孤独谱系障碍又称自闭症（autism spectrum disorder，ASD）是一种广泛的脑发育障碍疾病。临床表现为沟通、社交障碍和重复刻板的行为和兴趣等。早期诊断、早期干预能明显改善症状，提高生活质量^[1,2]。当前，ASD的诊断依靠临床量表评估，主观性较大，且常在3岁后才明确诊断^[3]。3岁前幼儿ASD脑形态异常有哪些特征，是否有早期诊断价值，值得进一步研究。本研究利用磁共振成像3D T1WI，基于体素形态学（voxel-based morphometry，VBM）分析1～3岁婴幼儿ASD脑体积、皮层厚度的变化，探讨幼儿ASD脑形态异常特征，评价MRI早期诊断ASD的可行性。

1　材料与方法

1.1　对象

       选取2017年4~7月在本院儿童心理科首次诊断为ASD幼儿17例（ASD组），同期在本院体检健康幼儿12例为对照组。

       ASD组纳入标准：(1)首次就诊年龄在1～3岁，怀疑ASD行MRI检查。(2）在MRI检查前未接受康复训练和药物治疗。(3)随访至3岁时经两名临床医师确诊，同时符合美国《精神障碍诊断和统计手册》第五版(DSM-5)及中国《精神疾病分类方案与诊断标准》第三版(CCMD-3）儿童ASD诊断标准。(4）顺产足月出生，出生时无窒息，体重正常，无其他神经系统等影响脑结构和功能的疾病。

       对照组纳入标准：(1)身体健康，行为、运动、语言及社交情况正常，出生无异常情况。(2)无神经、精神疾病，无ASD家族史。(3）年龄性别与对照组相匹配。排除标准：有MRI检查禁忌。水合氯醛多次镇静后仍无法入睡。MRI检查后发现脑部器质性病变。MR图像有明显运动伪影影响分析。本研究经本院伦理委员会批准，所有被试磁共振检查前详细询问病史，并知情同意签字。

1.2　MRI检查方法

       所有患儿采用统一的扫描方位和序列，在Philips Achieva 1.5 T MRI扫描仪，8通道头颅线圈上进行。幼儿检查前口服10％水合氯醛0.5 ml/kg镇静。入睡后行MRI检查，包括常规T1WI、T2WI序列及3D高分辨率T1WI序列。采用快速梯度回波（turbo field echo，TFE)序列进行3D T1WI矢状位扫描，扫描参数：TR 10 ms，TE 2.7 ms，FA 20° ，矩阵256×256，FOV 192 mm×192 mm，层厚1.0 mm，层间隔0 mm。体素大小为1 mm×1 mm×1 mm。层数150层。

1.3　图像处理

       基于matlab2012b平台的统计参数图（SPM12）软件的工具包CAT12进行3D T1WI图像处理。(1)格式转换：MICOM转换为NIFI格式。(2）空间标准化：将每个个体解剖图标准化到蒙特里尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）的ICBM的脑模板上，并获得变形矩阵。(3）分割和调整：将标准化后的图像分割为脑灰质，白质和脑脊液。(4）平滑：8 mm半宽全宽高斯核函数平滑处理。按上述CAT12软件分析，可获得每个个体的脑总体积、脑灰质、白质和脑脊液的体积以及全脑皮层的平均厚度；按Brodmann (BA）分区将全脑分为104个脑区，获得个体104个脑区的每个脑灰质体积。

1.4　统计学分析

       采用SPSS 22.0软件，以独立样本t检验分析两组年龄、脑总体积（total brain volume，TBV）差异。以TBV为协变量，协方差分析脑灰质体积(gray matter volume，GM)、脑白质体积（white matter volume，WM)、脑脊液体积（cerebrospinal fluid volume，CSF）及脑皮层平均厚度（cortical thickness，GT）差异，以P<0.05认为差异具有统计学意义。利用SPM12进行两组的独立样本t检验，脑总体积、年龄为协变量去除其影响，比较两组间各脑区的脑灰质体积的差异。P<0.001，核团>100个体素为有统计学差异，记录有差异脑区的MNI坐标及Brodmann (BA）分区名称。

2　结果

       ASD组17例，均为男性，月龄12～34个月，平均(28.9±9.5）个月。对照组12例，均为男性，月龄13~35个月，平均（28.6±10.5)个月，两组年龄比较无统计学差异(P=0.912)。ASD组脑总体积（TIV)(1344.76±89.81) cm²，对照组TBV为（1344.18±135.52) cm²，两组TBV比较无统计学差异(P=0.299)。以TBV为协变量，与对照组比较，ASD组GM、GT较大，CSF较小(P<0.05)；WM比较无统计学差异（表1)。

       脑区灰质体积比较：ASD组有三个脑区体积较对照组增大，包括左中央后回，右顶下回和左额下回，比较有统计学差异(P<0.001，核团>100个体素）。ASD组没有脑区较对照组小（表2；图1)。

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图1  ASD组较对照组体积增大的脑区。注：黄色区域表示ASD组灰质体积增大的脑区（矢状位、冠状位、横断位）。A~C：左中央后回；D~F：右顶下回；G~I：左额下回
Fig. 1  The brain area in ASD group had larger than in control group. The yellow areas represent brain regions with increased gray matter volume in the ASD group (sag, cor, tra). A—C: Left postcentral gyrus. D-F: Right inferior parietal gyrus. G—I: Left inferior frontal gyrus.

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表1  ASD组和对照组全脑体积及皮层厚度的比较(±s)
Tab. 1  Comparison of total brain volume and cortical thickness between ASD group and control group (±s)

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表2  ASD组较对照组体积增大的脑区
Tab. 2  Brain areas in ASD groups had larger than in control group

3　讨论

3.1　ASD早期诊断的困难和重要性

       孤独谱系障碍病因不明，与遗传、感染与免疫以及孕期理化因子刺激有关。ASD有广泛的精神发育障碍，可通过行为学表现进行诊断。当前，ASD的诊断以美国精神障碍诊断与统计手册（The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders ，DSM)^[4]和中国《精神疾病分类方案与诊断标准》第三版(CCMD-3)为依据，依靠行为学表现，通过问卷形式进行诊断评估，一般在2~3岁左右能确诊。但1~3岁时，ASD患儿的症状尚未表现出来或缺乏特征，依靠行为学评估，常无法做到早期明确诊断。本研究17例ASD患儿，均在3岁后才明确诊断。目前，ASD最有效的治疗是尽早干预和康复。干预的年龄越早，治疗效果越好。早期积极的康复训练能有效改善症状，提高ASD患儿的生活质量，甚至达到正常人水平。当前ASD面临的首要挑战，是早期检测识别、有效干预治疗。

3.2　ASD患儿脑形态的总体变化规律

       ASD大脑发育过程不同于健康儿童。Tsai等^[5]和Tang等^[6]对ASD患儿的大脑突触分析发现，儿童后期，正常脑突触棘密度下降约50%，而ASD患儿脑突触棘密度只下降了16%，其突触修复功能不足，表现为神经元体积的增大。这个改变从6个月的婴儿就开始出现^[7,8]。ASD脑的这种形态改变，是形态学指标诊断ASD的主要理论基础。后续国内外报道均发现了不同年龄段脑总体积和厚度的变化过程。Beacher等^[9]对年龄在1岁以内的ASD婴儿进行MRI脑结构像研究，发现6个月以内的婴儿，ASD脑体积跟正常人比较无差异。至12个月时，自闭症婴儿脑灰质体积增大。本研究发现，对于1~3岁幼儿，不论是ASD还是健康幼儿，其脑总体积没有差异。ASD患儿皮层体积和厚度较大，白质体积正常，脑脊液体积缩小。这提示该时期脑体积变化主要位于皮层。表现为脑皮层体积及厚度增大，挤压脑室系统致脑脊液体积减少。3岁以上ASD患儿，不仅灰质体积增大，脑白质体积也增大^[10]。本院刘阳等^[11]也发现自闭症儿童大脑存在过度发育情况。磁共振的弥散功能成像显示ASD患儿脑白质结构连接出现异常^[12]。此外，ASD基底节区也存在代谢异常^[13]。ASD患儿脑形态的总体变化是一个动态过程，在不同年龄段表现各异。脑形态学变化在不同年龄段的变化规律，与ASD患儿临床表现存在怎样的联系，需进一步研究。另一方面，总结出3岁前的ASD患儿脑形态学改变特征有助于早期诊断。储康康等^[14]发现，磁共振可发现症状前的脑结构改变，婴幼儿磁共振可能可以早期预测ASD。

3.3　ASD患儿异常脑区变化规律

       ASD脑体积的变化具体是哪些脑区引起的，其变化规律如何，在近10多年来，国内外已有陆续报道。Fletcher等^[15]通过对1.5~5岁婴幼儿ASD患儿的磁共振结构像纵向研究，发现ASD患儿枕叶无明显变化，额叶、顶叶、颞叶及扣带回较正常婴幼儿增大。陈磊等^[16]发现3~8岁ASD男童的脑灰质体积增大区域为左侧中央后回及左颞上回。ASD儿童至青春期前，脑结构仍在变化，原本增大的额叶大部分皮层厚度下降至正常人，但左侧前扣带回和左侧前额极皮层厚度仍增厚^[17,18]。Hazlett等^[19]发现，自闭症婴儿的全脑脑容积在12~24个月时增长速度高于正常组，全脑表面积在6~12个月增长速度高于正常组。脑表面积增大的区域主要有：(1）双侧枕中回；(2)右侧楔叶；(3)右侧舌回；(4）左侧颞下回；(5)左侧额中回。脑体积、脑表面积的过度增长与ASD的发生和严重性具有相关性。王慧等^[18]利用脑表面积数据，经深度学习，建立诊断模型。发现6个月和12个月的儿童的脑表面积可以预测高风险儿童24个月时是否发生ASD，其阳性预测值为81%，敏感度为97%。这个研究表明今后有望通过对高危婴幼儿大脑MRI检查，筛查出ASD。MRI的准确预测和检查指标，也有助于研究者们开发新的治疗手段。本研究对1～3岁ASD患儿的脑区分析发现，左中央后回、右顶下叶及左额下回较正常幼儿体积大。这些脑区变化与其他文献研究结论基本一致，又不完全相同。提示自闭症患儿脑区变化存在年龄差异或个体差异，研究不同年龄段可能获得的脑区改变略有不同。脑区体积增大区域均位于大脑枕叶、颞叶、额叶等皮层，不同年龄段和个体异常脑区存在一定差异，可能与ASD临床表现不尽相同有关。因此，结合临床评估量表，利用MRI的结构成像，分析全脑体积的变化规律和异常脑区的位置，MRI有望成为早期诊断ASD的手段之一。

       总之，MRI不仅能反映ASD婴幼儿脑总体形态异常的特征，表现为脑皮层体积及厚度增大，挤压脑室系统致脑脊液体积减少，还能分析异常发育的脑区，主要为左中央后回、右顶下叶及左额下回脑区体积增大。这可能是今后ASD早期诊断的手段之一。但本研究样本量少，影像学指标仍有待深入研究。另一方面，本研究缺乏纵向研究，对脑形态学变化规律仍需进一步总结。今后，利用人工智能进一步深入研究ASD的形态学特征及变化规律，明确形态学变化与临床表现的关联，将能实现ASD的早期诊断和指导个体化治疗。