擴(kuò)散峰度成像對(duì)正常成人腦的微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律

擴(kuò)散峰度成像對(duì)正常成人腦的微觀結(jié)構(gòu)演變規(guī)律

在發(fā)育和老化過程中，人類大腦的結(jié)構(gòu)和形態(tài)發(fā)生了變化，在青春期和成年人的早期階段，白色物質(zhì)體積顯著增加，隨后隨著年齡的推移而減少。年齡相關(guān)性DTI指標(biāo)的變化已經(jīng)被廣泛報(bào)道,符合上述組織微觀結(jié)構(gòu)的改變。擴(kuò)散峰值成像(DKI)是DTI的一個(gè)延伸,目的是描述非高斯方面水的擴(kuò)散。本研究的目的是了解DKI在健康成人大腦隨年齡增長(zhǎng)的變化規(guī)律,包括白質(zhì)區(qū)域和深部核團(tuán),呈現(xiàn)健康成人大腦DKI參考值,可對(duì)今后疾病診斷和研究提供對(duì)照。1數(shù)據(jù)和方法1.1病例選擇及性別分布對(duì)山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院60名健康志愿者進(jìn)行顱腦常規(guī)磁共振檢查和DKI檢查,男性28名,女性32名,年齡20歲~77歲,平均48.4歲。所有志愿者行MR檢查無中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患和其他影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的全身性疾患。按年齡分為3組:20歲~39歲為青年組(20例);40歲~59歲為中年組(20例);60歲及以上為老年組(20例)。1.2核磁共振掃描使用GE3.0T超導(dǎo)型磁共振成像儀,采用八通道頭頸聯(lián)合拓?fù)湎嗫仃嚲€圈進(jìn)行磁共振掃描。先進(jìn)行常規(guī)掃描,包括T1WI-FLAIR軸位和矢狀位、T2WI軸位以及T2WI-FLAIR軸位掃描,排除顱腦器質(zhì)性病變,然后進(jìn)行DKI序列掃描。DKI序列采用平面回波(EPI)序列。1.3半卵圓內(nèi)囊前roi在GEAdvantageWorkstation4.4工作站通過Functool處理軟件進(jìn)行后處理,得到平均峰度(MK)、部分各向異性(FA)、平均擴(kuò)散(MD),圖像分別于半卵圓中心、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢,胼胝體膝部、胼胝體壓部、丘腦、豆?fàn)詈恕⑽矤詈祟^、額葉、頂葉、顳葉設(shè)置橢圓形感興趣區(qū)(ROI),除胼胝體膝部、壓部外,均采用鏡面對(duì)稱方式放置兩側(cè)。分別側(cè)定每個(gè)ROI的MK值、FA值、MD值,每個(gè)ROI重復(fù)測(cè)量3次,取平均值。1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理應(yīng)用SPSS15.0軟件處理,計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,采用單因素方差分析、Pearson相關(guān)分析。2結(jié)果2.1半卵圓中心、內(nèi)囊短時(shí)各組大鼠血清中md值、fa值的變化除豆?fàn)詈送?其他部位的MK值、FA值均與年齡呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。豆?fàn)詈说腗K值、FA值均與年齡呈正相關(guān)(P<0.05)。半卵圓中心、內(nèi)囊后肢,胼胝體膝部、胼胝體壓部、額葉、顳葉、丘腦、豆?fàn)詈?、尾狀核頭的MD值與年齡呈正相關(guān)(P<0.05);內(nèi)囊前肢、頂葉的MD值與年齡的相關(guān)性無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但有隨年齡增長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)。2.2不同組的dki參數(shù)值的比較2.2.1各組內(nèi)囊前頂葉、丘腦的ml值比較半卵圓中心、內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部、胼胝體壓部、額葉、顳葉、豆?fàn)詈恕⑽矤詈祟^的MK值各組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),青年組>中年組>老年組。內(nèi)囊前肢、頂葉、丘腦的MK值在青年組與老年組、中年組與老年組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。豆?fàn)詈说腗K值在各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),但趨勢(shì)與其他部位相反,即為老年組>中年組>青年組。2.2.2各部位青年組、老年組干部隊(duì)伍模型型半卵圓中心、胼胝體膝部、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、額葉白質(zhì)FA值青年組與中年組有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),青年組>中年組。各部位青年組與老年組有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),除豆?fàn)詈送?均為青年組>老年組;豆?fàn)詈藶榍嗄杲M<老年組。胼胝體膝部、胼胝體壓部、內(nèi)囊后肢、頂葉、顳葉、丘腦、尾狀核頭FA值中年組與老年組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),中年組>老年組。2.2.3嘴唇、核頭md值各個(gè)人組,嘴唇、核頭md值青年組;老年組則見表1,2半卵圓中心、胼胝體壓部、內(nèi)囊后肢、豆?fàn)詈说腗D值青年組與老年組、中年組與老年組,內(nèi)囊前肢、頂葉MD值中年組與老年組,胼胝體膝部、額葉、顳葉、丘腦、尾狀核頭MD值青年組與老年組,胼胝體膝部MD值青年組與中年組有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),老年組>中年組、老年組>青年組、中年組>青年組。胼胝體膝部MD值中年組與老年組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),為中年組>老年組。3dki與年齡相關(guān)性研究關(guān)于腦白質(zhì)老化的研究報(bào)道是在DTI基礎(chǔ)上測(cè)量的,包括在33歲以前成年人的FA值呈非線性增加,隨后呈非線性降低,形如標(biāo)準(zhǔn)的拋物線。MD在白質(zhì)顯示了相反的模式,38歲以前呈非線性減少,之后類似的非線性增加,即一個(gè)倒拋物線。在一些灰質(zhì),FA被證明能夠遵循一個(gè)倒拋物線,最低約33歲。FA的這種減少已經(jīng)證明在尾狀核和殼。而關(guān)于FA及MD的研究是在水分子擴(kuò)散的高斯領(lǐng)域,無法解決多神經(jīng)纖維交叉問題。DKI作為擴(kuò)散成像的新技術(shù),其技術(shù)的產(chǎn)生歷經(jīng)一個(gè)對(duì)組織內(nèi)水分子擴(kuò)散呈非正態(tài)分布的認(rèn)識(shí)、四階張量應(yīng)用于磁共振成像的轉(zhuǎn)變過程?？梢粤炕鎸?shí)水分子擴(kuò)散與理想的高斯分布擴(kuò)散的位移偏離大小,表征水分子擴(kuò)散受限程度和擴(kuò)散的不均質(zhì)性,其MK是一個(gè)反映擴(kuò)散受限程度的無量綱參數(shù),更加敏感探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)的改變,因此可能是疾病早期的標(biāo)記,例如在帕金森病、中風(fēng)、腫瘤、多發(fā)硬化、神經(jīng)退行性疾病等領(lǐng)域已有初步研究。而且目前國(guó)外關(guān)于正常人DKI研究表明,MK值與年齡呈負(fù)相關(guān),MK值隨年齡增長(zhǎng)明顯下降。其可能與組織微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性如組織密度、方向、細(xì)胞膜完整程度、髓鞘層等改變有關(guān)。目前對(duì)于DKI在健康成人大腦與年齡關(guān)系的研究報(bào)道較少,且研究結(jié)果不一。有文獻(xiàn)報(bào)道,關(guān)于年齡和MK相關(guān)性在直方圖的分析;從青年人到老年人所有白質(zhì)和灰質(zhì)的峰值減少。Nilssom等對(duì)健康成人大腦的正常老化過程定量測(cè)定研究發(fā)現(xiàn),隨年齡增長(zhǎng),胼胝體膝部、半卵圓中心、額葉白質(zhì)、丘腦等MK值明顯下降,MK值與年齡呈線性回歸,FA值及MD值與年齡無相關(guān)性。而有關(guān)于DTI研究報(bào)道,對(duì)健康成人大腦關(guān)于青年組、中年組與老年組間的FA值研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)囊后肢、胼胝體膝部等FA值各組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)。本組研究表明,除豆?fàn)詈送?其他部位的MK值與年齡呈負(fù)相關(guān),這與Nilssom研究結(jié)果基本相符,而FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)(除豆?fàn)詈送?,MD值與年齡呈正相關(guān)(除內(nèi)囊前肢和頂葉外),這與Nilssom研究結(jié)果不相符,分析可能的原因?yàn)椴煌芯空哌x擇興趣區(qū)的方法不同和所選研究范圍的不同。本研究結(jié)果表明,在內(nèi)囊前肢、頂葉的MK值青年組與老年組、中年組與老年組間有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而青年組與中年組間無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,但青年組的平均MK值還是大于中年組,說明隨年齡增長(zhǎng),MK仍有下降的趨勢(shì),可能由青年到中年下降的幅度較小,因而無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。是否增加樣本數(shù)能使比較結(jié)果差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,尚待進(jìn)一步研究。另外,本研究結(jié)果表明在胼胝體壓部、半卵圓中心、額葉、顳葉、尾狀核頭MK值青年組、中年組、老年組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而在胼胝體壓部、顳葉、尾狀核頭的青年組與中年組,半卵圓中心、額葉的中年組與老年組的FA值及胼胝體壓部、半卵圓中心、額葉、顳葉的青年組與中年組,額葉、顳葉、尾狀核頭的中年組與老年組的MD值組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說明MK值比FA值、MD值更敏感,是水?dāng)U散研究從高斯水進(jìn)入非高斯水領(lǐng)域,解決了DTI無法解決的多神經(jīng)纖維交叉問題,更加能夠真實(shí)反應(yīng)腦組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。例如DKI在膠質(zhì)瘤研究中,膠質(zhì)瘤Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)的MK值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而FA值與MD值均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本組豆?fàn)詈说腗K、FA、MD與年齡呈正相關(guān)。豆?fàn)詈说腗K、FA與其他部位相反,即隨年齡增長(zhǎng)而增加,可能與其特定的解剖特點(diǎn)有關(guān)。豆?fàn)詈税瑲ず蜕n白球2部分,殼主要由致密排列的小神經(jīng)元構(gòu)成,其間有散在大的多極神經(jīng)元,蒼白球包含一些白色的有髓纖維束,因而豆?fàn)詈耸且环N灰