周玲 耿左軍 董立英 吳秉坤

·論著·

正常腦老化過程中中央前、后回白質(zhì)區(qū)ADC值與年齡和性別比的相關(guān)性分析

周玲 耿左軍 董立英 吳秉坤

目的 利用MR擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)觀察中央前回與中央后回(即運(yùn)動(dòng)中樞與感覺中樞)白質(zhì)區(qū)表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient,ADC)值在正常腦老化過程中的年齡、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)，每組30例。所有志愿者均行顱腦常規(guī)磁共振成像[magnetice resonance imaging，MRI)及擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)檢查，人為確定DWI感興趣區(qū)(ROI為(22±2)mm2]，感興趣區(qū)選定在白質(zhì)區(qū)，機(jī)器自動(dòng)測(cè)出左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC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ADC值差異。分析中央前、后回白質(zhì)區(qū)ADC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)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。青年組女性與男性右側(cè)中央前回白質(zhì)區(qū)ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；中老年組女性與男性左側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。結(jié)論 正常腦老化過程中，左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值與年齡呈線性正相關(guān)性改變，即隨著年齡增長(zhǎng)ADC值逐漸增加。青年男性右側(cè)中央前回白質(zhì)區(qū)ADC值大于青年組女性，中老年男性左側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值大于中老年女性。

腦老化；中央前回；中央后回；MR擴(kuò)散加權(quán)成像；ADC值；年齡相關(guān)性分析

磁共振彌散加權(quán)成像(DWI)基于水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)活體組織中結(jié)合水的表觀彌散系數(shù)(ADC)，反映組織微觀結(jié)構(gòu)的變化。目前腦老化過程中水分子彌散特征的報(bào)道主要集中在內(nèi)囊、胼胝體、丘腦等部位，而有關(guān)中央前回及中央后回的研究非常少。中央前回作為軀體運(yùn)動(dòng)中樞，中央后回作為軀體感覺中樞，直接關(guān)系并影響到人們的生活質(zhì)量，因此本研究通過對(duì)中央前、后回的白質(zhì)區(qū)ADC值定量測(cè)定，研究不同年齡段、不同性別的腦組織在腦老化過程中的彌散規(guī)律，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)人類年齡段的最新劃分標(biāo)準(zhǔn)，按年齡將志愿者分為青年組和中老年組，每組60例。青年組中，男30例，女30例；年齡20～44歲，平均年齡35歲。中老年組中，男30例，女30例；年齡45～81歲，平均年齡59歲。

1.2 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)無任何神經(jīng)系統(tǒng)疾病的癥狀及體征；(4)無顱腦手術(shù)或外傷史，無高血壓、糖尿病、心臟病等基礎(chǔ)病或慢性病史；(5)無酗酒、吸煙成癮、長(zhǎng)期服用藥物、毒品依賴等；(6)無MRI檢查禁忌證；(7)無抽搐、癲癇、痙攣史，無腦炎或腦膜炎史；(8)無腦乏氧史，無長(zhǎng)期低血糖史；(9)顱腦MRI常規(guī)掃描未見病灶者(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。

1.3 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，軸位掃描基線為前后聯(lián)合的連線，主要參數(shù)如下：軸位T1WI：T1FLAIR序列：TR/TE/TI 1750/24/720 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 4160/102 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 2250/8.1 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擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)成像參數(shù)如下：軸位掃描：DW-EPI序列，TR/TE=5 000/85 ms，F(xiàn)0V=22×22 cm，矩陣256×256，層厚4 mm，間隔0 mm，在x,y,z三個(gè)方向上分別施加彌散梯度，b值為0和1 000 s/mm2，NEX=4，以前后聯(lián)合線(AC-PC連線)為基線自胼胝體下緣水平向顱頂掃描18層面，掃描時(shí)間：85 s。

1.4 圖像處理 將DTI原始數(shù)據(jù)傳入ADW4.5后處理工作站，利用Functool軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理后，得到表觀彌散系數(shù)(diffusion weighted imaging，DWI)圖，鑒于中央前、后回皮質(zhì)較薄及腦脊液部分容積效應(yīng)的影響，本研究主要測(cè)量白質(zhì)區(qū)，取第12～14層人為劃定左、右側(cè)中央前、后回感興趣區(qū)(ROI)，ROI大小設(shè)置為(22±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ADC值數(shù)據(jù)，分別測(cè)3次取其平均值。見圖1。

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

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)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC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)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見圖2～9,表1、2。

2.2 青年組女性與男性右側(cè)中央前回白質(zhì)區(qū)ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，中老年組女性與男性左側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，余同一年齡組不同性別的左、右側(cè)中央前回及左、右側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。見表3、4。

圖2 女性左側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖3 女性右側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖4 女性左側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

3 討論

DWI可以評(píng)估腦組織內(nèi)水分子的彌散和反映微觀水平的水分子位移信息，對(duì)腦組織內(nèi)的彌散特性反映白質(zhì)纖維束的走行方向和能量代謝等方面已有部分學(xué)者進(jìn)行了報(bào)道[1]，而年齡的改變往往伴隨有腦組織內(nèi)超微結(jié)構(gòu)的改變[2]，性別差異所致的內(nèi)分泌改變也可能影響到腦組織的細(xì)微改變。

我們的研究結(jié)果表明，隨著年齡的增長(zhǎng)，中央前回及中央后回的ADC值表現(xiàn)為線性增加趨勢(shì)。這是腦老化過程中組織形態(tài)變化和神經(jīng)遞質(zhì)的生化改變所導(dǎo)致的結(jié)果[3-5]。大部分學(xué)者把白質(zhì)ADC隨年齡增長(zhǎng)而增加的原因歸結(jié)為年齡相關(guān)的神經(jīng)元退變或脫髓鞘[6-10]。Gideon等[9]曾經(jīng)報(bào)道白質(zhì)ADC值隨年齡增長(zhǎng)而增加對(duì)于白質(zhì)的ADC值隨年齡的增加。參閱多數(shù)研究結(jié)果我們認(rèn)為，一方面可能是相對(duì)應(yīng)神經(jīng)元的數(shù)量減少而神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量和體積增加；另一方面，以前的研究表明，白質(zhì)中水分子的彌散和白質(zhì)纖維束的方向有關(guān)，這種彌散的各向異性是和軸突的髓鞘形成有關(guān)。在人皮層下的白質(zhì)中，大量的軸突是有髓鞘的，因而很可能是軸突的膜和髓鞘限制了白質(zhì)中水分子的彌散；隨年齡的增加，白質(zhì)中軸突和髓鞘鞘磷脂的喪失增加[11]，因而水分子的彌散增加。

圖5 女性右側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖6 男性左側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖7 男性右側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖8 男性左側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

圖9 男性右側(cè)中央前回ADC值與年齡相關(guān)性分析

組別左側(cè)中央前回ADC值左側(cè)中央后回ADC值右側(cè)中央前回ADC值右側(cè)中央后回ADC值平均 0.00071600±0.0000313600.00074408±0.0000305480.00071797±0.0000437450.00075517±0.000041415青年組 0.00069353±0.0000158630.00072070±0.0000168980.00068370±0.0000183080.00072400±0.000020374中老年組0.00073847±0.0000265500.00076747±0.0000219480.00075223±0.0000335950.00078633±0.000032630P值0.0000.0000.0000.000

組別左側(cè)中央前回ADC值左側(cè)中央后回ADC值右側(cè)中央前回ADC值右側(cè)中央后回ADC值平均 0.00072240±0.0000423920.00075308±0.0000397530.00073257±0.0000377100.00075517±0.000042276青年組 0.00068930±0.0000166490.00072360±0.0000207610.00070390±0.0000251700.00072420±0.000019516中老年組0.00075550±0.0000333500.00078257±0.0000313950.00076123±0.0000236520.00078613±0.000035656P值0.0000.0000.0000.000

類別左側(cè)中央前回ADC值左側(cè)中央后回ADC值右側(cè)中央前回ADC值右側(cè)中央后回ADC值平均0.00069142±0.0000162630.00072215±0.0000188240.00069380±0.0000240810.00072410±0.000019780女性0.00069353±0.0000158630.00072070±0.0000168980.00068370±0.0000183080.00072400±0.000020374男性0.00068930±0.0000166490.00072360±0.0000207610.00070390±0.0000251700.00072420±0.000019516P值0.3170.5550.0010.969

類別左側(cè)中央前回ADC值左側(cè)中央后回ADC值右側(cè)中央前回ADC值右側(cè)中央后回ADC值平均0.00077502±0.0000279140.00077502±0.0000279140.00075673±0.0000291600.00078623±0.000033886女性0.00073847±0.0000265500.00076747±0.0000219480.00075223±0.0000335950.00078633±0.000032630男性0.00075550±0.0000333500.00078257±0.0000313950.00076123±0.0000236520.00078613±0.000035656P值0.0330.0350.2350.982

近年來，對(duì)于腦組織和性別差異的研究報(bào)道很多[12-14]，但總的來說，研究的范圍多在腦容積和腦脊液的容積比較，以及男女間大腦灰白質(zhì)含量和腦葉大小的比較，研究結(jié)果間的爭(zhēng)論較大。有研究皮質(zhì)脊髓束ADC值與性別之間無明顯相關(guān)性[15]。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[16]。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[17]。Murphy等[18]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。Sherwin等[19]認(rèn)為男女性灰質(zhì)萎縮的差異與雌激素有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)：右側(cè)中央前回白質(zhì)區(qū)ADC值青年組男性大于青年組女性；左側(cè)中央后回白質(zhì)區(qū)ADC值中老年男性大于中老年女性。有關(guān)這一問題需要進(jìn)一步研究。

本研究也存在一些不足的地方。首先，腦脊液的干擾會(huì)對(duì)FA值的測(cè)量產(chǎn)生影響，雖然已盡量避開腦脊液，但仍會(huì)有極少部分腦脊液處于感興趣區(qū)內(nèi)；其次，由于DWI所固有的低信噪比缺點(diǎn)[20]，ROI法不可避免地存在皮層灰質(zhì)和皮層下白質(zhì)的部分重疊；最后，隨機(jī)納入的“健康”受試者，并不能完全排除存在影響腦萎縮的無明顯癥狀的疾病，如隱匿性腦血管病、未被發(fā)現(xiàn)的高血壓及糖尿病等總之，本組資料顯示中央前、后回白質(zhì)區(qū)ADC值隨著年齡的增長(zhǎng)而增加。今后的進(jìn)一步深入研究需要去揭示運(yùn)動(dòng)中樞和感覺中樞在腦老化過程中結(jié)構(gòu)改變。

1LeBihxnD.Moleculardiffucsion,tissuemicrody-namicsandmicrostructure.NMRBiomed,1995,8:375-386.

2DrachmanDA.Agingandthebrain:anewfrontier.AnnNeurol,1997,42:819-828.

3 劉昌，李德明.人腦老化研究及其進(jìn)展.自然雜志，1996,18:286-290.

4MeyerJS,RauchG,RauchRA,etal.Riskfactorsforcerebralhypoperfusion,mildcognitiveimpairme-nt,anddementia.NeurobiolAging,2000,21:161-169.

5TisscrandDJ,PruessnerJC,SanzArigitaEJ,etal.Regionalfrontalcorticalvolumesdecreasedifferentiallyinaging:anMRIstudytocomparevolumetricapproachesandvoxel-basedmorphome-try.NeuroImage,2002,17:657-669.

6EngelterST,ProvenzaleJM,PetrellaJR,etal.Theeffectofagingontheapparentdiffusioncoefficientofnormalappearingwhitematter.AJR,2000,175:425-430

7NaganawaS,SatoK,KatagiriT,etal.RegionalADCvaluesofthenormalbrain:differencesduetoage,gender,andlaterality.EurRadiol,2003,13:6-11.

8HeleniusJ,SoinneL,PerkioJ，etal.Diffusion-weightedMRimaginginnormalhumanbrainsinvariousagegroups.AJNR,2002,23:194-199.

9GideonP,ThomsenC,HenriksenO.Increasedself-diffusionofbrainwaterinnormalaging.JMagnResonImaging,1994,4:185-188.

10SullivanEV,PfefferbaumA.Diffusiontensorimagingandaging.NeuroscienceandBiobehavioralReview,2006,30:749-761.

11EngelterST,ProvenzaleJM,PetrellaJR,etal.Theeffectofagingontheapparentdiffusioncoefficientofnormal-appearingwhitematter.AmJRoentgenol,2000,175:425-430.

12CoffeyCE,LuekeJF,SaxtonJA,etal.Sexdiff-erencesinbrainaging.aquagntitativemagneticresonanceimagingstudy.ArchNeurol,1998,55:169-179.

13FredcrikseM,LuA,AylwarclE,etal.Sexdifferencesininferiorparietallobulevolumeinsohizophrenia.AmJPsyehiatry,2000,157:422-427.

14PfeffcrbaumA,RosenbloomM,DeshmukhA,etal.Sexdifferencesintheeffectsofalcoholonbrainstrueture.AmJPsychiatry,2001,158:188-197.

15SalatDH,TuchDS,GreveDN,etal.Age-relatedalterationsinwhitemattermicrostructuremeasuredbydiffusiontensorimaging.NeurobiologyofAging,2005,26:1215-1227.

16 張瑋,余慶華,林圣美,等.DTI檢測(cè)正常人皮質(zhì)脊髓束發(fā)育規(guī)律.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2014,30:1628-1631.

17O’DwyerL,LambewrtonF,BokdeAL,etal.SexualDimorphisminHealthyAgingandMildCognitiveImpairment:ADTIStudy.PLoSOne,2012,7:e37021.

18MurphyDG,DeCarliC,McIntoshAR,etal.Sexdifferencesinhumanbrainmorphometryandmetabolism:aninvivoquantitativemagneticresonanceimagingandpositronemissiontomographystudyontheeffectofaging.ArchGenPsychiatry,1996,53:585-594.

19SherwinBB，HenryJF．Brainagingmodulatestheneuro-protectiveeffectsofestrogenonselectiveaspectsofcognitioninwomen:acriticalreview．FrontNeuroendocrinol，2008，29:88-113．

20LiuT,YoungG,HuangL,etal.76-Spaceanalysisofgreymatterdiffusivity:Methodsandapplications.NeuroImage,2006,31:51-65.

Study on the correlation between ADC value and age,sex in white matter region of precentral gyrus, postcentral gyrus during normal brain aging

ZHOULing*,GENGZuojun,DongLiying,etal.

*CTDepartment,XinleCityHospital,Hebei,Xinle050700,China

Objective Using MR diffusion weighted imaging (DWI) to investigate the correlation between apparent diffusion coefficient (ADC) value and age,sex in white matter region of precentral gyrus, postcentral gyrus during normal brain aging.Methods One hundred and twenty right-handedness healthy volunteers, according to their age and sex,were divided into young female group or young male group (≤44 years) and middle-age and older age female group or middle-age and older age male group (>45 years),with 30 subjects in each group. All the subjects were examined by magnetic resonance imaging (MRI) and diffusion weighted imaging (DWI),setting the regions of interest as ROI (22±2)mm2,and selecting the regions of interest in cerebral white matter region,then the ADC values in white matter region of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus were detected and compared among the four groups.Results There were significant differences in ADC values in white matter region of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus at the same sex among different age groups (P<0.05).ThereweresignificantdifferencesinADCvaluesinwhitematterregionofrightprecentralgyrusbetweenyoungfemalegroupandyoungmalegroup(P<0.05). However there were significant differences in ADC values in white matter region of left postcentral gyrus between middle-age and older age female group and middle-age and older age male group (P<0.05).Conclusion During normal brain aging,the ADC values in white matter region of left precentral gyrus,right precentral gyrus,left postcentral gyrus,right postcentral gyrus are positively correlated to age,with the age increasing gradually,the ADC values in white matter region of right precentral gyrus in young males are greater than those in young females,moreover, ,the ADC values in white matter region of left postcentral gyrus in middle age and older age males are greater than those in middle age and older age females.

brain aging;precentral gyrus,postcentral gyrus;MR diffusion weighted imaging;ADC value;age-related analysis

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.06.003

050700 河北省新樂市醫(yī)院CT室(周玲、董立英、吳秉坤)；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)06-0813-05

2016-10-11)