张传凤 王安琴 武红利 王 弈,*

1.安徽中医药大学第一附属医院影像中心 (安徽 合肥 230031)

2.安徽中医药大学 生物医学工程教研室 (安徽 合肥 230031)

肝豆状核变性(wilson disease，WD)是一种铜代谢障碍性疾病，铜在体内过多聚集引起组织的损伤[1]，主要累及大脑和肝脏[2]。在大脑中，主要受损区域集中在基底神经节，而白质损伤也被广泛报道。在本研究中，采用纤维束自动定量法对WD患者的弓状纤维束进行分析，研究其逐点破坏的特点及其与临床认知量表之间的相关关系，弥补前期研究无法对纤维束精确定位的不足。试图探讨认知障碍WD患者可能的中枢作用机制，为进一步深入并有效的临床诊断及治疗提供新的方向和思路。

1 材料与方法

1.1 研究对象选用就诊于安徽省中医院脑病中心就诊的WD患者24例(男14例/女10例)，年龄12-36岁，WD患者均符合WD的诊断标准。选取年龄、性别和受教育程度相匹配的健康对照受试者26例(男15例/女11例)，年龄17-29岁，所有志愿者均自愿签署知情同意书。

1.2 数据采集

1.2.1 磁共振数据采集 所有受试者均使用GE公司(Discovery MR750)3.0T超导型磁共振成像，采用头颅线圈扫描，扫描范围为从颅顶到枕骨大孔水平，采集DTI序列。序列参数为：TR时间为4800ms，TE为 Minimum，翻转角为12°，矩阵128×128，FOV 240×240mm，层厚3mm，无层间距，扫描45层，扩散敏感系数b值为1000s/mm2，扫描64个方向。所有的图像均检查异物干扰伪影和运动伪影。

1.2.1 临床信息采集 对WD组和健康对照组的所有受试者均进行认知功能评估，具体测试的量表有评估总体认知功能的简易智能状态量表(mini-mental state examination，MMSE)、数字广度测验(digital span test，DS)和词语流畅性测验(verbal fluency test，VFT)，数字广度有包括顺背任务和倒背任务。前瞻性记忆包括基于事件的前瞻性记忆(event-based prospective memory，EBPM)和基于时间的前瞻性记忆(time-based prospective memory，TBPM)。

1.3 数据分析

1.3.1 DTI数据AFQ分析 使用FSL软件(HTTPS://www.fmrib.ox.ac.UK/fsl/)对DTI数据进行预处理，DTI数据的预处理步骤包括运动图像校正、涡流变形、颅骨剥离和使用扩散工具箱和大脑提取工具进行张量拟合。全脑扩散指标由 DTIFIT 程序计算出各个体素值，包括分数各向异性(fractional anisotropy，FA)、平均扩散率(mean diffusivity，MD)、轴向扩散率(axial diffusivity，AD)和径向扩散率(radial diffusivity，RD)。Dt6文件是通过将T1图像与原始B0对齐并使用AC-PC平面获得的，用于进一步分析，并根据视觉评估剔除未能对齐的图像。然后，使用 AFQ 工具包(https://github.com/yeatmanlab/AFQ)确定弓状纤维束。AFQ的步骤简述如下：(1)全脑确定性纤维束成像，阈值转角＜30°，FA＞0.2；(2)使用感兴趣区域(ROI)分割的纤维束；(3)基于纤维束概率图的识别纤维束细化；(4)通过异常值剔除算法清洁纤维束；(5)计算沿纤维束在100个等距节点处的扩散度量。

1.3.2 统计分析 所有统计均使用 Statistical Package for Social Science 软件(SPSS，v20.0，Chicago，IL，USA)进行。t检验和χ2检验用于检验年龄和性别差异。独立样本t检验在弓状纤维束 100 个点的扩散指标逐点分析，并绘制平均值。采用Pearson 相关性分析评估扩散指标与认知相关功能相关性，包括病程，MMSE，DS，VFT，EBPM，TBPM。

2 结果

通过t检验及χ2检验，性别和年龄在患者及健康受试者之间无统计学差异。经过AFQ分析，双侧弓状纤维各参数在患者与对照组之间存在统计学差异，表现为不同程度FA值降低，MD值、AD值和RD值升高。存在统计学差异区域段用灰色标出，如图1和图2。经过Pearson相关分析，发现左侧弓状纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关(P＜0.001)，MD值及TBPM呈负相关(P＜0.001)；右侧纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关(P＜0.05),MD值与MMSE呈负相关(P＜0.01)，MD值及TBPM呈负相关(P＜0.001)，如图3，左侧(a)，右侧(b)。

图1 WD患者和对照组沿左侧弓状纤维束的各参数值分布的逐点比较。阴影灰色背景表示患者的平均扩散特性显着不同的区域段，P＜0.05。

图2 WD患者和对照组沿右侧弓状纤维束的各参数值分布的逐点比较。阴影灰色背景表示患者的平均扩散特性显着不同的区域段，P＜0.05。

图3 弓状纤维束参数值与临床特征的相关性分析。图3A为左侧，图3B为右侧。相关分析的结果以相关系数矩阵的形式呈现。正相关以红色显示，负相关以蓝色显示。

3 讨论

作为一种新的算法，AFQ自动重建WM的束剖面，并逐点量化沿纤维束的多个节点的扩散特性，提高了分析的详细程度。通过提取100个解剖位置的扩散特性参数值(FA、MD、AD 和 RD)，可用作为不同病理疾病的诊断生物标志物[3-4]。FA是代表各向异性水扩散的标量值，它与描绘完整WM纤维的细胞和轴突边界有关；低FA值可能表明WM完整性的损失，高FA值可能反映纤维束的可塑性。MD代表平均水扩散速率，高MD值可能表明轴突损失和脱髓鞘。AD描述了沿轴突纤维的水扩散率，这与轴突完整性有关。RD代表垂直于轴突纤维的水扩散率的平均值，并提供有关髓鞘形成的信息。高RD水平与束脱髓鞘有关，低RD水平可能与髓鞘重组有关[5-6]。据以往研究，这是第一次采用AFQ技术探索WD患者大脑中神经纤维自动定量损伤研究。

在WD患者中，过多的铜聚集在组织细胞内导致细胞变性、坏死[2]。大脑组织广泛受累，包括灰质[7]和白质[8]，引起神经系统症状[9]及认知功能障碍等[10]。我们前期研究发现WD患者海马和双侧丘脑、左侧豆状核、尾状核头、背外侧前额叶之间的功能连接和解剖学连接性发生变化，并且其变化与临床认知功能相关[11]。在本研究中，我们发现双侧弓状纤维各参数在患者与对照组之间存在统计学差异，表现为不同程度FA值降低，MD值、AD值和RD值升高。表明WD患者的双侧弓状纤维束完整性受到损伤，而没有纤维束的重塑，并且损伤主要在纤维束的前半段，双侧纤维束全程均有轴突损伤和脱髓鞘改变。

通过相关分析，我们发现左侧弓状纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关，MD值及TBPM呈负相关；右侧纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关，MD值与MMSE及TBPM值呈负相关。认知功能障碍在WD患者中已被广泛报道[12-13]。弓状纤维作为联络纤维，以往的研究表明它们与认知能力下降的症状有关[14]。UF纤维将前颞叶与内侧和外侧眶额叶皮层连接起来，并在情景记忆、语言、语义活动和社会情绪处理中发挥重要作用[15]。因此，参与学习及记忆功能的UF损伤可能在WD患者的认知功能障碍中发病机理中发挥重要的作用。

综上所述，这是首例AFQ技术探索WD患者大脑中神经纤维自动定量损伤的研究。探究了WD患者双侧弓状纤维束的损伤及其与认知功能相关关系。发现参与学习及记忆功能的UF损伤可能在WD患者的认知功能障碍中发病机理中发挥重要的作用，AFQ技术为研究其病理生理机制提供新的途径。

然而这项研究存在一定的局限性。首先，本项研究所收取的病例数相对较少，研究的可重复性、可信性需要进一步提高。