高功能孤独症患儿胼胝体及额叶体积的磁共振研究☆

张久平＊　洪珊珊■　柯晓燕＊ 　焦蕴■　储康康＊　黄海青■　汤天宇■　邹冰＊　杭跃跃＊　周振宇■　陆祖宏■

　　【摘要】　目的　探讨高功能孤独症(highfunctioningautism,HFA)患儿的胼胝体以及额叶体积是否异常。方法　对17例6～ 14岁的HFA患儿(智商≥ 70)以及16名年龄、性别、智商等与患者组相匹配的健康学龄儿童进行T1加权三维容积磁共振成像。根据改良的Witelson范式将胼胝体划分为五个亚区,采用自编软件计算和比较两组被试胼胝体区及各个亚区的体积,应用个体脑结构地图集(IndividualbrainatlasesusingSPM,IBASPM)工具箱计算额叶体积。结果　HFA组与正常对照组相比额叶总体积及左侧额叶体积增大[(193.91± 23.23)cm 3vs(177.86±18.2)cm 3,P= 0.04;(96.08± 11.89)cm 3vs(87.52± 9.14)cm 3,P= 0.03],而右侧额叶、胼胝体总体积及各亚区的体积差异均无统计学意义(P> 0.05);HFA组胼胝体前三分之一部的体积与额叶总体积、右侧额叶体积呈正相关(r= 0.51,P= 0.04;r= 0.50,P= 0.04);未见HFA组中儿童孤独症评定量表评分与胼胝体及额叶的体积存在相关(P> 0.05)。结论　HFA患儿的额叶体积增大,未发现胼胝体体积存在异常。

　　【关键词】　高功能孤独症　磁共振成像　胼胝体　额叶体积

　　【中图分类号】　R 749.94　　　　　　　

    【文献标识码】　A　　

　　【Keywords】　Highfunctioningautism　Magneticresonanceimaging　Corpuscallosum　Frontallobe　Volume

江苏省自然科学基金项目(编号:BK 2008082)

＊南京医科大学附属脑科医院(南京　 210029)

通讯作者(E-mail:kexynj@ hotmail.com)

东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室

　　孤独障碍(autisticdisorder)是一种起病于儿童早期的异常行为综合症,是一种与遗传密切相关的神经发育障碍[1]。近年来,Belmonte等[2]提出孤独障碍患者存在脑连通性异常的假说,胼胝体作为人脑中最大的神经通路,与大脑半球之间的信息传送密切相关。国外已有研究报道孤独障碍患者胼胝体体积减少[3- 4],国内迄今为止尚无孤独障碍患者胼胝体体积的研究报道(检索中国期刊网全文数据库1994～ 2010年文献)。本课题组应用弥散张量成像技术(diffusionnsorimaging,DTI)研究显示,高功能孤独症(highfunctioningautism,HFA)患儿胼胝体前三分之一部及额叶纤维存在异常[5],因此,现采用三维磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)技术,进一步探讨上述HFA患儿的胼胝体、额叶是否存在体积异常及其与临床特征的关系。

1　对象与方法

1.1　研究对象　来自2005年9月至2008年1月南京医科大学附属脑科医院就诊的高功能孤独症(highfunctioningautism,HFA)患儿。入组标准:①符合美国精神病学会颁布的《精神障碍诊断和统计手册》第4版(diagnostic and statisticalmanualofmentaldisorders,fourthedition,DSM-IV)中孤独障碍的诊断标准;②年龄6～ 14岁;③智商(intelligentquotient,IQ)≥ 70;④右利手。排除标准:①明确的颅脑外伤史;②有神经系统疾病和严重的躯体疾病史。共17例患儿,男14例,女3例,年龄6～ 14岁,平均(8.88± 2.03)岁;IQ为77～141分,平均(108.76± 19.07)分;身高109～ 160cm,平均(130.41± 12.22)cm;体重20～ 51kg,平均(29.94± 9.28)kg。

同时选取16名年龄、性别、IQ、身高、体重与患者组儿童相近的正常儿童为对照组,经过详细的体格检查和精神检查排除躯体疾病、神经精神疾病。其中,男13名,女3名,年龄6～ 13岁,平均(10.00± 1.87)岁;IQ为73～ 134分,平均(107.50± 20.72)分;身高110～ 156cm,平均(138.63± 13.24)cm;体重19～ 48kg,平均(34.94± 8.16)kg。所有被试均为右利手。患者组和对照组在性别构成( 2= 0.01,P= 0.94)、年龄(t= - 1.64,P= 0.11)、IQ(t= 0.18,P= 0.86)、身高(t= - 1.85,P= 0.07)以及体重(t= - 1.64,P=0.11)上的差异均无统计学意义。本研究获得南京医科大学医学伦理委员会批准,实验前向所有被试或监护人进行告知,并由被试或其监护人签署了知情同

意书。

1.2　头颅三维MRI图像采集　使用GESignaNV/i1.5T超导磁共振仪,选用鸟笼式头部正交线圈,头部海绵垫固定。对所有被试先常规MRI扫描定位后再行T1加权三维容积MRI成像,采用扰相梯度回波(spoiledgradient-echo,SPGR)系列扫描。将扫描方向定位于平行AC-PC轴,自顶向下扫描被试的3D结构数据。扫描参数:矩阵256× 256,扫描视野24cm × 24cm,层厚2.0mm,层间距1mm,激励次数1次,重复时间为9.9ms,回波时间为2.0ms,分辨率为0.94mm×0.94mm× 1.00mm,扫描时间为5min。层面平行于胼胝体膝部与压部的连线,从头顶到小脑下部,根据被试个体差异扫描层数124～ 152层。

1.3　MRI图像分析　所有数据采用MRIcro软件去除脑外组织后,在包含胼胝体的图像上,结合冠状面和水平面图像在矢状面上从前向后逐层勾画出胼胝体的边界,提取出胼胝体,并进行AC-PC校正(如图1所示)。根据改良的Witelson范式[6]将手工提取出的胼胝体应用Matlab编程自动划分为五个亚区,包括:前三分之一部、前体部、后体部、峡部和压部,最后使用本研究组自行编写的基于Matlab 7.0的计算程序,计算所有被试的胼胝体区以及各亚区的体积。额叶体积的计算方法为:采用个体脑结构地图集工具箱(individualbrainatlasesusingSPM,IBASPM)进行灰白质分割、归一化并计算左、右半球各脑区的体积,额叶区域的划分如图2所示。

1.4　统计学分析　采用SPSS 13.0进行统计分析。采用独立样本t检验比较两组被试间的总胼胝体、胼胝体各亚区体积以及额叶总体积、左、右侧额叶体积。HFA患儿的症状严重程度与胼胝体、额叶各形态测量值之间的相关性以及胼胝体体积与额叶体积之间的相关性则采用Pearson相关分析。检验水准α= 0.05,双侧检验。

2　结果

2.1　患者组和对照组间全脑及半球灰、白质总体积比较　HFA组与正常对照组相比额叶总体积以及左侧额叶体积增大,差异均有统计学意义(t= 2.20,P= 0.04;t= 2.33,P= 0.03);两组之间的胼胝体总体积及亚区体积、右侧额叶体积的差异均无统计学意义(P >0.05)。见表1。

图1　手工勾画胼胝体。注:红色区域为胼胝体区:(a)为冠状面,

(b)为矢状面,(c)为水平面

图2　个体脑结构地图集分割的额叶。红色区域为额叶,(a)为冠

状面,(b)为矢状面,(c)为水平面

表1　两组脑胼胝体及额叶体积的比较

组别n前三分之一部(cm 3)前体部(cm 3)后体部(cm 3)峡部(cm 3)压部(cm 3)总体积(cm 3)总体积(cm 3)右侧额叶(cm 3)左侧额叶(cm 3)

患者组17 8.51± 1.50 2.51± 0.45 2.34± 0.53 2.48± 0.63 8.42± 1.92 24.26± 4.48 193.91± 23.231) 97.82± 11.47 96.08± 11.891)

对照组16 8.96± 1.63 2.43± 0.39 2.33± 0.38 2.52± 0.56 8.57± 1.78 24.81± 4.49 177.86± 18.22 90.35± 9.39 87.52± 9.14

　 1)与对照组比较,经t检验,P< 0.05

2.2　HFA组胼胝体体积与额叶体积的相关性　HFA组胼胝体前三分之一部的体积及额叶总体积、右侧额叶总体积呈正相关(r= 0.51,P= 0.04;r= 0.50,P=0.04),而与左侧额叶体积无相关(P> 0.05);其余胼胝体及各亚区与额叶、左右侧额叶之间的体积均未见相关(P> 0.05)。

2.3　HFA组胼胝体及额叶体积与HFA患儿病情严重程度的相关性　未见HFA组儿童孤独症评定量表的总分与胼胝体总体积、各亚区的体积以及额叶总体积、左、右侧额叶体积相关(P> 0.05)。

3　讨论

MRI和DTI可以从不同角度对患者的脑结构进行检测,目前来说前者的可获得性更好。而本研究采用的核磁共振三维容积扫描技术,以1mm的层厚对人脑进行连续扫描,可以精确地测量脑体积。因此,本研究在对孤独障碍患儿的DTI数据进行分析时[5],也对同组患儿的三维MRI数据同时进行了比较分析。

本课题组纳入了平均年龄为10岁的同质性较高的HFA患儿,并选取了与患者组严格匹配的正常学龄儿童为对照。MRI结果显示,HFA患者组胼胝体的总体积、前三分之一部、峡部以及压部的体积均较正常对照组小,但是差异并未达到统计学意义。同时,本研究也未发现胼胝体体积与病情严重程度相关。而已报道的DTI及纤维跟踪技术的结果显示,患者组胼胝体前三分之一部的纤维数目下降、表面扩散分数增大,差异具有统计学意义[5]。这提示胼胝体体积大小的改变与纤维的结构异常可能不一致,代表着不同的物理意义,也可能是纤维跟踪技术较形态测量技术在检测白质纤维的细微病变上更敏感。Rice等[7]同样在1.5T超导磁共振仪上扫描了12例平均年龄为12岁的HFA男孩,应用改良的Witelson范式分割胼胝体,结果显示患者组胼胝体的表面积、形态、弯度等与对照组并无明显差异。Boger-Megiddo等[8]对45例3～ 4岁的孤独障碍儿童进行研究,结果显示与正常对照组相比胼胝体的体积并无差异,然而根据孤独障碍症状的严重程度,将被试分成症状较重组和症状较轻组后,结果显示症状典型组患儿胼胝体体积显著小于正常对照,而症状较轻组患儿胼胝体体积只有减小的趋势,并未达到统计学意义。而Manes等[4]对27例平均为14岁且伴有智能低下的孤独障碍儿童的研究显示,患者组的胼胝体体积尤其是体部体积减少,与本研究结果不同。Thom-as[9]对1970年至2008年6月间所有的有关孤独障碍胼胝体体积的研究进行了荟萃分析,结果提示孤独障碍的胼胝体体积是有减少的趋势,但是研究的结果受所选择被试的年龄、智能、所使用的磁共振仪、所采用的胼胝体分割方法等因素影响,而磁共振仪的磁场强度和被试的年龄是其中的最重要的两个因素。综合上述研究结果分析,本研究的阴性结果可能与纳入的均是高功能孤独症患儿有关,相较其他孤独障碍患儿而言,HFA可能不存在胼胝体体积异常,但也有样本量不够大的可能。

交流障碍是孤独障碍的核心特征,额叶是社会认知网络的重要组成部分,因此额叶在孤独障碍的脑结构研究中也备受重视。本研究结果显示,HFA患儿的额叶总体积以及左侧额叶体积增大,与Sundaram等[10]研究的结果一致。本课题组已报道的DTI研究也显示HFA患儿的额叶纤维存在异常[5],这些提示HFA患儿的额叶确实存在结构上的异常,并体现在体积、各向异性分数、长程纤维的表面扩散系数等多种影像学指标上。胼胝体的前三分之一部包含嘴部和膝部纤维,主要负责大脑双侧前额叶的连接。因此,我们进一步将胼胝体各亚区的体积与额叶的体积进行了相关分析,结果显示胼胝体前三分之一部的体积与额叶总体积以及右侧额叶体积存在正相关,而与左侧额叶的体积却不存在相关。也就是说在本组HFA患儿中左侧额叶体积的增大并未相应地引起胼胝体前三分之一部的体积的增大,相反与对照组相比HFA患儿胼胝体的体积反而有减少的趋势,可见HFA患儿的胼胝体与额叶体积之间的关系存在异常。

本研究的样本量偏少,需要在今后大样本的研究中进一步论证;且未能与智力低下的孤独障碍儿童进行比较,难以明确两类患儿是否存在差异。对于一个发育障碍来说,研究脑结构在不同年龄阶段的变化轨迹可能较横断面研究更为有意义。

参考文献

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[ 7]　RiceSA,BiglerED,CleavingerHB,etal.Macrocephaly,corpuscallosum morphology,andautism[J].JChildNeurol, 2005, 20(1): 34- 41.

[ 8]　Boger-MegiddoI,Shaw DW,FriedmanSD,etal.Corpuscallo-sum morphometricsinyoungchildrenwithautism spectrum disor-der[J].JAutism DevDisord, 2006, 36(6): 733- 739.

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[ 10] Sundaram SK,KumarA,MakkiMI,etal.Diffusiontensorima-gingoffrontallobeinautism spectrum disorder[J].CerebCortex,2008, 18(11):2659- 2665.