海马体及测量.doc

健康成人应用基于体素形态测量(VBM)及手工勾勒法(ROI)进行海马体积测量及对比分析摘 要目的 使用基于体素形态测量法（VBM）、手工勾勒法（ROI）对健康成人的海马体积进行测量获得的结果使用两组高分辨性的MRI对脑结构图像进行对比。将ROI作为标准，看VBM用于健康成人检测其海马体积的敏感性。方法在知情同意前提下，参考陈楠、李坤成等关于健康中国汉族成年志愿者纳入标准，确定研究对象辽宁汉族成人120人，男60人、女60人，使用购自德国Siemens公司的Avantol.5T的核磁共振系统使用3D模式对全脑进行高分辨性的T1结构图像数据的收集。对获得的数据使用ROI的方法和VBM的方法针对海马的体积进行测量。结果通过辽宁汉族成人利用头MRI进行VBM法测量海马体积与手工勾绘海马体积有良好的一致性。通过测量、对比，提出VBM技术在海马体积测量的可行性及对ROI测量法的可替代性，为临床Ad患者诊治提供有效的影像学依据。结论使用头MRI进行VBM法测量海马体积与手工勾绘海马体积有良好的一致性。AbstractPurposeThe measurement and comparison of hippocampal volume in healthy adults are based on the volume measurement (VBM) and manual (ROI).ObjectiveUsing voxel based morphometric (VBM) and manual (ROI) measurements of hippocampal volume in healthy adults, the results obtained from the two groups were compared with the high resolution MRI. ROI as a gold standard, the sensitivity of VBM for healthy adults to detect the volume of the hippocampus was detected.MethodUnder the premise of informed consent, reference Chen Nan, Li Kuncheng and other on healthy Chinese adult volunteers included in the standard, determine the study object Liaoning Han adult 120 people, male 60, female 60, using Siemenss Avantol.5T nuclear magnetic resonance imaging system using 3D magnetic resonance imaging system using T1. The data were obtained using the ROI method and the VBM method was used to measure the volume of the hippocampus. ResultVBM method was used to measure the hippocampal volume and the volume of the hippocampus was consistent with the manual hook in the Han nationality of Liaoning. By measuring and comparing, the feasibility of VBM technique in hippocampal volume measurement and the alternative of ROI measurement method is proposed.ConclusionMRI method was used to measure the hippocampal volume and the volume of the hippocampus was consistent with the manual hook in the VBM method.目 录摘 要2Abstract3目 录41.前 言51.1研究背景51.2研究目的与意义51.3研究思路71.4文章安排72. 文献综述82.1 相关概念介绍82.2 相关特性介绍92.3 国内外研究现状122.4总结143.研究对象和方法153.1 研究对象153.2 研究使用的主要仪器153.3海马边界的确定153.4图像采集173.5手工分割法测量海马体积193.6体素形态测量(VBM)法测量海马体积203.7标准化243.8统计学方法244.实验结果分析254.1 实验结果计算254. 2影响海马体积测量结果的数据标准化问题264. 4不同海马体积测量方法所得结果比较295.结论305.1总结305.2展望30参考文献32致 谢381.前 言1.1研究背景随着当今社会的高速发展，人均寿命的延长，人口老龄化问题日益严重，社会发展还导致人类生活压力也随之增加，心理、社会等综合因素导致的精神障碍疾病日益剧增。最初只引起认知和记忆能力的下降、行为及情感的定向能力与执行功能的障碍。经研究表明，人类的学习、认知、记忆与情感等方面与边缘系统有很大的关系，而海马则是此系统中最重要的组成部分之一。海马与精神、神经疾病中的精神分裂症、抑郁症、阿尔茨海默病、颖叶癫痈等疾病密切相关，在患者未出现任何临床症状之前，海马体积就已经有小同程度的减少，随着病情的好转，海马体积也随之增加，学习与认知功能逐渐恢复。目前学者公认磁共振成像（Magnetic Resonance Im aging, MRI）是测量观察海马形态的最佳影像学方法之一。通过影像技术能较准确地提供海马结构与功能信息，这不仅能为疾病的筛查与诊断提供简便、快捷、客观的科学依据，也能为患者病情预后提供基础资料。1.2研究目的与意义目前观察海马形态最常用的M RT法，但海马扫描的基线国内外尚未统一，小能客观真实地反映海马形态的变化。人体海马小但体积微小并且结构极为复杂，厚层扫描难以发现内部超微结构病变，小能满足形态学研究，对其图像进行数字化分析报道较少。测量时也因样本数量较小、民族的差异及扫描方式与计算工具、标准化方法各异，最后所得的结果相差较大，在我国临床上的应用受到一定局限。所以目前急需一种精确、简单、可行的测量方法，来确定国人海马的体积变化，为疾病的筛查与诊断以及预后提供数据资料。1.2.1研究目的本文主要采用体素形态测量(VBM)及手工勾勒法(ROI)对海马体积进行测量，并对比体素形态测量(VBM)与手工勾勒法(ROI)对海马体积测量的结果，以此来研究两者方法的异同。1.2.2研究意义许多神经与精神系统疾病与海马结构的改变有密切的关系其中癫痫疾病最受关注。目前国内外专家学者利用M RI评估海马体积，通过观察海马体积测量结果对癫痫治疗以及预后有着要的意义。海马硬化最突出的表现为海马体积的萎缩，同时海马组的神经胶质细胞增生、水肿导致在上信号增高，所以海马积萎缩和上信号弥漫性增高是海马硬化的直接征象。M RI对颞叶海马硬化诊断中起着极其重要的作用，据统计敏感性在75% -86%之问，特异性在64%-100%之间，但有的学者认为用MRI很难为海马硬化作出早期诊断，因为只有当海马神经元少萎缩50%以上，此时MRI才能发现海马异常。除此之外，阿尔茨海默病也是老年人常见的神经系统变性疾病，也是痴呆最常见的病因。AD的发生与发展与海马关系密切，Schliebs等证明海马结构参与AD早期发病过程，海马的损伤和萎缩在AD的早期即已出现，AD的早期组织病变仅局限于海马，所以海马体积萎缩被公认为AD最有诊断价值之一。精神障碍导致海马神经元细胞死亡机制是一个复杂的过程，主要机制是抑制了海马神经元再生，最后导致海马等边缘系统的细胞丢失和体积减小。在精神障碍疾病的范畴中，研究较多的疾病有精神分裂症与抑郁症。经过观察与测量海马的形态结构的变化，小但可以反映疾病的状态，而且为上述疾病的诊断以及评价预后提供重要依据。1.3研究思路逐个计算研究对象海马体积进行统计学分析，设定可信区间，对两种方法所得数据进行T检验逐个勾勒出海马体积VBM空间标准化、组织分割、平滑问卷调查筛选研究对象头部MRI扫描对研究对象海马体积批量测量1.4文章安排本文的结构主要是按照如下：第一章主要介绍相关的研究背景及研究意义与目，紧接着对文章的结构和总体板块进行简要说明；第二章主要介绍本文研究所涉及到的相关概念/国内外相关的研究进展情况等；第三章主要研究介绍研究对象和研究方法；第四章主要介绍测量的结果及数据的分析第五章对研究的结果进行总结，并展望未来。2. 文献综述2.1 相关概念介绍2.1.1 海马海马(HC)主要指的是海马本部(Ammon氏角)，由海马与齿状回(DG)组合为海马结构。本文的海马是指Ammon氏角、齿状回、海马伞(FI)和下托(SU)等部分。海马表面有一层室管膜，其内的白质部分为海马槽，海马槽的纤维向后内方聚集，形成海马伞。齿状回为一狭长的皮质带，大部被海马本部包围，在冠状位海马酷似C字形，与齿状回一起形成类“S”形。下托是指海马本部与海马旁回(PG)之间的过渡区域。海马的细胞结构分为分子层、锥体细胞层和多形细胞层，海马本部分为CA1, CA2, CA3等亚区，主要由锥体神经元构成，齿状回则主要由颗粒神经元构成。海马外形似尾状核，全长约40-45 mm，左右各一，围绕中脑，突入侧脑室下角。由前向后将海马分为头、体、尾三部，分别占海马全长的35%，45%和20%。2.1.2体素形态测量(VBM)VBM是一种显示脑形态学改变的新方法，可以发现常规影像检查无法显示的灰、白质密度的异常，为研究许多可能导致脑形态学改变的疾病提供了新的工具。VBM的出现不仅印证了许多以往临床观察和病理学研究提出的观点，同时还提出了一些新问题，有待进一步深入研究。随着VBM技术的日臻完善和广泛应用，将加深对脑部形态学改变的认识，对探讨多种神经病变的病生理机制将起到非常重要的作用。2.1.3手工勾勒法(ROI)手工测量海马体积首先要依靠人工方法对海马结构进行追踪和分界，即由具有丰富解剖知识和经验的神经解剖学专家、神经科医生或经过专门训练的操作者，在MR图像工作站上用鼠标直接勾画出海马结构的边界。人工分割海马结构往往在垂直于海马长轴的倾斜冠状位图像上逐层勾画海马结构的边界，同时利用三维体积分析软件在矢状面、水平面上分辨海马结构与周围解剖结构间的关系，提高分割的准确性，在此过程中操作者的经验和知识起着非常重要的作用。 手工测量海马体积则主要是在上述基础上使用二维测量方法，即单层面积与层厚相乘得出单层体积，逐层体积相加得出单侧海马的总体积。公式表达为:V = (S1+S2+.Sn)*(层厚+层间矩) V代表单侧海马绝对体积:S代表各层所测得的海马的面积。一般海马结构的人工勾画和测量在MRI工作站选配的软件或专业软件上进行，不仅可在冠状面、矢状面、水平面三个层面上同时显示图像，而且可以自动得到所勾画出的海马感兴趣区(region-of interest, ROI)的面积。由于以往统计学分析表明，海马体积与颅腔体积呈直线相关的关系，所以通常测得的原始海马体积还需进行标准化校正，以去除个体颅腔体积对海马体积的影响。具体校正方法有相除法、协方差法以及其Cendes法等。 由于长期以来人工分割海马结构的精度在众多方法中是最高的，因此人工测量海马体积被普遍认为是金标准，也将其作为评价其它分割方法优良与否的参考。但是，手工划界和描画、测量是一个非常耗时费力的工作，而且非常依赖于评估者本人的经验及解剖学知识，不同研究之间的一致性和可重复性往往不佳。对于大型研究或多中心研究而言，有限的时间、经费以及人力资源也使得手工描绘测量海马体积难以完成。近年来随着计算神经科学的发展，研究者们不断开发新的软件包，以达到机器自动分割并测量海马体积的目的。而自动测量的方法不仅很高的重复性和评定者间一致性，而且效率显著更高，在海马体积的测量方面具有很大的发展潜力。2.2 相关特性介绍2.2.1 人体海马具有的解剖学方面特点人体的海马存在于大脑颞叶的内侧面，是由Jullius Caesar Aranzius进行的命名，海马是由海马本部安蒙氏角、吃齿状回以及下托还有围绕胼胝体存在的残体构成，经研究表明残留现已十分不明显。海马的全长大约在40毫米，左右脑半球各存在一个，它们环绕中脑，向侧脑室突入至颞角。安蒙氏角存在于侧脑室的下角的底端，从冠状面的角度来看呈现类似C字的形态，在其表明有室管膜进行覆盖，在其内层就是称之为海马槽的白质，其纤维向后侧内部方向聚集以此成为和穹窿脚进行连接的海马伞。海马组成部分的齿状回为皮质，呈现狭长带状，除了内侧面以为其他部分为安蒙氏角进行包围。在其内侧的游离面有着很多类似于齿状排列的横沟结构，从冠状切面上看和安蒙氏角呈现双C形环抱的形状。在安蒙氏角和齿状回间存在有裂沟称之为海马裂，内部口呈张开状态，外面一般呈闭合状态。在安蒙氏角和海马旁回皮质之间存在有过渡性的区域称为下托，可由其细胞的结构划分为前下托、本部和下托尖以及旁下托，其中旁下托再经过逐步的移行到达海马旁回的内嗅区域内。根据大致解剖学可将海马按照其长轴划分成头部、体部和尾部，分别占有长度为35%、45%、20%，然后这三者之间并没有存在显著的分界。海马的头部呈现弯曲的形态，在其前部存在海马趾成隆凸状。海马头部其内缘部分为钩回，在前上方处为侧脑室下角处的钩隐窝以及杏仁核。海马体包括安蒙氏角的灰质部，在上面和侧面都由海马槽进行覆盖，在内侧为环池部分，在外侧为侧脑室三角结构，在上界和环池以及侧脑室三角临近。在海马的尾部内侧处由海马伞进行相应覆盖，海马伞向内上方弯曲并渐渐构成一个穹窿。海马的尾部内侧为环池还有大脑横裂的外侧部，其外侧界为侧脑室三角。2.2.2海马的皮层细胞结构特性安蒙氏角以及齿状回都是由灰质作为主要成分构成的，皮层结构最为显著性的特点就是神经元呈现有规律性的排列。而安蒙氏角中的主神经元为椎体神经元，齿状回中的主神经元为颗粒神经元。另外非主神经元的分类则有很多。安蒙氏角可以分成分子层、锥体细胞层以及多形层，按照其细胞具有的形态以及皮质区发育的差别还有纤维排列上的不同之处可以再划分成CA1、CA2、CA3以及CA4四个区域。其结构中的齿状回也能够划分成三个层面：分子层、颗粒细胞层以及多形层。2.2.3人体海马纤维间的联系和功能人体的海马存在纤维间的联系十分复杂，其传入性纤维中由内嗅区进行投射的数量最多，分布在安蒙氏角以及齿状回整个带长作为海马的主要信息源头。海马传出的纤维可以由椎体细胞发出的轴突构成，经过穹窿从海马发出，有一部分在乳头体处停止，剩余的在扣带回、丘脑前核等处停止。可通过这些和很多皮质区以及皮质下的中枢存在关联。因海马和大脑的皮质以及皮质下的中枢存在广泛性的关联，使得其在人体记忆形成、应激以及调节情绪等方面都发挥十分重要的作用。人类的海马能够直接参与到空间、情景以及语言记忆的形成过程中去。2.2.4核磁共振影像下的海马特点由上世纪八十年代提出的磁共振成像进行医学影像学检查的方法，可以利用存在于人体组织里的质子在磁场里受射频脉冲刺激产生核磁共振的情况，生产出信号经由计算机进行处理，重新建立起人体某个层面上的图像。使用MRI进行检查具备的优势：（1）它有很好的针对软组织的分辨能力，相对具有高分辨率，可以很清楚地对人体的肌肉、肌腱、脂肪等结构进行分辨，在人体头部的成像里也能够十分准确地区分出大脑的灰质以及白质。（2）它具有多个方位任意进行切层的功能，能够清楚地显示出病灶所处的具体位置、范围以及和周边的临近组织器官存在的关系，能够做到对病灶进行精确的定位。（3）其具有无创性，和X线及放射性核素检查进行比较对于人体没有辐射上的损伤，因此针对活体进行检查可以具有很好的优势性。在应用磁共振图像检查海马结构发现其具有特殊性：主要属于灰质组成成分，具备的体积较小，形态呈现不规则状，对称性地在双侧颞叶内侧部进行分布，从前往后可以划分成为头、体、尾三个部分，被其周边存在的脑白质、皮质以及脑室进行包绕。海马头大致表现为横向的走行，灰质区在人体冠状平面上表现为逐渐上行状态，移行成为海马体。海马头的内侧上边部位大致形成显著突起，于冠状面上最容易对其进行辨认。它的内侧和海马旁回以及杏仁核进行延续，前面上界处有侧脑室下角的钩隐窝以及覆盖在海马头部的脑室室面海马槽共同作为区别杏仁核和海马头部的准确性解剖学标志。海马头的下界为下托的下缘，有白质结构和其紧紧相邻，然而下托的表面覆盖存在有很厚的髓神经纤维层，将其称为表浅髓板，从MRI上看呈现白质信号，所以和其周边组织信号存在十分显著灰白质上的对比，可以根据据此种对比把下托和海马旁回区进行区分。海马头其外侧界为侧脑室，在核磁得到的T1WI图像上表现成为明显的低信号区域，所以将海马头部的外侧和侧脑室进行对比十分清楚容易辨认。海马头部在转向内侧后会形成海马钩后段，其内界经由海马的下界向上方进行延伸。人体海马头部的灰质区在形成的冠状面表现为逐步的上移，逐步移行成为海马体。海马体则表现为圆形或卵圆形状态，沿着矢状位方向进行走形，对其定界相对而言比较容易一些。其深面形成侧脑室颖角底的一部分，突入侧脑室颞角，表面覆以海马槽。内侧界与环池相邻，外侧界与侧脑室三角相邻，上界为脉络膜裂，内缘游离，与环池及侧脑室三角都相邻。在MRI影像上，显示呈灰质信号的海马体及覆盖于其表面的白质一海马槽、海马伞及周围低信号的脑脊液不难区分。海马体的下内侧界，也就是海马与海马旁回的分割较难，因为两者皆为灰质信号，而下托与海马旁回相交的最内侧角可以作为分界的参考。另可沿自海马体的最下部向内侧画一条45的直线直至环池，来进行下托和内嗅区的人工分界。某些个体的下托和内喚区之间还会出现一线白质，也可借此分界。海马体继续上行移行为海马尾，至此海马变得小而扁，海马裂浅而平直，外上界为穹窿脚，内上界为胼胝压部，下界为扣带回峡部及海马旁回。穹隆全貌显示的层面可作为海马尾的第一个层面，而其最后一个层面则为其卵圆形灰质区即将消失的层面。海马尾上界与穹隆(与侧脑室三角区相邻)也均表现为灰质，两者无明显分界，但可沿四叠体池上界向外侧画一水平线至侧脑室三角区来将其分开。此外，海马尾的内、外、下侧界与邻近白质信号差别均较大，较易分割。由于海马结构是以灰质为主的结构，在T1加权像上与周围组织分界清晰，而目前MRI仪器的场强通常为L5T或更高,头部线圈有很高的信噪比和分辨率，加上3D MPRAGE序列、3D FLASH序列等特殊的图像采集序列，薄层连续扫描和三维重建技术的应用，都使海马的解剖结构具有良好的信噪比和合适的对比度，能比较准确地划分海马的边界以及反映海马的体积变化。目前也己有大量文献表明，尽管磁共振不能很好地显示海马的分子解剖学方面的细节与特征，但对于分辨整个海马的形态学分界还是可以完成得很好。2.3 国内外研究现状对海马的解剖学研究大多集中在95年以前，通过对不同层面的大脑切片，进行对比参照，探讨海马的邻近基础结构以及与MRI影像学的差异。如姚家庆等7人对九十例成年人脑进行横、矢、冠三个平面的切片，通过精确测量，对包括海马在内的周围结构进行三维立体定位。陈玉敏等人对47例大脑标本进行了局部的解剖学研究，测量除了海马的长宽等国人海马数据范围。杨慧等人利用6个经过固定的大脑标本进行了薄层切片，细致观察了HF的头体尾三部分的形态结构及毗邻关系，并指出海马指的可能出现数目及形态走向特点。目前研究海马的功能主要是用功能性磁共振进行在体研究，具体方法是用图片、文字或故事给受试者辨认(编码)，即时或几小时或几天后让受试者辨认曾经见过的图片或文字或故事(提取)，测试他们的正确率。在编码和提取时分别进行磁共振扫描，观察脑的功能激活区。通过功能激活区的观察，推断出脑结构的功能，提示海马是学习和记忆的主要场所，其海马主要与陈述性记忆相关，当然还有许多其它结构参与。由于用功能性磁共振研究脑的记忆功能还处于起步阶段，结果相差较大。一般认为海马前部以及杏仁体(AG)与情绪产生的过程和情绪的记忆相关;海马后部与空间记忆的贮存相关。根据记忆的阶段，海马前部与记忆的编码相关，海马后部与记忆的成功提取相关。一些出租车驾驶员因要贮存大量的路面信息，随着驾龄的增长，海马后部的体积明显增大其进一步证实了海马后部与空间记忆相关。 海马是边缘系统及内侧颞叶中的一个重要结构，很多的疾病可影响到海马的体积。通过海马体积的变化来判断疾病是否存在或评价疾病的发病程度或它的恢复及预后情况，因此了解海马的体积与疾病的关系是很重要的。癫痫、老年痴呆、精神分裂症、重度抑郁症等多种疾病可使海马体积缩小。颞叶癫痫，包括继发性和原发性颖叶癫痈患者，其最常见的病理变化为海马和内侧颞叶结构的硬化而致海马体积显著减小，主要为海马头部(HH)的减小，海马尾部(HT) 减小程度不大。也有报导颖叶癫痈是以患侧海马体积缩小显著，健侧海马的体积稍有缩小。阿尔茨海默病，己经公认阿尔茨海默疾病导致海马体积缩小，而且随着年龄的增长，病者的海马体积呈逐年减小的趋势，海马体积缩小不仅是诊断阿尔茨海默病的标准之一，而且也被看作为阿尔茨海默病的发病前重要的危险因素。MR作为确定海马是否萎缩的唯一手段，其在临床前阶段预测大约有80%的准确性。重度抑郁症是一种情感性精神障碍疾病，大多数研究表明抑郁症患者的双侧海马体积缩小，也有海马头部缩小或海马尾部缩小。MacQueen等人认为多次的抑郁症发作后，患者的海马体积明显减小，并且是双侧海马减小。也有研究表明老年抑郁患者的海马是右侧更小。精神分裂症，许多研究都已证实精神分裂患者的海马体积要比正常人变小而双侧海马体积较小的人更容易患精神分裂症。Nugent等人通过对926岁的精神分裂症病人海马三维的重建，发现除了海马体积缩小外，不同年龄人海马的不同部位发生形态学的变化，结果提示各年龄所影响的海马亚单位不同。Goldman等人发现精神分裂症病人海马体积缩小主要发生在前部，他认为前部海马的病理改变影响了海马与其它边缘结构的联系，造成了疾病的发生。创伤后应激障碍(PTSD)是受到创伤后造成的一种心理精神障碍疾病。Karl等人调查了有或没有外伤史的PTSD、有创伤史但没有PTSD以及对照三个组，研究发现，与对照组相比前二者海马体积明显缩小，但与PTSD的严重程度、年龄、性别没有明显的相关。他认为由于海马的其中一个重要的功能是调节应力，人体可通过长期承受慢性压力而释放糖皮质激素等改变S-HT受体功能而使海马缩小，因海马在学习、记忆和压力的调节中起着重要作用，海马的形态、功能改变可能是PTSD的发病原因。海马体积的改变也可作为疾病经治疗后效果的判断。如对颞叶癫痫患者及时有效的治疗能够阻止海马体积的缩小fuel。抑郁症患者海马体积缩小，经抗抑郁药物治疗后体积能得以恢复。PTSD、精神分裂症等通过治疗后，海马体积都可得到不同程度的恢复。上述可见，海马体积的变化可反映多种疾病的状态，MRI测量是上述疾病诊断、评价或评价恢复后的主要依据，此外，各种疾病所影响海马的部位不同，因此对海马体积、形态和各个分部体积、形态研究是非常必要的。 由于许多疾病都与海马的体积和形态相关，已有很多学者进行了这方面的研究，也有作者对海马各个分部进行了测量，还有部分学者对海马进行了三维重建研究，有些疾病的类型单通过体积测量很难作出区别，但是通过三维重建和形态的比较，可以发现某种类型的疾病导致海马某个亚区的改变。这方面研究刚刚起步，仅处于推测阶段，迄今还未有具体指标评价疾病。2.4总结综上所述，海马结构测量对于疾病的诊断、预后、治疗效果的评价是非常重要的。过去常用低场强磁共振对海马进行测量，分辨率不高，使用分界的标志点不一致，很少能将海马头与杏仁体相区分，以及对海马尾的测量不完全等原因导致整个测量结果欠精确，结果相差较大，至今还没有公认的正常数据库及海马分部的解剖学标志。3.研究对象和方法3.1 研究对象本研究首先对辽宁地区的1000人做调查问卷，通过笔试和问答两种方式最终确定322人愿意参加本次研究，通过考核和健康指标等筛选最终确定120人为研究对象，健康指标筛选如表1所示。表1 健康指标调查表1828283838484858586868以上神经系统阳性体征抽搐、小儿热、痉挛史智能障碍脑乏氧史长期低血糖史脑外伤史精神病史（包括一级亲属）酒精中毒史头颅常规扫描未见病灶者3.2 研究使用的主要仪器 MRI扫描仪：西门子Magnetom Trio Tim 3.0T 3D体积分析软件：3DMAXMRI附带软件SPM软件（以体素为基础的统计参数图）3.3海马边界的确定海马体积测量的关键是准确划定海马界限。在MR图像中，海马结构具有一定的特殊性。在脑组织中，海马属于灰质，对称分布于双侧颗叶内侧部，被周围的脑白质、脑皮质和脑室所包绕。海马体积较小，形态不规则，从前向后可分为头、体、尾三部分。海马头大致呈横向走行，其灰质区在冠状面上渐渐上行，移行为海马体。海马头的内上部，常形成明显的突起，在冠状面上最易辨认。其内侧与海马旁回及杳仁核相延续，前上界有侧脑室下角钩隐窝，与覆盖于海马头脑室室面的海马槽，同为区分杏仁核及海马头的确切的解剖标志。海马头的下界为下托的下缘，与下托紧邻的是白质结构，但下托表面覆盖有厚的有髓神经纤维层，称为表浅髓板，在MRI上表现为白质信号，因此与周围组织的信号有着较为明显的灰白质对比，极易将下托及海马旁回区分开来。海马头的外侧界是侧脑室，而侧脑室在T1WI图像上为显著的低信号区，因此海马头部外侧与侧脑室对比清晰，容易区别。海马头转向内侧形成海马钩的后段，内界借下界向上的延伸部分区分海马和钩。海马头部分界最为困难，故尽量使用能在三个层面上共同确切的标志点进行分割。海马头的灰质区在冠状面上渐渐上行，移行为海马体。海马体呈圆形或卵圆形，沿矢状方向走行，定界相对较容易。其深面形成侧脑室颖角底的一部分，突入侧脑室颖角，表面覆以海马槽。内侧界与环池相邻，外侧界与侧脑室三角相邻，上界为脉络膜裂，内缘游离，与环池及侧脑室三角都相邻。在MRI影像上，显示呈灰质信号的海马体及覆盖于其表面的白质一海马槽、海马伞及周围低信号的脑脊液不难区分。海马体的下内侧界，也就是海马与海马旁回的分割较难，因为两者皆为灰质信号。我们将下托与海马旁回相交的最内侧角作为分界的参考，另自海马体的最下部向内侧画一条45度的直线直至环池，来进行下托和内嗅区的人工分界。某些个体的下托和内嗅区之间还会出现一线白质，也可作为分界参考。海马体继续上行移行为海马尾，至此海马变得小而扁，海马裂浅而平直，外上界为弯窿脚，内上界为拼服压部，下界为扣带回峡部及海马旁回。弯隆全貌显示的层面可作为海马尾的第一个层面，而其最后一个层面则为其卵圆形灰质区即将消失的层面。海马尾上界与弯隆(与侧脑室三角区相邻)也均表现为灰质，两者无明显分界，但可沿四叠体池上界向外侧画一水平线至侧脑室三角区来将其分开。此外，海马尾的内、外、下侧界与邻近白质信号差别均较大，较易分害。3.4图像采集 由于个体的差异性，我们采用位置与形状双重确认的方式来定位特定的海马切面。在MRI图像中，我们采用T2WI三维重建图像，确定其基准面，通过渐行移动扫描线，观察三维图像切面中海马结构的变化，并对比大体解剖中海马的形状和位置，找到我们所需要的特定的测量面。下面是三个面的影像学定位及形状确认:冠状面:按MRI扫描面为基准面，平行于该面，移行于乳头体正中切面(图1.a)，大多数人在该冠状切面中能看到清楚的海马横断面，此面海马大约是海马头中部切面，略呈椭圆形，上部多突起，为解剖学上的海马趾结构，此处内部与旁回相连，上部与杏仁核完全分离，因而不受其干扰，且相对稳定，因而可清楚测定海马面积。同时测定该平面上两侧大脑半球面积。(不包括脑干和丘脑部分) 横断面:按MRI扫描面(两侧听毗线所在面)为基准面，平行于该面向下移动基准线，在眼球上缘平面附近，捕捉到海马头与海马体共同显现的平面(图l .b )，该面上海马呈弯钩状，其上为呈水平位略宽的海马头部，其后为较窄的体部，水平面上海马较难辨认，切不可将头部以上的杏仁核及体部以下的海马旁回部分包括在内，以免造成测量及判断上的错误。在此面上测量的双侧大脑半球面积同样要除去脑干部分。 矢状面:以正中矢状面为基准面，平行于该面向两侧移行，大约在眼球正中矢状面处，可切到海马体部(图1.c)，此处海马呈长梭形，可见清楚的海马体及上面的海马伞，该面不包括海马头部，整个海马切面都处于侧脑室中，因而其面积比较清晰，易于测量。在此面上测量大脑面积时应注意除去小脑面积，以免造成差错。此外，我们还在矢状面上测定了海马长轴的倾斜角度。图1a 冠状面图1b 横断面图1c 矢状面3.5手工分割法测量海马体积将3D MPRAGE序列获得的全脑3D T1图像资料传输到SunADW 410 I作站，运用Functool(212149版)中体积分析功能进行分析;在精神分裂症研究中，将Tlt3DJFE_ ref序列获得的3D T1图像资料传输到工作站，运用Philips DICOM Viewer(R2. 5版)中的ROI体积分析功能进行分析。同时打开矢状面、冠状面、横轴面及斜冠状面4个视窗，调节窗宽、窗位至灰白质对比明显，用鼠标按照上述标准结合矢状面、冠状面、轴面三维图像在斜冠状面上逐层勾画出海马的边界。软件自动得到感兴趣区的面积S，通过SX(层厚+层间距)得到该层的体积，再根据层数得到海马容积的原始数据。同时在T1W工轴面及矢状面上测量颅腔的最大左右径、前后径，并测量枕骨大孔前下缘至颅顶内板间的最远距离，三径相乘得到受试者的颅腔体积。所有的评定由一名经过练的神经影像学家进行，他对于分组与临床信息是不知道的。整个评定程序可能需要30分钟/侧。为了确定评定者的测量信度，我们要求对10位被试进行了重复评定，其中间隔的时间是6-7个月。评定者一致性信度我们运用Pearson组间相关系数(Pearson、intro-class correlation)来表示。图2手工勾画双侧海马体，Pmsdview软件自动计算面积3.6体素形态测量(VBM)法测量海马体积3.6.1 图像分割在斜冠状位上并在T1 WI上对海马图像进行分割，以大脑前连合和后连合的连线为定位基线，海马的区分和分界的标志点参考Maller, Pruessner等人提出的定位方法。勾画和测量在工作站上进行，工作站可在横，冠，矢三个层面上同时显示图像。海马体积较小，形态不规则，可将其分为头、体和尾三部，在高场强MR图像上，能够清晰显示其各部的分界标志点。 钩隐窝(UR)显示的层面作为海马头出现的第一个层面。本文借助钩隐窝作为海马头的上界，上方为杏仁体2. 40;同时亦利用床室(AI )作为杏仁体与海马头的分界(图2)。钩隐窝不能显示时，床室的作用就显得尤为重要。床室在T1WI图像上显示为线样高信号影，环绕海马结构，可作为分割海马头部的重要依据。海马头的下界为下托的下缘，其与周围组织的信号有着较为明显的灰白质对比，能够准确分割。海马头的外侧界与侧脑室毗邻，因侧脑室在T1 WI图像上为显著的低信号区，所以头部外侧界与侧脑室对比清晰，容易区别。海马头的内侧界无明显标志点，本文采取人工定义方法，将下托的下缘与床室分割线的交点作为内侧界的标志点，以此与环回(GA)相区分(图3)。依次向后的层面上，钩隐窝逐渐消失，而侧脑室出现，海马头与杏仁体的移行部变得难以分割，我们沿侧脑室三角(Ai)的最内侧缘向上划直线，直线外侧的舍弃(图4)。海马头部分界最为困难，故尽量使用能在三个层面上共同确切的标志点进行分割。海马头的最后的层面可定义为钩顶完全呈现的层面(图5)。 海马头的灰质区在冠状面上渐渐上行，移行为海马体。在斜冠状切面上，海马和内嗅区一起形成S形(左侧)或倒S形(右侧)结构，其上半部分自下而上包括下托、CA 14区、齿状回和海马伞。海马结构的体部定界相对比较容易。内侧界与环池(CA)相邻，外侧界与侧脑室三角相邻，上界与环池及侧脑室三角都相邻，灰质与脑室、脑池的MR信号对比分明，能准确得到海马形态分割线。区分海马体的内下界较难，也就是海马与海马旁回的分割，两者皆为灰质信号，我们采用人工分割的方法，将下托与海马旁回相交的最内侧角作为分界的标志点(图6)。 海马体继续上行，逐渐移行为海马尾。弯隆全貌显示的层面作为海马尾的第一个层面(图7)。海马尾上界与同样表现为灰质的弯隆(与侧脑室三角区邻接)无明显分界，此处亦借助人工分割，本文沿四叠体池(QC)上界向外侧画一水平线至侧脑室三角区，将海马尾与弯窿分开(图8)。海马尾的内、外、下侧界因与邻近白质信号差别较大，故都较易分割(图9)。海马尾部的最后一个层面为其卵圆形灰质区即将消失的层面(图10)。部分边界不清时，借助重建出的横断面与矢断面进行辨认(图11、图12)。3.7标准化取得三组被试海马体积的原始数据后，为消除个体头颅大小对上述结构体积数据的影响，我们根据个体颅腔体积对测得的海马原始体积进行了标准化。标准化采用两种方法: (1)按Cendes F等提出的计算方法(下简称Cenles法)对原始数据进行标准化处理. V标=V原X V均/Vn。其中，V标为海马标准化后的体积;V原为海马的原始体积;V均为平均颅腔体积;Vn为受试者的颅腔体积。然后再对标准化后的海马体积进行组间比较。 (2)协变量控制法:在进行组间比较时将颅腔大小作为一协变量进行统计分析，以去除其对于所测海马原始体积的影响。3.8统计学方法利用计算机软件SPSS18.0对数据进行分析，计数资料采用频数和频率的方式表示，计量资料采用均数加减标准差（XS）表示,并分别进行X2以及t方法进行差异性检验，对年龄、性别、体重、身高与海马容积的关系进行多元线性相关分析。P0.05代表比较差异具有统计学意义。4.实验结果分析4.1 实验结果计算经过测量可以得到如表2、表3所示：表2体素形态测量(VBM)1828283838484858586868以上左侧冠状面1.120780.166281.130780.169281.139780.154281.130780.166281.120780.168781.09780.16668横断面2.2430.12332.2660.22332.2930.23332.1630.72332.1030.44332.0730.5633矢状面1.54460.54231.58460.50121.61460.47351.62460.46321.56460.41031.50460.2231右侧冠状面1.3640.11231.38410.19261.3820.45231.3230.11231.30160.11231.30030.1123横断面2.4310.1232.4610.1232.4710.1232.4310.1232.4210.1232.4010.123矢状面1.91020.4311.92240.4311.93540.4311.94120.4311.93010.4311.9010.431表3及手工勾勒法(ROI)1828283838484858586868以上左侧冠状面1.121780.166281.130780.169281.139780.154281.130780.166281.120780.168781.09780.16668横断面2.2230.12332.2660.22332.2930.23332.1630.72332.1030.44332.0730.5633矢状面1.54460.54231.58460.50121.61460.47351.62460.46321.56460.41031.50460.2231右侧冠状面1.3640.11231.38410.19261.3820.45231.3230.11231.30160.11231.30030.1123横断面2.4310.1232.4610.1232.4710.1232.4310.1232.4210.1232.4010.123矢状面1.91020.4311.92240.4311.93540.4311.94120.4311.93010.4311.9010.431计算得：右侧海马3326.8士359.2mm3，左侧海马3304.1士383.7mm3;由此可见，使用头MRI进行VBM法测量海马体积与手工勾绘海马体积有良好的一致性。基于体素形态测量(VBM)结果表现为双侧海马大小一致，未见明显萎缩征象，内部结构完整，海马趾结构存在；双侧海马信号均匀一致，在T2WI及T2-FLAIR序列双侧海马信号均未见明显增高；双侧颞叶灰白质对比佳，未见明显萎缩征象；双侧脑室颞角对侧，无明显扩大改变（图*）。经过测量，健康人群中左侧海马体积为*mm，右侧海马体积为*mm，右侧海马体积较左侧大，但两者差异无统计学意义（p0.05）。 4. 2影响海马体积测量结果的数据标准化问题除了采集序列的技术指标外，图像的后处理过程中的技术问题也会显著地影响所得的结果，其中最主要的影响因素是测量的标准化和图像分割问题。关于测量的标准化主要是需要评估者一致性信度，个体脑体积差异有关的校正方法，以及利手、性别及发育等因素对于数据标准化方面的影响，以最大程度地去除干扰因素，保留组间差异为宜。4. 2. 1评估者一致性信度手工海马体积测量是由具有丰富影像解剖学经验的专家来进行人工分割海马和测量的，而即使是病理状态下海马体积下降通常也是很小的，一定要非常仔细地进行测量才能得到可重复的结果。文献表明，测量的一致性是不同研究出现差异的主要来源之一，因此在所有的手工海马体积测量研究当中都要做评估者一致性信度的检验，包括同一评估者的一致性信度的检验与不同评估者间的一致性信度的检验。在本研究当中，为了减少误差，所有的手工海马体积测量工作都是由一名经过训练的神经影像学专家进行，他对于分组与临床信息是不知道的。而且我们间隔了6-7个月后，要求对10位被试的数据进行了重复评定，运用Pearson相关计算的评定者一致性信度为左侧:0. 901 ( P0. 001);右侧:0. 878 CP0. 001)，充分说明本研究中手工海马体积测量具有良好的重复性与一致性。4. 2. 2全脑体积性别及年龄干扰因素的处理从统计分析的角度来看，对于数据进行组间比较分析时，还应当去除一些干扰因素的影响。以往研究显示，在海马体积测量的过程当中，被试的颅腔或全脑体积差异，性别差异，年龄差异，以及利手差异，均会影响到最终的测量结果。一些研究者认为，使用恰当的对照组，在上述因素方面均予以匹配，达到“干扰变量在组间不存在显著差异”就可以了，但实际上应用上述指标作为协变量来进行数据分析是更为严谨的方法，它可以使研究数据中不能解释的变异减少，由此还可能增加比较时的统计显著性。直至目前，在手工海马体积测量研究当中进行颅腔体积或全脑体积的校正已经取得了共识，但在自动分割测量的方法当中，仍有许多文献并未进行这方面的校正。此外，关于校正的方法以及校正所用的指标，在不同的研究当中也存在明显的差异，这都有可能对最后的结果产生影响。在本研究当中，对于所有的测量方法，我们均进行了年龄、性别、及头颅大小的校正(被试均为右利手，因此未做校正)。而且在头颅大小的校正方面，手工测量法采用并比较了两种常见的校正方法:一是沿用了Cendes等的方法采用平均颅腔体积除以个体颅腔体积，该比值乘以原始数据为标准化的容积;二是采用了近年来使用较多的协变量控制法。然后我们对测得的数据进行了重复测量的方差分析(组间因素为分组:患者，正常;组内因素为侧性:左，右)，对于Cendes法(已完成颅腔体积的校。以年龄和性别为协变量，而在协变量控制法中是将年龄、性别和颅腔体积均作为协变量来进行分析。结果发现，两种方法均可敏感地发现组间差异，而且所得结果是类似的:重性抑郁症患者的左侧海马体积显著下降，而精神分裂症患者的双侧海马体积显著下降。但是，协变量控制法与Cendes法相比，在进行重复测量方差分析时所得F值更大一些，这提示可能协变量控制法能更好地保留组间的差异，这也支持了Jack等关于“通过协变量控制来进行校正可以显著地减少变异，增加对于海马体积异常的鉴别准确性”的结论。在进行头颅大小的校正时，采用何种指标进行校正也是个十分重要的问题。以往研究表明，运用全脑体积来校正比用颅腔体积来除更好，具有更高的特异性和敏感性。这是因为全脑体积是随着年龄逐渐变化/下降的，而颅腔体积则往往保持恒定不变。此外，一些文献运用全脑灰质体积作为统计的协变量，但已有研究表明，在神经退行性疾病的患者中，由于全脑灰质体积会随着疾病的病程发展或严重程度的增加而下降，进行灰质体积的校正反而有可能掩盖疾病导致的组间差异。本研究中，手工海马体积测量应用了常用的颅腔体积测量方法:在T1W工轴面及矢状面上测量颅腔的最大左右径、前后径，并测量枕骨大孔前下缘至颅顶内板间的最远距离，再三径相乘得到被试的颅腔体积。而IBASPM与VBM软件均可测量全脑体积，我们使用了这一变量作为控制变量