張傳鳳 王安琴 武紅利 王 弈,*

1.安徽中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院影像中心 (安徽 合肥 230031)

2.安徽中醫(yī)藥大學 生物醫(yī)學工程教研室 (安徽 合肥 230031)

肝豆狀核變性(wilson disease，WD)是一種銅代謝障礙性疾病，銅在體內(nèi)過多聚集引起組織的損傷[1]，主要累及大腦和肝臟[2]。在大腦中，主要受損區(qū)域集中在基底神經(jīng)節(jié)，而白質(zhì)損傷也被廣泛報道。在本研究中，采用纖維束自動定量法對WD患者的弓狀纖維束進行分析，研究其逐點破壞的特點及其與臨床認知量表之間的相關(guān)關(guān)系，彌補前期研究無法對纖維束精確定位的不足。試圖探討認知障礙WD患者可能的中樞作用機制，為進一步深入并有效的臨床診斷及治療提供新的方向和思路。

1 材料與方法

1.1 研究對象選用就診于安徽省中醫(yī)院腦病中心就診的WD患者24例(男14例/女10例)，年齡12-36歲，WD患者均符合WD的診斷標準。選取年齡、性別和受教育程度相匹配的健康對照受試者26例(男15例/女11例)，年齡17-29歲，所有志愿者均自愿簽署知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 磁共振數(shù)據(jù)采集 所有受試者均使用GE公司(Discovery MR750)3.0T超導型磁共振成像，采用頭顱線圈掃描，掃描范圍為從顱頂?shù)秸砉谴罂姿?，采集DTI序列。序列參數(shù)為：TR時間為4800ms，TE為 Minimum，翻轉(zhuǎn)角為12°，矩陣128×128，F(xiàn)OV 240×240mm，層厚3mm，無層間距，掃描45層，擴散敏感系數(shù)b值為1000s/mm2，掃描64個方向。所有的圖像均檢查異物干擾偽影和運動偽影。

1.2.1 臨床信息采集 對WD組和健康對照組的所有受試者均進行認知功能評估，具體測試的量表有評估總體認知功能的簡易智能狀態(tài)量表(mini-mental state examination，MMSE)、數(shù)字廣度測驗(digital span test，DS)和詞語流暢性測驗(verbal fluency test，VFT)，數(shù)字廣度有包括順背任務和倒背任務。前瞻性記憶包括基于事件的前瞻性記憶(event-based prospective memory，EBPM)和基于時間的前瞻性記憶(time-based prospective memory，TBPM)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 DTI數(shù)據(jù)AFQ分析 使用FSL軟件(HTTPS://www.fmrib.ox.ac.UK/fsl/)對DTI數(shù)據(jù)進行預處理，DTI數(shù)據(jù)的預處理步驟包括運動圖像校正、渦流變形、顱骨剝離和使用擴散工具箱和大腦提取工具進行張量擬合。全腦擴散指標由 DTIFIT 程序計算出各個體素值，包括分數(shù)各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)、平均擴散率(mean diffusivity，MD)、軸向擴散率(axial diffusivity，AD)和徑向擴散率(radial diffusivity，RD)。Dt6文件是通過將T1圖像與原始B0對齊并使用AC-PC平面獲得的，用于進一步分析，并根據(jù)視覺評估剔除未能對齊的圖像。然后，使用 AFQ 工具包(https://github.com/yeatmanlab/AFQ)確定弓狀纖維束。AFQ的步驟簡述如下：(1)全腦確定性纖維束成像，閾值轉(zhuǎn)角＜30°，F(xiàn)A＞0.2；(2)使用感興趣區(qū)域(ROI)分割的纖維束；(3)基于纖維束概率圖的識別纖維束細化；(4)通過異常值剔除算法清潔纖維束；(5)計算沿纖維束在100個等距節(jié)點處的擴散度量。

1.3.2 統(tǒng)計分析 所有統(tǒng)計均使用 Statistical Package for Social Science 軟件(SPSS，v20.0，Chicago，IL，USA)進行。t檢驗和χ2檢驗用于檢驗年齡和性別差異。獨立樣本t檢驗在弓狀纖維束 100 個點的擴散指標逐點分析，并繪制平均值。采用Pearson 相關(guān)性分析評估擴散指標與認知相關(guān)功能相關(guān)性，包括病程，MMSE，DS，VFT，EBPM，TBPM。

2 結(jié)果

通過t檢驗及χ2檢驗，性別和年齡在患者及健康受試者之間無統(tǒng)計學差異。經(jīng)過AFQ分析，雙側(cè)弓狀纖維各參數(shù)在患者與對照組之間存在統(tǒng)計學差異，表現(xiàn)為不同程度FA值降低，MD值、AD值和RD值升高。存在統(tǒng)計學差異區(qū)域段用灰色標出，如圖1和圖2。經(jīng)過Pearson相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)左側(cè)弓狀纖維束FA值與MMSE及TBPM呈正相關(guān)(P＜0.001)，MD值及TBPM呈負相關(guān)(P＜0.001)；右側(cè)纖維束FA值與MMSE及TBPM呈正相關(guān)(P＜0.05),MD值與MMSE呈負相關(guān)(P＜0.01)，MD值及TBPM呈負相關(guān)(P＜0.001)，如圖3，左側(cè)(a)，右側(cè)(b)。

圖1 WD患者和對照組沿左側(cè)弓狀纖維束的各參數(shù)值分布的逐點比較。陰影灰色背景表示患者的平均擴散特性顯著不同的區(qū)域段，P＜0.05。

圖2 WD患者和對照組沿右側(cè)弓狀纖維束的各參數(shù)值分布的逐點比較。陰影灰色背景表示患者的平均擴散特性顯著不同的區(qū)域段，P＜0.05。

圖3 弓狀纖維束參數(shù)值與臨床特征的相關(guān)性分析。圖3A為左側(cè)，圖3B為右側(cè)。相關(guān)分析的結(jié)果以相關(guān)系數(shù)矩陣的形式呈現(xiàn)。正相關(guān)以紅色顯示，負相關(guān)以藍色顯示。

3 討論

作為一種新的算法，AFQ自動重建WM的束剖面，并逐點量化沿纖維束的多個節(jié)點的擴散特性，提高了分析的詳細程度。通過提取100個解剖位置的擴散特性參數(shù)值(FA、MD、AD 和 RD)，可用作為不同病理疾病的診斷生物標志物[3-4]。FA是代表各向異性水擴散的標量值，它與描繪完整WM纖維的細胞和軸突邊界有關(guān)；低FA值可能表明WM完整性的損失，高FA值可能反映纖維束的可塑性。MD代表平均水擴散速率，高MD值可能表明軸突損失和脫髓鞘。AD描述了沿軸突纖維的水擴散率，這與軸突完整性有關(guān)。RD代表垂直于軸突纖維的水擴散率的平均值，并提供有關(guān)髓鞘形成的信息。高RD水平與束脫髓鞘有關(guān)，低RD水平可能與髓鞘重組有關(guān)[5-6]。據(jù)以往研究，這是第一次采用AFQ技術(shù)探索WD患者大腦中神經(jīng)纖維自動定量損傷研究。

在WD患者中，過多的銅聚集在組織細胞內(nèi)導致細胞變性、壞死[2]。大腦組織廣泛受累，包括灰質(zhì)[7]和白質(zhì)[8]，引起神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[9]及認知功能障礙等[10]。我們前期研究發(fā)現(xiàn)WD患者海馬和雙側(cè)丘腦、左側(cè)豆狀核、尾狀核頭、背外側(cè)前額葉之間的功能連接和解剖學連接性發(fā)生變化，并且其變化與臨床認知功能相關(guān)[11]。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)雙側(cè)弓狀纖維各參數(shù)在患者與對照組之間存在統(tǒng)計學差異，表現(xiàn)為不同程度FA值降低，MD值、AD值和RD值升高。表明WD患者的雙側(cè)弓狀纖維束完整性受到損傷，而沒有纖維束的重塑，并且損傷主要在纖維束的前半段，雙側(cè)纖維束全程均有軸突損傷和脫髓鞘改變。

通過相關(guān)分析，我們發(fā)現(xiàn)左側(cè)弓狀纖維束FA值與MMSE及TBPM呈正相關(guān)，MD值及TBPM呈負相關(guān)；右側(cè)纖維束FA值與MMSE及TBPM呈正相關(guān)，MD值與MMSE及TBPM值呈負相關(guān)。認知功能障礙在WD患者中已被廣泛報道[12-13]。弓狀纖維作為聯(lián)絡纖維，以往的研究表明它們與認知能力下降的癥狀有關(guān)[14]。UF纖維將前顳葉與內(nèi)側(cè)和外側(cè)眶額葉皮層連接起來，并在情景記憶、語言、語義活動和社會情緒處理中發(fā)揮重要作用[15]。因此，參與學習及記憶功能的UF損傷可能在WD患者的認知功能障礙中發(fā)病機理中發(fā)揮重要的作用。

綜上所述，這是首例AFQ技術(shù)探索WD患者大腦中神經(jīng)纖維自動定量損傷的研究。探究了WD患者雙側(cè)弓狀纖維束的損傷及其與認知功能相關(guān)關(guān)系。發(fā)現(xiàn)參與學習及記憶功能的UF損傷可能在WD患者的認知功能障礙中發(fā)病機理中發(fā)揮重要的作用，AFQ技術(shù)為研究其病理生理機制提供新的途徑。

然而這項研究存在一定的局限性。首先，本項研究所收取的病例數(shù)相對較少，研究的可重復性、可信性需要進一步提高。