单相抑郁症患者前扣带回联合磁共振张量成像及波谱成像的临床研究

程捷飞 李勇刚 季 丹 缪锦林 唐 玲

抑郁症，也称为抑郁障碍，其特征在于显著而持久的情绪低落，并且是情绪障碍或情感性障碍的主要类型[1]。抑郁症的发作类型可分为双相抑郁症(躁狂抑郁症)和单相抑郁症。单相抑郁症不但会对患者工作、学习和生活造成影响，还会产生自罪自责的病态心境，严重者会反复想到死亡和自杀。据世界卫生组织(world health organization，WHO)统计，全球抑郁症患者的数量已经达到3亿，到2012年，全球范围内抑郁症已成为人类继癌症之后第二大严重的疾病，而抑郁症患者的高自杀率也引发系列社会问题[2-3]。临床上＞50%的患者因无法得到准确的诊断而错失最佳治疗的机会。在磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)的研究中发现，抑郁症患者脑白质结构、功能和代谢都存在异常，这提供了新的思路和方法来研究抑郁症的病因以及发病机制。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)的发展和深化，常用指标是各向异性分数(fractional anisotropy，FA)值。许多研究发现，前额叶、海马、扣带回等是与抑郁症紧密相关的部位[4]。抑郁症患者脑内部分感兴趣区域(region of interest，ROI)白质FA值下降[5-6]。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)可用于测量活体特定的组织区域代谢物，有助于了解抑郁症的病理生理学机制，而抑郁症患者前额叶白质N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylasparte，NAA)水平低于健康者[7-9]。本研究旨在定量分析单相抑郁症患者脑前扣带回磁共振FA值及MRS中代谢产物的变化，探讨DTI及MRS技术联合运用在单相抑郁症诊断中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月至2018年12月泰州市第四人民医院收治的30例单相抑郁症患者，并将其纳入单相抑郁症组，另选30名体检者纳入健康对照组。单相抑郁症组中男性15例，女性15例；年龄25～55岁，平均年龄(34.6±10.7)岁。健康对照组中男性15名，女性15名；年龄18～55岁，平均年龄(36.8±9.3)岁。两组一般资料差异无统计学意义，具有可比性。所有患者及受试者于检查前已经签署知情同意书，并已通过医院伦理委员会批准。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①单相抑郁症组，符合《精神疾病诊断与统计手册(第5版)》(DSM-V)抑郁障碍诊断标准的首次发作或已用药处于缓解期的单相抑郁症患者，汉密尔顿抑郁量表(Hamilton depression scale，HAMD)评分的24项总分≥21分；②健康对照组，右利手，高中以上学历，无神经系统疾病的家族史，无酒精及药物滥用的历史。

(2)排除标准：①符合DSM诊断的精神分裂症、精神发育迟缓、记忆障碍或其他认知障碍；②严重焦虑和惊恐发作；③有颅脑外伤或重大脏器疾病，已确诊的心脏病等；④慢性病，如高血压、糖尿病等；⑤酒精及药物滥用导致的精神障碍；⑥有癫痫病史、怀孕、左利手；⑦MRI禁忌症(有金属植入物、幽闭恐惧症等)；⑧常规MRI扫描序列发现颅内异常。

1.3 仪器设备

采用Signa HDxt Echospeed 1.5T的MR扫描仪器(美国GE Healthcare公司)；Advanced Workstation 1.5T的MR扫描仪配套AW工作站(美国GE Healthcare公司)。

1.4 检查方法

Signa HDxt Echospeed 1.5T的MRI扫描仪，使用16通道头线圈。扫描过程中被测试者采取仰卧位，予以耳塞减小噪音干扰，使用衬垫辅助固定被检查者头部。以冠状位和矢状位作为参考定位。在冠状位上定位线平行于两侧颞叶底部的连线；矢状面上平行于前后联合的连线或者胼胝体的前后连线(AC-PC线)。

1.5 扫描参数与图像处理

(1)扫描范围：所有受检者扫描范围均由后颅窝底到颅顶。

(2)常规MRI扫描参数：①轴位T1WI，重复时间(repetition time，TR)为3669 ms，回波时间(echo time，TE)为89.3 ms，视野(field of view，FOV)为24 cm×24 cm，矩阵为128×128，层厚为6 mm；②轴位T2WI，TR为3697 ms，TE为115.4 ms，FOV为24 cm×24 cm，矩阵为352×352，层厚为6 mm；③轴位T2WI Flair(液体衰减反转恢复-抑制脑脊液信号序列)：TR为8400 ms，TE为151.4 ms，FOV为24 cm×24 cm，矩阵为256×192，层厚为6 mm；④轴位3D T2WI：TR为9000 ms，TE为102.7 ms，FOV为24 cm×24 cm，矩阵为128×128，层厚为5 mm。

(3)DTI序列扫描参数：TR为10 000 ms，TE为105 ms，FOV为24 cm×24 cm，矩阵为128×128，层厚为3 mm，层间距为0，b值为800 s/mm2，激励次数为3次，扫描时间为7 min 28 s。

(4)MRS序列扫描参数：TR为8400 ms，TE为151.4 ms，FOV为24 cm×24 cm，矩阵为256×192，层厚为5 mm，体素大小=4.5 mm×4.5 mm×10 mm，总扫描时间为5 min 28 s。

(5)图像处理：所有数据均存储在GE 1.5T的MR扫描仪配套AW(Advanced Workstation)工作站，运用配套Functools软件将DTI序列图像重建出FA图像，FA图像选择黑白色。

1.6 观察与评价指标

(1)由经过专门训练的放射科医师测量ROI的FA值及NAA与肌酸(Creatine，Cr)比值(NAA/Cr)；胆碱(Choline，Cho)与Cr比值(Cho/Cr)，并进行统计学分析。

(2)运用配套软件将MRS序列图像导入后处理软件，采用GE公司提供的软件包进行MRS分析。得到双侧前扣带区NAA、Cho和Cr生物代谢物波谱峰下的面积，并获得NAA/Cr值和Cho/Cr值。测量ROI前扣带回FA值见图1，扣带回波谱值见图2。

图1 ROI前扣带回FA值测量图像

图2 扣带回波谱值测量图像

1.7 统计学方法

使用SPSS21.0软件进行统计学数据分析，数据呈正态分布，计量数据用均值±标准差(±s)表示，采用配对样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组磁共振DTI中前扣带回FA值比较

健康对照组不同性别前扣带回FA值，不同性别与左右侧差异无统计学意义。单相抑郁症组不同性别前扣带FA值，不同性别与左右侧差异无统计学意义。单相抑郁症组患者双侧前扣带回FA值与健康对照组相比，左右侧前扣带回FA值均明显下降，差异有统计学意义(t=-2.256，t=-2.062；P＜0.05)，见表1。

表1 两组磁共振DTI中前扣带回FA值比较(±s)

表1 两组磁共振DTI中前扣带回FA值比较(±s)

注：表中FA为各向异性分数

2.2 两组磁共振前扣带回MRS比较

(1)健康对照组不同性别同侧扣带回NAA/Cr及Cho/Cr差异无统计学意义，单相抑郁症组不同性别同侧前扣带回NAA/Cr及Cho/Cr差异无统计学意义。单相抑郁症组与健康对照组比较，双侧前扣带回NAA/Cr、左侧前扣带回Cho/Cr，单相抑郁症组明显下降，两组比较差异有统计学意义(t=-2.632，t=-2.239，t=-2.353；P＜0.05)；单相抑郁症组患者与健康对照组右侧前扣带回Cho/Cr差异无统计学意义(t=-2.538，P＞0.05)，见表2。

(2)单相抑郁症组左侧前扣带回NAA及Cho峰下面积减少，比值降低，见图3。

表2 两组磁共振前扣带回MRS比较(±s)

表2 两组磁共振前扣带回MRS比较(±s)

注：表中NAA/Cr为N-乙酰天门冬氨酸与肌酸比值；Cho/Cr为胆碱与肌酸比值

图3 两组左侧前扣带回波谱对比图像

3 讨论

DTI是基于DWI的一种无创显示神经纤维微结构的功能MRI。临床实践中DTI最常用的参数是FA值。白质由神经纤维、胶质细胞以及间质细胞组成，损伤轴突或髓鞘的完整性、胶质细胞的减少以及神经传导功能下降等都会使FA值减小[10]。Shimony等[11]发现，老年抑郁症患者部分区域脑白质FA值降低，主要为前额叶，提示FA值的异常与认知过程的速度有显著联系。研究抑郁症患者脑白质的纤维损伤情况有助于了解其高发病率的原因，早期发现及诊断抑郁症患者，及时予以干预治疗，改善患者功能预后、减轻不良后果。Taylor等[12]用DTI的技术对老年抑郁症患者进行研究，其结果显示，发作期的抑郁症患者与已缓解的抑郁症患者和从未发生过抑郁的患者相比，前扣带回的白质FA值明显减少。目前的抑郁症神经学影响研究主要针对单纯抑郁症，与健康者对照比较，研究普遍认为其前额叶皮质、扣带回、胼胝体、海马和杏仁核是与抑郁症相关的部位[13]。患者额叶被破坏后，其自发性、主动性及自身调节行为减弱，扣带回是情感融合中心，与海马、胼胝体、眶额皮质等部位有丰富的纤维紧密联系[14]。MRS是用于确定活体特定组织区域的化学组成的唯一非侵入性技术。本研究中，单相抑郁症组患者与健康对照组相比，双侧前扣带回NAA/Cr及左前扣带回Cho/Cr显著降低，而右前扣带回Cho/Cr未见明显改变，这些异常有助于探究抑郁症的神经生物学基础。NAA/Cr的降低表明该区域中神经元及其轴突的数量减少或功能异常，因为NAA是神经元及其轴突特异性的标记物，但非神经胶质细胞特异性。最近的研究表明，NAA也有在成熟的少突胶质细胞中表达[15]。少突胶质细胞在灰质中形成神经元的卫星细胞，在白质中形成神经元的髓鞘[16]。Cho是乙酸胆碱和膜磷脂、鞘磷脂和磷脂酞胆碱的前体，Cho的减少表明细胞膜更新减少或细胞内传导信号系统受损。单相抑郁症的一些临床症状，如认知功能障碍和冷漠，都可能与扣带回的功能障碍有关。本研究中发现，抑郁症患者双侧前扣带回NAA水平下降，左侧前扣带回Cho水平下降，表明少突胶质细胞的改变引起单相抑郁症患者的白质异常。NAA/Cr和Cho/Cr的减少表明神经元和(或)轴突的完整性紊乱，导致前扣带回少突胶质细胞和髓鞘变性，相对应的本研究在DTI成像上观察到单相抑郁症患者前扣带回区域与健康对照组相比FA值显著降低。本研究结果提示，单相抑郁症患者前扣带回区域病理改变相关的代谢异常及继发的白质纤维束变性相伴存在，为了解单相抑郁症病因及病理生理机制提供了新思路。

4 结论

前扣带回磁共振张量及波谱联合成像通过定量评价各向异性分数及NAA/Cr、Cho/Cr指标，能同时反映单相抑郁症患者前扣带回微结构变化及病程中前扣带回代谢异常，在单相抑郁症患者磁共振影像评估中具有一定临床应用价值。