利用基于體素的形態學方法（VBM-DARTEL）研究未用藥注意缺陷多動障礙（ADHD）男性兒童的大腦灰質體積的變化特點。本研究共納入43名ADHD男性兒童和44名年齡、性別與之相匹配的正常對照兒童，采用VBM-DARTEL方法對未用藥ADHD男性兒童和正常對照兒童之間的大腦灰質體積進行兩樣本t檢驗，取體素水平P＜0.001，得到腦灰質體積有差異的腦區。與正常對照兒童相比，未用藥男性ADHD兒童在右側眶額葉和雙側海馬存在灰質體積減少區域。基于VBM-DARTEL方法，與正常對照兒童相比，未用藥ADHD男性患兒存在前額葉-海馬環路的結構異常，這些異常改變可能是患者行為抑制功能失常和認知功能障礙的腦神經基礎。
引用本文： 劉琪, 陳麗舟, 李飛, 陳穎, 郭蘭婷, 龔啟勇, 黃曉琦. 基于體素的形態學方法對注意缺陷多動障礙男性患兒的腦灰質體積分析. 生物醫學工程學雜志, 2016, 33(3): 526-532. doi: 10.7507/1001-5515.20160088 復制
引言
注意缺陷多動障礙(attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)是兒童期最常見的神經發育疾病之一[1]，患者主要表現為與年齡和發育水平不相符的注意力不集中、注意時間短暫、活動過度及沖動等癥狀。據統計，在全球范圍內該病在6~12歲的兒童中患病率達8%~12%[2]，在我國約為5.7%，并且男性的患病率高于女性[3]。其中，約有70%的患者其癥狀會持續至青春期，更有約30%患者的癥狀將持續至成年以后[4]。此外，ADHD患兒還常伴有不同程度的執行功能缺陷，如工作記憶、干擾控制、注意力轉換等方面的問題[5]。這些負面的行為和神經心理因素可在患兒成長的各個階段影響其同伴關系、家庭關系及學習工作情況，進而導致社交沖突、家庭矛盾、學習不濟甚至反社會行為等嚴重問題。然而ADHD的發病機制目前仍不完全清楚，對臨床進一步探索行之有效的治療和預防方案造成了很大困難。基于磁共振成像(magnetic resonance image，MRI)技術的神經影像學手段為探索研究ADHD的發病機制帶來了新的契機。
既往針對ADHD的神經影像學研究發現，相對于正常對照人群，患者主要在前額葉、基底節、杏仁體、海馬、扣帶及胼胝體等諸多區域存在腦結構改變[6-8]。然而，盡管既往研究已證實ADHD患者存在局部腦結構的異常，但研究結果并不一致，如也有些研究沒有發現ADHD組與正常對照組的基底節結構存在顯著性體積差異[9]。造成上述研究結果不一致的因素很多。比如，既往大多數影像學研究所納入的被試多接受過不同類型的藥物治療，如中樞神經興奮劑利他林和右旋苯丙胺。而關于基于體素的全腦形態學(voxel-based morphometry，VBM)的薈萃分析已發現中樞神經興奮劑的使用可能會使ADHD患者的“異常”腦灰質體積“正常化”[10]，即患者在服藥后的某時期其腦結構表現與常人無異；甚至還出現患者組的腦體積大于正常對照兒童的情況[11]。其次，ADHD患者常常合并其他類型的精神障礙疾病，如品行障礙、孤獨癥、焦慮障礙等，這些共患疾病本身亦可導致患者腦結構的改變[12]。既往影像學研究所納入的ADHD患者多伴有不同程度的共病情況，故我們將很難確定這些患者的腦結構改變是源于ADHD還是共患疾病，又或者是兩者共同作用的結果。此外性別因素的影響也不可排除，正常男女兒童的大腦體積本就存在差異[12]，而處于發育期的兒童更可能有不同改變。故同時納入男性和女性被試也會成為研究的混雜因素。因此，研究單純的未用藥、無共病男性ADHD患者將有助于從腦灰質改變的角度探索ADHD的腦神經病理生理機制。
現有對大腦灰質的研究方法主要包括選取感興趣區(region of interest，ROI)和VBM比較兩種。早期研究多采用ROI方法對先驗腦區進行人工提取，存在著一定的缺陷，如費時、主觀性強、重復性較差、不能進行全腦分析等。近期雖然有自動的ROI提取方法，但是由于無法對全腦進行檢測，可能漏掉一些重要發現。VBM是一種基于體素的全腦形態學分析方法。體素是圖像三維空間分割的最小單位，VBM方法通過對高分辨T1WI圖像進行解剖分割，利用參數統計檢驗對分割的腦組織成分(如灰質)逐個進行體素組間比較分析，定量測出腦灰質的體積，可量化分析發現潛在的腦形態學上的異常[13]。相較于ROI，VBM直接對原始數據進行全腦測定和比較，可定量測定腦灰白質體積和密度，無需先驗假設，同時不受研究人員的主觀影響，具有自動、全面、客觀和可重復性等優點，現已廣泛用于強迫癥、阿爾茲海默病及帕金森病等神經精神疾病的研究[14-16]。近年來針對傳統VBM方法存在的不足，尤其是圖像配準方面，出現了優化后的VBM即李代數微分同胚配準算法(diffeomorphic anatomical registration through exponential lie algebra，DARTEL)。具體而言，傳統VBM方法主要步驟包括空間標準化、圖像分割、空間平滑及最后的統計分析，在對圖像進行空間標準化的同時，改變了圖像強度值，從而可能導致基于圖像強度值而進行的圖像分割錯誤[17]。而DARTEL算法首先對原始MRI圖像進行手動頭動矯正(AC-PC矯正)，避免數據發生非線性變化；然后采用“New segment”的分割方法，區分腦灰質、白質及腦脊液，得到初始分割圖像；采用迭代算法可得到一系列模板及流場圖，并獲取最優模板；再將初始分割圖像通過非線性變換與最優模板實現最佳配準，再利用DARTEL算法配準過程中得到的變形場，并且將其配準到MNI(即蒙特利爾神經病學研究所，Montreal Neurological Institute)空間并進行調制及平滑處理；最后進行統計分析[17-18]。與傳統VBM方法相比，優化后的DARTEL算法在原始圖像上進行分割后再配準，從而避免標準化所帶來的非線性變化；并且DARTEL算法對腦體積改變更為敏感、顯示更為精準[17, 19-20]。
綜上所述，本研究擬采用優化的VBM-DARTEL方法，對未用藥ADHD男性兒童和正常對照兒童之間的大腦灰質體積差異進行比較研究，探索與ADHD發病機制相關的腦神經機制，為找尋疾病的客觀生物標志物提供理論依據。
1 材料及方法
1.1 研究對象
1.1.1 患者組
病例組患兒來自華西醫院心理衛生中心門診就診的ADHD患者。納入標準：① 男性；② 年齡6~12歲；③ 符合《美國精神疾病診斷統計手冊》(第四版)(DSM-Ⅳ)中注意缺陷多動障礙的診斷標準；④ 從未經過藥物治療，也未服用過其他精神科藥物；⑤ 韋氏兒童智力測驗智商IQ≥90分；⑥ 能完全配合完成MRI檢查。排除標準：① 服用過任何治療ADHD藥物或其他精神科藥物；② 患有腦器質性疾病，如腫瘤、癲癇等；③ 患有嚴重軀體疾病，如肝炎、結核等；④ 患有精神發育遲滯或其他精神障礙；⑤ 有MRI檢查禁忌癥(比如：體內有植入金屬、起搏器等)。
1.1.2 對照組
將本課題研究所用知情同意書改制成廣告和宣傳單，通過官方網站宣傳和發放招募傳單招募對照組兒童，并且與病例組按照年齡、性別、利手、受教育程度進行匹配。納入標準：① 男性；② 年齡6~12歲；③ 韋氏兒童智力測驗智商IQ≥90分；④ 能完全配合完成MRI檢查。排除標準：① 本人或/以及親屬患有符合DSM-Ⅳ軸Ⅰ、軸Ⅱ診斷的精神疾病；② 患有腦器質性疾病，如腫瘤、癲癇等；③ 患有嚴重軀體疾病，如肝炎、結核等；④ 有MRI檢查禁忌癥(比如：體內有植入金屬、起搏器等)。
本研究經過四川大學華西醫院倫理審批，且所有被試及被試監護人均在充分了解研究背景、研究過程的情況下，自愿、自主參與本項目，并簽署知情同意書。
到門診就診的ADHD患兒由1名兒童精神病學教授進行初步診斷評估，之后研究者根據DSM-Ⅳ診斷標準進行詳細問診收集病史，并根據診斷標準對ADHD患兒進行臨床分型。
1.2 MRI數據獲取
所有掃描均使用四川大學華西醫院磁共振研究中心的Siemens Trio 3.0T磁共振成像系統，并運用8通道頭顱線圈以提高信噪比。采用3D擾相梯度回波(SPGR)序列行軸位3D T1WI掃描，掃描參數：TR/TE=1 900/2.26 ms；FLA=9°；層厚=1 mm；層數=176，無間隔連續掃描；FOV=256 mm×256 mm； 矩陣=256×256；體素=1 mm×1 mm×1 mm； 掃描范圍覆蓋全腦。
掃描過程中，被試在檢查床平躺，用加厚泡沫固定頭部，以盡可能減少頭動偽影；為被試加帶耳塞及隔音耳機以降低掃描過程中的噪音；囑被試頭部靜止不同，并閉眼休息。完成掃描定位像及T1加權結構圖像的獲取后，由影像科資深醫師檢查掃描圖像，如發現明顯掃描偽影，則等被試休息一定時間后再重新進行掃描；如發現宏觀器質性改變，則排除該名被試。
1.3 VBM-DARTEL分析方法
利用Statistical Parametric Mapping 8(SPM8) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件中的VBM工具箱對ADHD患者和正常對照的MRI數據進行預處理，如
圖1
VBM-DARTEL方法流程
Figure1.
Flowchart of VBM-DARTEL method
1.4 統計分析
經過處理后的個體灰質結構圖像，采用SPM8軟件中的基于體素的兩樣本t檢驗，以所有被試的年齡作為協變量，逐點進行ADHD患者組與正常對照組之間的全腦統計分析，從而計算得到每個體素的檢驗統計量，取體素水平檢驗閾值P＜0.001(未校正)，體素個數K≥50的激活簇(cluster)為差異有統計學意義。利用Marsbar插件提取兩組間有差異腦區的體積。然后，利用MRIcro軟件，將統計結果圖投射至軟件自帶的MNI標準結構圖模板上，生成彩色腦圖顯示ADHD患者和正常對照兒童相比灰質體積變化差異有統計學意義的區域。
2 結果
2.1 一般情況
本次研究共納入：43例ADHD患者，年齡(9.15±1.49) 歲，范圍7歲12歲，其中，注意缺陷型(ADHD-I)1例，沖動多動型(ADHD-HI)11例，混合型(ADHD-C)31例；44例正常對照，年齡(9.75±1.53) 歲，范圍7~12歲。兩組被試性別均為男性、右利手。兩組之間年齡差異無統計學意義(t=-1.857，P=0.067) 。
2.2 腦灰質體積改變
研究發現，與正常對照相比，ADHD患者全腦灰質體積減少的區域主要包括：右側眶額葉，全腦MNI坐標[－2,52,－25]，t=4.01，體積=57體素；左側海馬頭偏內側，全腦MNI坐標[14,0,－18]，t=3.61，體積=119體素；右側海馬頭偏外側，全腦MNI坐標[－14,15,－28]，t=3.64，體積=76體素，所見圖 2所示。
圖2
ADHD組較正常對照組灰質體積減少的腦區
與正常對照組相比，ADHD組的右側眶額葉、雙側海馬體積減少(藍色區域)(
compared with healthy controls,gray matter volumes of right orbitofrontal cortex and bilateral hippocampus reduced (blue regions) (
3 討論
本研究發現與正常對照兒童相比，未用藥男性ADHD兒童在右側眶額葉和雙側海馬存在灰質體積減少區域。
額葉可劃分為眶額葉(orbitofrontal cortex,OFC)、背外側前額葉(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、內側額葉(medial prefrontal cortex,MPFC)、前運動區(premotor cortex)和運動區(motor area)等五個功能子區[21]。其中，眶額葉是指位于額葉前下方的前額葉皮層，覆蓋于眼眶之上。眶額葉主要與情感調節、社會抑制和沖動控制有關[22]。一項針對健康人群的大樣本研究發現，左側眶額葉灰質體積與多動、沖動呈負相關[23]，而關于ADHD前額葉病理假設理論主要涉及的腦區就包括眶額葉和背外側前額葉[24]。ADHD的社會抑制和沖動控制失常主要與眶額葉功能失調相關[25]，先前的功能MRI研究發現，在反應抑制[26]、獎賞過程[27]等任務態甚至靜息態時[28]，ADHD患者的眶額葉功能較正常對照有所降低或升高。一項大樣本縱向結構研究也發現，ADHD患者兒童期眶額葉皮層厚度的減少預示著青少年期更為嚴重的臨床癥狀[29]。除皮層厚度外，體積研究同樣發現，ADHD成年患者的眶額葉體積較正常對照明顯減少[22]。因此，本研究提示ADHD患者行為抑制功能的降低可能與其眶額葉體積的減少有關，從而導致了患者出現沖動癥狀。
海馬結構包括齒狀回(dentate gyrus,DG)、阿蒙氏角(Ammon’s horn)和下托(subiculum)三部分，其中阿蒙氏角可進一步劃分為CA1、CA2和CA3三個亞區。海馬損毀的動物模型實驗發現，海馬與學習和記憶等認知過程、對新環境的適應以及對可能損害的反應密切相關[30]。此外，去甲腎上腺素系統主要投射至前額葉、海馬及小腦[31]，經自上而下的效應作用(TOP-DOWN)來實現對工作記憶過程的調制[32]，海馬結構異常則會導致去甲腎上腺素受體數目變化，從而引起工作記憶調節過程的紊亂。一項關于ADHD小鼠模型的實驗發現，ADHD小鼠海馬的多巴胺受體密度降低，而多巴胺受體的缺乏可能與學習困難有關[33]。除動物實驗外，一項關于未用藥男性ADHD兒童的功能磁共振研究發現，伴有工作記憶損害的ADHD患者右側海馬的激活程度較正常人增高，這可能是ADHD患者工作記憶損害和沖動癥狀的病理生理基礎[34]。此外，海馬為中樞神經系統θ波的“起搏器”[35]，而θ波是工作記憶過程以及長時記憶再現、鞏固的基礎[36]。早前研究發現，ADHD患者腦電圖通常表現為異常增高的θ波[37]，這可能與其海馬的功能紊亂相關。因此，本研究所發現的ADHD患者海馬體積減少提示了海馬結構的組織學損害及神經元的缺失，可能導致了與海馬相關的學習及記憶功能障礙。
另外，解剖學研究表明，海馬到前額葉的神經投射為單突觸、單向、同側投射[38-39]。動物實驗發現，若阻斷大鼠的海馬-前額葉環路，則動物在T-迷宮交互延緩任務中的錯誤率顯著上升，且工作記憶類型的錯誤和堅持性錯誤均顯著升高，表明海馬-前額葉環路同時與工作記憶和抑制控制有密切關系[11]。故本研究中右側眶額葉和雙側海馬體積的減少可能導致海馬-前額葉環路異常，從而導致了ADHD患者的行為抑制失常和認知功能障礙。
與本研究相比，既往曾有研究報道ADHD兒童的海馬體積較正常對照人群增大[40]或無明顯變化[8]，造成這種差異的可能原因是：與既往研究不同，本研究中的被試均為尚未用藥的ADHD兒童。藥物研究已證實，中樞興奮劑可導致腦源性神經營養因子增多，而后者與突觸增殖、海馬神經形成以及樹突分支有關，最終可能導致海馬體積增大[41]。因此，藥物治療對ADHD患者的腦體積測量可能是一個混雜因素，最終影響研究者對實驗結果的判斷以及探索其本質原因。而本研究選取的均為從未用藥的ADHD患者，因而排除了藥物對腦結構的影響，更有利于探索ADHD的根本發病機制。此外，我們考慮增大的海馬體積可能是在ADHD癥狀長期影響下的一種重塑增生代償作用[40]，而本研究針對未用藥的疾病早期患兒，故可能海馬的重塑增生代償作用尚未體現。
4 結論
本研究采用VBM-DARTEL方法發現與正常對照相比，未用藥ADHD男性患兒存在右側眶額葉、雙側海馬體積減少的結構異常，這些異常改變可能與患者行為抑制功能失常和認知功能障礙有關。
引言
注意缺陷多動障礙(attention-deficit/hyperactivity disorder,ADHD)是兒童期最常見的神經發育疾病之一[1]，患者主要表現為與年齡和發育水平不相符的注意力不集中、注意時間短暫、活動過度及沖動等癥狀。據統計，在全球范圍內該病在6~12歲的兒童中患病率達8%~12%[2]，在我國約為5.7%，并且男性的患病率高于女性[3]。其中，約有70%的患者其癥狀會持續至青春期，更有約30%患者的癥狀將持續至成年以后[4]。此外，ADHD患兒還常伴有不同程度的執行功能缺陷，如工作記憶、干擾控制、注意力轉換等方面的問題[5]。這些負面的行為和神經心理因素可在患兒成長的各個階段影響其同伴關系、家庭關系及學習工作情況，進而導致社交沖突、家庭矛盾、學習不濟甚至反社會行為等嚴重問題。然而ADHD的發病機制目前仍不完全清楚，對臨床進一步探索行之有效的治療和預防方案造成了很大困難。基于磁共振成像(magnetic resonance image，MRI)技術的神經影像學手段為探索研究ADHD的發病機制帶來了新的契機。
既往針對ADHD的神經影像學研究發現，相對于正常對照人群，患者主要在前額葉、基底節、杏仁體、海馬、扣帶及胼胝體等諸多區域存在腦結構改變[6-8]。然而，盡管既往研究已證實ADHD患者存在局部腦結構的異常，但研究結果并不一致，如也有些研究沒有發現ADHD組與正常對照組的基底節結構存在顯著性體積差異[9]。造成上述研究結果不一致的因素很多。比如，既往大多數影像學研究所納入的被試多接受過不同類型的藥物治療，如中樞神經興奮劑利他林和右旋苯丙胺。而關于基于體素的全腦形態學(voxel-based morphometry，VBM)的薈萃分析已發現中樞神經興奮劑的使用可能會使ADHD患者的“異常”腦灰質體積“正常化”[10]，即患者在服藥后的某時期其腦結構表現與常人無異；甚至還出現患者組的腦體積大于正常對照兒童的情況[11]。其次，ADHD患者常常合并其他類型的精神障礙疾病，如品行障礙、孤獨癥、焦慮障礙等，這些共患疾病本身亦可導致患者腦結構的改變[12]。既往影像學研究所納入的ADHD患者多伴有不同程度的共病情況，故我們將很難確定這些患者的腦結構改變是源于ADHD還是共患疾病，又或者是兩者共同作用的結果。此外性別因素的影響也不可排除，正常男女兒童的大腦體積本就存在差異[12]，而處于發育期的兒童更可能有不同改變。故同時納入男性和女性被試也會成為研究的混雜因素。因此，研究單純的未用藥、無共病男性ADHD患者將有助于從腦灰質改變的角度探索ADHD的腦神經病理生理機制。
現有對大腦灰質的研究方法主要包括選取感興趣區(region of interest，ROI)和VBM比較兩種。早期研究多采用ROI方法對先驗腦區進行人工提取，存在著一定的缺陷，如費時、主觀性強、重復性較差、不能進行全腦分析等。近期雖然有自動的ROI提取方法，但是由于無法對全腦進行檢測，可能漏掉一些重要發現。VBM是一種基于體素的全腦形態學分析方法。體素是圖像三維空間分割的最小單位，VBM方法通過對高分辨T1WI圖像進行解剖分割，利用參數統計檢驗對分割的腦組織成分(如灰質)逐個進行體素組間比較分析，定量測出腦灰質的體積，可量化分析發現潛在的腦形態學上的異常[13]。相較于ROI，VBM直接對原始數據進行全腦測定和比較，可定量測定腦灰白質體積和密度，無需先驗假設，同時不受研究人員的主觀影響，具有自動、全面、客觀和可重復性等優點，現已廣泛用于強迫癥、阿爾茲海默病及帕金森病等神經精神疾病的研究[14-16]。近年來針對傳統VBM方法存在的不足，尤其是圖像配準方面，出現了優化后的VBM即李代數微分同胚配準算法(diffeomorphic anatomical registration through exponential lie algebra，DARTEL)。具體而言，傳統VBM方法主要步驟包括空間標準化、圖像分割、空間平滑及最后的統計分析，在對圖像進行空間標準化的同時，改變了圖像強度值，從而可能導致基于圖像強度值而進行的圖像分割錯誤[17]。而DARTEL算法首先對原始MRI圖像進行手動頭動矯正(AC-PC矯正)，避免數據發生非線性變化；然后采用“New segment”的分割方法，區分腦灰質、白質及腦脊液，得到初始分割圖像；采用迭代算法可得到一系列模板及流場圖，并獲取最優模板；再將初始分割圖像通過非線性變換與最優模板實現最佳配準，再利用DARTEL算法配準過程中得到的變形場，并且將其配準到MNI(即蒙特利爾神經病學研究所，Montreal Neurological Institute)空間并進行調制及平滑處理；最后進行統計分析[17-18]。與傳統VBM方法相比，優化后的DARTEL算法在原始圖像上進行分割后再配準，從而避免標準化所帶來的非線性變化；并且DARTEL算法對腦體積改變更為敏感、顯示更為精準[17, 19-20]。
綜上所述，本研究擬采用優化的VBM-DARTEL方法，對未用藥ADHD男性兒童和正常對照兒童之間的大腦灰質體積差異進行比較研究，探索與ADHD發病機制相關的腦神經機制，為找尋疾病的客觀生物標志物提供理論依據。
1 材料及方法
1.1 研究對象
1.1.1 患者組
病例組患兒來自華西醫院心理衛生中心門診就診的ADHD患者。納入標準：① 男性；② 年齡6~12歲；③ 符合《美國精神疾病診斷統計手冊》(第四版)(DSM-Ⅳ)中注意缺陷多動障礙的診斷標準；④ 從未經過藥物治療，也未服用過其他精神科藥物；⑤ 韋氏兒童智力測驗智商IQ≥90分；⑥ 能完全配合完成MRI檢查。排除標準：① 服用過任何治療ADHD藥物或其他精神科藥物；② 患有腦器質性疾病，如腫瘤、癲癇等；③ 患有嚴重軀體疾病，如肝炎、結核等；④ 患有精神發育遲滯或其他精神障礙；⑤ 有MRI檢查禁忌癥(比如：體內有植入金屬、起搏器等)。
1.1.2 對照組
將本課題研究所用知情同意書改制成廣告和宣傳單，通過官方網站宣傳和發放招募傳單招募對照組兒童，并且與病例組按照年齡、性別、利手、受教育程度進行匹配。納入標準：① 男性；② 年齡6~12歲；③ 韋氏兒童智力測驗智商IQ≥90分；④ 能完全配合完成MRI檢查。排除標準：① 本人或/以及親屬患有符合DSM-Ⅳ軸Ⅰ、軸Ⅱ診斷的精神疾病；② 患有腦器質性疾病，如腫瘤、癲癇等；③ 患有嚴重軀體疾病，如肝炎、結核等；④ 有MRI檢查禁忌癥(比如：體內有植入金屬、起搏器等)。
本研究經過四川大學華西醫院倫理審批，且所有被試及被試監護人均在充分了解研究背景、研究過程的情況下，自愿、自主參與本項目，并簽署知情同意書。
到門診就診的ADHD患兒由1名兒童精神病學教授進行初步診斷評估，之后研究者根據DSM-Ⅳ診斷標準進行詳細問診收集病史，并根據診斷標準對ADHD患兒進行臨床分型。
1.2 MRI數據獲取
所有掃描均使用四川大學華西醫院磁共振研究中心的Siemens Trio 3.0T磁共振成像系統，并運用8通道頭顱線圈以提高信噪比。采用3D擾相梯度回波(SPGR)序列行軸位3D T1WI掃描，掃描參數：TR/TE=1 900/2.26 ms；FLA=9°；層厚=1 mm；層數=176，無間隔連續掃描；FOV=256 mm×256 mm； 矩陣=256×256；體素=1 mm×1 mm×1 mm； 掃描范圍覆蓋全腦。
掃描過程中，被試在檢查床平躺，用加厚泡沫固定頭部，以盡可能減少頭動偽影；為被試加帶耳塞及隔音耳機以降低掃描過程中的噪音；囑被試頭部靜止不同，并閉眼休息。完成掃描定位像及T1加權結構圖像的獲取后，由影像科資深醫師檢查掃描圖像，如發現明顯掃描偽影，則等被試休息一定時間后再重新進行掃描；如發現宏觀器質性改變，則排除該名被試。
1.3 VBM-DARTEL分析方法
利用Statistical Parametric Mapping 8(SPM8) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)軟件中的VBM工具箱對ADHD患者和正常對照的MRI數據進行預處理，如
圖1
VBM-DARTEL方法流程
Figure1.
Flowchart of VBM-DARTEL method
1.4 統計分析
經過處理后的個體灰質結構圖像，采用SPM8軟件中的基于體素的兩樣本t檢驗，以所有被試的年齡作為協變量，逐點進行ADHD患者組與正常對照組之間的全腦統計分析，從而計算得到每個體素的檢驗統計量，取體素水平檢驗閾值P＜0.001(未校正)，體素個數K≥50的激活簇(cluster)為差異有統計學意義。利用Marsbar插件提取兩組間有差異腦區的體積。然后，利用MRIcro軟件，將統計結果圖投射至軟件自帶的MNI標準結構圖模板上，生成彩色腦圖顯示ADHD患者和正常對照兒童相比灰質體積變化差異有統計學意義的區域。
2 結果
2.1 一般情況
本次研究共納入：43例ADHD患者，年齡(9.15±1.49) 歲，范圍7歲12歲，其中，注意缺陷型(ADHD-I)1例，沖動多動型(ADHD-HI)11例，混合型(ADHD-C)31例；44例正常對照，年齡(9.75±1.53) 歲，范圍7~12歲。兩組被試性別均為男性、右利手。兩組之間年齡差異無統計學意義(t=-1.857，P=0.067) 。
2.2 腦灰質體積改變
研究發現，與正常對照相比，ADHD患者全腦灰質體積減少的區域主要包括：右側眶額葉，全腦MNI坐標[－2,52,－25]，t=4.01，體積=57體素；左側海馬頭偏內側，全腦MNI坐標[14,0,－18]，t=3.61，體積=119體素；右側海馬頭偏外側，全腦MNI坐標[－14,15,－28]，t=3.64，體積=76體素，所見圖 2所示。
圖2
ADHD組較正常對照組灰質體積減少的腦區
與正常對照組相比，ADHD組的右側眶額葉、雙側海馬體積減少(藍色區域)(
compared with healthy controls,gray matter volumes of right orbitofrontal cortex and bilateral hippocampus reduced (blue regions) (
3 討論
本研究發現與正常對照兒童相比，未用藥男性ADHD兒童在右側眶額葉和雙側海馬存在灰質體積減少區域。
額葉可劃分為眶額葉(orbitofrontal cortex,OFC)、背外側前額葉(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)、內側額葉(medial prefrontal cortex,MPFC)、前運動區(premotor cortex)和運動區(motor area)等五個功能子區[21]。其中，眶額葉是指位于額葉前下方的前額葉皮層，覆蓋于眼眶之上。眶額葉主要與情感調節、社會抑制和沖動控制有關[22]。一項針對健康人群的大樣本研究發現，左側眶額葉灰質體積與多動、沖動呈負相關[23]，而關于ADHD前額葉病理假設理論主要涉及的腦區就包括眶額葉和背外側前額葉[24]。ADHD的社會抑制和沖動控制失常主要與眶額葉功能失調相關[25]，先前的功能MRI研究發現，在反應抑制[26]、獎賞過程[27]等任務態甚至靜息態時[28]，ADHD患者的眶額葉功能較正常對照有所降低或升高。一項大樣本縱向結構研究也發現，ADHD患者兒童期眶額葉皮層厚度的減少預示著青少年期更為嚴重的臨床癥狀[29]。除皮層厚度外，體積研究同樣發現，ADHD成年患者的眶額葉體積較正常對照明顯減少[22]。因此，本研究提示ADHD患者行為抑制功能的降低可能與其眶額葉體積的減少有關，從而導致了患者出現沖動癥狀。
海馬結構包括齒狀回(dentate gyrus,DG)、阿蒙氏角(Ammon’s horn)和下托(subiculum)三部分，其中阿蒙氏角可進一步劃分為CA1、CA2和CA3三個亞區。海馬損毀的動物模型實驗發現，海馬與學習和記憶等認知過程、對新環境的適應以及對可能損害的反應密切相關[30]。此外，去甲腎上腺素系統主要投射至前額葉、海馬及小腦[31]，經自上而下的效應作用(TOP-DOWN)來實現對工作記憶過程的調制[32]，海馬結構異常則會導致去甲腎上腺素受體數目變化，從而引起工作記憶調節過程的紊亂。一項關于ADHD小鼠模型的實驗發現，ADHD小鼠海馬的多巴胺受體密度降低，而多巴胺受體的缺乏可能與學習困難有關[33]。除動物實驗外，一項關于未用藥男性ADHD兒童的功能磁共振研究發現，伴有工作記憶損害的ADHD患者右側海馬的激活程度較正常人增高，這可能是ADHD患者工作記憶損害和沖動癥狀的病理生理基礎[34]。此外，海馬為中樞神經系統θ波的“起搏器”[35]，而θ波是工作記憶過程以及長時記憶再現、鞏固的基礎[36]。早前研究發現，ADHD患者腦電圖通常表現為異常增高的θ波[37]，這可能與其海馬的功能紊亂相關。因此，本研究所發現的ADHD患者海馬體積減少提示了海馬結構的組織學損害及神經元的缺失，可能導致了與海馬相關的學習及記憶功能障礙。
另外，解剖學研究表明，海馬到前額葉的神經投射為單突觸、單向、同側投射[38-39]。動物實驗發現，若阻斷大鼠的海馬-前額葉環路，則動物在T-迷宮交互延緩任務中的錯誤率顯著上升，且工作記憶類型的錯誤和堅持性錯誤均顯著升高，表明海馬-前額葉環路同時與工作記憶和抑制控制有密切關系[11]。故本研究中右側眶額葉和雙側海馬體積的減少可能導致海馬-前額葉環路異常，從而導致了ADHD患者的行為抑制失常和認知功能障礙。
與本研究相比，既往曾有研究報道ADHD兒童的海馬體積較正常對照人群增大[40]或無明顯變化[8]，造成這種差異的可能原因是：與既往研究不同，本研究中的被試均為尚未用藥的ADHD兒童。藥物研究已證實，中樞興奮劑可導致腦源性神經營養因子增多，而后者與突觸增殖、海馬神經形成以及樹突分支有關，最終可能導致海馬體積增大[41]。因此，藥物治療對ADHD患者的腦體積測量可能是一個混雜因素，最終影響研究者對實驗結果的判斷以及探索其本質原因。而本研究選取的均為從未用藥的ADHD患者，因而排除了藥物對腦結構的影響，更有利于探索ADHD的根本發病機制。此外，我們考慮增大的海馬體積可能是在ADHD癥狀長期影響下的一種重塑增生代償作用[40]，而本研究針對未用藥的疾病早期患兒，故可能海馬的重塑增生代償作用尚未體現。
4 結論
本研究采用VBM-DARTEL方法發現與正常對照相比，未用藥ADHD男性患兒存在右側眶額葉、雙側海馬體積減少的結構異常，這些異常改變可能與患者行為抑制功能失常和認知功能障礙有關。
