郭 敏，李延靜

(延安大學(xué)附屬醫(yī)院心腦血管病區(qū)放射科，陜西 延安 716000)

丘腦是間腦最大的一部分，其中主要成分為灰質(zhì)，“Y”形的內(nèi)髓板將丘腦主體分成前核、內(nèi)側(cè)核及外側(cè)核。丘腦前部是一個(gè)包括前核和背內(nèi)側(cè)核的區(qū)域，它與大腦皮層和皮層下區(qū)域存在信息聯(lián)系，這些區(qū)域在執(zhí)行功能、處理速度和工作記憶中起著至關(guān)重要的作用，這些都是目前已知的受衰老影響的認(rèn)知域[1]。背內(nèi)側(cè)核與內(nèi)側(cè)前額葉、外側(cè)前額葉和前扣帶回皮質(zhì)相互連接，這些區(qū)域涉及計(jì)劃、問題解決、工作記憶、情緒和動(dòng)機(jī)相關(guān)功能[2]。丘腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于記憶和定向注意至關(guān)重要，因此丘腦的退化極有可能會(huì)導(dǎo)致與衰老相關(guān)的認(rèn)知能力下降[3]，丘腦體積的客觀定量測(cè)量是研究功能改變的重要方法。

人工智能和深度學(xué)習(xí)算法建立的神經(jīng)影像全腦定量計(jì)算工具是現(xiàn)在發(fā)展的熱點(diǎn)。uAI-MR腦結(jié)構(gòu)智能分析系統(tǒng)(uAI discover brain,uAI)是上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司開發(fā)的新型人工智能全腦定量分析軟件，該技術(shù)具有有較高的分割效率及分割精度，可以滿足臨床及科研診斷需求。本研究以延安市健康成人的顱腦MRI及深度學(xué)習(xí)算法軟件為基礎(chǔ)，建立丘腦體積標(biāo)準(zhǔn)范圍，為陜北地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)腦模型的建立提供一定的數(shù)據(jù)量。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

招募延安大學(xué)附屬醫(yī)院心腦血管病區(qū)2019年10月至2020年10月進(jìn)行顱腦MRI健康成人體檢者為研究對(duì)象，選取320名符合納入標(biāo)準(zhǔn)的志愿者，按不同年齡階段分為20～40歲(1組)、41～50歲(2組)、51～60歲(3組)、61～80歲(4組)，每組80人。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：志愿者均為右利手；受教育年限>5年；顱腦MRI未見明顯異常病灶，腦白質(zhì)病變(white matter lesion，WML)Fazekas評(píng)分為0；無MRI檢查禁忌癥；掃描圖像均可以順利應(yīng)用uAI軟件。

排除標(biāo)準(zhǔn)：高血壓、糖尿病、高血脂、藥物濫用史；器質(zhì)性病變、精神疾病、神經(jīng)疾病及慢性病史；不配合MR檢查者。

1.3 檢查方法

1.3.1 MRI圖像采集 所有納入志愿者均利用3.0 T超導(dǎo)型磁共振掃描儀(Simens Magnetom Verio)行常規(guī)軸位T2 FLAIR序列及頭部矢狀位3D-磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列T1WI(3D-T1 MP RAGE)掃描，獲得頭部矢狀位3D-T1 MP RAGE圖像，包含176個(gè)1 mm的連續(xù)矢狀位覆蓋全腦圖像，具體成像參數(shù)：TR=1 900 ms，TE=2.48 ms，F(xiàn)OV=250 mm×250 mm，矩陣256×246，層厚為1 mm，旋轉(zhuǎn)角度為9°，采集時(shí)間為256 s。掃描后將數(shù)據(jù)傳入uAI-pacs-MR腦分割后處理工作站。

1.3.2 MRI圖像處理與丘腦體積測(cè)量方法 應(yīng)用上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司開發(fā)的新型人工智能全腦定量分析軟件uAI對(duì)大腦結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分割及量化，通過不同方位辨認(rèn)丘腦輪廓，并在1min內(nèi)自動(dòng)描繪丘腦的形態(tài)，自動(dòng)測(cè)量丘腦的體積，所有分割都經(jīng)過2位從業(yè)超過10年的神經(jīng)影像診斷醫(yī)師審核，以確保分割的準(zhǔn)確性，并在需要時(shí)手動(dòng)調(diào)整界限，在使用過程中我們發(fā)現(xiàn)該軟件可以克服目前國內(nèi)外全腦定量體積測(cè)量可重復(fù)性差的問題。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，應(yīng)用t檢驗(yàn)比較左右兩側(cè)和不同性別之間丘腦體積的差異。不同年齡階段所測(cè)丘腦體積參數(shù)分析用單因素方差分析，并針對(duì)不同年齡階段與丘腦體積的相關(guān)性做Pearson相關(guān)性分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同性別丘腦體積比較

經(jīng)uAI人工智能軟件測(cè)得的所有志愿者男性和女性丘腦體積的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(左側(cè)P>0.05，右側(cè)P>0.05，表1)。

表1 不同性別健康成人左右側(cè)丘腦體積 測(cè)量值比較

2.2 雙側(cè)丘腦體積比較

左側(cè)丘腦體積平均值為6.996 cm3，右側(cè)丘腦體積平均值為6.975 cm3，雙側(cè)丘腦體積之間的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05，圖1)。

圖1 雙側(cè)丘腦體積的比較

2.3 不同年齡階段丘腦體積的差異分析

4組年齡階段雙側(cè)丘腦的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表2)。使用TukeyHSD檢驗(yàn)進(jìn)行事后檢驗(yàn)(posthoc)分析結(jié)果顯示：1組與3組、4組雙側(cè)丘腦體積的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，3組與4組雙側(cè)丘腦體積的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05，表3)。

表2 不同年齡階段丘腦體積測(cè)量值比較

表3 4組雙側(cè)丘腦體積測(cè)量值差異的兩兩比較

2.4 直線回歸與相關(guān)性分析

丘腦體積隨著年齡的增大逐漸減小，呈負(fù)相關(guān)模式，r=-0.354，P<0.05。

圖2 年齡對(duì)總丘腦體積的影響

3 討論

丘腦是大腦皮層發(fā)達(dá)動(dòng)物最重要的感覺傳導(dǎo)接替站，在正常成人老齡化的進(jìn)程中，丘腦的萎縮占全腦灰質(zhì)體積減小的大部分[4]。本研究發(fā)現(xiàn)，年齡與丘腦體積呈負(fù)相關(guān)模式。丘腦形態(tài)的減小在與額葉皮質(zhì)相連的丘腦前核最多，而丘腦后部腹外側(cè)區(qū)最少，這部分丘腦與頂葉皮質(zhì)相連。這些形狀變化反映在丘腦皮質(zhì)投射的體積上，與額葉皮質(zhì)相連的丘腦區(qū)域體積減少最大，而丘腦皮質(zhì)投射到其他皮質(zhì)區(qū)域的體積沒有明顯變化[5]。由于考慮到青少年部分灰質(zhì)核團(tuán)尚未發(fā)育完善[6]，本研究目前是以健康成人為納入標(biāo)準(zhǔn)，尚未納入20歲以下的青少年，在相鄰10歲年齡差距內(nèi)丘腦體積尚未發(fā)現(xiàn)差異，當(dāng)年齡跨度>10歲時(shí)丘腦體積的差異就會(huì)顯現(xiàn)出來。

本研究應(yīng)用uAI在T1WI矢狀位薄層掃描圖像中自動(dòng)勾畫丘腦體積，再由2位從業(yè)超過10年的神經(jīng)影像醫(yī)師進(jìn)行人工校對(duì)，這樣計(jì)算出的丘腦體積誤差較小且穩(wěn)定性好，有利于同一患者多次重復(fù)測(cè)量，減少手工測(cè)量的誤差。所有健康志愿者雙側(cè)丘腦體積以及不同性別之間丘腦體積的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，馬帥等[7]研究發(fā)現(xiàn)男性雙側(cè)丘腦體積均大于女性，出現(xiàn)這個(gè)差異的原因可能為在本研究的健康志愿者中，中老年人群數(shù)量較多，在該階段的男性大多由于生活或工作壓力較大，以及不良的生活習(xí)慣，如吸煙、喝酒等，從而加速衰老，導(dǎo)致丘腦的體積減小，與該年齡階段女性的丘腦體積相當(dāng)[8]，這個(gè)解釋還有待于后續(xù)研究的證實(shí)。

丘腦作為大腦灰質(zhì)核團(tuán)中最重要的一部分，在大腦的信息傳遞中發(fā)揮著巨大的作用，Leek等[9]在長(zhǎng)期局灶性癲癇患者的研究中發(fā)現(xiàn)海馬萎縮與丘腦萎縮并存，雖然目前仍不能確定這種萎縮是癲癇的原因或者是結(jié)果，但這的確提示了丘腦作為癲癇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中樞的重要性[10]。Zhang等[11]在癲癇患者的研究中發(fā)現(xiàn)，無論患者是否伴有海馬硬化，雙側(cè)丘腦體積的不對(duì)稱指數(shù)都明顯高于健康對(duì)照組。同時(shí)，Zidan等[12]在對(duì)大腦皮質(zhì)、白質(zhì)、側(cè)腦室容積以及皮質(zhì)下核團(tuán)(海馬、杏仁核、丘腦)進(jìn)行基于磁共振掃描的容積測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)遺忘型輕度認(rèn)知障礙患者的丘腦體積與健康對(duì)照組相比減少，這可以在一定程度上預(yù)測(cè)遺忘型輕度認(rèn)知障礙進(jìn)展為阿爾茲海默癥。

總之，隨著年齡的增長(zhǎng)，雙側(cè)丘腦體積逐漸呈下降趨勢(shì)。本研究旨在通過探討健康成人丘腦體積的變化規(guī)律來推動(dòng)延安地區(qū)成人腦體積模型的進(jìn)一步建立和發(fā)展。