研究目的1.探讨二维氢质子磁共振波谱(2D-1H MRS)应用于检测青光眼患者视放射及视中枢损伤的可行性及波谱成像方法；2.通过对比常规MR序列,探讨2D-1H MRS在检测青光眼性视放射及视中枢损伤方面的优势和应用价值；3.结合本研究及相关文献进一步探讨青光眼中枢视路损伤的机制。材料和方法1.研究对象入选对象包括2010年8月至2011年4月在南方医院眼科中心及中山眼科医院被确诊为原发性青光眼患者20名和同时段在南方医院影像中心健康体检者20名；均在我院影像中心行常规3T MRI和2D-1H MRS检查。其中青光眼组男性12名,女性8名,年龄19-76Y,平均年龄45岁,均为双眼受累,根据眼压是否大于21mmHg,进一步将青光眼组分成高眼压组和正常眼压组,其中高眼压组14例,正常眼压组6例；对照组采取与青光眼组一对一的方式选择相同性别、年龄相差不超过3岁的健康体检者,男性12名,女性8名,年龄20-78Y,平均年龄45Y。我们挑选的研究对象要求排除任何除原发性青光眼以外的可致高眼压(虹膜睫状体炎、眼部创伤等)、视神经病变(感染、炎症、缺血性病变、压迫损伤等)及视野缺损(垂体病变、老年性黄斑、糖尿病性视网膜病变等)的疾病,内眼手术史及某些可能影响视野或血压的全身性用药也需要排除。此外我们要求对照组裸视或矫正视力正常,视敏度0.8以上。2.检查仪器和设备本研究所用仪器为通用电器(GE)公司的SIGNAL EXCITE 3.0T超导型全身磁共振扫描仪,常规序列扫描采用的是头颅八通道线圈；2D-1H MRS扫描采用波谱成像专用单通道正交线圈。图像后处理采用与之配套的AW 4.3工作站中的FuncTool后处理软件。3.MR检查方法体位和固定：受检者仰卧位,将其头部置于线圈内,于被检者头颅的两侧及枕部放置塑性海绵固定填充,要求被检者下巴保持轻度仰起状态,使视交叉-后联合线(CH-PC line)近轴位,体表标志大致为一侧鼻翼与同侧外耳道连线与身体长轴相垂直；定位线置于双眼外眦连线水平。常规MR序列扫描：行常规头颅T1 Flair、T2WI FSE、T2 Flair扫描,及扩散加权成像(DWI)扫描。扫描平面为眦耳线,扫描范围为全脑。扫描参数如下：T1 Flair (TR 2580ms,TE 24ms),层厚10mm,层间距0mm,矩阵320×256,FOV 240×180mm,NEX=2; T2WI (TR 5100ms, TE 138ms),层厚10mm,层间距0mm,矩阵512×288,FOV 240×180mm, NEX=2; T2 Flair (TR 9600ms,TE 110ms),层厚10mm,层间距0mm,矩阵288×224,FOV 240×240mm, NEX=1; DWI(TR 6200ms, TE 87.1ms),扩散加权系数(b值)为1000s/mm2,层厚10mm,层间距0mm,矩阵192×192,FOV 240×240mm, NEX=2。常规行横断面扫描,部分加扫冠状位及矢状位。2D-1H-MRS扫描：波谱采集方式采用二维多体素(multivoxel, MV)技术,脉冲序列选择点分辨波谱成像(point resolved spectroscopy, PRESS), TR/TE:2000/35ms,层间距10mm,体素厚度10mm,采集次数(NEX)为1次,FOV18×18cm。具体波谱扫描野(volume of interest, VOI)层面定位于视交叉-后联合(CH-PC line)层面或上一层面,于T2WI平扫的纯轴位上进行波谱定位,VOI大小根据实际情况选取,尽可能将双侧视放射及视中枢包括在内,并尽量避免包含颅骨、头皮脂肪、含气窦腔等影响波谱成像质量的组织。于选择好的VOI周围设定6条饱和带(VSS),以减少周围组织的部分容积效应对波谱质量的影响。定位完毕后先行预扫描,显示自动匀场达到半高带宽(FWHM)<10,水抑制>98%以上方开始进行正式波谱扫描,否则再次匀场直到达到上述标准为止。波谱扫描时间为8分06秒。4.图像后处理及数据测量常规序列数据测量：于常规T1 Flair和T2WI FSE图像上分别测量青光眼组与对照组双侧视放射与视中枢的T1强度值和T2强度值,为减少误差,每个部位均测量三次,取平均值作为该部位的强度值；1H-MRS图像后处理及数据测量：使用FuncTool软件自动对波谱扫描所获得的化学频率进行基线校正、频率翻转、回顾性体素转移等后处理,即可得到四种图像：化学位移图(Chemical Shift Image, CSI)、波谱图(Spectrum Image,SI)、代谢图(Metabolic Image, MI)以及代谢-解剖叠加图(AI+MI)。于“代-解图”上双侧视放射各选择4个固定体素作为ROI,要求4个体素信噪比(singal nosie ratio, SNR)较高、波谱曲线基线平直且有明显窄峰,采用4个体素的平均值作为一侧视放射波谱数据的最终值；于双侧视中枢手动绘制包含6个固定体素的ROI,其平均值作为一侧视中枢波谱数据的最终值。本研究感兴趣的主要代谢物为N-乙酰天门冬氨酸(N-Acetylaminosuccinic acid)、胆碱化合物(Choline,Cho)、肌酸(Creatine, Cr)、谷氨酰胺和谷氨酸(glutamine and glutamate, Glx);所要记录的数据为NAA/Ci、Cho/Cr、及Glx/Cr。5.统计学分析统计学处理采用SPSS13.0统计软件进行分析。各组资料均属计量资料,用均数±标准差(x±s)形式表示,行统计学对比前进行K-S拟合优度检验(1-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)检验各组数据是否符合正态分布。各组双侧数据比较均使用配对样本t检验(Paired-Samples T Test);双侧数据间不存在统计学差异的将合并求其平均值,而存在统计学差异的将分别比较。青光眼组与对照组这两组常规MR数据比较采用两独立样本t检验(Independent-Samples T Test);两组1H-MRS数据比较也采用两独立样本t检验；高眼压组、正常眼压组和对照组这三组1H-MRS数据的比较采用单因素方差分析(one-way ANOVA);在方差分析显著的情况下进行多重比较,满足方差齐性的用LSD法,方差不齐时用DUNNETT’s T3法。检验统计量用t、F和P值表示,选取检验水准α=0.05。结果1.本研究大部分受检对象视放射及视中枢的2D-1H-MRS扫描一次即可获得符合诊断要求的波谱,仅少数需要重新扫描。我们采用短TE35ms,不仅能够获得质量较高NAA、Cho、Cr波峰,还能在2.2ppm-2.4ppm获取Glx波峰,其中视放射的第一高峰为NAA,而Cho峰与Cr峰差距常不显著,均可为第二峰；视中枢NAA为第一高峰,Cr为第二高峰；我们采用CH-PC line作为波谱VOI的定位层面,经证实均能够获得较优的波谱,为了使该层面处于纯轴位,需要使受检者下巴仰起,体表标志大致为一侧鼻翼与同侧外耳道连线与身体长轴垂直。2.青光眼组与对照组常规MR序列扫描视放射及视中枢均未见明显异常信号改变,两组视放射的T1强度值分别为1788±213,1785±213；T2强度值分别为1232±126,1224±126；两组数据比较差异均无统计学意义(t=0.051,P=0.959;t=0.190,P=0.850)；两组视中枢的T1强度值分别为1479±198；1469±184；T2强度值分别为1447±158,1433±161,两组数据比较差异均无统计学意义(t=0.164,P=0.870;t=0.277,P=0.783)。3.1H-MRS数据结果：(1)青光眼组和对照组视放射、视中枢的双侧NAA/Cr、Cho/Cr比较均有显著性差异,需分别进行比较：就整体而言,两组的右侧NAA/Cr均大于左侧,而右侧Cho/Cr均小于左侧；双侧Glx/Cr比值则无显著性差异,将其双侧合并求平均值再进行比较。(2)视放射1H-MRS数据结果NAA/Cr比值：对照组左、右侧NAA/Cr比值分别为1.724±0.169、1.835±0.141,青光眼组分别为1.482±0.202、1.669±0.270,两组NAA/Cr-L、NAA/Cr-R差异均有统计学意义(t=4.120,P<0.001；t=2.448,P=0.021)。进一步将青光眼组分成高眼压组和正常眼压组,NAA/Cr-L分别为1.533±0.183、1.363±0.209, NAA/Cr-R分别为1.608±0.264、1.811±0.246,分别与对照组行三组间的单因素方差分析组间差异有统计学意义(F=10.985,P<0.001；F=5.250,P=0.01),三组间LSD-t检验两两比较,对照组与高眼压组比较差异均显著,而正常眼压组与高眼压组、对照组比较均无显著差异。Cho/Cr比值：对照组左、右侧Cho/Cr分别为1.106±0.146、0.992±0.117,青光眼组分别为0.984+0.193、0.896±0.173,两组Cho/Cr-L、Cho/Cr-R差异均有统计学意义(t=2.267,P=0.029；t=2.045,P=0.048)。高眼压组和正常眼压组Cho/Cr-L分别为0.981±0.189、0.989±0.225,Cho/Cr-R分别为0.858±0.162、0.986±0.179,分别与对照组行三组间的单因素方差分析组间差异左侧无统计学意义(F=2.507,P=0.095)；右侧有统计学差异(F=3.894,P=0.029),三组间LSD-t检验两两比较,对照组与高眼压组比较差异显著,而正常眼压组与高眼压组、对照组比较均无显著差异。Glx/Cr比值：对照组Glx/Cr比值为1.506±0.178,青光眼组为1.669±0.332,对照组与青光眼组间Glx/Cr差异无统计学意义(t=1.926,P=0.064)。高眼压组和正常眼压组Glx/Cr比值分别为1.573±0.290、1.892±0.341,三组间的单因素方差分析组间差异有统计学意义(F=5.606,P=0.007)；由于三组数据方差不齐(P=0.021),采用Dunnett’s T3法进行多重比较,三组两两比较均无统计学意义。(3)视中枢1H-MRS数据结果：NAA/Cr比值：对照组左、右NAA/Cr比值为1.802±0.152、1.903±0.116,青光眼组分别为1.668±0.126、1.731±0.114,对照组与青光眼组间NAA/Cr-L、NAA/Cr-R差异均有统计学意义(t=3.047,P=0.004；t=4.745,P<0.001)。高眼压组、正常眼压组NAA/Cr-L比值分别为1.673±0.132、1.654±0.120,NAA/Cr-R分别为1.742±0.117、1.705±0.112,分别与对照组行三组间的单因素方差分析组间差异均有统计学意义(F=4.569,P=0.017；F=11.309,P<0.001),三组间数据方差齐,采用LSD-t检验两两比较,对照组与高眼压组、正常眼压组分别比较均有统计学差异,而高眼压组与正常眼压组差异不显著。Cho/Cr比值：对照组左、右Cho/Cr分别为0.745±0.065、0.700±0.083,青光眼组分别为0.645±0.065、0.610±0.076,对照组与青光眼组间Cho/Cr-L、Cho/Cr-R差异均有统计学意义(t=4.858,P<0.001；t=3.555,P=0.001)。高眼压组和正常眼压组Cho/Cr-L分别为0.648±0.064、0.637±0.073,Cho/Cr-R分别为0.617±0.085、0.594±0.051,分别与对照组行三组间的单因素方差分析组间差异均有统计学意义(F=11.582,P<0.001；F=6.394,P=0.004),三组间LSD-t检验两两比较,对照组与高眼压组、正常眼压组分别比较均有统计学差异,而高眼压组与正常眼压组差异不显著。Glx/Cr比值：对照组Glx/Cr比值为1.611±0.127,青光眼组为1.707±0.201,对照组与青光眼组间Glx/Cr差异无统计学意义(t=1.799,P=0.081)。高眼压组和正常眼压组Glx/Cr比值分别为1.701±0.148、1.720±0.310,三组间的单因素方差分析组间差异无统计学意义(F=1.605,P=0.214)。结论1.2D-1H-MRS一次扫描即可同时获取多个部位的波谱,用来检测人类活体青光眼性视放射及视中枢损伤,既可以节省时间,也有利于内部的相互对比;使用PRESS、MV技术,采用短TE35ms,并以CH-PC line作为波谱VOI的定位层面,可以获得符合诊断要求的波谱。2.2D-1H-MRS在对青光眼性视放射和视中枢损伤的检测上,较常规MRI检查更敏感,能够发现常规MR表现正常的后视路的代谢物改变,有潜力成为早期诊断人类青光眼的一种无创性指标。3.视放射及视中枢1H-MRS数据存在偏侧性改变,机制尚不清楚。一般认为,右侧大脑半球视觉依赖的空间概括能力的形象思维功能优于左侧半球,而人类也存在优势眼；此外青光眼多呈不对称性受累,也可能是造成青光眼组偏侧性改变的原因之一。4.与以往研究结果不同,本研究青光眼组视放射及视中枢均出现NAA/Cr比值显著性下降,我们推测是由于本组病人受检时大都处于青光眼发作期,病情进展较迅速,视放射及视中枢神经细胞NAA浓度变化达到1H-MRS的可测量程度。青光眼病人视放射及视中枢的Cho/Cr比值亦有显著性降低,主要与细胞凋亡、神经细胞信号转导系统受损及细胞更新减慢有关。5.除了氧化损伤,谷氨酸盐兴奋毒性是跨突触损伤机制另一个重要的环节,本研究青光眼组Glx/Cr比值有所升高,但尚未达到统计学意义,主要与青光眼患者视觉刺激减弱,神经细胞摄取谷氨酸盐及合成谷氨酰胺减少有关。6.高眼压组和对照组代谢物分析NAA/Cr及Cho/Cr比值均有显著性差异,然而高眼压组和正常眼压组之间均未发现明显差异；高眼压作为青光眼最主要和最稳定的危险因素,在青光眼中枢视路损伤中究竟起到多大的作用尚有待进一步研究。7.本研究认同青光眼为一类从眼到脑的神经变性性疾病,然而对于青光眼究竟是起源于RGC的变性上行性影响了整个视路,还是来自中枢视路某个层面的变性影响了视神经或是两者均存在,我们尚不清楚。