陳 聰，侯 波，有 慧，呂悅雷，徐 雁，馮 逢

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 北京協(xié)和醫(yī)院 1放射科 2神經(jīng)科，北京100730

視神經(jīng)脊髓炎 (neuromyelitis optica，NMO)也稱Devic病或Devic綜合征，是一種以侵犯視神經(jīng)和脊髓為主的特發(fā)性炎性脫髓鞘疾病，部分NMO患者腦部存在病灶，但是在常規(guī)磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI)上的表現(xiàn)不顯著，且缺乏特異性。有研究顯示即使NMO患者的常規(guī)顱腦MRI未顯示明顯病灶，也存在隱匿性腦損傷［1］。應用彌散張量成像的研究顯示NMO患者部分表現(xiàn)正常的腦白質區(qū)域存在擴散異常［2-4］?；隗w素的形態(tài)測量學 (voxel-based morphometry，VBM)是一種全面、客觀的腦結構影像學分析技術，能定量分析腦結構的微小變化，發(fā)現(xiàn)隱匿性腦結構損傷。有研究顯示NMO患者有腦灰質萎縮的現(xiàn)象［5-7］。目前，學者對NMO患者腦結構改變尚未形成統(tǒng)一結論。本研究采用3T MRI系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，應用VBM分析NMO患者腦灰質結構變化，探討NMO患者的腦損傷模式。

對象和方法

對象 選取2013年8月至2014年1月就診于北京協(xié)和醫(yī)院神經(jīng)內科的NMO患者16例。其中男性4例、女性12例;年齡17～44歲，平均 (31.8±8.5)歲。病程12～300個月，中位病程41.5個月;復發(fā)次數(shù)1～23次，中位復發(fā)次數(shù)3次。擴展殘疾狀態(tài)量表(expanded disability status scale，EDSS)評分1～5.5分，中位評分2.75分。14例患者的血清NMO-IgG呈陽性，2例呈陰性。所有患者均符合2006年Wingerchuk等［8］制訂的NMO診斷標準:(1)必要條件:視神經(jīng)炎和急性脊髓炎;(2)支持條件 (至少滿足下述條件中的兩項):腦部MRI表現(xiàn)不符合多發(fā)性硬化的診斷標準;脊髓MRI顯示長T2信號病灶連續(xù)達到3個或3個以上椎體節(jié)段;血清NMO-IgG陽性。排除標準:(1)腦內有明確梗死、腫瘤等病變;(2)有高血壓、高血脂、糖尿病等心、腦血管病危險因素;(3)患者拒絕參加本項研究。選取性別、年齡與NMO患者相匹配的健康志愿者16名作為對照組。其中男性4名、女性12名;年齡18～44歲，平均 (31.1±7.8)歲。排除標準同病例組。病例組及對照組所有個體均為右利手，均否認神經(jīng)及精神系統(tǒng)病史。檢查前詳細告知所有受試者研究目的及方法，患者簽署知情同意書。

數(shù)據(jù)采集 磁共振成像應用GE Discovery MR750 3.0T磁共振成像系統(tǒng)和頭部8通道相控陣線圈采集完成。成像序列包括:(1)橫軸位快速自旋回波T2加權序列，定位線平行于前聯(lián)合-后聯(lián)合線，成像參數(shù)為:回波時間 (echo time，TE)100 ms，重復時間 (repetition time，TR)7 825 ms，激勵次數(shù) (number of excitations，NEX)4，視野 (field of view，F(xiàn)OV)24 cm ×24 cm，成像矩陣480×480，層厚4.0 mm，層間距0 mm，連續(xù)36層圖像覆蓋全腦。(2)橫軸位液體衰減翻轉恢復序列，定位線平行于前聯(lián)合-后聯(lián)合線，成像參數(shù)為:TE 120 ms，TR 12 000 ms，反轉時間2 200 ms，NEX 2.00，F(xiàn)OV 24 cm×18 cm，成像矩陣352×224，層厚4.0 mm，層間距0 mm，連續(xù)36層圖像覆蓋全腦。(3)全腦等體素矢狀位T1加權結構像采用三維快速擾相梯度回波序列，成像參數(shù)為:TE 2.9 ms，TR 7.7 ms，反轉時間400 ms，NEX 2.00，F(xiàn)OV 25.6 cm×25.6 cm，成像矩陣256×256，層厚1.0 mm，層間距0 mm，共180層。所有圖像均經(jīng)目測評價以確保成像質量。

圖像后處理及數(shù)據(jù)分析 將所有病例組及對照組三維快速擾相梯度回波原始數(shù)據(jù)傳輸至PC機，數(shù)據(jù)分析采用最新版統(tǒng)計參數(shù)圖 (statistical parametric mapping，SPM)8軟件，運行環(huán)境為MatlabR2012b。使用VBM8 Toolbox(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm/download/)工具箱進行數(shù)據(jù)預處理，處理過程依據(jù)VBM8 Toolbox官方的操作指南及教程。具體步驟如下:(1)采用MRIcron軟件 (http://www.nitrc.org/projects/mricron)將所有受試者的原始圖像轉換為SPM8可處理的格式。(2)將上一步生成的圖像分割為灰質、白質和腦脊液，在分割過程中自動為每個研究對象產(chǎn)生一個文件，其中包含灰質、白質和腦脊液的原始體積值。(3)利用DARTEL算法將上一步生成的文件標準化至由蒙特利爾神經(jīng)學研究所 (Montreal Neurological Institute，MNI)定義的MNI模板。(4)對標準化后的圖像進行質量和均質性檢查。 (5)采用8 mm半高全寬高斯核對腦灰質、腦白質及腦脊液進行平滑。 (6)平滑后的圖像用于灰、白質體積的比較，提取灰質變化的區(qū)域。

腦組織體積 (brain tissue volume，BTV)為受試者腦灰質體積 (grey matter volume，GMV)和腦白質體積 (white matter volume，WMV)之和。全腦體積(total intracranial volume，TIV)為受試者GMV、WMV及腦脊液體積的總和。腦組織體積變量的計算:腦灰質分數(shù) (grey matter fraction，GMF)、腦白質分數(shù)(white matter fraction，WMF)和全腦組織分數(shù) (brain tissue fraction，BTF)分別為受試者GMV、WMV、BTV與TIV的比值。

統(tǒng)計學處理 使用IBM SPSS 20.0軟件對組間GMV、WMV、BTV、TIV、GMF、WMF及BTF進行獨立樣本t檢驗比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。采用SPM8的兩獨立樣本t檢驗比較病例組與對照組基于體素的灰質體積，P＜0.005為差異有統(tǒng)計學意義，簇閾值為30個相鄰體素。將NMO患者與對照組之間有顯著差異的腦區(qū)提取出來，利用Rest(http://pub.restfmri.net/)相關分析分別對上述各個腦區(qū)的體積與患者的臨床病程、復發(fā)次數(shù)及EDSS評分進行相關性檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義，簇閾值為30個相鄰體素。

結果輸出及解剖定位 應用xjview(http://www.alivelearn.net/xjview/)將SPM生成的統(tǒng)計結果疊加至標準解剖成像模板，設定適當?shù)拈撝岛蚉值，得到t值分布圖，并以簇為單位得到各簇的解剖定位。

結 果

全腦體積 NMO組和對照組的 GMV、WMV、BTV、TIV、GMF、WMF、BTF差異均無統(tǒng)計學意義(P值均＞0.05)(表1)。

局部腦灰質體積 與對照組相比，NMO組雙側小腦半球、雙側額葉、右側頂葉、雙側枕葉、雙側顳葉、雙側尾狀核、雙側丘腦的多個區(qū)域灰質體積減小 ［P＜0.005(非校正)］(表2、圖1)。幕上灰質體積減小區(qū)域具體分布為中央前回、中央后回、舌回、顳中回、顳下回、枕上回、枕下回、楔葉、楔前葉、距狀裂周圍皮層、尾狀核 (頭、體)、丘腦、視束、Brodmann 1、3、4、6、17、18及19區(qū)。多數(shù)灰質喪失分布于雙側腦內結構，簇的體素數(shù)有一定的偏側性，如左側小腦半球的灰質喪失較右側明顯。

NMO患者灰質萎縮腦區(qū)的體積與患者的臨床指標相關性 NMO患者少部分灰質萎縮腦區(qū)的體積與EDSS評分、病程、復發(fā)次數(shù)呈負相關，與EDSS評分呈負相關的區(qū)域主要有雙側小腦、右側顳葉、右側丘腦，NMO患者雙側顳下回、右側顳極的體積與病程和復發(fā)次數(shù)呈負相關 (表3)。

表1 健康對照組與NMO組腦體積的比較 (n=16，±s)Table 1 Comparison of brain volumes between healthy controls and NMO patients(n=16，±s)

表1 健康對照組與NMO組腦體積的比較 (n=16，±s)Table 1 Comparison of brain volumes between healthy controls and NMO patients(n=16，±s)

NMO:視神經(jīng)脊髓炎;GMV:腦灰質體積;WMV:腦白質體積;BTV:腦組織體積;TIV:全腦體積;GMF:腦灰質分數(shù);WMF:腦白質分數(shù);BTF:全腦組織分數(shù)NMO:neuromyelitis optica;GMV:grey matter volume;WMV:white matter volume;BTV:brain tissue volume;TIV:total intracranial volume;GMF:grey matter fraction;WMF:white matter fraction;BTF:brain tissue fraction

分組Group GMV(ml) WMV(ml) BTV(ml) TIV(ml) GMF(%) WMF(%) BTF(%)對照組Control group 646.9±65.6 497.1±69.3 1 144.0±126.1 1 355.4±154.6 47.8±2.1 36.6±1.8 84.4±1.4 NMO組NMO group 651.3±69.4 536.8±96.7 1 188.1±147.1 1 415.6±184.2 46.2±3.2 37.8±3.0 84.0±1.2 t＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 0.182 1.335 0.909 1.001 －1.636 1.298 －0.943 P

討 論

本研究利用VBM技術將年齡及性別分布差異無統(tǒng)計學意義的NMO患者組和健康志愿者組的腦體積進行組間差異比較，結果顯示與對照組相比，NMO組存在多個腦區(qū)的灰質體積下降。這與以往使用VBM技術的類似研究所取得的結果具有較好的一致性［1，5，9］。中央前回 (Brodmann 4 區(qū)) 和 Brodmann 6區(qū)為初級運動皮層和前運動皮層，支配軀體的隨意運動和協(xié)調姿勢動作。中央后回 (Brodmann 1、3區(qū))為體感皮層，接受身體的痛、溫、觸和本體感覺。NMO患者發(fā)生脊髓炎時會出現(xiàn)一系列臨床癥狀，包括運動障礙和感覺障礙，上述區(qū)域的灰質體積減小提示NMO脊髓病變可能引起繼發(fā)性運動和感覺皮層損傷。NMO患者常出現(xiàn)急性視神經(jīng)炎，視力迅速部分或全部喪失，視力喪失在數(shù)月內穩(wěn)步進展，進行性加重。與多發(fā)性硬化 (multiple sclerosis，MS)相比，NMO患者的視神經(jīng)病變更容易累及雙側視神經(jīng)，預后較差，盡管使用抗炎和免疫抑制治療，患者的視覺功能也很難完全恢復。視覺中樞位于枕葉，包括楔葉、舌回、距狀裂周圍皮層 (Brodmann 17、18及19區(qū))，本研究顯示NMO患者視覺中樞灰質體積減小，符合NMO患者的臨床特點，從結構上揭示NMO視神經(jīng)病變可能引起患者視皮層受損。Pichiecchio等［9］利用VBM技術研究顯示，與健康對照組比較，NMO患者感覺運動皮層和視皮層的灰質體積減小。丘腦和尾狀核與神經(jīng)

節(jié)和大腦皮層廣泛連接，在感覺、意識、注意力和運動功能方面發(fā)揮重要作用。顳葉和邊緣葉與精神、記憶、情感和認知相關。有研究顯示NMO患者常出現(xiàn)認知障礙［10-11］，本研究顯示NMO患者的上述區(qū)域灰質萎縮，提示NMO患者可出現(xiàn)感覺、運動及認知障礙。Duan等［5］利用VBM技術研究顯示，NMO患者灰質體積減少的區(qū)域位于額葉、顳葉、頂葉和島葉。Chanson等［1］報道與對照組相比，NMO患者的丘腦和前額葉皮層灰質體積減小。

表2 NMO組較對照組灰質減少的簇及極值點坐標Table 2 Clusters and peak values of decrease of grey matter volume in NMO patients relative to healthy controls

圖1 NMO組較對照組灰質體積減少的簇分布圖Fig 1 Clusters of decrease of grey matter volume in NMO patients compared to healthy controls

表3 NMO組灰質萎縮腦區(qū)的體積與患者的臨床指標相關性Table 3 Correlations between grey matter volumes and clinical variables in NMO group

本研究利用VBM技術研究顯示，NMO患者存在灰質體積減小，這與其他MRI研究方法所取得的結果［12-15］具有較好的一致性。Rocca等［12］利用磁化傳遞成像研究顯示，NMO患者表現(xiàn)正常的腦灰質區(qū)域的磁化傳遞率減少，說明表現(xiàn)正常的腦灰質存在隱匿性腦損傷。Calabrese等［13］利用FreeSuerfer軟件研究顯示，與健康志愿者相比，NMO患者的中央前回、中央后回及距狀回有局部的輕微皮層厚度變薄。Yu等［14］等利用擴散張量成像研究顯示，MRI表現(xiàn)正常的NMO患者，其腦組織擴散存在異常，并認為這種異常可能是繼發(fā)于視神經(jīng)和脊髓病變的退行性改變。Rocca等［15］研究顯示，與對照組相比，NMO患者的感覺運動皮層、顳葉和枕葉存在功能異常。

病程較長的MS患者幾乎都會出現(xiàn)腦灰質病變，病理和影像研究顯示，即使第1次發(fā)病的MS患者，皮層病變也非常常見。目前尚未發(fā)現(xiàn)NMO患者有明確的灰質病變。Calabrese等［13］使用雙反轉回復序列成像研究NMO、MS和健康志愿者，結果顯示超過2/3的復發(fā)性MS患者有皮層病變，而NMO和健康志愿者無皮層病變。水通道蛋白4(aquaporins 4，AQP4)抗體在NMO的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。在補體存在的情況下，AQP4抗體與AQP4結合后可以激活補體依賴途徑和抗體依賴的細胞介導的細胞毒性作用，導致星形膠質細胞受損、壞死［16］。星形細胞壞死后，少突膠質細胞迅速死亡，導致繼發(fā)性脫髓鞘［17］。Popescu等［18］對 19 例 NMO 患者的腦組織進行免疫組織化學分析，未發(fā)現(xiàn)皮層脫髓鞘改變，作者認為NMO患者的認知損害和皮層影像異常改變不是由皮層脫髓鞘引起的，而且認為無皮層病變是NMO和MS的一個鑒別點。近來，Saji等［10］對NMO、MS患者和健康對照進行神經(jīng)病理檢查顯示，NMO患者大腦皮層Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層有神經(jīng)元丟失，Ⅱ層有大量活化的小膠質細胞，在NMO患者腦內未發(fā)現(xiàn)皮層脫髓鞘改變。本研究的結果證實，NMO患者腦內存在灰質萎縮，考慮為繼發(fā)改變，但NMO患者灰質體積減小的機制尚需要進一步研究。

本研究顯示NMO患者雙側小腦半球灰質體積減小，既往未見相似報道。小腦的功能主要是調節(jié)肌肉緊張程度、維持軀體姿勢和平衡、協(xié)調隨意運動，協(xié)調人體運動。NMO主要累及視神經(jīng)和脊髓，且大部分NMO患者會反復發(fā)作視神經(jīng)炎和 (或)脊髓炎。而且隨著復發(fā)次數(shù)增加，脊髓病變的恢復率不斷下降。因此脊髓炎的反復發(fā)作會增加NMO患者的致殘率，加重運動障礙。筆者認為小腦灰質體積減小可能是脊髓病變所致運動障礙的繼發(fā)改變。目前有關NMO患者小腦灰質萎縮的報道較少，其損傷的病理生理機制尚需要進一步探討。

本研究顯示雙側小腦、右側顳葉、右側丘腦灰質體積與EDSS評分呈負相關，表明這些受累區(qū)域的體積與患者臨床癥狀的程度相關，但既往類似報道較少。本研究顯示NMO患者雙側顳下回、右側顳極的灰質體積與病程和復發(fā)次數(shù)呈負相關，即隨著NMO患者病程的增加和復發(fā)次數(shù)增多，這些區(qū)域將會出現(xiàn)進行性的灰質喪失。

本研究采用非校正的分析方法得到NMO患者腦灰質體積減小的分布結果。而當采用錯誤發(fā)現(xiàn)率校正比較時，未發(fā)現(xiàn)NMO患者有顯著的灰質萎縮區(qū)域，提示NMO患者的腦灰質體積改變比較輕微，并不顯著，這與部分學者的觀點［1，5］較一致。Duan 等［5］采用校正的多因素比較 (P＜0.01)分析NMO患者的皮層體積變化時發(fā)現(xiàn)，NMO患者與健康對照組的腦皮層體積差異無統(tǒng)計學意義;而當使用非校正 (P＜0.001)的方法分析時，發(fā)現(xiàn)NMO患者組在額葉、顳葉、頂葉和島葉部分區(qū)域出現(xiàn)明顯的皮質萎縮。Chanson等［1］比較NMO患者和對照組的灰質體積差異時，也采取的是非校正的方法。

本研究顯示NMO患者的灰質體積減小情況尚存在以下不足之處:(1)本組病例樣本量相對較少;(2)缺乏組織病理學證據(jù);(3)未考慮脊髓病變可能對腦體積的影響;(4)未考慮激素治療對研究結果的影響;(5)關于NMO患者灰質萎縮腦區(qū)的體積與臨床指標相關性分析缺乏隨訪研究證據(jù)。

綜上，在全腦水平，NMO患者并無明顯的腦體積減小。使用VBM技術的研究結果顯示，NMO患者存在腦灰質異常，表明VBM方法可以有效的反應NMO患者與對照組在局部腦區(qū)灰質體積的差異。本研究顯示部分區(qū)域體積變化與EDSS評分、病程及復發(fā)次數(shù)呈負相關，提示隨著EDSS評分、病程及復發(fā)次數(shù)的增加，患者的灰質體積減小更明顯，但需要進一步研究證實。本研究顯示腦灰質萎縮區(qū)域與既往使用VBM技術的研究結果具有部分一致性，并且發(fā)現(xiàn)既往文獻未提及的小腦灰質萎縮情況，表明NMO患者確實存在腦隱匿性損傷，為NMO患者腦結構異常和臨床癥狀提供了影像學證據(jù)和基礎。但NMO患者局部灰質萎縮的機制尚需要進一步研究探討。

［1］ Chanson JB，Lamy J，Rousseau F，et al.White matter volume is decreased in the brain of patients with neuromyelitis optica［J］．Eur J Neurol，2013，20(2):361-367.

［2］ Yu C，Lin F，Li K，et al.Pathogenesis of normal-appearing white matter damage in neuromyelitis optica:diffusion-tensor MR imaging［J］．Radiology，2008，246(1):222-228.

［3］ Zhao DD，Zhou HY，Wu QZ，et al.Diffusion tensor imaging characterization of occult brain damage in relapsing neu-romyelitis optica using 3.0T magnetic resonance imaging techniques［J］．Neuroimage，2012，59(4):3173-3177.

［4］ Rueda Lopes FC，Doring T，Martins C，et al.The role of demyelination in neuromyelitis optica damage:diffusion-tensor MR imaging study ［J］．Radiology，2012，263(1):235-242.

［5］ Duan Y，Liu Y，Liang P，et al.Comparison of grey matter atrophy between patients with neuromyelitis optica and multiple sclerosis:a voxel-based morphometry study［J］．Eur J Radiol，2012，81(2):e110-e114.

［6］ 肖慧，馬林，陳志謙，等.基于體素的形態(tài)測量學技術在視神經(jīng)脊髓炎腦改變中的初步應用［J］．中華放射學雜志，2011，45(4):336-340.

［7］ 段云云，劉亞歐，梁佩鵬，等.應用基于體素的形態(tài)測量學方法分析視神經(jīng)脊髓炎患者的腦體積變化［J］．中華放射學雜志，2012，46(11):983-987.

［8］ Wingerchuk DM，Lennon VA，Pittock SJ，et al.Revised diagnostic criteria for neuromyelitis optica ［J］．Neurology，2006，66(10):1485-1489.

［9］ Pichiecchio A，Tavazzi E，Poloni G，et al.Advanced magnetic resonance imaging of neuromyelitis optica:a multiparametric approach［J］．Mult Scler，2012，18(6):817-824.

［10］ Saji E，Arakawa M，Yanagawa K，et al.Cognitive impairment and cortical degeneration in neuromyelitis optica［J］．Ann Neurol，2013，73(1):65-76.

［11］ Blanc F，Noblet V，Jung B，et al.White matter atrophy and cognitive dysfunctions in neuromyelitis optica ［J］．PloS One，2012，7(4):e33878.

［12］ Rocca M，Agosta F，Mezzapesa D，et al.Magnetization transfer and diffusion tensor MRI show gray matter damage in neuromyelitis optica［J］．Neurology，2004，62(3):476-478.

［13］ Calabrese M，Oh MS，F(xiàn)avaretto A，et al.No MRI evidence of cortical lesions in neuromyelitis optica ［J］．Neurology，2012，79(16):1671-1676.

［14］ Yu CS，Lin FC，Li KC，et al.Diffusion tensor imaging in the assessment of normal-appearing brain tissue damage in relapsing neuromyelitis optica ［J］．AJNR Am J Neuroradiol，2006，27(5):1009-1015.

［15］ Rocca MA，Agosta F，Mezzapesa DM，et al.A functional MRI study of movement-associated cortical changes in patients with Devic’s neuromyelitis optica ［J］．Neuroimage，2004，21(3):1061-1068.

［16］ Kinoshita M，Nakatsuji Y，Moriya M，et al.Astrocytic necrosis is induced by anti-aquaporin-4 antibody-positive serum［J］．Neuroreport，2009，20(5):508-512.

［17］ Wrzos C，Winkler A，Metz I，et al.Early loss of oligodendrocytes in human and experimental neuromyelitis optica lesions［J］．Acta Neuropathol，2013，127(4):523-538.

［18］ Popescu BF，Parisi JE，Cabrera-Gomez JA，et al.Absence of cortical demyelination in neuromyelitis optica［J］．Neurology，2010，75(23):2103-2109.