擴(kuò)散峰度成像在正常成人腦組織中的應(yīng)用

擴(kuò)散峰度成像在正常成人腦組織中的應(yīng)用

隨著年齡的增長(zhǎng)，組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化。然而在正常人老化過(guò)程中,腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的變化與年齡的具體關(guān)系尚未清楚。擴(kuò)散張量成像(diffusiontensorimaging,DTI)技術(shù)是假定水分子呈高斯分布情況下,反映成像體素內(nèi)水分子擴(kuò)散的變化,可以定量檢測(cè)不同腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的變化。而擴(kuò)散峰度成像(diffusionkurtosisimaging,DKI)是擴(kuò)散成像的新技術(shù),是反映非高斯水?dāng)U散特性的方法。本研究的目的是對(duì)健康成人腦組織進(jìn)行DKI掃描,對(duì)其得到的平均峰值(meankurtosis,MK)及部分各向異性值(fractionalanisotropy,FA)值進(jìn)行比較,從而探索它們之間差異。1數(shù)據(jù)和方法1.1病例選擇性別分布收集山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院正常成人76名,年齡20-81歲,平均(50.2±18.5)歲,男34名,女42名。所有患者均無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀及異常影像。按年齡分為3組:20-39歲為青年組(n=25)40-59歲為中年組(n=24);60歲及以上為老年組(n=27)。1.2wi-flair軸位掃描采用GE3.0T超導(dǎo)型磁共振成像儀。常規(guī)MR檢查包括T1WI軸位和矢狀位、T2WI軸位以及T2WI-FLAIR軸位掃描。DKI采用平面回波(EPI)序列,掃描參數(shù):TR:6500ms,TE:115ms,FOV=24cm,層厚:6.0mm,30個(gè)擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng),b值分別為0,1000s/mm2,2000s/mm2。1.3半卵圓整體擬合將圖像傳輸至GEAdvantageWorkstation4.4工作站,應(yīng)用Functool軟件進(jìn)行后處理,得到平均峰度(MK)、各向異性分?jǐn)?shù)(FA)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、顳葉測(cè)量每個(gè)感興趣區(qū)(ROI)的MK值與FA值。1.4單因素方差分析應(yīng)用SPSS15.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件包進(jìn)行處理。各部位MK值與FA值均以u(píng)e0af±s進(jìn)行表述;用單因素方差分析評(píng)價(jià)各部位腦組織不同年齡階段MK值及FA值的差異,并使用LSD法進(jìn)行兩兩比較。P<0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。2青年組和年齡組半卵圓中心、嘴唇整體結(jié)構(gòu)比較表1半卵圓中心、內(nèi)囊后肢,胼胝體膝部、胼胝體壓部、額葉、頂葉、顳葉、尾狀核頭的MK值及半卵圓中心、胼胝體膝部、內(nèi)囊后肢、頂葉的FA值各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05,見(jiàn)表1,2)。青年組與中年組比較,半卵圓中心、胼胝體膝部、胼胝體壓部、內(nèi)囊后肢、額葉、顳葉、頂葉、尾狀核頭的MK值及半卵圓中心、胼胝體膝部、內(nèi)囊前肢、內(nèi)囊后肢、額葉、頂葉的FA值組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),青年組>中年組。青年組與老年組比較,各部位MK值及FA值組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。中年組與老年組比較,各部位的MK值組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而在內(nèi)囊前肢及額葉的FA值組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。3dki的臨床應(yīng)用人類(lèi)的大腦在發(fā)育和老化過(guò)程中,其結(jié)構(gòu)和形態(tài)在變化,在青春期和成年初期白質(zhì)體積在增大,而后隨老化而減小。有報(bào)道表明7-60歲年齡段,灰質(zhì)的密度呈非線(xiàn)性下降,其下降速率因不同部位而定。年齡相關(guān)性DTI指標(biāo)的變化已經(jīng)被廣泛報(bào)道,隨著時(shí)間的推移FA在白質(zhì)束改變,符合上述組織微觀結(jié)構(gòu)的改變。DTI技術(shù)是表征水分子的運(yùn)動(dòng)假定在單室模型內(nèi),以自由、非受限的形式進(jìn)行擴(kuò)散,水分子擴(kuò)散位移呈高斯分布。其中FA作為體素內(nèi)一致性的測(cè)定指標(biāo),反映顯微結(jié)構(gòu)的完整性,也是各向異性的指標(biāo)。但是,生物組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜,水分子的運(yùn)動(dòng)因細(xì)胞內(nèi)外結(jié)構(gòu)、游離與結(jié)合水的物理化學(xué)特性等差異而表現(xiàn)復(fù)雜,表征生物組織內(nèi)的水分子擴(kuò)散應(yīng)基于多室模型,其擴(kuò)散位移呈非高斯分布。擴(kuò)散峰度成像是新近出現(xiàn)的用來(lái)探查非高斯分布的水分子擴(kuò)散特性的方法?？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(wú)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,例如在灰白質(zhì)年齡相關(guān)性變化、注意力缺陷多動(dòng)癥、多發(fā)硬化、腦中風(fēng)、帕金森病、精神分裂癥、腦膠質(zhì)瘤級(jí)別判定等方面均取得了一些初步結(jié)果,具有明顯的臨床應(yīng)用前景。隨著年齡的增長(zhǎng),整個(gè)人腦組織會(huì)發(fā)生退化性改變。就不同部位的腦組織而言,退化程度不同。對(duì)于DTI在腦組織老化的研究已有廣泛報(bào)道,如國(guó)外研究表明,FA值與年齡呈負(fù)相關(guān),FA值隨年齡增長(zhǎng)明顯下降。關(guān)于隨著年齡變化的幅度,據(jù)報(bào)道FA值下降的速率大約10年3%。本研究結(jié)果表明,半卵圓中心、胼胝體膝部、內(nèi)囊后肢、頂葉的FA值在不同年齡間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),青年組>中年組>老年組。內(nèi)囊前肢、胼胝體壓部、丘腦、豆?fàn)詈恕⑽矤詈祟^、額葉、顳葉部分組間FA值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這與以往的研究基本一致,表明隨年齡增長(zhǎng)FA值下降。DKI是水?dāng)U散研究的新技術(shù),目前國(guó)內(nèi)外對(duì)DKI在正常人腦組織的研究報(bào)道較少。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。Nilsson等對(duì)健康成人大腦的正常老化過(guò)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。本組研究表明,半卵圓中心、內(nèi)囊后肢,胼胝體膝部、胼胝體壓部、額葉、頂葉、顳葉、尾狀核頭的MK值各組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),青年組>中年組>老年組。內(nèi)囊前肢、丘腦部分組間MK值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,這與Nilsson研究結(jié)果基本相符。本研究結(jié)果表明在青年組與中年組的胼胝體壓部、顳葉、尾狀核頭及中年組與老年組的額葉、內(nèi)囊前肢的MK值組間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而FA值組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說(shuō)明DKI觀察水分子在灰質(zhì)內(nèi)相對(duì)各向同性的擴(kuò)散、腦白質(zhì)內(nèi)交叉和發(fā)散神經(jīng)纖維的擴(kuò)散優(yōu)于當(dāng)前DTI技術(shù),另外與DTI相比,對(duì)圖像處理過(guò)程中混雜效應(yīng)的干擾不敏感,例如:腦室周?chē)屹|(zhì)的MK受腦脊液的影響小于FA。如在帕金森病的初步研究中發(fā)現(xiàn),患者基底節(jié)各主要核團(tuán)(尾狀核、殼核、蒼白球)以及黑質(zhì)的MK值明顯高于正常對(duì)照組,患者黑質(zhì)的FA值顯著高于正常對(duì)照組,其他基底節(jié)核團(tuán)的FA值在兩組間沒(méi)有顯著差異。在膠質(zhì)瘤研究中,Raab等首先采用DKI技術(shù)研究34例膠質(zhì)瘤(WHO2級(jí)星形細(xì)胞瘤5例,WHO3級(jí)星形細(xì)胞瘤13例,WHO4級(jí)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤16例),發(fā)現(xiàn)在WHO2級(jí)與WHO3級(jí)星形細(xì)胞瘤之間以及WHO3級(jí)星形細(xì)胞瘤與膠質(zhì)母細(xì)胞瘤之間,其MK值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而FA值不能區(qū)分三組膠質(zhì)瘤。因此與FA值比較,MK值更敏感,是水?dāng)U散研