正常人脑深部灰质核团中铁的分布特点

正常人脑深部灰质核团中铁的分布特点

铁是氧的重要运输和电子传输的手段。同时，它也是神经传输材料和重要组成部分的重要组成部分。活体内过多铁沉积可产生自由基、脂质过氧化及二乙基溴乙酰胺等物质,引起组织损伤,因此活体内分析正常人脑深部灰质核团内铁的分布特点具有重要的临床意义。本文应用3.0TMR扫描仪,采用磁敏感加权成像(susceptibility-weightedimaging,SWI)计算脑深部灰质核团(齿状核、红核、黑质、丘脑、苍白球、壳核及尾状核头)的平均相位值,分析正常人脑深部核团铁的分布特点。1数据和方法1.1患者性别、年龄收集2008年1月—6月在北京天坛医院接受头颅MRSWI检查的正常人48名,其中男20名,女28名,年龄14～88岁,平均(45.0±18.2)岁。患者主诉眩晕、头痛等,但神经科检查未发现阳性体征;头部MR图像经两位有经验的神经放射诊断医师阅读未见异常(包括老年组T2WI图像上两侧脑室旁放射冠少许高信号,FazekasscaleⅠ级,直径<3mm,数量<3个且不影响所观测的脑深部灰质核团)。1.2swi序列扫描采用Siemens3.0TTrio扫描仪,头部8通道线圈,标准头部解剖体位,行SWI序列横断扫描。Siemens三轴定位系统,经正中矢状面,平行于前后联合连线;扫描参数:TR29ms,TE20ms,FOV230mm,反转角15°,层厚5mm,间隔2mm;图像重建像素448×512。1.3finerst脑电roi采用SPIN软件分别测量SWI相位图上感兴趣区(regionofinterest,ROI)的齿状核、红核、黑质、丘脑、苍白球、壳核、尾状核头的相位值(图1),ROI大小取决于脑深部灰质核团大小,SPIN软件自动算出ROI内每个像素的相位值后取其均值。1.4相位值与年龄的相关性采用SPSS11.5统计软件,将齿状核、红核、黑质、丘脑、苍白球、壳核及尾状核头的相位值与年龄进行相关性分析,双侧检验,P<0.05为差异有统计学意义;并将数据按年龄大小分为3组:青年组(14～44岁),中年组(45～59岁)和老年组(60岁以上),使用单因素方差分析分析不同年龄组间脑深部灰质核团相位值的变化特点。1.5回波时间t计算公式:Ψ(phase)=-γΔBTE(公式1),其中Ψ为相位值,γ是旋磁率,ΔB组织间磁场强度变化,TE是回波时间;ΔB=cVΔχB0,c代表铁含量,V代表像素的大小,Δχ含铁组织的磁化率变化。2尾状核及红核、阔脑及黑质的年龄相关性表1正常人脑深部部分灰质核团(齿状核、红核、苍白球及壳核)的相位值与年龄呈负相关(r=-0.453,P=0.001;r=-0.375,P=0.009;r=-0.353,P=0.014;r=-0.287,P=0.048);尾状核头、丘脑及黑质与年龄无相关性(r=0.282,0.123,-0.117,P均>0.05)。齿状核的平均相位值在中年组与老年组之间差异有统计学意义(P=0.012);齿状核、红核、苍白球及壳核的平均相位值在青年组与老年组之间差异有统计学意义(P均<0.05);脑深部灰质核团铁的分布与年龄有关,其中老年组中红核内铁的含量最高(P<0.05,表1)。3讨论3.1swi图像的信号差异SWI利用组织间敏感性的不同进行成像,为薄层高分辨的三维梯度回波成像,在三个方向上的完全流动补偿及相位图中保留高频成分,滤除低频成分,以减少背景磁场效应。图像信号差异是由于物质磁敏感性不同,顺磁性物质使局部净磁场增大,逆磁性物质使局部净磁场减小。铁为顺磁性物质,脑组织内铁的存在改变磁场的敏感性,根据公式1可知铁的含量与相位值的变化呈负相关,只要TE一致,组织内铁的含量越多,相位值越小。本文根据此原理分析脑内深部灰质核团铁的分布及其与年龄的相关性。SWI图像包括相位图和磁矩图,两者可以分别用于诊断,也可以融合生成一幅图像;SWI图像对脑内其他病变的显示有一定的优越性,如钙化、小的静脉和微出血灶等。3.2铁在不同年龄组内的铁在灰质核团内的分布Spatz等最早用组织化学方法揭示了铁在脑组织内的不均匀分布:锥体外系含铁较多,皮层较少,白质内基本不含铁。Connor等发现脑内铁主要以铁蛋白的形式存在,并且基底节铁含量是皮层的2～3倍。本研究结果表明,铁在灰质核团内的分布也是不均匀的,大部分灰质核团内铁的含量随年龄增长而增多,其中红核内铁的含量在老年组最高(表1);黑质相位值在不同年龄组间呈低-高-低的形式分布,可能与青年组与中年组组间年龄划定有关,但总体趋势还是老年组相位值最小,铁含量较多;但铁在尾状核头与丘脑整体分布趋势并不随着年龄增加而增多,可能与其邻近解剖关系有关:二者都邻近双侧侧脑室,而侧脑室内脑脊液内铁含量较少,基本可以忽略;在勾画ROI时可能存在误差,而且本组数据发现核团边缘的相位值明显小于中心部位(图2),表明铁沉积在核团边缘较中心部位多。3.3关于阿尔茨海默病的影像学特征铁对脑组织的正常生理代谢极为重要,过多铁在细胞内沉积可导致神经元死亡。动物实验显示,直接向大鼠的黑质注射铁剂,可选择性地损毁其多巴胺能神经元。自上个世纪以来,在活体内估算脑组织铁含量一直是国内外研究热点,本文主要分析正常人脑深部核团内铁的分布特点,加深对与铁的异常代谢有关的神经系统变性疾病的认识,如帕金森病、多发性硬化等。老年人脑内铁的异常沉积会引起运动和功能认知障碍,研究表明阿尔茨海默病患者脑灰质内铁的含量是不断增加的,而帕金森病患者的黑质与苍白球均有铁的异常沉积。目前诊断帕金森病及阿尔茨海默病主要依靠临床表现及实验室检查,尚无客观的影像学评价指标,大都是在疾病晚期才能诊断,如能早期发现和诊断非常重要。有学者利用SWI能清晰显示非血红素铁的原理对特发性帕金森病及多系统萎缩鉴别诊断进行了初步研究,但以往研究大多使用T2WI与GRE等评估脑组织内的铁含量。本文采用SWI方法,SWI中的磁矩图可清晰显示脑深部灰质核团的对比度(图3),相位图可测量相位值,相位值的大小与脑组织内铁的含量一一对应,显示铁