【doc】 健康成年人脑白质弥散各向异性与年龄的关系的初步研究

【doc】 健康成年人脑白质弥散各向异性与年龄的关系的初步研究 健康成年人脑白质弥散各向异性与年龄的 关系的初步研究 中华老年医学杂志2005年9月第24卷第9期ChinJGeriatr,September2005,Vo1.24,No.9 健康成年人脑白质弥散各向异性与 年龄的关系的初步研究 凌雪英黄力刘斯润 667 ? 临床研究? 【摘要】目的通过使用磁共振弥散张量成像(DTI)对健康成年人的脑白质纤维束进行检测, 探讨DTI及部分各向异性值(FA)对评价年龄引起的脑白质变化的价值.方法对3O例健康志愿 者(青年组2O,3O岁,老年组6O,83岁,各15例)进行脑部MR横轴位检查,扫描序列包括TFlair, TwI,FIAIR,DWI,DTI.在大脑胼胝体膝,压部,内囊膝部及后肢,视辐射,额叶白质及丘脑选定兴 趣区(ROD,测量其FA值并做统计学分析.结果青年组胼胝体膝部及压部,内囊膝部,视辐射, 额叶白质的FA值分别为:(0.70?0.05),(0.70?0.05),(0.63士 0.04),(0.53?0.05),(0.43? 0.06),老年组相应ROI的FA值分别 为:(0.62?0.09),(0.66?0.07),(0.57?0.07),(0.38? 0.06),(O.38_--+-0.07),两组差异有统计学意义(P<O.05);内囊后肢 及丘脑FA值差异无统计学意义. 结论DTI对评价脑白质纤维束的密度及有序性有价值,FA值能反映 两组不同年龄人群脑白质 的生理状态. 【关键词】磁共振成像,弥散;各向异性 ThepreliminarydiffusetensorMRimagingstudyofcorrelationofwhitematteranisotropywithagein normaladultsLINGXue—ying,HUAGLi,IIUSi—rMn.MedicalImagingC enter,theFirst A}}iliatedHospital,JinanUniversity,Guangzhou510630,China [Abstract]ObjectiveToexploretheevaluationofFA(fractionalanisotropy)inassessingthe age-relatedphysiologicchangesofwhitematterinnormaladultsbyuseofdiffusetensorMRimaging (DTI)MethodsThirtyhealthysubjects(2O一 3OY,15subjects;60—83Y,15Stlbjects)underwent conventionalMRIanddiffusion—tensorMRimaging.DT1wasperformedu singsingleshotSE—EPI sequence.Thebvaluewas1000s?mm.Thediffusionwasmeasuredalong13directions.FAwas measuredingenuandspleniumofcorpuscallosum.thekneeandposteriorlimbofinternalcapsule, opticradiations,frontalwhitematter.thalamusrespectively.Statist~calanalysiswasperformed. ResultsTheFAvaluesofyounggroupingenuandspleniumofcorpuscallosum.thekneeand posteriorlimbofinternalcapsule,opticradiations,frontalwhitematter,thalamuswere(O.7O? O.05),(O.7O?O.O5),(O.63?0.04),(O.63?O.O2),(O.53?O.05),(0.43?0.06),(O.27?O.O2) respectively.TheFAvaluesofoldergroupingenuandspleniumofcorpuscallosum.thekneeand posteriorlimbofinternalcapsule,opticradiations,frontalwhitematter,thalamuswere(O.62? O.O9),(O.66?O.O7),(O.57?O.O7),(O.61?0.04),(O.38?O.O6),(O.38?O.O7),(O.27?O.03).A significantFAdeclinesofoldergroupingenuandspleniumofcorpuscallosum.thekneeofinternal capsule,opticradiations,frontalwhitematterwerefound(P<O.O5).TheF AValueinposterior limbofinternalcapsuleofoldergroupwaslower.Butnosignificantdifferencewasobservedbetween twogroups(P>O.O5).TherewasnosignificantdifferenceinFAbetweentheleftandright hemisphere(P>0.05).ConclusionsDTIisvaluableinassessingthedirectionalityanddensityof whitematterandcanreflecttheage-relatedphysiologicalchangesofwhitematterinvivonon- invasively. [Keywords]Diffusion—magneticimaging,resonance;Anisotropy 常规磁共振(MRI)对年老引起的脑组织变化 基金项El:广东省自然科学基金资助项El粤科基办[2002]4号 02ll54 作者单位:510630广卅I市暨南大学附属第一医院医学影像中 心 通讯作者:黄力,Email:huangli@chinaradiology.org 研究只限于某些组织结构的信号或形状,大小的改 变,例如脑沟,脑室增大,皮质萎缩等,几乎不涉及 白质纤维结构的早期改变.然而,在尸检研究时观 察到,灰质下白质区的有髓神经纤维随着年龄的增 长而减少,使白质纤维的一致性程度降低,并使水 分子的弥散发生变化l】].这些变化是常规MRI技 中华老年医学杂志2005年9月第24卷第9期 ChinJGeriatr,September2005,Vo1.24,No.9 术无法显示的.磁共振弥散张量成像(DTI)则可 通过观察水分子弥散各向异性的程度来反映活体 组织脑白质纤维的方向一致性和完整性,部分各向 异性值(FA)用来定量表示水分子各向异性度的大 小.所以DTI成为发现早期微观脑损害的理想技 术,也越来越多地应用于研究活体脑组织的老化过 程I2.我们于2003年9月至2004年3月着重观 察两组不同年龄人群脑白质的情况,提供与年龄相 关的脑白质纤维束的信息. 对象和方法 一 ,对象 研究对象均为志愿者,选人:无认知功能 障碍,既往无神经系统疾病,无脑外伤,高血压及糖 尿病等疾病史,常规MRI(TFlair,T.WI,FLAIR, DwI)无异常发现,共3O例入选,其中青年组15 例,20,30岁,男6例,平均年龄(25.3?2.0)岁; 女9例,平均年龄(23.4?0.9)岁.老年组15例, 年龄60,83岁,男7例,平均年龄(69.0?5.7)岁; 女8例,平均年龄(68.4?8.4)岁,进行DTI检查. 二,方法 1.成像参数:成像仪器为GE1.5TsignaMR 扫描仪,梯度场强23mT?m,梯度切换率120 mT?m?ms,标准正交头线圈,成像序列为 T1flair(TR2250/TE7.7/TI750ms),T2WI (TR3800/TE120ms),FIAIR(TR9000/TE120/ TI2200ms),弥散加权成像(diffusion—weighted imaging,DWI),DTI.DTI采用单次激发自旋回 波一平面回波技术(single—shotEcho—planar Imaging,EPI),参数如下:TR10()()O/TE115ms; 矩阵为128×128;视野(fieldofview,FOV)为24 cm;层厚5mm,层距1mm;弥散加权系数b一0,b 一 1000(S?mm),弥散敏感梯度方向为13.DTI 的采集时间为224S. 2.图像采集,处理及分析:采集图像时用垫固 定被扫描者头部以避免运动伪影,进行匀场以减小 静磁场强度不匀的图像变形,扫描基线平行前一后 连合平面,严格选择同一层面上相同组织成分的相 对应解剖结构作为兴趣区(R0I),ROI小于所分析 的解剖结构大小,以避免邻近组织的影响,选择胼 胝体膝部,压部,内囊膝部,后肢,视辐射,额叶白 质,丘脑作为ROI,并测量FA值. 三,统计学处理 所得数据用SPSS11.5统计软件进行处理,正 态和方差齐性检验,独立样本t检验. 结果 一 ,双侧大脑半球相对应ROI的FA值 见表1.两组在胼胝体膝部及压部,内囊膝 部,视辐射,额叶白质的FA值差异有统计学意义 (P<0.05). 二,脑组织不同部位图像显示 见图1,4.图1见白质纤维束清晰地显示, 表现为高信号;图3,4显示:不同颜色代表不同走 行方向的纤维束,红色代表左右方向走行的纤维 束,蓝色代表上下方向走行的纤维束,绿色代表前 后方向走行的纤维束,其他方向的纤维束是上述3 种颜色不同程度的混合. 讨论 DTI通过施加弥散敏感梯度磁场来观察水分 子的弥散各向异性,并可以用FA值定量表达. FA值在0,1之间变动,水分子在各个方向弥散 速度相同的,称为各向同性,FA值趋于0;若几乎 只在单一方向存在水分子弥散,FA值则接近于1. 另外,DTI能得到纤维空间信息,可以描述脑白质 纤维束的走行方向.我们应用DTI技术,不仅能 在受检者活体状态观察解剖结构的形态变化,更重 要的是可以定量地分析R0I的生理情况,包括常 规MRI上无信号改变区域的功能状态. 随受检者年龄的增长,常规MRI检查可见到 脑内TwI高信号灶的数目增加,脑室及皮质脑沟 扩大,脑组织体积缩小,尤其是脑白质的体积以每 10年2的速度减少].组织学研究表明,脑白 质的TwI高信号部分为血管周围间隙的扩大,血 管壁的透明变性等,部分为白质结构的不同程度崩 表1两组ROI的FA值(『士) 注:与青年组比较,P%o.01,P<O.05 中华老年医学杂志2005年9月第24卷第9期ChinJG!!i!!,兰ep!! 【I1!:!:! 图1,4FA图(基底节层面)图1ROI的选择为双侧对称并参照图2避免邻近组织的影响图2T2wI图(与图1同一层 面)图3青年组(与图1,2为同一层面),女性,28岁图4老年组,男性,76 岁 解,如脱髓鞘或是胶质增生.由于髓磷脂质量随老 龄化而下降使髓鞘脱失,导致了白质纤维束的一致 性减弱,相应区域各向异性值便降低]. 本研究显示:(1)FA图可直观显示白质纤维 束的分布和走行;(2)不同脑组织部位的各向异性 程度差别较大,结构紧密的连合纤维胼胝体的FA 值最高.FA值代表了体素内部水平纤维构架的 一 致性程度,由于胼胝体具有较强的方向一致性而 表现出高的FA值,投射纤维的方向一致性稍弱, FA值降低,而纤维的交叉走向使联络纤维如额叶 白质的FA值较胼胝体低得多,脑灰质因趋向各向 同性,得到的FA值最低,丘脑则包括灰质核团和 白质纤维(如皮质丘脑投射纤维等),故FA值比灰 质稍高;(3)老年组与青年组的胼胝体膝部及压 部的FA值差异有统计学意义.Nusbaum等报 道胼胝体膝部及压部,内囊的各向异性随年龄增长 而下降.而Abe等报道仅在胼胝体膝部FA值 因年龄增长而降低.上述结果的不同可能与研究 对象的年龄分布及例数有关.本研究显示,内囊膝 部,视辐射,额叶白质的FA值差异有统计学意义. Hatanpaa等发现在突触蛋白质水平,轴突和树 突的结构可塑性随着年龄增长而急剧下降.因为 大分子蛋白质在水分子的自由弥散中是阻碍因素, 但是否因蛋白质的减少导致了上述区域FA值的 降低,还有待进一步研究.本研究显示,内囊后肢 随着年龄增长,FA值有降低的趋势,但其差异无 统计学意义.亦有文献报道,成年人内囊后肢的 FA值与年龄不存在相关性].以上研究结果可 能在一定程度表明了脑白质老化的不一致性l1. 综上所述,DTI和FA值可以提供脑组织老化 早期的微观结构信息,为判断脑白质随年龄增长的 退变提供了新的诊断信息和诊断途径,当观察脑疾 病过程中的水分子弥散特征变化时,必须考虑到患 者年龄因素以及与年龄有关的脑白质微细结构的 相应退化程度. 参考文献 1AbeO,AokiS,HayashiN,eta1.Normalaginginthe centralnervoussystem:quantitativeMRdiffusion— tensoranalysis.NeurobiolofAging,2002,23:433 441. 2孙烨,杜湘珂,张振馨,等.阿尔茨海默病磁共振扩散 张量成像与临床认知评价相关性.中国科学院, 2004,26:134—139. 3谭湘萍,赵继泉,梁碧玲,等.MR扩散张量成像对鼻 咽癌放疗后早期放射性脑损伤的诊断价值.癌症, 1337. 2004,23:1334— 4SullivanEV,PfefferbaumA.Diffusiontensorimaging innormalagingandneuropsychiatricdisorders.Eur Radiol,2003,45:244—2555. 5RovarisM,lannucciG,SormaniMP,eta1.Age- relatedchangesinconventional,magnetization transfer,anddiffusion—tensorMRimagingfindings: studywithwhole-braintissuehistogramanalysis. 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