《眼科新进展》  2017年6期 551-554   出版日期：2017-06-05   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R

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屈光不正性弱视儿童白质结构变化的扩散张量成像（DTI）分析


    凡眼部无明显器质性病变，以功能性因素为主而引起的远视力≤0.8且不能矫正者均列为弱视^［1］。弱视患者的视觉系统和神经系统一般无器质性病变^［2］，大多数由功能性因素所引起。近年来由于越来越多的MRI研究，弱视被认为是早期双眼竞争或视觉剥夺导致的视觉神经系统疾病^［3］。扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是利用水分子在不同物质中向各个方向运动的原理来显示神经束，DTI确定性纤维追踪全脑分析可以提供大脑白质纤维束完整信息，显示弱视患者白质发育的异常。以往对弱视的研究局限于视辐射及视皮层活动，做全脑分析的研究比较少见，对于弱视神经纤维束改变缺乏全面完整的研究及认知。本研究旨在通过对双眼屈光不正性弱视患者的全脑神经纤维束进行分析，评估各纤维束的部分各向异性（fractional anisotropy，FA）值、纤维束数目（tract count，TC）值及纤维束体积，与正常儿童进行对比分析，研究双眼屈光不正性弱视患儿白质纤维结构的改变，对纤维束的FA值、TC值及纤维束体积与受试者视力之间作相关性研究，探讨纤维束发育不良与视力之间的关系，为临床治疗提供参考依据。
1　资料与方法
1.1　一般资料　本研究共有28位右利手中国儿童作为研究对象，其中14位双眼屈光不正性患儿（11例男性，3例女性，年龄5~9岁）为试验组，14位视力正常的儿童（10例为男性，4例为女性，年龄5~10岁）为对照组，所有儿童由监护人签署知情同意书，并取得医院伦理协会批准。对研究对象完成一系列眼科检查，如裸眼远视力及矫正视力、眼前节检查、眼底检查、眼肌检查、屈光度检查。所有的受试者双眼眼压、眼底检查正常，无眼内手术史，无颅内占位性病变、无神经系统疾病，全身无器质性疾病。排除标准：年龄过小无法配合者、青光眼家族史、眼外伤及手术史、眼部有器质性病变、颅内有占位及精神疾病者。弱视的诊断均参考1996年中华医学会全国儿童弱视斜视防治学组通过的《弱视的定义、分类及疗效评价标准》^［1］。
1.2　扫描仪器　采用飞利浦公司3.0T signa磁共振对所有受试者行头部MRI扫描，梯度回波序列参数如下：回波时间2.3 ms，重复时间10 ms，层厚7 mm，层间距0.5 mm，视野（FOV） 375 cm×375 cm，矩阵512 cm×512 cm。DTI采集参数为：扩散敏感系数（b）1000 s·mm^-1，梯度方向为33°，回波时间70 ms，重复时间10 ms，层厚2.5 mm，层间距0 mm，视野(FOV) 240 cm×240 cm，矩阵128 cm×128 cm，信号激励次数3次。每例受试者总共获得200个连续层面轴位DTI图像。
1.3　扫描序列及方法　对所有受试者行头部常规MRI扫描、3DT1扫描及平面回波序列（EPI）扫描得到DTI图像，均采用同一台飞利浦3.0T磁共振进行扫描。受试者均采用仰卧位，头部置于线圈头托内，眶耳线与床面垂直，佩戴隔音耳机以减少噪音，用飞利浦公司MRI配套的泡沫垫固定头部以减少头动伪影。首先对受试者行常规MRI序列扫描，排除颅内占位性病变，再行3DT1WI扫描，然后对所有受试者行平面回波序列（EPI）扫描得到DTI数据。所有儿童在父母的陪同及安抚下进行MRI检查，试验组出现1例6岁儿童无法配合MRI检查，征求其父母同意后采用药物镇静。
1.4　图像处理及分析　用FMRIB Software Library （FSL）、SPM8及TrackVis对所有受试者进行数据处理分析（http：//www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）及处理后图像显示（http：//www.trackvis.org/）。首先保证所有原始DTI图像质量，再配准到相应的b0图像矫正头动伪影及涡流伪影。矫正的图像用FSL中的脑提取工具（BET）去除颅骨及头皮。FA图像使用FSL中FMRIB扩散工具箱由拟合张量模型创建，使用SPM8行3DT1结构像配准（融合），将3DT1像配准到b0图像，配准后的3DT1图像行标准化，再将需要空间变换的感兴趣区（region of interest，ROI）模板投回DTI个体空间，用TrackVis显示每个ROI的FA值、TC及白质纤维束体积。对于所有的纤维束重建，算法设置如下：FA的阈值设置为0.2，角度阈值设为45°。
1.5　统计学分析　脑白质分区采用JHU白质纤维束鉴定示踪图册，试验组与对照组之间骨架体素存在显著差异者选择作为ROI，然后将这些ROI作标记，对每个受试者做FA值、TC值及纤维束体积值计算。对试验组及对照组每个ROI的FA值、TC值及纤维束体积值进行提取并输入SPSS 20.0作进一步分析。年龄和性别作为协变量。对试验组与正常组之间FA值、TC值及纤维束体积值之间作两独立样本t检验探讨双眼屈光不正性弱视患儿可能存在发育不良的白质纤维束。对每个ROI的FA值、TC值及纤维束体积值与受试者视力之间作相关性分析。P<0.05为差异有统计学意义。
2　结果
2.1　试验组与对照组FA值、TC值及纤维束体积值比较　试验组及对照组受试者之间年龄与性别差异均无统计学意义（均为P>0.05）。试验组患儿双侧皮质脊髓束、右侧腹侧通路、右侧背侧通路、胼胝体及右侧视辐射FA值均较对照组下降（表1；见图1）。
    试验组双侧皮质脊髓束、双侧腹侧通路、双侧背侧通路、左侧钩束、胼胝体体部、左侧视辐射白质纤维束体积对比对照组有下降（表2，图2）；右侧背侧通路TC对比对照组有减少（P=0.001），右侧钩束TC增多（P=0.004）。
2.2　ROI与弱视患儿视力之间的相关性分析　对FA值、TC值及纤维束体积作敏感性及特异性分析，结果见图3。







对FA值、TC值和纤维束体积值与视力之间作多元线性回归分析，FA值与视力的回归系数最大，TC值和纤维束体积回归系数小（表3），说明对于每一条纤维束，FA值对视力的影响最大，再提取纤维束的FA值与视力之间作相关性分析，右侧视辐射、右侧腹侧通路及胼胝体体部的FA值与视力的相关系数分别为0.486、0.534和0.456，右侧腹侧通路FA值与视力的相关系数最大。



3　讨论
    屈光不正性弱视是儿童最常见的弱视类型，约占弱视的64.4%。出生后~12岁是视觉发育的敏感期，自出生~3岁是视觉发育的关键时期，在这一时期，如果受到各种因素影响导致进入眼的光线刺激减少，或双眼屈光不正导致主视眼与弱视眼竞争则容易发生弱视。屈光不正性弱视患者存在物体识别、空间位置及运动识别能力减退，因其发生机制尚不明确而成为目前研究热点。
    本研究中采用FA值、TC值及纤维束体积值对全脑白质纤维束进行定量分析，FA值除了受轴突数目和局部体积的影响，还受轴突的方向、髓鞘的形成、纤维束密度、膜通透性的影响。因此，FA的改变可以反映轴突和髓鞘的完整性，TC和纤维束体积的增加，FA值增大^［4］。
    屈光不正弱视患儿长期视觉刺激减少导致视辐射白质纤维束结构的异常。视辐射属于视觉信息传入的初级视觉通路，是连接外侧膝状体与视皮层向后行的纤维束，多项研究^［5-6］显示，弱视患者视皮层及外侧膝状体灰质体积减小和激活程度减低，提示与弱视患者视辐射结构改变有关。最新研究结果显示^［7］，视辐射的损害可以导致视皮层厚度减低。与既往研究结果类似^［8-9］，本研究提示屈光不正弱视患儿长期视觉刺激减少导致视辐射白质纤维束结构的异常。在高级视觉信息处理过程中，多个视觉功能区组成两条视觉信息传导通路，分为腹侧（枕颞）通路和背侧（枕顶）通路，腹侧通路传输感知功能，背侧通路则以运动的形式传输空间位置和运动识别。腹侧通路包括下纵束和下额枕束^［10］，下纵束纤维束被认为与物体和脸部识别、鉴别和记忆有关，下额枕束在颞叶与下纵束走行平行，也与物体识别有关。腹侧通路完整性的下降即FA值减低可能与物体识别缺陷有关，完整性减低的程度可以反映临床视力损害的严重程度^［11］。本研究中双侧腹侧通路体积减小，右侧腹侧通路FA值减低可能导致双眼屈光不正性弱视患者物体识别能力减退。
    背侧传导通路包括双侧上纵束、双侧颞部上纵束，上纵束的纤维束连接顶叶与额叶皮层，上纵束对于视觉空间处理起着关键性作用，本研究结果中双侧背侧通路纤维束体积减小，右侧背侧通路FA值及TC值减少，可能与双眼屈光不正性弱视患儿空间位置识别能力损害有关。有研究显示屈光参差性弱视右侧视辐射FA值与视力呈正相关^［12］，在本组屈光不正性弱视的研究中视力损害越严重，右侧视辐射FA值降低越显著。FA值的减低可以反映弱视患者视力损害的严重程度，可以推测经过治疗视力改善后，FA值可能会增加。视力减退越严重，右侧腹侧通路的结构改变越明显。
    胼胝体是连接双侧大脑半球的纤维束，负责半球间信息的传递和功能整合，尤其胼胝体压部负责视觉信息的集合。研究显示胼胝体先天发育不良或后天被切断，导致弱视患者立体视功能明显低下^［13］。胼胝体膝部的结构异常可能会导致弱视儿童视觉决策障碍^［14］。本研究显示胼胝体体部结构的异常对弱视患者视力存在影响，胼胝体体部结构不良，导致两侧大脑半球的协同活动减弱，视觉信息的传递减少，从而可能影响视力。胼胝体的结构异常还可能引起弱视患者空间位置觉功能异常及视觉决策障碍，有待进一步研究。
    顶盖脊髓束是皮质脊髓束的组成部分，分内侧束和外侧束，内侧束与头旋转以完成视听反射；外侧束与黑暗中瞳孔扩大反应等有关。本研究发现皮质脊髓束FA值及纤维束体积均减小，弱视患者视反射减退，黑暗中瞳孔散大反应减弱，可能是导致双眼屈光不正弱视患者运动识别能力受损的原因之一。钩束呈钩状绕过外侧裂，连接额叶运动语言区、眶回和颞叶皮质，靠近脑岛前下部。钩束是联系额颞叶皮质主要的白质纤维束之一，钩束传导额叶执行控制功能，钩束的损害可能是部分执行功能损害的病理结构基础^［15］。本研究中弱视患者右侧钩束TC增多，推测可能与屈光不正性弱视患者运动识别能力受损而导致的代偿作用有关。
    综上所述，本研究应用DTI技术和确定性纤维束追踪全脑分析方法可以显示双眼屈光不正性弱视患者多条白质纤维束存在不同程度损害。右侧腹侧通路、右侧视辐射及胼胝体体部FA值可以用于评估双眼屈光不正性弱视患者视功能损害的严重程度，并可以用于判断预后及疗效评估。视力的下降是视辐射、腹侧背侧通路及胼胝体体部共同影响的结果，皮质脊髓束及钩束也可能参与视力的下降过程，是否还存在其他纤维束参与视觉活动，还有待进一步研究。