唐樂梅　TANG Lemei訾　鑫　ZI Xin馮　杰　FENG Jie寧殿秀　NING Dianxiu孫　博　SUN Bo伍建林　WU Jianlin苗延巍　MIAO Yanwei

作者單位大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 遼寧大連 116011

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健康志愿者腦深部靜脈血氧水平與灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的相關(guān)性

唐樂梅TANG Lemei
訾鑫ZI Xin
馮杰FENG Jie
寧殿秀NING Dianxiu
孫博SUN Bo
伍建林WU Jianlin
苗延巍MIAO Yanwei

作者單位
大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 遼寧大連 116011

【摘要】目的 通過對(duì)正常志愿者腦深部小靜脈磁敏感加權(quán)成像（SWI）相位值（Δφ）的測(cè)量，評(píng)價(jià)健康人群腦靜脈血氧含量的年齡、性別、側(cè)別差異，探討顱內(nèi)小靜脈血氧含量與深部灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的相關(guān)性。資料與方法 56例健康志愿者行SWI掃描，應(yīng)用神經(jīng)影像信號(hào)處理軟件生成濾過后的相位圖，比較雙側(cè)基底靜脈（BV）、大腦中深靜脈（DMCV）、大腦內(nèi)靜脈（ICV）、丘紋上靜脈（STV）Δφ，比較健康志愿者男性與女性、左側(cè)與右側(cè)各靜脈Δφ。測(cè)量雙側(cè)尾狀核頭、蒼白球、殼核、丘腦、黑質(zhì)和紅核Δφ，分析健康志愿者腦靜脈Δφ值與年齡、深部核團(tuán)相位值的相關(guān)性。結(jié)果 腦深部靜脈中，DMCV Δφ明顯低于BV、ICV、STV（P<0.05），ICV Δφ高于其他靜脈（P<0.05），BV Δφ與STV比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。男性與女性、左側(cè)與右側(cè)的BV、DMCV、ICV、STV Δφ比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。BV、DMCV、ICV Δφ與年齡無相關(guān)性（P>0.05）。BV、DMCV、STV Δφ與雙側(cè)尾狀核頭、雙側(cè)蒼白球、雙側(cè)殼核、左側(cè)紅核呈正相關(guān)（P<0.05），BV與左側(cè)丘腦Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），ICV與雙側(cè)殼核Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），DMCV、STV與右側(cè)紅核Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），DMCV、ICV、STV與左側(cè)黑質(zhì)Δφ呈負(fù)相關(guān)（P<0.05）。結(jié)論 正常人腦靜脈Δφ值存在部位差異，無年齡、性別及側(cè)別差異；腦深部核團(tuán)鐵沉積與腦靜脈血氧含量存在相關(guān)性。

【關(guān)鍵詞】磁共振成像；磁敏感加權(quán)成像；腦靜脈；血氧測(cè)定法；鐵；沉淀；成年人

Department of Radiology, the First Hospital Affiliated to Dalian Medical University, Dalian 116011, China

Address Correspondence to: MIAO Yanwei E-mail: ywmiao716@163.com

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（81171321）。

R445.2；R338.2

修回日期：2016-01-09

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷2期：81-85

磁敏感加權(quán)成像（SWI）是一種新近發(fā)展起來的MRI方法，利用SWI相位圖可以對(duì)腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的相位值（Δφ）進(jìn)行測(cè)量，推算其非血色素鐵含量[1]。靜脈血氧含量是SWI血管成像的基礎(chǔ)，靜脈Δφ可反映靜脈血氧水平，該方法近幾年被用于一些顱腦疾病的評(píng)估[2]。本研究旨在運(yùn)用SWI定量評(píng)估健康志愿者腦靜脈血氧含量與核團(tuán)鐵沉積的關(guān)系，為進(jìn)一步分析顱腦疾病提供正常參考值。

1　資料與方法

1.1研究對(duì)象2012年12月—2013年2月于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院招募56名健康志愿者，其中男13例，女43例；年齡24～70歲，平均（37.13±12.25）歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往有精神疾病、神經(jīng)疾病、顱腦外傷、顱腦手術(shù)史者；②藥物、酒精、吸煙成癮者；③長期高血壓（5年以上病史），近期嚴(yán)重心、肝、腎功能障礙者；④MRI T2WI上白質(zhì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常信號(hào)者。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者均知情同意。

1.2儀器與方法采用GE Signa HDxt 3.0T超導(dǎo)型MRI掃描儀，最大梯度場(chǎng)為33.3 mT/m，梯度切換率為150 T/（m?s），采用8通道相控陣頭線圈。常規(guī)掃描序列包括T2WI螺旋槳掃描、T1液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（fluid-attenuated inversion-recovery，F(xiàn)LAIR）序列及T2 FLAIR；SWI選用SWI序列。掃描參數(shù)：TR 50 ms，TE 40 ms，層厚2 mm，層距0 mm，視野240 mm×240 mm，矩陣512×512，激勵(lì)次數(shù)0.75，總掃描時(shí)間20 min 34 s。

1.3圖像后處理所有SWI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入電腦，經(jīng)神經(jīng)影像信號(hào)處理軟件處理，生成濾過后的相位圖、幅度圖及最小密度投影（minimum intensity projection，MinIP）圖。結(jié)合SWI MinIP圖顯示，在相位圖上分別選取雙側(cè)基底靜脈（bilateral basal vein，BV）、大腦中深靜脈（deep middle cerebral vein，DMCV）、大腦內(nèi)靜脈（internal cerebral vein，ICV）、丘紋上靜脈（superior thalamostriate vein，STV）。腦深部靜脈Δφ測(cè)量原理：由公式（1）可知，靜脈與周圍組織的相位差與靜脈的血氧飽和度Y呈線性關(guān)系[3]。

其中，γ是質(zhì)子的磁旋比，其值為2.678×108 rad/（s·T）；B0是磁場(chǎng)強(qiáng)度；TE是回波時(shí)間；θ為血管與磁場(chǎng)的夾角；Δχdo表示單位體積內(nèi)脫氧血紅蛋白與含氧血紅蛋白的磁化率差異，為常數(shù)1.8×10－7；Y是血氧飽和度分?jǐn)?shù)[4]；Hct是紅細(xì)胞比容，為常數(shù)，健康人Hct值為0.4～0.5。Δφ與血氧飽和度（Y）的關(guān)系為Δφ∝（1－Y），血氧飽和度減低，Δφ增大；反之，血氧飽和度增高，Δφ降低。因此通過測(cè)量Δφ，即可推測(cè)腦靜脈血氧含量的高低。

利用SPIN軟件對(duì)Δφ進(jìn)行測(cè)量，選取目標(biāo)靜脈，手動(dòng)繪制該靜脈的垂直線，貫穿靜脈及周圍實(shí)質(zhì)組織（圖1A），軟件自動(dòng)生成測(cè)量值變化曲線（圖1B），曲線上的點(diǎn)為沿垂直線走行所有像素的Δφ。a與b分別為血管兩側(cè)腦組織的Δφ，c為靜脈的最低Δφ。記錄a、b、c 3點(diǎn)的Δφ后，根據(jù)公式（2）計(jì)算Δφ[7]：

測(cè)量線需避開氣顱交界區(qū)的相位混淆偽影、非目標(biāo)血管以及腦室系統(tǒng)的影響。每個(gè)靜脈均需沿血管走行由遠(yuǎn)及近連續(xù)測(cè)量3次，然后取測(cè)量值的平均值作為最終測(cè)量值。

圖1　腦深部靜脈Δφ測(cè)量。女，36歲，健康志愿者。于垂直血管方向劃短線，箭和箭頭分別指向右側(cè)STV及ICV測(cè)量線（A）；SPIN軟件測(cè)量血管Δφ示意圖示尖峰向下的圖形為沿靜脈垂直線走行的所有像素的Δφ（B）

然后，對(duì)每例受試者分別選取雙側(cè)尾狀核頭、蒼白球、殼核、丘腦、黑質(zhì)和紅核顯示最清楚的層面，手動(dòng)勾畫每個(gè)結(jié)構(gòu)的邊界，并測(cè)量其Δφ。所有測(cè)量結(jié)構(gòu)均避開氣顱交界區(qū)的相位混淆偽影、血管結(jié)構(gòu)以及腦室系統(tǒng)的影響。所有測(cè)量工作由同1名觀察者完成。核團(tuán)的測(cè)量見圖2。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 17.0軟件，健康志愿者靜脈Δφ與年齡的相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān)分析，受試者性別、左右側(cè)各靜脈Δφ的比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)，不同測(cè)量血管之間靜脈Δφ的比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2　腦灰質(zhì)核團(tuán)測(cè)量。女，36歲，健 康志愿者。A為左側(cè)尾狀核頭（星號(hào)）、蒼白球（箭頭）、殼核（箭），B為左側(cè)丘腦（箭頭），C為右側(cè)黑質(zhì)（箭）、紅核（箭頭）的測(cè)量輪廓，利用SPIN軟件測(cè)量圖示區(qū)域的鐵含量

2　結(jié)果

2.1健康志愿者腦靜脈Δφ比較56名健康志愿者的BV、DMCV、ICV、STV的Δφ分別為（771.12±138.93） spin、（542.05±118.97）spin、（884.03±146.51）spin、（783.26±137.93）spin。DMCV Δφ明顯低于BV、ICV、STV（F=780.665，P<0.05）；ICV的Δφ最高，與其他靜脈比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=780.665，P<0.05），BV 與STVΔφ比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.65，P>0.05）。

2.2健康志愿者男性與女性、右側(cè)與左側(cè)各腦靜脈Δφ比較男性與女性、左側(cè)與右側(cè)的BV、DMCV、ICV、STV Δφ比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表1。

表1 健康志愿者男性與女性及左右側(cè)各腦靜脈Δφ比較（spin）

2.3健康志愿者腦靜脈Δφ與年齡的相關(guān)性BV、DMCV、ICV Δφ與年齡無相關(guān)性（r=－0.240、0.058、0.029，P>0.05），見圖3。

圖3　BV（A）、DMCV（B）及ICV（C）與年齡的相關(guān)性

2.4健康志愿者腦靜脈Δφ與深部核團(tuán)Δφ的相關(guān)性BV、DMCV、STV Δφ與雙側(cè)尾狀核頭、雙側(cè)蒼白球、雙側(cè)殼核、左側(cè)紅核呈正相關(guān)（P<0.05），BV與左側(cè)丘腦Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），ICV與雙側(cè)殼核Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），DMCV、STV與右側(cè)紅核Δφ呈正相關(guān)（P<0.05），DMCV、ICV、STV與左側(cè)黑質(zhì)Δφ呈負(fù)相關(guān)（P<0.05）。見表2。

3　討論

3.1測(cè)量血管的選取本研究測(cè)量腦靜脈的Δφ，以了解正常人群腦靜脈Δφ正常范圍，并探討腦灰質(zhì)核團(tuán)與Δφ的相關(guān)性，因此選取灰質(zhì)核團(tuán)的主要引流靜脈?？紤]測(cè)量的可操作性，除選擇顯示清晰、走行較固定的血管外，還需考慮血管走行區(qū)應(yīng)避開氣顱交界區(qū)以及腦室系統(tǒng)的影響。根據(jù)人腦血管解剖研究，基底節(jié)區(qū)灰質(zhì)核團(tuán)主要引流靜脈包括透明隔靜脈和STV，其中以STV為主，至第三腦室后方匯合成ICV，收集豆?fàn)詈?、尾狀核、胼胝體、第三腦室和側(cè)腦室脈絡(luò)叢及丘腦等處的血液，因此，基底節(jié)區(qū)引流靜脈的測(cè)量選擇ICV和STV。BV由大腦前靜脈、大腦中深靜脈合成，接受島葉附近、嗅區(qū)、眶回、基底核、上下丘腦和腦干上部的靜脈回流。因此選取BV和大腦中深靜脈作為其引流靜脈測(cè)量紅核、黑質(zhì)核團(tuán)。

表2　56例健康志愿者腦靜脈Δφ與核團(tuán)Δφ的相關(guān)分析

3.2腦血氧含量測(cè)定的技術(shù)方法比較一直以來，PET是反映腦血流動(dòng)力學(xué)變化的“金標(biāo)準(zhǔn)”，可獲得關(guān)于腦血流、腦氧代謝率和氧攝取分?jǐn)?shù)的準(zhǔn)確信息[5]，但由于PET的有創(chuàng)性及其圖像分辨率等問題，其在臨床上的應(yīng)用受到一定的限制。目前測(cè)量血氧含量的方法有血氧水平依賴成像與MRI灌注成像，血氧水平依賴成像對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感、圖像空間分辨力低，MRI灌注成像需要外源性對(duì)比劑，因此其應(yīng)用也受到限制[6-7]。

SWI靜脈結(jié)構(gòu)成像依賴于其內(nèi)脫氧血紅蛋白引起磁場(chǎng)不均勻?qū)е碌腡2*時(shí)間縮短和靜脈與周圍組織之間的相位差兩種效應(yīng)。血紅蛋白在人體內(nèi)有氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白兩種狀態(tài)，兩者的磁化率不同。氧合血紅蛋白相對(duì)于周圍的腦組織抗磁化率非常小，脫氧血紅蛋白相對(duì)于周圍的腦組織是順磁性的。因此，氧飽和度的變化會(huì)引起靜脈和周圍組織之間的相位差[8]。通過測(cè)量小靜脈和周圍組織之間的相位差，可以得到靜脈血血氧含量的信息[9]。Hingwala等[10]認(rèn)為SWI血管成像檢測(cè)血液的血氧水平非常敏感。還有學(xué)者采用SWI對(duì)頸靜脈狹窄后腦血氧飽和度[10]以及脊髓動(dòng)靜脈畸形治療前后[11]的血氧飽和度進(jìn)行研究，證實(shí)SWI可對(duì)血氧飽和度進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。

3.3健康志愿者各腦靜脈Δφ與年齡的相關(guān)性及雙側(cè)腦靜脈Δφ的差異為觀察年齡對(duì)正常人群的腦靜脈Δφ是否存在影響，本研究對(duì)受試者的年齡與靜脈Δφ進(jìn)行了相關(guān)分析。結(jié)果顯示，同一血管的Δφ與年齡無相關(guān)性，提示在不同年齡的正常人群中，靜脈血氧飽和度不存在差異，這不僅為利用靜脈血Δφ進(jìn)行定量分析提供了正常參考，還簡化了正常對(duì)照組的年齡限定，此結(jié)果與劉鐵利等[12]的研究結(jié)果相符。

本研究還發(fā)現(xiàn)，健康志愿者左側(cè)與右側(cè)腦深部靜脈的Δφ無顯著差異，原因可能為腦深部靜脈的長度及其起點(diǎn)、止點(diǎn)面積均相似，且對(duì)稱性分布，無優(yōu)勢(shì)引流[13]，血管管徑相似（血管內(nèi)含氧血紅蛋白含量相似）以及位置固定（受周圍組織磁敏感偽影的影響相似）。

3.4健康志愿者各腦靜脈Δφ的差異本研究腦內(nèi)各靜脈Δφ有顯著差異，原因可能與靜脈逐級(jí)回流有關(guān)，丘紋靜脈回流入ICV，靜脈內(nèi)氧在逐級(jí)回流的過程中不斷被周圍組織攝取，血氧飽和度不斷降低，脫氧血紅蛋白逐漸增加，使得靜脈信號(hào)減低，Δφ降低，靜脈與周圍組織Δφ增大；另外，管徑細(xì)小的靜脈脫氧血紅蛋白含量少，而且在測(cè)量中容易受到測(cè)量層面和部分容積效應(yīng)的影響，也將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在一定偏差。

3.5健康志愿者腦靜脈Δφ與灰質(zhì)核團(tuán)Δφ的相關(guān)性健康人腦灰質(zhì)核團(tuán)Δφ與深部靜脈Δφ呈正相關(guān)，提示健康人的腦灰質(zhì)核團(tuán)的鐵代謝與腦深部小靜脈的血氧飽和度有一定的相關(guān)性。由于腦組織具有血-腦屏障，鐵蛋白由血液進(jìn)入腦組織主要是由位于毛細(xì)血管上皮細(xì)胞上的轉(zhuǎn)鐵蛋白載體-受體介導(dǎo)的胞飲過程來完成的，而這是一個(gè)耗氧生物過程。其生理機(jī)制可能是由于腦灰質(zhì)核團(tuán)的鐵沉積導(dǎo)致靜脈血氧飽和度下降，或者血氧飽和度下降導(dǎo)致灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積，或者兩者的變化為另一生理過程的伴隨結(jié)果，然而這一結(jié)論仍需進(jìn)一步研究進(jìn)行證實(shí)。

3.6本研究的局限性本研究志愿者例數(shù)相對(duì)較少，年齡分布不均衡，需增加例數(shù)進(jìn)一步分析研究；雖然Δφ能夠較好地推算出腦鐵濃度，但是腦灰質(zhì)核團(tuán)微觀結(jié)構(gòu)的改變，尤其是老年人灰質(zhì)核團(tuán)中除腦鐵的沉積，還常常會(huì)出現(xiàn)生理性鈣鹽及其他礦物質(zhì)沉積。而在本研究中，尚無法在相位圖很好地區(qū)分摻雜在一起的鐵及其他礦物質(zhì)，這會(huì)在一定程度上影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

總之，本研究應(yīng)用腦靜脈Δφ反映靜脈的血氧水平，結(jié)果顯示正常人腦靜脈血氧含量存在部位差異，無年齡、性別及左右側(cè)差異，為疾病的進(jìn)一步研究提供了正常參考，簡化了正常人群的年齡及性別限制；腦深部核團(tuán)鐵沉積與腦靜脈血氧含量的相關(guān)性或許提示兩者間存在因果關(guān)系，或?yàn)槠渌±磉^程的伴隨結(jié)果。在以后的研究中將利用QSM（Quantitative Susceptibility Mapping）方法對(duì)腦靜脈Δφ進(jìn)行測(cè)量研究，并與本研究結(jié)果進(jìn)行比較，以尋找更簡潔、準(zhǔn)確反應(yīng)腦靜脈學(xué)氧含量的方法。

志謝：感謝美國E Mark Haacke教授（Director，MR Research Facility，Wayne State University，MI，USA）授權(quán)本研究團(tuán)隊(duì)使用SWI序列及SPIN軟件。

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（本文編輯馮婕）

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Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24(2): 81-85

Correlation Between Deep Cerebral Venous Oxygen Concentration and Nuclei Iron Deposition in Healthy Volunteers

【Abstract】Purpose To assess brain venous phase values (Δφ) change with age, gender, and location using susceptibility weighted imaging (SWI), and to explore the correlation between iron depositions in nuclei and venous oxygen concentration in healthy volunteers.

Materials and Methods Fifty-six healthy volunteers underwent SWI examinations. Filtered phase imaging were acquired with signal process in neuroimaging, and the Δφ were measured in bilateral basal vein (BV), deep middle cerebral vein (DMCV), internal cerebral vein (ICV), superior thalamostriate vein (STV), respectively, and compared the Δφ values between the female and male volunteers, and between left and right sides. In addition, the phase value of bilateral heads of caudate nucleus (HCN), globuspallidus (GP), putamen (PUT), thalamus (THA), substantianigra (SN), red nucleus (RN) were measured in all subjects, and analyzed the correlation between the Δφ of brain veins and deep gray nucleis. Results In healthy volunteers, the Δφ of DMCV was lower than that of BV, ICV and STV (P<0.05); the Δφ of ICV was higher than that of the other veins (P<0.05). There were no significant differences in the Δφ between BV and STV (P>0.05). There were no significant differences in the Δφ between male and female or right and lift (P>0.05). No correlation of BV, DMCV, ICV and age in the Δφ (P>0.05). The positive phase correlations were found between veins (BV, DMCV and STV) and deep gray nuclei (HCN, PUT and GP) (P<0.05). Conclusion The Δφ in cerebral veins which reflects the blood oxygen content is not age-dependent without gender or side differences in healthy people. The Δφ of cerebral veins is related with the phase of the deep brain nuclei which reflects iron deposition.

【Key words】Magnetic resonance imaging; Susceptibility-weighted imaging; Cerebral veins; Oximetry; Iron; Precipitation; Adult

收稿日期：2015-12-12

中圖分類號(hào)

基金項(xiàng)目

通訊作者苗延巍

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.02.001