儿童和青少年心脏手术后白质纤维微结构以及其认知能力的改变

Original: 杨晓飞思影科技 2019-06-30

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来自波士顿大学的Christopher G. Watson等人在JOURNAL OF PEDIATRICS上发文，他们发现儿童和青少年进行了心室手术后，其白质纤维与健康被试有差异，白质纤维的改变也导致其认知能力的改变。

单心室心脏病是最严重的一类先天性心脏病，以往死亡率居高不下。但得益于现代医学的伟大进步，这类患者越来越多的幸存了下来。以往的研究还发现这类患者认知的许多方面有缺陷，以及高学习障碍和行为问题。前人对Fontan手术（一种心脏手术，后文中都简写为术后）后的单心室心脏病患者的神经发育有较多的研究，但很少有关于脑白质微观结构与其的详细分析，以及其白质组织和认知能力之间的关系。为此，研究者获得了弥散张量成像（DTI）数据来完善该研究者之前对这类患者灰质的分析，并比较了术后的患者和健康控制儿童和青少年之间的白质组织结构，评估了白质纤维的属性和认知能力之间的关系。

方法：

研究者招募了在该实验至少6个月之前进行过手术的10-19岁儿童和青少年患者，而后又招募了相应的健康被试。那些拥有植入胸内心血管装置或线圈的被试接受1.5T MRI进行扫描，其他被试均接受3T MRI扫描，所有被试均使用的是8通道的线圈。最终获得了每个被试施加了25个方向梯度磁场的图像（b = 1000 s/mm2），和一个未施加梯度磁场的b0图像。

研究者使用FSL （FMRIB Software Library v5.0.6 (University ofOxford, Oxford, England)）软件对DTI数据进行处理：

（1）进行涡流矫正和头动矫正，

（2）剔颅骨剥头皮

（3）使用弥散模型(椭球模型)计算出FA（各项异性）,RD（径向扩散系数）, AD（轴向扩散系数） and MD（平均扩散系数）等弥散张量指标。

（4）研究者又对一些ROIs的白质纤维进行了弥散张量的测量（基于Johns HopkinsUniversity whitematter tractographyatlas，JHU）。

（5）最后，使用TBSS（Tract-Based Spatial Statistics）对数据进行了统计分析（使用TFCE对多重比较校正）。

简称对照表

ATR Anterior thalamic radiation CC Corpus callosum CHD Congenital heart disease

CST Corticospinal tract DTI Diffusion tensor imaging FMaForceps major

FMi Forceps minor FSIQ Full-Scale Intelligence Quotient

IFOF Inferior fronto-occipital fasciculus ILF Inferiorlongitudinal fasciculus

MRI Magnetic resonance imaging ROIs Regions of interest

SCP Superior cerebellar peduncle SLF Superior longitudinal fascicu

结果：

（1）被试的详细信息如下：

*DHCA, deep hypothermic circulatory arrest.

*P values for group comparisons were determined by Fisher exact test forcategorical variables, general linear model for continuous variablesrepresented with means, and Wilcoxon rank-sum test for continuous variablesrepresented with medians. Group comparisons of FSIQ and Processing Speed Indexadjust for type of age-based assessment.

(2)研究者发现：

术后患者的大部分ROIs的平均FA都显著低于健康被试（详见Table 2）；

术后患者的部分ROIs的平均RD都显著高于健康被试（详见Table 2）；

术后患者的部分ROIs的平均AD都显著低于健康被试（详见Table 3）；

术后患者的胼胝体体部和左外部囊的MD都显著高于健康被试（详见Table 3）。

进行过Norwood手术（针对左心发育不良综合征的手术）和未进行过Norwood手术的患者被试在平均的FA，RD和MD差异不显著，但N手术患者被试胼胝体体部(1.562 ± .073 vs 1.591 ± .079, P= .02)，胼胝体辐射线枕部(1.435 ± .056 vs 1.457 ± .057, P =.03)和双侧下纵束(left: 1.216 ± .052 vs 1.237 ± .038, P =.04; right: 1.229 ± .052 vs 1.248 ± .040, P = .046)的MD显著高于non-N手术患者被试。

图1.两组被试白质纤维的FA差异

术后患者在上图中标出（红黄）的白质纤维的FA都显著低于健康被试。

图2.两组被试白质纤维的AD差异

术后患者在上图中标出（红黄）的白质纤维的AD都显著低于健康被试。特别是在胼胝体体部，左侧丘脑前辐射，右额下枕束和右下纵束等白质纤维与之前FA的结果中重合。

(3)接着，研究者又分析了矿化对白质微观组织的影响，特别是FA和AD上。分析结果见表4和表5。

(4)之后，研究者探究了白质纤维的FA与FSIQ和认知加工速度的关系。研究者发现在术后患者中其某些白质纤维的FA与FSIQ和认知加工速度存在显著相关（p<.01）。但在健康被试中没有发现类似的显著关系（详见表6）。

(5)

最后，研究者对术后患者的白质纤维FA与其人口统计学变量和医学变量进行了进一步的分析。研究者发现：

1基因异常的术后患者，其左脑和右脑的白质纤维平均FA更低；

2第一次手术的并发症更多的患者，其部分白质纤维的平均FA更低；

3进行Fontan手术越多或者有过中风史等任何神经疾病的患者，其部分白质纤维的平均FA也更低。

研究者认为接受过Fontan手术的儿童和青少年，其脑白质的微结构有很大的改变。这些改变可能也对这些患者的认知功能产生了影响，因为其智商和认知加工速度随着白质纤维FA的变化而变化。尽管在子宫内，单心室心脏病患者的白质发育可能就会不成熟，但青春期的风险因素，包括：更多的手术并发症，更多的心导管插入术，以及中风史或任何神经疾病，也会显著改变白质纤维的微结构。该研究表明至少有一些风险因素可以被控制或消除，以此避免大脑白质纤维的长期变化，并减少对患有单心室心脏病的高危人群的认知能力的损害。

一句话总结：进行过Fontan手术的儿童和青少年，其白质纤维的微结构可能会受到影响，从而损害他们的认知能力。

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原文：