黃 文 蘇晉生 祁建軍

1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像系，山西太原 030001；2.太原市中心醫(yī)院影像科，山西太原 030001

擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是在擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種成像及后處理技術(shù)，它是在DWI基礎(chǔ)上另外施加至少6個(gè)方向以上擴(kuò)散敏感梯度后獲取的影像，突顯并量化了組織中水分子擴(kuò)散的各向異性信息，能夠精確地顯示組織的微觀結(jié)構(gòu)，是目前唯一可以無創(chuàng)性地反映活體組織水分子交換功能狀態(tài)的檢查技術(shù)，可以從細(xì)胞及分子水平研究疾病的病理生理改變情況[1]。通過DTI相關(guān)參數(shù)的分析，可以對(duì)髓鞘密度和完整性等纖維束的微觀特性進(jìn)行量化評(píng)估，為腦白質(zhì)的發(fā)育、成熟、衰老及相關(guān)疾病的深入研究提供了可能。胼胝體由連合兩側(cè)大腦半球新皮質(zhì)的纖維構(gòu)成，是連接兩側(cè)大腦半球最大的聯(lián)合纖維束，其完整性對(duì)于大腦半球之間神經(jīng)信息的整合、皮質(zhì)的機(jī)能發(fā)育、情感、認(rèn)知及學(xué)習(xí)記憶等方面非常重要。本研究擬通過DTI技術(shù)對(duì)各個(gè)年齡正常成人胼胝體纖維束的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，探究其與年齡的相關(guān)性?，F(xiàn)報(bào)道如下：

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析太原市中心醫(yī)院2006年12月31日～2008年12月31日體檢的102名健康成年志愿者。其中，男49名，女53名；年齡20～73歲，平均47.1歲；均為右利手。按年齡分為三組：20～39歲為青年組（35名）；40～59歲為中年組（37名）；60歲及以上為老年組（30名）。納入標(biāo)準(zhǔn)：正常成年人，均無神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及其他系統(tǒng)病史，并且常規(guī)MRI也未發(fā)現(xiàn)異常。

1.2 檢查方法

磁共振檢查采用Siemens Sonata 1.5 T型超導(dǎo)磁共振成像儀，梯度場(chǎng)強(qiáng)40 mT/m，切換率200 Mt/m/ms，4通道相控陣頭線圈，用海綿墊將志愿者頭部固定。FOV為240 mm×240 mm，T1WI使用 SE 序列（TR/TE=520/15 ms），T2WI使用 TSE 序列（TR/TE=3 800/120 ms），常規(guī)橫斷面掃描，掃描層厚 6 mm，層數(shù) 16，翻轉(zhuǎn)角 90°，采集次數(shù) 4，距陣 256×256。 DTI：采用彌散敏感單次激發(fā)回波平面成像序列（TR/TE=6 000/95 ms），在橫斷面掃描，兩個(gè)擴(kuò)散敏感系數(shù)b值為0和1 000 mm2/s，在12個(gè)方向上施加梯度脈沖，掃描層數(shù)36層，層厚3 mm，無間隔，掃描時(shí)間 4′20″。

1.3 圖像分析及纖維束重建：

DTI原始數(shù)據(jù)傳輸至Leonardo工作站，追蹤胼胝體纖維的ROI選在正中矢狀面圖像上，范圍包括整個(gè)胼胝體，F(xiàn)A閾值設(shè)定為0.2，步長(zhǎng)偉0.5mm，角度閾值為35°，顯示管半經(jīng)0.40 mm，體素內(nèi)采樣數(shù)目為2。使用fiber tracking纖維跟蹤軟件，依據(jù)最小張量域算法重建出胼胝體纖維，測(cè)量其整體的部分各向異性（FA）和表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 14.0軟件進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）的形式表示，多組均數(shù)比較采用方差分析（ANOVA），多個(gè)樣本均數(shù)的兩兩比較，采用LSD-t檢驗(yàn)；胼胝體纖維的部分各向異性（FA）值、表觀擴(kuò)散系數(shù)（ADC）值和年齡的相關(guān)分析采用Pearson相關(guān)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

由圖1可見，3D纖維束成像-胼胝體的正側(cè)面觀，較清晰地顯示了胼胝體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，與經(jīng)典的解剖學(xué)描述基本一致。不同年齡組相關(guān)胼胝體纖維相關(guān)參數(shù)見表1，不同年齡組胼胝體纖維的各向異性和擴(kuò)散特征值存在顯著性差異（分別為 F=109.981，P<0.05；F=37.78，P<0.05）。各年齡組之間胼胝體纖維的FA值和ADC值通過LSD-t檢驗(yàn)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），胼胝體纖維的FA值與年齡呈顯著性負(fù)相關(guān)（r=-0.854，P<0.05）；胼胝體纖維的ADC值與年齡呈顯著性正相關(guān)（r=0.625，P<0.05）。 見圖2、3。

表1 不同年齡組相關(guān)胼胝體纖維相關(guān)參數(shù)結(jié)果（±s）

表1 不同年齡組相關(guān)胼胝體纖維相關(guān)參數(shù)結(jié)果（±s）

組別 FA值 ADC值（e-4 mm2/s）青年組（n=35）中年組（n=37）老年組（n=30）0.512±0.012 0.489±0.009 0.472±0.108 8.598±0.358 8.871±0.395 9.784±0.873

圖1 3D纖維束成像-胼胝體的正側(cè)面觀

3 討論

擴(kuò)散張量成像（DTI）通過在至少6個(gè)以上的方向施加擴(kuò)散敏感梯度來測(cè)量組織中水分子擴(kuò)散的程度和方向性，是在活體上進(jìn)行水分子擴(kuò)散的量化評(píng)價(jià)及成像的唯一方法。FA和ADC是DTI最常用的特征性觀測(cè)指標(biāo)，其中FA定量分析組織中水分子的各向異性特征，F(xiàn)A值的大小一方面與纖維束的直徑、密度以及髓鞘化程度等微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)；另一方面又與神經(jīng)纖維排列的緊密程度、神經(jīng)纖維束走行方向的一致性等宏觀結(jié)構(gòu)相關(guān)。如白質(zhì)束越致密、纖維排列越整齊的組織，各向異性越高；而白質(zhì)束相對(duì)較松散，排列欠規(guī)則的組織，則各向異性程度相對(duì)較低[2]。ADC表示組織中水分子的彌散性大小，ADC值的大小與組織灌注的狀態(tài)、細(xì)胞內(nèi)、外水分子的運(yùn)動(dòng)等因素有關(guān)?？傊?，F(xiàn)A值主要反映纖維束解剖結(jié)構(gòu)完整性的情況，ADC值主要反映細(xì)胞外間隙大小的變化。通過相關(guān)參數(shù)值的綜合分析，可以精確地了解被檢測(cè)區(qū)組織內(nèi)部細(xì)微結(jié)構(gòu)的狀況。

彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）是DTI技術(shù)的進(jìn)一步延伸，其原理是假設(shè)彌散張量成像中最大本征值具有局部占優(yōu)勢(shì)的纖維束走行方向的信息特征。DTT將體素內(nèi)纖維束的方向信息綜合起來，遍可重建出完整的纖維束，它可以了解腦組織中神經(jīng)纖維的數(shù)目、排列方向的一致性以及纖維束的完整性等微觀方面信息，目前研究主要用于評(píng)估組織結(jié)構(gòu)的完整性、病理生理改變情況以及組織結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系[3]。盡管關(guān)于DTT重建算法很多，但總的原則是使含有相同纖維軸索的體素直接連接起來。白質(zhì)纖維束重建技術(shù)算法目前有以下三種：①研主特征向量方向的曲線積分法及其改進(jìn)算法，如最小張量域算法；②基于模擬擴(kuò)散的優(yōu)化追蹤算法；③基于概率的追蹤算法[4]。本研究采用最小張量域算法。彌散張量纖維束成像的控制參數(shù)包括FA閾值、步長(zhǎng)、角度閾值、顯示管半徑以及體素內(nèi)采樣數(shù)目等。FA閾值是控制纖維束成像的重要參數(shù)，當(dāng)纖維束延伸至低于FA閾值的區(qū)域時(shí)，則會(huì)立即終止，有效地防止其延伸的纖維進(jìn)入腦脊液或灰質(zhì)內(nèi)。FA閾值作為追蹤終止的條件尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，如Mori等[5]進(jìn)行白質(zhì)纖維束時(shí)設(shè)置的纖維追蹤終止的FA閾值為0.25。FA的閾值差異有可能影響到腦白質(zhì)纖維束的顯示情況，這需要進(jìn)一步深入的研究。本研究FA的閾值設(shè)置為0.2；步長(zhǎng)是指計(jì)算纖維束的軌跡時(shí)，在最大本征向量方向上最新的傳播距離，從理論上講，步長(zhǎng)越小，結(jié)果越可信，但這樣會(huì)增加重建的時(shí)間。一般情況下，纖維追蹤的步長(zhǎng)應(yīng)該遠(yuǎn)小于體素的寬度。當(dāng)像素寬度較大時(shí)，可采用圖像插值技術(shù)來提高追蹤的精度[6]，如樣條插值、三線性插值等技術(shù)。角度閾值是指相鄰兩個(gè)步長(zhǎng)間最大本征向量所構(gòu)成的角度，當(dāng)該值設(shè)置不當(dāng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致纖維軌跡偏離正常。

胼胝體起源于皮質(zhì)內(nèi)第、V層的大椎體細(xì)胞，是腦內(nèi)最大的連合纖維。在腦的正中 狀面上，一般將胼胝體分為四部分，即嘴部、膝部、體部和壓部。胼胝體體部纖維在中線附近是橫向走形，構(gòu)成了側(cè)腦室的頂部；胼胝體嘴部位于其體部前下方呈向后下走形的錐形狹窄；胼胝體膝部纖維彎想內(nèi)前方，與左右額葉前部相連，呈鉗狀，故稱為額鉗；胼胝體干的纖維連接兩側(cè)額葉的運(yùn)動(dòng)前區(qū)、中央前回、顳葉和頂葉形成胼胝體輻射；胼胝體壓部纖維呈弓狀彎向后與兩側(cè)枕葉相聯(lián)系，稱為枕鉗。3D纖維束成像-胼胝體的正側(cè)面觀，較清晰的顯示胼胝體的上述解剖結(jié)構(gòu)。胼胝體在大腦半球之間神經(jīng)信息的整合、皮質(zhì)的機(jī)能發(fā)育、情感、認(rèn)知及學(xué)習(xí)記憶等方面非常重要。

隨著正常成人老化的過程，構(gòu)成腦白質(zhì)纖維髓鞘主要成分的髓鞘堿性蛋白和卵磷質(zhì)脂減少，髓鞘結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致神經(jīng)纖維功能的傳導(dǎo)受限。這些微觀上的病理生理變化往往發(fā)生在宏觀腦組織結(jié)構(gòu)變化之前，腦組織結(jié)構(gòu)的宏觀變化主要有隨腦萎縮而發(fā)生的腦室擴(kuò)大以及腦溝、腦裂增深、增寬。傳統(tǒng)的磁共振成像檢查只能在腦組織總的解剖學(xué)變化上進(jìn)行評(píng)價(jià)，而DTI則可以從分子及細(xì)胞水平探測(cè)腦組織內(nèi)發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)改變。ROI法是分析、評(píng)價(jià)年齡因素對(duì)腦組織彌散的影響最常用的方法。研究表明，不同年齡段大腦白質(zhì)各向異性存在差異，成人隨著年齡增大，大腦白質(zhì)纖維的FA值呈下降趨勢(shì)，而ADC值呈上升趨勢(shì)。組織的FA值與年齡呈負(fù)相關(guān)，隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸下降，其中以胼胝體膝部和半卵圓中心最為明顯[7]。而Abe等[8]研究報(bào)道僅胼胝體膝部的FA值隨年齡的增長(zhǎng)而降低。傳統(tǒng)ROI分析法存在著可重復(fù)性差、易受周圍組織容積效應(yīng)的影響、不能完整的反應(yīng)整體纖維束狀態(tài)等缺陷，鑒于DTI技術(shù)是目前唯一能在活體組織中顯示白質(zhì)纖維束的走向、排列、方向、緊密度、髓鞘化情況等信息的非侵入性方法[19]，有學(xué)者由此提出了關(guān)于纖維束的定量分析方法，該方法將整個(gè)纖維束視作一個(gè)ROI，也可在沿著纖維束的方向是繪制多個(gè)ROI，此方法客服了傳統(tǒng)ROI分析方法的部分不足之處，提高了繪制纖維束ROI的可靠性[10-11]。本研究采用了基于纖維束的分析方法，結(jié)果表明胼胝體纖維在整體上其平均FA值隨著年齡的增長(zhǎng)而呈下降趨勢(shì)，而平均ADC值隨年齡增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)。由于本研究只檢測(cè)了胼胝體，其他腦白質(zhì)纖維在整體上是否也存在隨年齡的相關(guān)性變化值得探究。

MR-DTI作為一種新的功能MR成像手段，使人類從微層面對(duì)腦白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系的研究達(dá)到了空前的高度。相信隨著DTI技術(shù)的不斷完善，其在臨床的應(yīng)用前景方面會(huì)更加廣泛。

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