扩散峰度成像对正常成人脑的微观结构演变规律

扩散峰度成像对正常成人脑的微观结构演变规律

在发育和老化过程中，人类大脑的结构和形态发生了变化，在青春期和成年人的早期阶段，白色物质体积显著增加，随后随着年龄的推移而减少。年龄相关性DTI指标的变化已经被广泛报道,符合上述组织微观结构的改变。扩散峰值成像(DKI)是DTI的一个延伸,目的是描述非高斯方面水的扩散。本研究的目的是了解DKI在健康成人大脑随年龄增长的变化规律,包括白质区域和深部核团,呈现健康成人大脑DKI参考值,可对今后疾病诊断和研究提供对照。1数据和方法1.1病例选择及性别分布对山西医科大学第一医院60名健康志愿者进行颅脑常规磁共振检查和DKI检查,男性28名,女性32名,年龄20岁~77岁,平均48.4岁。所有志愿者行MR检查无中枢神经系统疾患和其他影响中枢神经系统的全身性疾患。按年龄分为3组:20岁~39岁为青年组(20例);40岁~59岁为中年组(20例);60岁及以上为老年组(20例)。1.2核磁共振扫描使用GE3.0T超导型磁共振成像仪,采用八通道头颈联合拓扑相控阵线圈进行磁共振扫描。先进行常规扫描,包括T1WI-FLAIR轴位和矢状位、T2WI轴位以及T2WI-FLAIR轴位扫描,排除颅脑器质性病变,然后进行DKI序列扫描。DKI序列采用平面回波(EPI)序列。1.3半卵圆内囊前roi在GEAdvantageWorkstation4.4工作站通过Functool处理软件进行后处理,得到平均峰度(MK)、部分各向异性(FA)、平均扩散(MD),图像分别于半卵圆中心、内囊前肢、内囊后肢,胼胝体膝部、胼胝体压部、丘脑、豆状核、尾状核头、额叶、顶叶、颞叶设置椭圆形感兴趣区(ROI),除胼胝体膝部、压部外,均采用镜面对称方式放置两侧。分别侧定每个ROI的MK值、FA值、MD值,每个ROI重复测量3次,取平均值。1.4统计学处理应用SPSS15.0软件处理,计量资料以均数±标准差表示,采用单因素方差分析、Pearson相关分析。2结果2.1半卵圆中心、内囊短时各组大鼠血清中md值、fa值的变化除豆状核外,其他部位的MK值、FA值均与年龄呈负相关(P<0.05)。豆状核的MK值、FA值均与年龄呈正相关(P<0.05)。半卵圆中心、内囊后肢,胼胝体膝部、胼胝体压部、额叶、颞叶、丘脑、豆状核、尾状核头的MD值与年龄呈正相关(P<0.05);内囊前肢、顶叶的MD值与年龄的相关性无统计学意义,但有随年龄增长而增加的趋势。2.2不同组的dki参数值的比较2.2.1各组内囊前顶叶、丘脑的ml值比较半卵圆中心、内囊后肢、胼胝体膝部、胼胝体压部、额叶、颞叶、豆状核、尾状核头的MK值各组间有统计学意义(P<0.05),青年组>中年组>老年组。内囊前肢、顶叶、丘脑的MK值在青年组与老年组、中年组与老年组比较有统计学意义(P<0.05)。豆状核的MK值在各组间差异有统计学意义(P<0.05),但趋势与其他部位相反,即为老年组>中年组>青年组。2.2.2各部位青年组、老年组干部队伍模型型半卵圆中心、胼胝体膝部、内囊前肢、内囊后肢、额叶白质FA值青年组与中年组有统计学意义(P<0.05),青年组>中年组。各部位青年组与老年组有统计学意义(P<0.05),除豆状核外,均为青年组>老年组;豆状核为青年组<老年组。胼胝体膝部、胼胝体压部、内囊后肢、顶叶、颞叶、丘脑、尾状核头FA值中年组与老年组间有统计学意义(P<0.05),中年组>老年组。2.2.3嘴唇、核头md值各个人组,嘴唇、核头md值青年组;老年组则见表1,2半卵圆中心、胼胝体压部、内囊后肢、豆状核的MD值青年组与老年组、中年组与老年组,内囊前肢、顶叶MD值中年组与老年组,胼胝体膝部、额叶、颞叶、丘脑、尾状核头MD值青年组与老年组,胼胝体膝部MD值青年组与中年组有统计学意义(P<0.05),老年组>中年组、老年组>青年组、中年组>青年组。胼胝体膝部MD值中年组与老年组间有统计学意义(P<0.05),为中年组>老年组。3dki与年龄相关性研究关于脑白质老化的研究报道是在DTI基础上测量的,包括在33岁以前成年人的FA值呈非线性增加,随后呈非线性降低,形如标准的抛物线。MD在白质显示了相反的模式,38岁以前呈非线性减少,之后类似的非线性增加,即一个倒抛物线。在一些灰质,FA被证明能够遵循一个倒抛物线,最低约33岁。FA的这种减少已经证明在尾状核和壳。而关于FA及MD的研究是在水分子扩散的高斯领域,无法解决多神经纤维交叉问题。DKI作为扩散成像的新技术,其技术的产生历经一个对组织内水分子扩散呈非正态分布的认识、四阶张量应用于磁共振成像的转变过程。可以量化真实水分子扩散与理想的高斯分布扩散的位移偏离大小,表征水分子扩散受限程度和扩散的不均质性,其MK是一个反映扩散受限程度的无量纲参数,更加敏感探测组织微观结构的改变,因此可能是疾病早期的标记,例如在帕金森病、中风、肿瘤、多发硬化、神经退行性疾病等领域已有初步研究。而且目前国外关于正常人DKI研究表明,MK值与年龄呈负相关,MK值随年龄增长明显下降。其可能与组织微观结构的复杂性如组织密度、方向、细胞膜完整程度、髓鞘层等改变有关。目前对于DKI在健康成人大脑与年龄关系的研究报道较少,且研究结果不一。有文献报道,关于年龄和MK相关性在直方图的分析;从青年人到老年人所有白质和灰质的峰值减少。Nilssom等对健康成人大脑的正常老化过程定量测定研究发现,随年龄增长,胼胝体膝部、半卵圆中心、额叶白质、丘脑等MK值明显下降,MK值与年龄呈线性回归,FA值及MD值与年龄无相关性。而有关于DTI研究报道,对健康成人大脑关于青年组、中年组与老年组间的FA值研究发现,内囊后肢、胼胝体膝部等FA值各组间有统计学意义(P<0.05),FA值与年龄呈负相关。本组研究表明,除豆状核外,其他部位的MK值与年龄呈负相关,这与Nilssom研究结果基本相符,而FA值与年龄呈负相关(除豆状核外),MD值与年龄呈正相关(除内囊前肢和顶叶外),这与Nilssom研究结果不相符,分析可能的原因为不同研究者选择兴趣区的方法不同和所选研究范围的不同。本研究结果表明,在内囊前肢、顶叶的MK值青年组与老年组、中年组与老年组间有统计学意义(P<0.05),而青年组与中年组间无统计学意义,但青年组的平均MK值还是大于中年组,说明随年龄增长,MK仍有下降的趋势,可能由青年到中年下降的幅度较小,因而无统计学意义。是否增加样本数能使比较结果差异具有统计学意义,尚待进一步研究。另外,本研究结果表明在胼胝体压部、半卵圆中心、额叶、颞叶、尾状核头MK值青年组、中年组、老年组间差异均有统计学意义,而在胼胝体压部、颞叶、尾状核头的青年组与中年组,半卵圆中心、额叶的中年组与老年组的FA值及胼胝体压部、半卵圆中心、额叶、颞叶的青年组与中年组,额叶、颞叶、尾状核头的中年组与老年组的MD值组间差异无统计学意义,说明MK值比FA值、MD值更敏感,是水扩散研究从高斯水进入非高斯水领域,解决了DTI无法解决的多神经纤维交叉问题,更加能够真实反应脑组织微观结构的变化。例如DKI在胶质瘤研究中,胶质瘤Ⅱ级与Ⅲ级的MK值有统计学意义,而FA值与MD值均无统计学意义。本组豆状核的MK、FA、MD与年龄呈正相关。豆状核的MK、FA与其他部位相反,即随年龄增长而增加,可能与其特定的解剖特点有关。豆状核包含壳和苍白球2部分,壳主要由致密排列的小神经元构成,其间有散在大的多极神经元,苍白球包含一些白色的有髓纤维束,因而豆状核是一种灰