三维动脉自旋标记灌注成像显示学龄前孤独症儿童部分脑区血流下降

程卓1，唐世龙1*，张云1，陈务霜1，戴春梅2，吴兰2，刘先凡2，何玲2

作者单位：1.重庆医科大学附属儿童医院放射科，国家儿童健康与疾病临床医学研究中心，儿童发育疾病研究教育部重点实验室，重庆400014；2.儿科学重庆市重点实验室，重庆400014
*通信作者：唐世龙，E-mail：tangshilong66@163.com
中图分类号：R445.2；R749.94文献标识码：ADOI：10.12015/issn.1674-8034.2022.01.003
本文引用格式：程卓,唐世龙,张云,等.三维动脉自旋标记灌注成像显示学龄前孤独症儿童部分脑区血流下降[J].磁共振成像,2022,13(1):11-14,20.

[摘要]目的探讨三维动脉自旋标记(threedimensional-arterialspinlabeling，3D-ASL)灌注成像在学龄前孤独症儿童脑部的应用可行性。材料与方法选取2、3、4、5岁孤独症儿童各40名为研究组，选取2、3、4、5岁健康儿童各40名为对照组，所有儿童均行磁共振常规序列、3D-T1、3D-ASL序列扫描。通过软件后处理获得脑部各区脑血流量(cerebralbloodflow，CBF)灌注值，比较分析相同年龄段孤独症儿童和健康儿童脑部各区血流灌注CBF值，找出各年龄段孤独症儿童脑部各区脑血流灌注CBF值特点。结果2岁组，孤独症儿童颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)；3岁组，孤独症儿童额叶、颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)；4岁组，孤独症儿童颞叶、额叶、丘脑、海马、壳核、尾状核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)；5岁组，孤独症儿童颞叶、丘脑、海马、壳核、尾状核、黑质、红核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)。结论3D-ASL技术可以反映脑血流灌注情况，可以更加全面地反映孤独症儿童病理过程。
[关键词]孤独症；儿童；三维动脉自旋标记；颅脑；磁共振成

孤独症谱系障碍(autismspectrumdisorder，ASD)是一组起病于儿童早期的发育障碍性疾病，以交流障碍、社交障碍、刻板行为等为主要特征，发病率高[1-3]；ASD为多因素致病，与遗传、神经发育、社会心理等有关，还有部分致病因素、可能致病因素或该疾病导致儿童身体异常等因素尚未了解清楚[4-6]，如已有研究发现孤独症儿童部分脑区解剖结构异常或脑功能活动异常等[7-9]，但不知异常脑区脑血流灌注是否异常。
单光子发射型计算机断层摄影(singlephotonemissioncomputedtomography，SPECT)技术和三维动脉自旋标记(threedimensional-arterialspinlabeling，3D-ASL)脑血流灌注成像技术均可了解脑部血流灌注情况，但SPECT是采用放射性同位素作为示踪剂来获取脑部各脑区血流值，同位素具有放射性，对人体有一定危害，且儿童是放射高危群体，故在儿童应用较少[10-12]。3D-ASL脑血流灌注成像是对流入脑的动脉血进行连续标记，待标记血液流入脑组织后，进行全脑三维快速成像，并测量全脑血流量变化的技术；该技术具有无创性、无需注射对比剂即可重复多次对全脑进行功能成像和评价，已广泛应用于临床[13-15]。
在以往研究中，尚无学龄前孤独症儿童脑部血流灌注相关研究，纳入研究的孤独症儿童年龄段大多在3～18岁之间，年龄跨度大，由于儿童生长发育较快，不同年龄段，各脑区血流灌注可能不一致，最终导致研究结果可能会出现误差[16-18]。本研究将学龄前儿童按年龄段分为2、3、4、5岁共4个组，通过3D-ASL脑血流灌注成像获得各脑区血流灌注值，对比分析2～5岁相同年龄段孤独症儿童与健康儿童各脑区血流灌注值；找出孤独症儿童与健康儿童各脑区血流灌注值差别，以便能尽早准确找出不同年龄段学龄前孤独症儿童脑脑部血流灌注特点，以使患者得到及时诊断，合理治疗。

1资料和方法

1.1一般资料

本研究为前瞻性研究，在中国临床试验注册中心临床试验注册号：ChiCTR2000029699。本研究通过重庆医科大学附属儿童医院伦理委员会批准(No.2018-47)，被研究儿童检查前家属均签署知情同意书。
对照组：前瞻性选取2019年6月至2020年12月健康儿童2岁组49名，3岁组48名，4岁组46名，5岁组46名。纳入标准：儿童体质量指数为15～18kg/m2之间；右利手，无神经系统功能疾病、无其他器官伴发疾病、无其他可能影响脑功能与结构的疾病，头部常规磁共振检查均无异常儿童。排除标准：脑部有异常病变；不配合患儿镇静后鼾声导致图像有呼吸伪影。
研究组：前瞻性选取2018年6月至2019年5月在重庆医科大学附属儿童医院就诊的孤独症儿童2岁组51名，3岁组47名，4岁组48名，5岁组45名；纳入标准：患儿体质量指数为15～18kg/m2之间；右利手，患儿符合美国精神障碍诊断和统计手册(DSM-Ⅳ)孤独症的诊断标准,无神经系统功能疾病、无其他器官伴发疾病、无其他可能影响脑功能与结构的疾病，既往无药物治疗史，头部常规磁共振检查均无异常儿童；研究组ASD儿童诊断均在重庆医科大学附属儿童医院儿童发育行为及儿童保健科、心理科副高级职称及以上医师门诊进行初诊，纳入研究ASD儿童符合《精神疾病诊断与统计手册》第5版孤独症诊断标准，儿童ASD评定量表(ChildhoodAutismRatingScale，CARS)得分≥30；排除标准：脑部有异常病变；不配合患儿镇静后鼾声导致图像有呼吸伪影。
所有不配合检查儿童均到我院镇静中心镇静后检查，镇静方式：右美3μg/kg滴鼻+水合氯醛40mg/kg口服，20min后如镇静深度不够再次予右美1μg/kg滴鼻，必要时予水合氯醛20mg/kg口服。

1.2设备与方法

采用GE公司discoveryMR7503.0T磁共振扫描仪，8通道头颈联合线圈。不配合儿童均到镇静中心镇静熟睡后行颅脑MR常规序列、3D-T1、3D-ASL序列扫描，常规序列为横轴位T1FLAIR、T2FLAIR、T2WI等序列。3D-ASL成像参数为：TR4628ms，FOV25cm×25cm，TE10.4ms，NEX3次，层厚4.2mm，采集层数32层，采集时间4min29s(标记后延迟1525ms)；3D-T1成像参数：TR450ms，FOV25cm×25cm，TE3.1ms，NEX1次，层厚1mm，采集层数152层，采集时间3min43s。
数据分析：采用GEADW4.6工作站，将3D-ASL序列原始数据导入Functool软件，获得脑血流(cerebralbloodflow，CBF)定量图，为了计算不同脑区体积、CBF等定量参数值，采用了基于体素的形态学分析(voxel-basedmorphometry，VBM)法，在MATLAB2018a平台上，使用SPM12软件，将3D-T1序列结构图与CBF定量图进行配准，在SPM12软件中利用CAT12工具包将配准后的CBF结构定量图进行分割，最后提取各个脑区体积参数值和CBF参数值(图1)。
统计学分析：采用SPSS22.0统计学软件，计量数据以±s表示。研究组与对照组相同年龄段儿童同一脑区3D-ASL灌注CBF值比较采用两独立样本t检验(P＜0.05为差异有统计学意义)；研究组与对照组相同年龄段儿童同一脑区体积比较采用两独立样本t检验(P＜0.05为差异有统计学意义)。

2结果

2.1入组结果

研究组与对照组2～5岁组各纳入40名被试儿童，人口学及临床信息见表1。

2.2相同年龄段，相同脑区CBF值对比结果

2岁组，孤独症儿童颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)；3岁组，孤独症儿童额叶、颞叶、海马、壳核等脑区CBF值低于健康儿童(P<0.05)；4岁组，孤独症儿童颞叶、额叶、丘脑、海马、壳核、尾状核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)；5岁组，孤独症儿童颞叶、丘脑、海马、壳核、尾状核、黑质、红核等脑区CBF值低于健康儿童(P＜0.05)(表2)。

2.3相同年龄段，相同脑区体积对比结果

相同年龄段，孤独症儿童与健康组儿童相同脑区差异无统计学意义(P＞0.05)；相同年龄段，孤独症儿童与健康组儿童脑区总体积差异无统计学意义(P＞0.05)。(表3)

3讨论

研究结果显示学龄前孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降；学龄前孤独症儿童血流灌注CBF值下降脑区数量随年龄的增加而增加；研究结果获得了不同年龄段学龄前孤独症儿童脑部CBF值下降脑区分布及脑部血流灌注特点。

3.1孤独症儿童各脑区脑血流灌注特点

孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降。表2研究结果显示，孤独症儿童2岁组有3个脑区脑血流CBF值下降，到5岁组有8个脑区脑血流CBF值下降，从以上结果可以推断出学龄前孤独症儿童脑区血流灌注量下降脑区会随着年龄的增加而增加，这些脑区血流灌注CBF值下降，可能与孤独症儿童认知、语言、动作发育迟缓有关(当孤独症儿童在2岁左右时，与健康儿童比较，认知、语言、动作发育等差距较小，随着孤独症儿童年龄的增加，认知、语言、动作发育等方面与健康儿童比较差距逐渐增加，最终导致血流灌注量下降脑区数量逐渐增加)[19-21]。表2、3研究结果还显示，只有3，4岁组孤独症儿童额叶脑血流灌注CBF值低于健康组儿童，且血流灌注量CBF值3岁组明显低于4岁组，其他组孤独症儿童脑部额叶血流灌注CBF值均正常，导致这种现象，可能是孤独症儿童从3岁左右开始，额叶生长发育开始发生迟缓，导致额叶血流灌注下降，后额叶生长发育逐渐恢复，最终在5岁左右时恢复正常，额叶血流灌注也逐渐恢复正常。
本研究不同年龄段孤独症儿童CBF值下降脑区位置和脑区数量与其他研究者研究结果不一致，如Mori等[22]研究者发现孤独症儿童脑部有颞叶、额叶等5个脑区CBF值下降，而本研究2岁组孤独症儿童只有3个脑区CBF值下降，而5岁组孤独症儿童却有8个脑区CBF值下降；可能是Mori等研究者纳入研究患儿年龄段较大(3～15岁)，最终导致结果不一致。

3.2孤独症儿童各脑区体积特点

孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降与脑区体积无关。表3研究结果显示，相同年龄段学龄前孤独症儿童相同脑区体积差异无统计学意义(P＞0.05)，但表2研究结果显示，相同年龄段学龄前孤独症儿童部分脑区血流灌注CBF值低于健康儿童相对应脑区(P＜0.05)，提示孤独症儿童部分脑区脑血流灌注CBF值下降与脑区体积无关，可能与孤独症儿童认知、语言、动作发育迟缓有关；表3研究结果显示，相同年龄段学龄前孤独症儿童相同脑区体积差异无统计学意义(P＞0.05)，与其他研究者研究结果显示孤独症儿童部分脑区体积异常等结论不一致[23-25]，可能是其他研究者纳入研究孤独症儿童年龄较大(在7岁以上)，而本研究纳入研究孤独症儿童年龄为低年龄段(在6岁以下)，低年龄段孤独症儿童早期部分脑区血流灌注下降不会导致脑区体积异常，但随着孤独症儿童年龄增加，脑血流灌注下降脑区数量的增加，脑区长期缺血最终导致脑区体积异常。

3.3本研究局限性

局限一，纳入研究儿童仅限于2～5岁，其他年龄段儿童尚未纳入研究；局限二，纳入研究部分患儿为镇静后检查患儿，患儿镇静可能会对脑部血流状态有影响，最终导致研究结果有一定偏差；以上不足之处在以后的研究中有待进一步完善。
综上所述，3D-ASL技术可以反映各脑区血流灌注值，可以全面地反映各个年龄段孤独症儿童不同脑区血流灌注情况。
作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。

参考文献[References

[1]TerisaPGabrielsen,JeffSA,etal.FunctionalMRIconnectivityofchildrenwithautismandlowverbalandcognitiveperformance[J].MolAutism,2018,27(9):67-75.DOI:10.1186/s13229-018-0248-y.
[2]CoxAD,ViruesOrtegaJ,JulioF,etal.Establishingmotioncontrolinchildrenwithautismandintellectualdisability:ApplicationsforanatomicalandfunctionalMRI[J].JApplBehavAnal,2017,50(1):8-26.DOI:10.1002/jaba.351.

[3]PetersonBS,ZargarianA,PetersonJB,etal.HyperperfusionofFrontalWhiteandSubcorticalGrayMatterinAutismSpectrumDisorder[J].BiolPsychiatry,2019,85(7):584-595.DOI:10.1016/j.biopsych.2018.11.026.
[4]Dell'OssoL,LorenziP,CarpitaB.AutisticTraitsandIllnessTrajectories[J].ClinPractEpidemiolMentHealth,2019,30(15):94-98.DOI:10.2174/1745017901915010094.
[5]NuntaneeS,DaraneeS.EffectofMotorizedElephant-AssistedTherapyProgramonBalanceControlofChildrenwithAutismSpectrumDisorder[J].OccupTherInt,2019.DOI:10.1155/2019/5914807.
[6]DeanDC,FreemanA,LainhartJ.Thedevelopmentofthesocialbraininbabysiblingsofchildrenwithautism[J].CurrOpinPsychiatry,2020,33(2):110-116.DOI:10.1097/YCO.0000000000000572.
[7]SenB,BorleNC,GreinerR,etal.AgeneralpredictionmodelforthedetectionofADHDandAutismusingstructuralandfunctionalMRI[J].PLoSOne,2018,13(4):e0194856.DOI:10.1371/journal.pone.0194856.
[8]LukitoS,NormanL,CarlisiC,etal.Comparativemeta-analysesofbrainstructuralandfunctionalabnormalitiesduringcognitivecontrolinattention-deficit/hyperactivitydisorderandautismspectrumdisorder[J].PsycholMed,2020,50(6):894-919.DOI:10.1017/S0033291720000574.
[9]CaiS,WangX,YangF,etal.DifferencesinBrainStructuralCovarianceNetworkCharacteristicsinChildrenandAdultsWithAutismSpectrumDisorder[J].AutismRes,2021,14(2):265-275.DOI:10.1002/aur.2464.
[10]KowalewskaB,DrozdzW,KowalewskiL.Positronemissiontomography(PET)andsingle-photonemissioncomputedtomography(SPECT)inautismresearch:literaturereview[J].IrJPsycholMed,2021,5(1):1-15.DOI:10.1017/ipm.2021.15.
[11]KanetaT.PETandSPECTimagingofthebrain:areviewonthecurrentstatusofnuclearmedicineinJapan[J].JpnJRadiol,2020,38(4):343-357.DOI:10.1007/s11604-019-00901-8.
[12]SogabeS,SatomiJ,TadaY,etal.Intra-arterialhighsignalsonarterialspinlabelingperfusionimagespredicttheoccludedinternalcarotidarterysegment[J].Neuroradiology,2017,59(6):587-594.DOI:10.1007/s00234-017-1828-9.
[13]WongAM,YehCH,LiuHL,etal.Arterialspin-labelingperfusionimagingofchildrenwithsubduralhemorrhage:Perfusionabnormalitiesinabusiveheadtrauma[J].JNeuroradiol,2017,44(4):281-287.DOI:10.1016/j.neurad.2017.02.003.
[14]ZhangN,GordonML,GoldbergTE,etal.CerebralbloodflowmeasuredbyarterialspinlabelingMRIatrestingstateinnormalagingandAlzheimer'sdisease[J].NeurosciBiobehavRev,2017,72(1):168-175.DOI:10.1016/j.neubiorev.2016.11.023.
[15]MejdoubiM,PavillaA,ColombaniS,etal.ImpactofHeadDownPositiononCerebralBloodFlowinHealthySubjects:AnArterialSpinLabelingMRPerfusionStudy[J].JMagnResonImaging,2020,51(1):218-224.DOI:10.1002/jmri.26783.
[16]BaasKPA,PetrJ,KuijerJPA,etal.EffectsofAcquisitionParameterModificationsandFieldStrengthontheReproducibilityofBrainPerfusionMeasurementsUsingArterialSpinLabeling[J].AJNRAmJNeuroradiol,2021,42(1):109-115.DOI:10.3174/ajnr.A6856.
[17]OvertonDJ,BhagwatN,VivianoJD,etal.IdentifyingpsychosisspectrumyouthusingsupportvectormachinesandcerebralbloodperfusionasmeasuredbyarterialspinlabeledfMRI[J].NeuroimageClin,2020,27(10):2304-2312.DOI:10.1016/j.nicl.2020.102304.
[18]LindnerT,LarsenN,JansenO,etal.Selectivearterialspinlabelinginconjunctionwithphase-contrastacquisitionforthesimultaneousvisualizationofmorphology,flowdirection,andvelocityofindividualarteriesinthecerebrovascularsystem[J].MagnResonMed,2017,78(4):1469-1475.DOI:10.1002/mrm.26542.
[19]TangS,LiuX,HeL,etal.Applicationofa3DpseudocontinuousarterialspinlabeledperfusionMRIscancombinedwithapostlabelingdelayvalueinthediagnosisofneonatalhypoxicischemicencephalopathy[J].PLoSOne,2019,14(7):e0219284.DOI:10.1371/journal.pone.0219284.
[20]TangS,LiuX,HeL,etal.ApplicationofPostlabelingDelayTimein3DimensionalPseudocontinuousArterialSpinLabeledPerfusionImaginginNormalChildren[J].JComputAssistTomogr,2019,43(5):697-707.DOI:10.1097/RCT.0000000000000911.
[21]OliverLD,MoxonEmreI,LaiMC,etal.SocialCognitivePerformanceinSchizophreniaSpectrumDisordersComparedWithAutismSpectrumDisorder:ASystematicReview,Metaanalysis,andMetaregression[J].JAMAPsychiatry,2021,78(3):281-292.DOI:10.1001/jamapsychiatry.2020.3908.
[22]MoriT,ItoH,HaradaM,etal.Multidelayarterialspinlabelingbrainmagneticresonanceimagingstudyforpediatricautism[J].BrainDev,2020,42(4):315-321.DOI:10.1016/j.braindev.2020.01.007.
[23]OzsivadjianA,HollocksMJ,MagiatiI,etal.Iscognitiveinflexibilityamissinglink?Theroleofcognitiveinflexibility,alexithymiaandintoleranceofuncertaintyinexternalisingandinternalisingbehavioursinyoungpeoplewithautismspectrumdisorder[J].JChildPsycholPsychiatry,2021,62(6):715-724.DOI:10.1111/jcpp.13295.
[24]UddinLQ.BrainMechanismsSupportingFlexibleCognitionandBehaviorinAdolescentsWithAutismSpectrumDisorder[J].BiolPsychiatry,2021,89(2):172-183.DOI:10.1016/j.biopsych.2020.05.010.
[25]AnKM,IkedaT,HirosawaT,etal.Decreasedgreymattervolumesinunaffectedmothersofindividualswithautismspectrumdisorderreflectthebroaderautismendophenotype[J].SciRep,2021,11(1):10001.DOI:10.1038/s41598-021-89393-z.