置换值为5000），以年龄和受教育年限为协变量， 以确保所观察到的各组间FA 的差异与年龄、受教育年限相关的变化无关，对统计结果采用FWE（family－wise error）进行校正（P＜0.05）；（8） 分别对MD、AD 和RD 参数进行上述比较分析；（9）使用标准白质纤维束模板准确定位白质纤维束；（10） 突出显示具有显著统计学差异的脑白质纤维束。

5.统计学方法

运用SPSS 20.0 软件进行统计分析。采用两独立样本t 检验比较对照组和患者组在年龄、 受教育年限、嗜酒年限及MoCA 量表结果的差异，全部计量资料以均数±标准差（±s）表示，P＜0.05 为差异有统计学意义。 将患者组FA 值统计异常区域作为兴趣区与MoCA 量表测评结果及嗜酒年限进行Pearson 相关分析（基于正态分布检验），P＜0.05为差异具有统计学意义。

结果

1.一般资料比较

患者组嗜酒年限2～42 年（22.17±9.73 年），日均饮酒量折合纯乙醇180～310 g/d，主要饮酒类型为高度白酒。两组在年龄、受教育年限差异无统计学意义（P＞0.05）；MoCA 显示患者组在视空间与执行功能、语言、延迟回忆、定向及总分差异具有统计学意义（P＜0.05）；在命名、注意、抽象等差异无统计学意义（P＞0.05）（表1）。

2.DTI多参数比较

DTI 扫描前， 全部受试者常规全脑MRI 扫描（T1WI、T2WI、T2FLAIR）均未发现器质性病变。 DTI比较结果：（1）FA 值：酒依赖患者组与正常对照组比较，患者组胼胝体膝部、体部及压部、右侧钩状束、右侧上纵束、右侧下纵束、右侧下额枕束、两侧丘脑前辐射及两侧穹窿/终纹体束FA 值显著减低（P＜0.05，FWE 校正）；（2）MD 值：酒依赖患者组与正常对照组比较， 患者组胼胝体体部、 右侧钩状束、右侧上纵束、两侧丘脑前辐射及两侧穹窿/终纹体束MD 值显著增加（P＜0.05，FWE 校正）；（3）AD 值：酒依赖患者组与正常对照组比较，差异无统计学意义（P＞0.05，FWE 校正）；（4）RD 值：酒依赖患者组与正常对照组比较，患者组胼胝体膝部、体部及压部、右侧上纵束、右侧下额枕束、两侧扣带束、两侧丘脑前辐射、两侧穹窿/终纹体束及两侧钩状束RD 值显著增加 （P＜0.05，FWE 校正）。（表2，图1）

表1 两组年龄、受教育年限、嗜酒年限及MoCA量表各因子分结果比较（±s）

表1 两组年龄、受教育年限、嗜酒年限及MoCA量表各因子分结果比较（±s）

注：数据描述为平均值±标准差；－：为无法获取

项目患者组(n=30) 对照组(n=30)t 值P 值年龄（岁）受教育年限嗜酒年限视空间与执行功能命名注意语言MoCA 抽象延迟回忆定向总分平均值47.33±8.30 7.13±2.46 22.17±9.73 2.53±1.39 2.30±0.95 4.33±2.17 1.40±1.10 0.63±0.71 1.20±1.52 5.26±1.01 17.70±6.36平均值47.20±6.17 7.73±2.20－3.30±1.39 2.43±0.77 5.13±1.07 2.13±0.78 1.00±0.83 3.07±1.48 5.97±0.18 23.17±4.22 0.071 0.873－－2.139－0.595－1.809－2.981－1.829－4.817－4.293－3.922 0.944 0.323－0.037 0.554 0.078 0.004 0.073 0.000 0.000 0.000

3.Pearson相关性分析

Pearson 相关性分析结果显示患者组全脑FA均值与嗜酒年限呈负相关（r=－0.464 P=0.015）；患者组胼胝体压部FA 值与视空间与执行能力评分呈正相关（r =0.391 P=0.044）。

讨论

1.酒依赖患者认知功能改变特点

酒精是最常见的成瘾物质， 酒精依赖者因大脑和周围神经损伤而出现一系列精神心理和行为障碍［5］。 既往的研究结果显示：酒精依赖者认知功能障碍的患病率50%～70%不等， 主要涉及视空间、执行功能、注意和记忆等方面［6,7］。 本研究采用MoCA 对酒精依赖者的认知功能进行评价， 发现酒精依赖者组在视空间与执行功能、语言、延迟回忆、 定向等方面与对照组的差异具有显著的统计学意义，这与Alarcon［6］的研究结果一致。本研究同时发现对照组MoCA 总分较常模值略低， 但有研究显示随着老龄化和受教育程度不一， 认知功能存在相关性［8,9］，所以根据MoCA 的测评规则，笔者推测与本次研究对象的平均年龄大于常模年龄及受教育水平普遍较低不无关系。 为尽可能减少上述因素干扰， 在多重比较中以年龄和受教育年限为协变量，剔除系统误差，以确保所观察到的DTI参数差异与年龄、受教育年限相关的变化无关。

表2 酒依赖患者组与对照组比较FA值下降的区域（P＜0.05，FWE校正）

图1 酒精依赖者组与正常对照组比较的DTI 多参数改变图（轴位），绿色为平均FA 纤维束骨架。 a)患者组相对对照组FA 值减低的纤维束(蓝色)；b)患者组相对对照组MD 值增加的纤维束(红色)；c)患者组与正常对对照组比较，差异无统计学意义；d)患者相对对照组RD值增加的纤维束(红色)

2.DTI多参数图分析方法及意义

本研究基于TBSS 分析方法，该方法无需对每幅图像进行标准化和平滑， 创建的全脑平均FA骨架，代表连接不同皮质脑区域的主要纤维束；其最大限度地减小了数据采集中几何畸变的影响，减少了部分容积效应， 因此提高了在组水平上检测DTI 参数区域差异的能力［10］，对脑白质结构异常区域定位更加准确。 DTI 常用的测量指标包括FA、MD、AD 和RD。 FA 值降低 （常伴随较高的MD）常用来解释脑白质微结构受损，完整性降低，可能的原因包括脱髓鞘、 轴突损伤和神经胶质增生［11］。 MD 反映了水分子的平均扩散速率和扩散阻力，与扩散方向无关。 AD 主要反映轴突的完整性，AD 值的增加提示轴突突变或反应性增生，RD则与髓鞘的完整性和厚度有关，RD 的增加表明髓鞘丢失或完整性受损［12,13］。

3.酒精依赖者脑白质纤维束DTI改变特点

本研究发现酒精依赖者胼胝体（膝部、体部及压部）、右侧钩状束、右侧上纵束、右侧下纵束、右侧下额枕束、两侧丘脑前辐射、两侧穹窿/终纹体束等多区域FA 值显著减低， 结果与其他研究方案所得到的结论相符［14］，表明患者存在广泛的脑白质微结构损害， 这些损害常被认为是认知功能受损的器质性基础。

胼胝体是连接左右脑半球最大的白质纤维束，在两个大脑半球之间的信息交换以及学习、记忆、注意力、视空间和执行等各种认知功能的整合中起着至关重要的作用［15］。既往研究报道膝部FA显著降低常见于阿片［16］、可卡因［17］、甲基苯丙胺［18］等其他物质成瘾人群。本研究中胼胝体多区域FA值减低，且以膝部为著，说明酒精依赖者胼胝体白质微结构与其他类型的药物滥用类似， 胼胝体膝部更容易受酒精影响， 可能为酒精依赖白质损伤的首要部位。 笔者还发现胼胝体压部FA 值减低与SV&EF 评分呈正相关（r=0.391），进一步印证胼胝体压部与患者的视空间与执行功能关系密切相关。

钩状束和上纵束是连接额颞叶重要的联络纤维。 钩状束在情景记忆形成和再现中起着重要作用，而上纵束是构成工作记忆脑网络的重要部分,相关研究［19］表明钩状束FA 值下降与患者的执行功能的下降密切相关。本研究上纵束和钩状束FA值减低， 提示患者额－顶叶脑网络完整性受到影响，或为酒依赖患者记忆力减退、执行力下降的重要因素之一。

穹窿/终纹体是连接边缘系统的主要纤维束。学者Yeh［20］早期的一项研究发现酒精依赖者额叶和边缘系统纤维束受损导致奖赏系统脑区功能异常，揭示了酒精依赖成瘾的可能机制，而本研究结果中两侧穹窿/终纹体完整性也被破坏与其不谋而合，有力支持了其推测。 另外，在成瘾治疗过程中，认知功能障碍会影响治疗干预的有效性［21］，也是酒精依赖成瘾反复发作难以戒断的主要原因。

本研究运用定向扩散系数AD、RD 指标分析酒依赖患者脑白质， 其结果显示患者组FA 值减少区域RD 值增加，差异具有显著的统计学意义，而AD 值未有显著增加或减低（P＞0.05），笔者推测脱髓鞘可能是本脑白质纤维结构异常的主因之一，与Sorg［22］的研究结果一致。对酒依赖中观察到的髓鞘异常，常认为酒精诱导髓鞘蛋白相关基因及其产物表达的变化可能是一个潜在的病因［23］。

4.酒精依赖者脑白质改变与酒精持续性损害相关性

本研究发现酒精依赖者的嗜酒年限与全脑FA 均值呈负相关（r=－0.464），即酒精的持续性依赖与患者脑白质微结构损害程度相关， 提示酒精滥用对人体损害存在累积效应。 这种效应使脑白质纤维束的完整性破坏， 进而影响到相应的神经环路功能和认知网络结构的完整性［24］。因此，笔者认为酒精依赖者神经网络完整性是认知功能下降的一个重要原因， 这种下降在视空间和执行功能以及记忆、定向等认知领域表现更突出。

综上，本研究采用TBSS 方法发现酒精依赖者存在广泛的脑白质纤维束改变及认知功能障碍，脑白质纤维束改变以脱髓鞘改变为主， 且随其饮酒时间而持续进展， 与酒精的持续性依赖相关。 TBSS 多参数分析模式对于揭示酒依赖形成的病理生理学机制具有重要意义。 本研究的局限性：（1） 单中心的横断面研究， 样本量相对偏小；（2）TBSS 方法在分析小纤维束、 交叉纤维等方面受到限制。