正常腦老化過(guò)程中中央前、后回的FA值與年齡、性別相關(guān)性分析

周玲 耿左軍 董立英 彭凱

·論著·

正常腦老化過(guò)程中中央前、后回的FA值與年齡、性別相關(guān)性分析

周玲 耿左軍 董立英 彭凱

目的 利用MR彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)觀察中央前回與中央后回(即運(yùn)動(dòng)中樞與感覺(jué)中樞)FA值在正常腦老化過(guò)程中的年齡、性別相關(guān)性分析。方法 120例健康右利手志愿者，按性別及年齡分為女性及男性青年組(≤44歲)和女性及男性中老年組(>45歲)，所有志愿者均行顱腦常規(guī)磁共振成像(magnetice resonance imaging，MRI)及彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)檢查，人為確定DTI感興趣區(qū)[ROI為(18±2)mm2]，機(jī)器自動(dòng)測(cè)出左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值數(shù)據(jù)，分別測(cè)量3次取其平均值。比較不同性別、不同年齡組間FA值差異。分析中央前、后回FA值與年齡、性別的相關(guān)性。結(jié)果 相同性別不同年齡組間左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。同一年齡組不同性別的左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 正常腦老化過(guò)程中，左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值與年齡呈線(xiàn)性負(fù)相關(guān)性改變，即隨著年齡增長(zhǎng)FA值逐漸減低。左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值無(wú)性別差異。

腦老化；中央前回；中央后回；MR彌散張量成像；FA值；年齡相關(guān)性分析

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一種新的MRI功能成像技術(shù)，能夠無(wú)創(chuàng)顯示深部組織的微觀結(jié)構(gòu)特征，為臨床研究提供新的結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)；特別是在神經(jīng)影像方面，DTI能利用人腦中水分子擴(kuò)散所特有的方向性定量顯示腦白質(zhì)纖維束的完整性，DTI對(duì)神經(jīng)功能解剖學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)病變的研究提供了一種新的功能MR成像方法。近年來(lái)正常老年腦改變及老年性腦病相關(guān)的DTI研究在國(guó)內(nèi)外迅速發(fā)展。本課題研究目的是利用MR彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)觀察中央前回與中央后回(即運(yùn)動(dòng)中樞與感覺(jué)中樞)FA值在正常腦老化過(guò)程中的年齡相關(guān)性分析，以期有助于腦老化規(guī)律的研究，為后續(xù)疾病狀態(tài)下的相關(guān)研究提供參考，以便有效地改善和提高老年人的生活質(zhì)量。

1 資料與方法

1.1 一般資料 自2015年3～12月招募健康志愿者120例，根據(jù)世界衛(wèi)生組織對(duì)人類(lèi)年齡段的最新劃分標(biāo)準(zhǔn)，按年齡將志愿者分為2組：青年組60例，男30例，女30例;年齡20～44歲，平均年齡35歲；中老年組60例，男30例，女30例;年齡45～81歲，平均年齡59歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)右利手；(2)簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表檢查評(píng)分>27分；(3)無(wú)任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀及體征；(4)無(wú)顱腦手術(shù)或外傷史，無(wú)高血壓、糖尿病、心臟病等基礎(chǔ)病或慢性病史；(5)無(wú)酗酒、吸煙成癮、長(zhǎng)期服用藥物、毒品依賴(lài)等；(6)無(wú)MRI檢查禁忌癥；(7)無(wú)抽搐、癲癇、痙攣史，無(wú)腦炎或腦膜炎史；(8)無(wú)腦乏氧史，無(wú)長(zhǎng)期低血糖史；(9)頭顱MRI常規(guī)掃描未見(jiàn)病灶者(散在性缺血變性灶除外)；(10)符合上述標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)掃描獲得的圖像評(píng)估質(zhì)量，并進(jìn)行后處理，去除偽影嚴(yán)重及后處理不理想者。所有檢查者知情并簽署知情同意書(shū)。

1.2 方法 采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的HDXT 1.5T超導(dǎo)磁共振設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)8通道頭線(xiàn)圈進(jìn)行掃描。檢查者均行常規(guī)T1WI、T2WI、T2FLAIR和DTI掃描。常規(guī)檢查包括軸位T1WI、軸位T2WI、軸位T2FLAIR及矢狀位T1WI，軸位掃描基線(xiàn)為前后聯(lián)合的連線(xiàn)，主要參數(shù)如下：軸位T1WI：T1FLAIR序列：TR/TE/TI 1 750/24/720 ms，層厚6.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣320×224，F(xiàn)OV 24×24 cm，NEX=2；軸位T2WI：FSE序列：TR/TE/TI 4 160/102 ms，層厚6.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣256×256，F(xiàn)OV 24×24 cm，NEX=2；軸位T2FLAIR：T2FLAIR序列：TR/TE/TI 8 400/150/2 100 ms，層厚6.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣256×256，F(xiàn)OV 24×24 cm，NEX=1；矢狀位T1WI：T1FLAIR序列：TR/TE 2 250/8.1 ms，層厚6.0 mm，層間距1.0 mm，矩陣256×256，F(xiàn)OV 24×24 cm，NEX=2。MR彌散張量成像(DTI)成像參數(shù)如下：軸位掃描：EPI序列：TR/TE 8 000/98.3 ms，層厚4.0 mm，層間距0.0 mm，F(xiàn)OV=22×22 cm，NEX=2，以前后聯(lián)合線(xiàn)(AC-PC連線(xiàn))為基線(xiàn)自胼胝體下緣水平向顱頂掃描18層面，掃描時(shí)間：4 min 24 s。

1.3 圖像處理 將DTI原始數(shù)據(jù)傳入ADW 4.5后處理工作站，利用Functool軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理后，得到各向異性分?jǐn)?shù)(factional anisotropy，F(xiàn)A)圖，分別選定左側(cè)中央前回、右側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回、右側(cè)中央后回，取其中心區(qū)人為劃定感興趣區(qū)，ROI大小設(shè)置為(18±2)mm2，并根據(jù)中央前回及中央后回形態(tài)的不同適當(dāng)改變其大小和形狀，使ROI盡量包含在所測(cè)量的解剖結(jié)構(gòu)內(nèi)，并盡量遠(yuǎn)離腦室和腦脊液。機(jī)器自動(dòng)測(cè)量出4組FA值數(shù)據(jù)，分別測(cè)3次取其平均值。

2 結(jié)果

2.1 相同性別不同年齡組左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異 相同性別不同年齡組間左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見(jiàn)圖1～9,表1、2。

圖1 左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回定位圖

注：1 右側(cè)中央后回；2 右側(cè)中央前回；3 左側(cè)中央前回；4 左側(cè)中央后回

圖2 女性左側(cè)中央前回與年齡相關(guān)性分析

2.2 同一年齡組不同性別的左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異 同一年齡組不同性別的左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見(jiàn)表3、4。

3 討論

DTI技術(shù)是基于人體組織中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)這種微觀特性，探測(cè)人體組織的微觀結(jié)構(gòu)，定量顯示腦白質(zhì)纖維束的完整性。DTI常用的量化參數(shù)包括平均擴(kuò)散率(meandiffusivity，MD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractionalanisotropy，F(xiàn)A)、徑向擴(kuò)散系數(shù)(axialdiffusivity，AD)和橫向擴(kuò)散系數(shù)(radialdiffusivity，RD)等，其中各向異性分?jǐn)?shù)(fractionalanisotropy，F(xiàn)A)指水分子各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比例，是各向異性的常見(jiàn)指標(biāo)。而腦白質(zhì)中，水分子主要沿軸突的方向彌散，這種彌散方向的依賴(lài)性稱(chēng)為各項(xiàng)異性，而FA被認(rèn)為是最理想測(cè)定各向異性的參數(shù)[1]，它代表了沿軸突的彌散與總彌散的比值，取值范圍0～1，越接近1表示各向異性程度越大。

圖3 女性右側(cè)中央前回與年齡相關(guān)性分析

圖4 女性左側(cè)中央后回與年齡相關(guān)性分析

圖5 女性右側(cè)中央后回與年齡相關(guān)性分析

圖6 男性左側(cè)中央前回與年齡相關(guān)性分析

圖7 男性右側(cè)中央前回與年齡相關(guān)性分析

圖8 男性左側(cè)中央后回與年齡相關(guān)性分析

腦老化過(guò)程中，隨著年齡增長(zhǎng)，腦組織會(huì)發(fā)生退行性改變，在DTI上可表現(xiàn)為彌散系數(shù)升高，而FA值下降。大部分學(xué)者把這種增齡改變的原因歸結(jié)于增齡過(guò)程中伴隨的神經(jīng)纖維數(shù)量減少、髓鞘脫失、有髓軸突的消失、神經(jīng)纖維長(zhǎng)度變短、神經(jīng)纖維排列緊密程度下降，細(xì)胞外間隙擴(kuò)大等[2]。Inano等[3]在正常腦老化過(guò)程中腦組織彌散各向異性的變化規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)額葉白質(zhì)FA值與年齡負(fù)相關(guān)。關(guān)于年齡相關(guān)的額葉選擇性FA值下降，這也被動(dòng)物老化模型所證實(shí)[4]。在生物進(jìn)化中額葉的形成要比大腦其它部分晚，在腦老化的過(guò)程中，環(huán)境因素對(duì)額葉皮質(zhì)的影響要大于遺傳因素[5-7]。從形態(tài)上，額葉萎縮最為明顯，其次是顳頂葉[7]。Grieve等[8]報(bào)道的額葉萎縮的速度接近腦的2倍。參與構(gòu)成中央前回皮質(zhì)的輔助運(yùn)動(dòng)功能區(qū)隨年齡的增長(zhǎng)而改變[9]。Kolev等[10]采用基于神經(jīng)纖維束的空間統(tǒng)計(jì)方法得出，健康老年組FA值的減少主要集中在額葉、頂葉和皮層下等區(qū)域。因中央前回屬于額葉的一部分，而中央后回屬于頂葉的一部分，所以本研究結(jié)果與上述結(jié)論基本相符。

圖9 男性右側(cè)中央后回與年齡相關(guān)性分析

表1 女性青年組與中老年組不同區(qū)域的平均FA值差異性分析 ±s

表2 男性青年組與中老年組不同區(qū)域的平均FA值差異性分析 ±s

表3 青年組女性與青年組男性不同區(qū)域的平均FA值差異性分析 ±s

表4 中老年組女性與中老年男性不同區(qū)域的平均FA值差異性分析 ±s

引起腦萎縮過(guò)程中的性別差異原因尚不完全清楚，有可能包括內(nèi)在因素和(或)外在因素的影響。關(guān)于腦組織在正常腦老化過(guò)程中不同性別彌散各向異性差值的相關(guān)研究結(jié)論大相徑庭。有研究皮質(zhì)脊髓束FA值和ADC值與性別之間無(wú)明顯相關(guān)性[11]。有研究指出右側(cè)額葉后部增殖性萎縮男性比女性更明顯，頂葉白質(zhì)體積萎縮女性較男性顯著[12]。有研究報(bào)道大腦灰質(zhì)體積減少的性別差異，男性比女性灰質(zhì)體積下降程度更加明顯[13]。Fujimoto等[14]報(bào)道，在男性額葉及顳葉髓年齡增長(zhǎng)萎縮明顯，在女性中海馬和頂葉更易受年齡的影響。Murphy等[15]認(rèn)為男女性灰質(zhì)萎縮的差異與雌激素有關(guān)。本研究未發(fā)現(xiàn)左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回FA值性別差異。

中央前回及中央后回作為人體運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)的最高中樞直接影響到人們的運(yùn)動(dòng)功能和感覺(jué)功能，進(jìn)而影響到老年人的生活質(zhì)量。課題利用MRDTI技術(shù)定量顯示中央前、后回神經(jīng)纖維完整性；以期有助于腦老化規(guī)律的研究，為后續(xù)疾病狀態(tài)下的相關(guān)研究提供參考，以便有效地改善和提高老年人的生活質(zhì)量。

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Study of correlation between FA value of precentral gyrus and postcentral gyrus during normal brain aging and age as well as sex

ZHOULing*,GENGZuojun,DONGLiying*,etal.

*DepartmentofCT,XinleCityHospital,Hebei,Xinle050700,China

Objective To investigate the correlation between FA value of precentral gyrus and postcentral gyrus during normal brain aging and age as well as sex by using MR diffusion tensor imaging (DTI).Methods One hundred and twenty healthy right handedness volunteers,according to gender and age,were divided into young female group and young male group (≤44 years) as well as older female group and older male group (>45 years).All the volunteers were examined by magnetic resonance imaging (MRI) and DTI, with determining the regions of interest artificially [ROI:(18±2)mm2].The FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus were measured by the machine automatically,measuring 3 times and taking their average. The differences of FA value among different sex and age groups were observed and compared,moreover, the correlation between FA value of precentral gyrus,postcentral gyrus and age as well as sex was analyzed.Results There were significant differences in the FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus among different age groups with same gender (P<0.05).HowevertherewerenosignificantdifferencesintheFAvaluesofleftprecentralgyrus,rightprecentralgyrus,leftpostcentralgyrus,rightpostcentralgyrusbetweendifferentsexgroupswithsameage(P>0.05).Conclusion During normal brain aging,the FA values of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus are negatively correlated with age,namely the FA values are decreased with the age increasing. However there are no significant differences in the FA values of left or right precentral gyrus and precentral gyrus between female and male.

brain aging;precentral gyrus;postcentral gyrus;MR diffusion tensor imaging;FA value;age-related analysis

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.07.003

050700 河北省新樂(lè)市醫(yī)院CT室(周玲、董立英、彭凱)；河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科(耿左軍)

耿左軍，050000 石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科；

E-mail：1980756261@qq.com

R

A

1002-7386(2017)07-0973-05

2016-09-18)