额叶皮层退行性萎缩的高分辨率磁共振研究

蒋文昊，龚 宇，盛良驹（通讯作者）

（江苏大学医学院 江苏 镇江 212000）

脑萎缩是中老年人最常见的神经影像学表现，其原因可为年龄因素引起的神经退行性改变[1-3]，亦可为阿尔兹海默症（Alzheimer disease，AD）[4]、帕金森病（Parkinson’s disease，PD）[5]、抑郁[6]等神经精神疾病的病理特征。辨明退行性脑萎缩的内在规律对于探索疾病对脑萎缩的影响具有重要的临床参照意义。尽管已有的研究提示额叶皮层是退行性脑萎缩最明显的受累脑区[7]，表现为年度萎缩率约0.5%左右[8]，但额叶由上、中、下三个不同功能的亚区构成，且鲜有文献探索其亚区内在萎缩规律及轨迹。

因此，本文拟以高分辨磁共振对正常人的额叶皮层进行亚区精分，探明额叶皮层退行性脑萎缩的内在模式。

1 研究对象

回顾性收集2018年2月—2019年2月之间于江苏大学附属医院体检门诊的受试者资料。入组标准：（1）年龄20～80岁；（2）男女不限；（3）受教育年限＞6年；（4）既往无精神或神经性疾病；（5）既往无头颅外伤史；（6）无心血管、内分泌等长期慢性疾病史；（7）无言语和肢体运动障碍；（8）影像学资料无脑卒中、脑白质稀疏、缺血灶表现。共计纳入受试者48例，其中青年组16例（男8例，女8例，年龄20～39岁，平均31.83±2.34岁），中年组16例（男5例，女11例，年龄40～59岁，平均48.33±2.13岁），老年组16例（男6例，女10例，年龄60～79岁，平均71.33±4.71岁）。研究经医院伦理委员会批准，全部志愿者对本研究知情，并签署知情同意书。

2 材料与防范

2.1 图像采集

为保证图像质量，受试者在检查前静息30min，检查技师向其讲解检查过程及噪音情况，并要求其于在检查中保持情绪稳定避免头部移动。采Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T MR仪对受试者行头颅MR扫描，头部线圈为接收线圈。以三维（3D）快速小角度激发序列（3D-FLASH）作为分析用主序列。扫描参数如下：TR=14ms，TE=4.92ms，NEX=2，FOV=230mm×230mm，矩 阵=256×192，层 厚=1.5mm，无间隔。另以T2WI及FLAIR序列作为器质性疾病筛查序列。图像传入Siemens Leonardo图像处理工作站并存入光盘，以备数据分析。

2.2 额叶亚区分割

在前人的基础上对额叶采用三分法[9]：上额叶与中额叶的分界层面是以大脑纵裂开始出现中断为标志（相当于侧脑室顶部层面），如图1a；中额叶与下额叶的分界层面是以内囊、基底节、丘脑能够最清晰显示为标志（相当于第三脑室上部层面），如图1b。按照上述脑内经典的解剖标志，结合额叶扫描横断层数目对大脑额叶进行三等分：将额叶均分为三部分即上额叶、中额叶和下额叶。

图1

2.3 灰质提取

大脑皮层是大脑的表层，由灰质构成，故只需提取图像中灰质体积即脑皮层体积。利用ImageJ软件对逐个横断层图像进行8bit DICOM格式存储，建立连续的图像栈。其次进行脑灰质、白质的分割，在同一受试者的脑横断层额叶图像中，以Wand工具在额叶灰、白质交界处随机标记二十处记号点，并测量其像素值，取平均数（近似为脑灰白质交界处像素值）。后应用Math算法中的Subtract，减去之前测得的平均数，得到仅存皮质的MR图像，如图2a。

2.4 额叶皮层的亚区计算

在先前处理后的图像中勾画感兴趣区（额叶皮层），导出各层面额叶皮层面积并乘以层厚，计算得出各亚区的绝对体积。计算公式如下：皮层体积=∑（皮层横断层面积*层厚）。在获得上、中、下额叶的绝对体积之后，为消除个体头颅大小对体积数据的影响，本研究对额叶皮层亚区的绝对体积进行标准化，V标=V原×V均/Vn。V标为标准化后的体积，V原为绝对体积，V均为平均颅腔体积，Vn为受试者颅腔体积。如图2b。

图2

2.5 统计学方法

数据统计采用SPSS25.0软件。以夏皮罗维尔克检验法（Shapiro-Wilktest）对数据行正态性检验。皮层体积数据以均数±标准差表示。萎缩率以χ2表示。运用单因素方差分析对青、中、老年组间的皮层体积进行比较。运用LSD-t检验对两两组间差异进行比较。运用卡方检验χ2对不同萎缩率的差异进行比较。年龄与皮层体积的关系运用皮尔逊相关分析计算。以P＜0.05作为差异具有统计学意义。

3 结果

3.1 额叶皮层体积的比较分析

青年、中年、老年组额叶皮层体积存在显著差异（F=9.803，P=0.002），进一步两两多重比较的LSD-t检验结果提示青年组皮层体积显著高于中年组，而中年组显著高于老年组，差异具有统计学意义（t=4.021，P=0.044；t=5.187，P=0.037）；另外，男性受试者和女性受试者的额叶皮层体积无显著性差异（F=1.241，P=0.986），提示性别对额叶皮层体积无显著性影响；而受试者右侧额叶皮层体积显著小于左侧（F=6.336，P=0.028），提示侧别对额叶皮层体积具有显著影响。

3.2 额叶皮层体积的亚区分析

与青年组相比，中年组主要表现为右侧中额叶皮层和左侧中额叶皮层的萎缩（萎缩率分别为左侧14.19%，右侧13.13%），且左侧较右侧更为显著。年龄和侧别无交互作用（P＞0.05）。与中年组相比，老年组主要表现为上额叶皮层萎缩（萎缩率分别为左侧17.16%，右侧14.72%），且左侧较右侧更为显著；另外老年组下额叶皮层体积呈现显著萎缩（萎缩率分别为左侧13.30%，右侧12.64%），且左侧较右侧更为显著。上下额叶皮层体积均可见显著的年龄和侧别的交互作用（P＜0.05）。

表1 额叶各亚区皮层体积

3.3 额叶皮层体积与年龄的相关性分析

双侧全额叶皮层体积与年龄均呈负显著相关（左侧r=-0.789，P=0.000；右侧r=-0.783，P=0.000）；进一步的亚区皮层体积的分析中，中额叶皮层体积仅在青中年组中呈现与年龄的显著相关性（左侧r=-0.652，P=0.022；右侧r=-0.645，P=0.024）；上额叶皮层体积和下额叶皮层体积仅在中老年组中呈现与年龄的显著相关性（上额叶左侧r=-0.646，P=0.023；上额叶右侧r=-0.608，P=0.036；下额叶左侧r=-0.632，P=0.028，下额叶右侧r=-0.654，P=0.021）。

4 讨论

随着高场磁共振技术的不断发展，生理性脑皮层萎缩部位的研究也不断细化。但多数全自动化脑体积的测量，均以额叶为最小单位，缺乏对额叶皮层亚区的探究。本研究依据横断层标志性解剖结构对额叶进行再分区来探究额叶各亚区皮层体积的退行性变化规律，从而有利于对额叶皮层萎缩位置的精确定位，更有助于临床工作中对脑额叶皮层生理性萎缩的诊断与鉴别。

本研究结果显示各年龄组间额叶皮层体积存在统计学差异，且额叶皮层体积与年龄相关性显著，表明年龄为生理性脑额叶皮层萎缩的重要因素。青、中年组间的额叶皮层体积差异具有统计学意义，提示额叶生理性萎缩不仅局限于老年期，亦可发生于中年期，这与白伟利[1]等人研究结果相符合。在各年龄组额叶亚区皮层体积的对比中显示，额叶亚区皮层的生理性萎缩具有时序性。青、中年组额叶皮层体积萎缩以中额叶最为显著，中、老年组则在上、下额叶皮层体积萎缩中具有显著性，提示正常人脑额叶皮层体积萎缩可能最先发生于中额叶，随年龄的增长，萎缩的范围再逐渐累及至上、下额叶，且额叶各亚区皮层的萎缩均受侧别的影响，与性别无明显关联。

脑萎缩可分为生理性脑萎缩和病理性脑萎缩，在正常生理性退行性变中，遵循“先进后出”的规律，额叶是最易受年龄影响的脑叶[10]。同时，病理性脑萎缩也会累及额叶，如抑郁症病人，其脑部萎缩主要涉及左侧额叶的额上回以及额下回的岛盖和三角区[11]；另外有学者对额颞叶痴呆病人及AD病人的研究中发现，额前区萎缩具有显著性[12]。故对额叶萎缩部位的细化和萎缩规律的探究，益于完善生理性脑萎缩的特点。本研究中所发现的额叶皮层生理性萎缩的显著部位（青、中年组发生于左中额叶，中、老年组发生于左上额叶），可以为临床在鉴别累及额叶的病理性萎缩的疾病中，提供正常对照组。

本研究也存在一定局限性，由于采取回顾性研究，所以无法对受试者的利手、文化程度等可能与额叶灰质体积相关的因素进行协变量纠正。且样本数量较少，易造成数据结果的偏差。另外，在ROI的选取过程中均由研究者手工描绘，相比全自动测量可重复性欠佳。因此，本实验的数据结果主要是基于小样本条件下，对正常人脑额叶及其亚区皮层退行性萎缩规律的探索，为临床鉴别诊断提供一个对照和参考。如条件允许，临床工作中还应利用多种影像学手段，结合特征性病变对生理性和病理性额叶退行性萎缩进行鉴别和研究。