跌倒是导致老年人伤残、死亡的常见伤害性事件之一。2005年预防跌倒欧洲共识将跌倒概念定义为滑倒（slip)或绊倒(trip)，当事人突发、不自主、非故意的体位改变，失去平衡而使其跌落至地板、地面或更低的平面^[1]。国外研究表明^[2]，65岁以上的老年人有30％每年至少跌倒一次，其中10%会造成严重损伤。我国北京某社区60岁以上的老年人1年中跌倒的发生率也高达18%，其中8.7％的老年人因跌倒受伤^[3]。目前跌倒的评估手段包括记录跌倒次数、Tinetti平衡与步态量表、简易体能状况量表（short physical performance battery, SPPB)等^[4]，但仅使用单方面的评估工具无法准确定量地评估跌倒风险。脑白质病变（white matter lesions, WMLs）见于60岁以上的正常老年人，可引起认知、平衡及步态功能异常甚至发生跌倒^[5,6,7]。弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）可以定量反映活体组织水分子的扩散信息，还能反映脑白质的微结构及纤维走行情况^[8,9]，但应用DTI来研究老年人WHLs相关性跌倒患者的脑微观结构改变还未深入进行，临床-影像的相关性尚未确定，本研究通过定量分析老年人WHLs相关性跌倒患者的脑DTI，初步探索老年人跌倒风险的影像学预测指标。

1　材料与方法

1.1　一般资料

       收集2015年5月至2016年1月首都医科大学附属北京天坛医院60岁以上的WMLs患者44人，行DTI检查。根据Tinetti平衡和步态量表分为两个研究组^[8]：跌倒风险组（Tinetti <25）共计15人，平均(71.870±7.717)岁，其中男6人，女9人；对照组(Tinetti≥25）共计29人，平均（71.410±5.124）岁，其中男11人，女18人，男女差别无统计学意义(χ²= 0.018，P=0.894)。排除标准：痴呆及明显运动障碍，脑卒中、肿瘤、感染、免疫代谢性病等中枢神经系统病变者；帕金森病及前庭病变，严重视力障碍、骨关节及肌肉病变者；癫痫、精神病或特殊药物服用史；有MRI检查禁忌者。对所有患者进行临床量表测评，包括简易精神状态检查量表（mini mental state exam, MMSE)、蒙特利尔认知评估（montreal cognitive assessment, MoCA）量表、Tinetti步态量表、Tinetti平衡量表、计时起立-步行测验(timed up and go test, TUGT)。

1.2　影像学检查

       采用Siemens Trio Tim 3.0 T超导磁共振扫描仪；使用头部8通道相控阵头线圈。DTI图像采集使用单次激发自旋回波-平面回波序列，扫描参数：TR=11000 ms，TE=94 ms，FOV=256 mm，矩阵128×128，NEX=1，共扫描65层，层厚2 mm，无间隔的连续扫描，b值分别为0和1000 s/mm²，在30个不同的非线性方向上施加梯度磁场。T1WI结构像扫描参数：TE=2.16 ms，TR=2300 ms，TI=900 ms，翻转角9°，FOV=240 mm，矩阵256× 256，共扫描176层。

1.3　图像后处理

       使用FSL软件，首先进行图像预处理：(1)头动及涡流校正；(2)提取B0图，去除头皮、颅骨，提取大脑信息(阈值=0.3)；(3）运用DTIFit工具计算获得各向异性分数(fractional anisotropy, FA）图。

       采用基于纤维束追踪空间统计分析（tract based spatial statistics, TBSS)，将TBSS工作目录下所有被试FA做TBSS预处理；将FA图通过非线性配准的方式配准到标准空间MNI，以FMRIB58 FA图像当作目标图像进行配准；因为TBSS仅适用于检测较大的白质纤维束(FA值大于0.2)，因此选取阈值（一般为0.2~ 0.8)生成所有被试者平均FA值图像，并提取白质纤维骨架；将配准后的FA图投射到白质纤维骨架上，产生各自的FA骨架。

1.4　统计学分析

       在白质纤维束骨架上统计两组的全脑平均FA值，经双样本t检验，以年龄、性别为协变量，P<0.05认为有统计学差异，将FA值与MMSE、MoCA做相关性分析。

       利用FSL软件中的randomiset函式对两组进行基于全脑纤维束体素的显著性差异统计分析，以年龄和性别为协变量，置换检验n=10000。采用无阈值簇群增强（threshold-free cluster enhancement, TFCE)FWE方法来校正多重比较中的I类错误，校正水平为P<0.05。识别异常的白质纤维束，得出相应FA值并与MMSE、MoCA、Tinetti平衡量表、Tinetti步态量表、TUGT做相关性分析。

2　结果

       跌倒风险组患者的MMSE(t=2.806，P=0.008)及MoCA(t=2.890，P=0.006）量表评分均低于对照组，跌倒风险组的全脑平均FA值低于对照组(t=2.862，P=0.007)，差异具有统计学意义。跌倒风险组及对照组全脑平均FA值与MMSE呈正相关，其中跌倒风险组r=0.533，P=0.041，所有被试r=0.518，P=0.000(图1A)。跌倒风险组及对照组全脑平均FA值与MoCA呈正相关，跌倒风险组r=0.642，P=0.010，所有被试r=0.622，P=0.000（图1B)。

       与对照组相比，跌倒风险组9条脑白质纤维束FA值减低（图2、图3)，差异具有统计学意义。跌倒风险组、对照组及所有被试部分脑白质纤维束的平均FA值与MoCA量表、Tinetti步态量表、Tinetti平衡量表呈正相关（表1、表2)，与TUGT呈负相关（表2)。

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图1  跌倒风险组及对照组全脑平均FA值与MMSE及MoCA的相关性（方格代表跌倒风险组，黑三角代表对照组)
Fig. 1  The correlation between mean FA of whole brain and MMSE/MoCA scores in the fall risk group and contrast group(□ fall risk group, ▲ contrast group).

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图2  跌倒风险组FA值减低的脑白质纤维束分布区域，绿色标记为平均纤维束骨架，黄色表示平均FA值减低(P<0.05，TFCE-corrected)
Fig. 2  Mean FA skeleton of white matter tracts, green indicates white matter skeleton, yellow indicates the reduced Mean FA (P<0.05, TFCE-corrected).

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图3  跌倒风险组与对照组相比平均FA值减低的白质纤维束(1~ 9分别为右侧钩束、胼胝体膝部、右侧放射冠前部、左侧放射冠前部、胼胝体体部、右侧放射冠上部、胼胝体压部、右侧上纵束、左侧扣带回)
Fig. 3  The reduced Mean FA of white matter tracts in the fall risk group (1—9 indicate right fasciculus uncinatus, genu of corpus callosum, right anterior corona radiate, left anterior corona radiate, body of corpus callosum, right superior corona radiate, splenium of corpus callosum, right superior longitudinal fasciculus and left cingulate gyrus).

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表1  跌倒风险组及对照组脑白质纤维束平均FA值与MoCA量表的相关性
Tab. 1  The correlation between mean FA of white matter tracts and MoCA scores in the fall risk group and contrast group

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表2  跌倒风险组白质纤维束平均FA值与Tinetti步态量表、Tinetti平衡量表、TUGT的相关性
Tab. 2  The correlation between mean FA of white matter tracts and Tinetti Gait Analysis, Tinetti Balance Analysis and TUGT in the fall risk group

3　讨论

       DTI是利用组织中水分子扩散运动的各向异性特征进行成像的一种功能磁共振技术，不仅反映活体组织水分子的扩散信息，一定程度上还能反映脑白质的微结构及纤维走行情况，在研究脑白质病变方面，DTI的敏感性明显高于T2WI等常规磁共振序列^[9]。TBSS是一种基于纤维束骨架的空间统计方法，采用非线性配准方法对全脑白质进行自动测量。

       WMLs是常见的中老年脑影像表现，指脑白质斑点状或斑片状非特异性CT低密度，MRI T2WI及FLAIR高信号区，病理基础是髓鞘肿胀或脱失，轴突破坏，可见胶质细胞增生、小血管硬化、动脉壁纤维化及玻璃样变性^[10]。FA值是DTI的常用参数之一，反映纤维髓鞘的完整性，当髓鞘结构破坏时，抑制水分子扩散的屏障作用减弱，导致有序的各向异性结构丧失，FA值减低^[11]。研究发现，WHLs与老年人跌倒具有显著相关性^[3]，而且异常的脑白质体积越大，发生跌倒的可能性也越大^[12,13]。本研究结果显示跌倒风险组患者的全脑平均FA值明显低于对照组，进一步说明了跌倒风险组老年人具有更显著的脑白质异常，同时说明正常表现白质区域也可能存在微观损害。Koo等^[8]研究发现存在跌倒风险的患者(Tinetti量表得分<25)，其额顶皮质通路、胼胝体膝部和压部、扣带回后部、额叶前部和眶额通路以及连接额-顶-颞叶的纵向通路均可见FA值减低。本研究结果与其部分一致，笔者发现跌倒风险组的右侧钩束、胼胝体膝部、体部及压部、双侧放射冠前部、右侧放射冠上部、右侧上纵束、左侧扣带回FA值减低。

       脑白质损伤时，各功能区纤维联络中断，导致相应的功能障碍^[14,15]。WHLs可引起不同程度的认知功能损害^[1]。本研究跌倒风险组的MMSE、MoCA评分均低于对照组，其中跌倒风险组胼胝体膝部、体部及压部、右侧放射冠前部、右侧上纵束、左侧扣带回的平均FA值与MoCA呈正相关。胼胝体是连接双侧大脑半球最大的连合纤维，是双侧大脑半球之间情感、认知及其他功能等信息传递、整合的重要通道。胼胝体膝部与认知功能、调制情绪刺激和多种记忆功能有关^[16]。前放射冠参与了一系列认知过程，包括执行功能，在姿势控制与跌倒风险的认知控制中起到关键性作用^[17]。上纵束是人脑最大的联络纤维，是连接额叶与颞、顶叶最重要的纤维束^[18]，轻度认知障碍患者（mild cognitive impairment, MCI）的认知功能减退可能与上纵束微观结构受损有关^[19]。扣带束是边缘系统最重要的脑白质纤维束，其中扣带回被认为是默认网络的核心区域^[20]，与情节记忆功能密切相关，而情节记忆与认知功能存在相关性，是MCI最早期也是最明显的神经心理改变^[19]。

       WHLs可引起平衡、步态功能异常^[21]，进而增加跌倒风险^[22,23]。Tinetti步态和平衡量表通过测试患者的步态和平衡功能预测老年人跌倒的危险性^[8]。本研究结果显示右侧钩束的平均FA值与Tinetti平衡量表呈正相关；右侧钩束、胼胝体体部、胼胝体压部、左侧扣带回的平均FA值与Tinetti步态量表呈正相关。TUGT常用于测定老年病人的平衡功能及体能，对跌倒有预测作用^[24] ，TUGT值越大，提示运动能力越差。本研究结果显示胼胝体体部及左侧扣带回的平均FA值与TUGT呈负相关。Koerte等^[25]研究认为经胼胝体的运动纤维束损伤可能与运动控制和协调能力减弱有关。胼胝体压部与运动执行功能密切相关，对运动能力下降具有最佳的预测效果。胼胝体压部白质纤维受损导致视空间信息在大脑半球的整合障碍，进而影响运动功能^[26]。钩束是传导额叶执行控制功能的主要纤维束之一，有研究认为WHLs与运动损害的关系是通过对执行功能的影响介导的^{[12, 27]}。

       总之，本研究显示，跌倒风险组的全脑平均FA值及9条脑白质纤维束平均FA值低于对照组，并与认知、步态、平衡功能存在一定的相关性。DTI定量分析可用于识别老年人WMLs相关性跌倒患者的颅脑结构特点，为具有跌倒风险的WMLs患者的识别、判断病情及预后评价提供了重要的影像学依据。

       致谢：感谢中国科学院自动化研究所刘勇博士在图像处理中给予的大力帮助！