0 引言

       全面性发育迟缓（global developmental delay, GDD）是一种神经发育障碍性疾病，定义为五岁以下儿童存在两项或两项以上发育里程碑的显著延迟，包括粗大运动或精细动作、语言、认知、社交和日常生活活动^{[1, 2]}。据估计，GDD在美国的患病率为1%~3%^[3]。尽管研究表明GDD的发生与遗传缺陷相关^[4]，但其病因复杂，涉及多个因素相互影响，这为诊断、干预和预后评估带来极大挑战。缺乏早期诊断和干预可能会导致GDD儿童进一步发展为智力障碍，严重影响日常和社会交流。

       目前，临床上对GDD儿童的诊断评估主要依赖于发育量表^[5]，然而这种方法存在较大的主观性，可能导致评估结果的不准确。扩散磁共振成像（diffusion magnetic resonance imaging, dMRI）作为一种定量MRI技术，能够为大脑灰白质微结构的改变提供定量观察指标。其中，扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）是最常使用的dMRI序列，但其基于高斯扩散分布来模拟水分子的运动，因此无法准确描述脑内偏离高斯分布的复杂微结构。

       作为DTI的延伸，扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）基于非高斯扩散模型，能够更好地模拟生物组织的复杂微环境^{[6, 7]}，在帕金森病^[8]、阿尔兹海默症^[9]和多发性硬化^[10]等神经精神疾病中有广泛的应用。目前针对GDD儿童的dMRI研究相对较少，特别是关于DKI的研究更是缺乏。同时，这些研究多采用基于感兴趣区（region of interest, ROI）的方法，得出的结果也存在较大的差异^{[11, 12, 13]}，这限制了对GDD潜在病理机制的深入探索。基于束的空间统计学方法（tract-based spatial statistics, TBSS）是一种针对全脑白质进行空间统计分析的方法，它可以避免因手动勾画ROI而导致的测量偏差^[14]，在实际应用中具有更高的准确度和敏感度。因此，本研究首次将DKI技术和TBSS方法结合，旨在全面客观分析GDD儿童脑白质纤维束微结构的变化情况，为GDD的临床诊断提供参考。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       前瞻性纳入2020年5月~2023年5月在郑州大学第三附属医院接受检查的37例GDD患儿作为试验组，年龄（34.70±10.01）个月，男26例，女11例；同期收集32例年龄和性别相匹配的健康儿童作为对照组，年龄（35.13±12.14）月，男21例，女11例。两组年龄和性别比较，差异均无统计学意义（年龄t=-0.158，P=0.875；性别χ²=0.170，P=0.680）。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，通过了郑州大学第三附属医院伦理委员会的批准（批准号：2023-057-01），所有受试者的监护人均已签署知情同意书。

1.2 纳入与排除标准

       GDD组纳入标准：（1）年龄小于5岁，右利手；（2）诊断符合《精神障碍诊断与统计手册》第五版^[15]中GDD的标准；（3）Gesell发育诊断量表两个或两个以上领域发育得分<75分；（4）常规MRI上无明显异常。GDD组排除标准：（1）存在神经系统疾病或精神疾病家族史；（2）头部外伤史；（3）神经药物治疗史。对照组纳入标准：（1）年龄小于5岁，右利手；（2）无神经或精神类疾病史；（3）常规MRI上无明显异常。对照组排除标准：（1）存在神经系统疾病或精神疾病家族史；（2）头部外伤史、神经药物治疗史。

1.3 神经发育评估

       由专业的儿科医生使用中国版本的Gesell发育诊断量表^[16]对GDD儿童的神经发育状况进行评估。在中国，Gesell发育诊断量表被广泛用来评估0~6岁儿童的神经发育情况。该量表涵盖五个神经发育领域，包括粗大运动、精细动作、适应性、语言和个人-社交。根据评估结果得出神经发育的成熟年龄，每个领域的发育水平得分计算公式为（成熟年龄/实际年龄）×100。

1.4 检查设备

       在进行磁共振扫描前30 min，所有受试者均采用苯巴比妥钠注射液（天津金耀药业有限公司，中国）5~10 mg/kg静脉推注进行镇静。待完全熟睡后使其平放于检查床上，外耳道塞入棉球以保护听力，海绵垫固定头部减少运动伪影。采用配备16通道头线圈的GE 3.0 T MRI扫描仪（SIGNA. Pioneer）进行常规MRI序列和DKI序列的扫描。DKI扫描具体参数如下：TR 8200 ms，TE 99 ms；FOV 200 mm×200 mm；矩阵128×128；层厚4.0 mm；层数30；翻转角90°；激励次数1；b值为0、1000和2000 s/mm²，25个方向；扫描时间为7 min 23 s。

1.5 数据处理

       使用FSL v6.0.5（FMRIB Software Library, http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）对数据进行预处理，包括头动校正、涡流校正和去颅骨。使用FSL中的DTIFIT函数工具拟合DKI数据得到扩散张量参数，即各向异性分数（fractional anisotropy, FA），平均扩散率（mean diffusivity, MD），轴向扩散系数（axial diffusivity, AD）和径向扩散系数（radial diffusivity, RD）。利用开源软件PyDesigner^[17]对数据进行拟合以获取峰度张量参数，包括平均峰度（mean kurtosis, MK），径向峰度（radial kurtosis, RK），轴向峰度（axial kurtosis, AK）和峰度各向异性分数（fractional anisotropy kurtosis, FAK）。TBSS分析步骤如下：首先将所有受试者的FA图非线性配准到FMRIB-58_FA标准空间，并将分辨率重采样为1 mm×1 mm×1 mm；其次，生成所有受试者的平均FA图，并使用0.2的阈值提取平均白质纤维骨架，将个体FA图投射到平均骨架上；然后，将配准和投射信息应用到其他7个参数图，使其全部配准到MNI空间；最后，以年龄和性别作为协变量，对每个参数进行逐体素的非参数统计分析，置换检验次数设为5000，结果经过无阈值簇增强（threshold-freecluster enhancement, TFCE）FWE多重比较校正，以P<0.05为差异具有统计学意义。使用约翰霍普金斯大学的白质概率模板定位有显著差异脑区的具体位置。

1.6 统计学分析

       采用SPSS 23.0软件对数据进行分析。两样本t检验和χ²检验用来比较两组之间年龄和性别的差异。使用Spearman相关分析探索有显著组间差异脑区的平均参数值与Gesell发育诊断量表的相关性。上述所有分析均以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 扩散张量参数的TBSS分析

       与对照组相比，GDD组右侧皮质脊髓束和右侧丘脑前辐射的MD值显著升高（P均<0.05，FWE校正）；双侧丘脑前辐射、双侧皮质脊髓束和右侧上纵束的RD值也显著升高（P均<0.05，FWE校正），具体见表1和图1A-1B。另外，两组的FA和AD值比较，差异均无统计学意义（P均>0.05）。

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图1  两组MD、RD和RK值TBSS分析结果。绿色代表平均FA骨架。与对照组相比，蓝色代表GDD组的RK值显著降低的脑区，红色代表GDD组的MD和RD值显著升高的脑区（P<0.05，FWE校正）。TBSS：基于束的空间统计学方法；MD：平均扩散率；RD：径向扩散系数；RK：径向峰度；FA：各向异性分数；GDD：全面性发育迟缓。
Fig. 1  TBSS analysis results of MD, RD, and RK values in both groups. The green color illustrates the average FA skeleton. Compared to the control group, the blue color indicates brain regions with significantly lower RK values in the GDD group. In comparison, the red color represents brain regions with significantly higher MD and RD values in the GDD group (P<0.05, FWE corrected). TBSS: tract-based spatial statistics; MD: mean diffusivity; RD: radial diffusivity; RK: radial kurtosis; FA: fractional anisotropy; GDD: global developmental delay.

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表1  GDD组相较对照组MD值和RD值升高的脑区（P<0.05，FWE校正）
Tab. 1  Brain regions with elevated MD and RD values in the GDD group compared to the control group (P<0.05, FWE corrected)

2.2 峰度张量参数的TBSS分析

       与对照组相比，GDD组在多个白质脑区的RK值显著降低（P均<0.05，FWE校正），这些脑区包括双侧丘脑前辐射、双侧皮质脊髓束、双侧下额枕束、双侧下纵束、双侧上纵束、左侧钩状束、小钳和右侧扣带回，具体见表2和图1C。此外，MK，FAK和AK值在两组的比较中，差异均无统计学意义（P均>0.05）。

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表2  GDD组相较对照组RK值下降的脑区（P<0.05，FWE校正）
Tab. 2  Brain regions with decreased RK values in the GDD group compared to the control group (P<0.05, FWE corrected)

2.3 RK值与Gesell发育诊断量表相关性分析

       Spearman相关分析表明左侧下纵束和左侧钩状束的平均RK值与GDD儿童的适应性行为得分具有明显的正相关性（r=0.349，P=0.034；r=0.486，P=0.002），具体见图2A-2B；左侧钩状束的平均RK值分别与GDD儿童的精细动作得分和个人-社交行为得分呈正相关（r=0.365，P=0.026；r=0.590，P<0.001），具体见图2C-2D。

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图2  RK值与Gesell发育诊断量表之间的相关性分析。RK：径向峰度。
Fig. 2  Correlation analysis between RK values and the Gesell Developmental Scale. RK: radial kurtosis.

3 讨论

       在本研究中，我们使用DKI数据的TBSS分析探究GDD儿童脑微结构的改变。与健康对照组相比，GDD儿童的MD和RD显著升高，以及RK显著降低，受影响白质脑区包括丘脑前辐射、皮质脊髓束、下额枕束、上纵束、下纵束和钩状束等。此外，相关性分析表明RK参数值与GDD儿童的神经发育水平相关。

3.1 主要改变的参数和临床意义

       MD和RD是常用的扩散张量参数，对许多的白质病理变化敏感，被广泛用于神经发育性疾病的研究，如孤独症谱系障碍^{[18, 19]}等。MD被认为是反映细胞密度和细胞肿胀程度的参数，MD增加表示髓磷脂或轴突结构受损^[20]。RD是垂直于轴突方向的扩散率，被认为是髓鞘形成不良或脱髓鞘的标志，并且受轴突直径和密度的影响^[21]。在本研究中，我们观察到GDD组儿童MD和RD值显著升高，推测脑内存在轴突损伤和脱髓鞘等病理变化，可能是GDD的重要病理特征。黄泽鑫等^[22]研究表明GDD婴幼儿额叶、颞叶、枕叶和半卵圆中心的MD值显著升高。RAMLI等^[13]报道GDD儿童钩状束存在MD和RD值的升高。值得注意的是，本研究观察到的MD和RD参数异常的脑区与以往研究不同。这主要是因为采用了不同的研究方法。本研究使用了TBSS全脑分析，而先前的研究则采用了基于感兴趣区的方法。

       RK代表垂直于扩散张量长轴方向的扩散峰度，其基于非高斯扩散模型，更能敏感地反映白质髓鞘的病理改变^[23]，能够捕捉到轴突膜和髓鞘化产生的弥散异质性^[24]，具有更高的特异性。我们的研究发现，在多个白质脑区，GDD儿童显示出RK值降低。这表明这些纤维束的髓鞘结构受损，可能参与了GDD的病理过程。与MD和RD相比，RK出现异常的脑区范围更广，且两组之间的差异更显著（校正P值最小）。这表明峰度张量参数在探索GDD微结构损伤时比传统的扩散张量参数更加敏感。

3.2 差异脑区的功能分析

       扩散和峰度张量参数改变的脑区主要负责语言，运动，认知和情绪控制功能。上、下纵束^[25-26]和下额枕束^[27]在听觉和视觉信息接收、转换以及语言和语义处理中发挥十分重要的调节作用。GDD儿童普遍存在语言相关问题。SUNDARAM等^[28]研究发现GDD儿童语言功能相关的白质束（即弓形束和下纵束）微结构完整性下降。这也许解释了本研究GDD组儿童出现语言发育水平低下的原因。钩状束是腹侧语言通路的组成部分，参与语义处理，声音识别和听觉记忆^{[29, 30]}。我们发现钩状束内RK值下降，微结构完整性异常，这与RAMLI等^[13]的研究结果一致。皮质脊髓束是一条重要的运动传导束，对运动控制至关重要^{[31, 32]}。研究发现，运动功能障碍者皮质脊髓束微结构异常^[32]。本研究发现皮质脊髓束在多个参数上（MD、RD和RK）存在异常。考虑到我们所研究的GDD儿童存在运动发育迟缓，这暗示了皮质脊髓束微结构异常可能与GDD儿童的运动功能状况相关。

       儿童的认知发育始于脑发育^[33]。尽管目前尚不清楚GDD儿童的认知发育是否与特定大脑白质束的微结构变化有关联。但已有研究表明，小钳^[34]和扣带回^[35]在儿童早期认知形成过程中发挥重要作用。我们的研究发现这些结构在GDD组中可能存在轴突崩解和髓鞘脱失等变化，这可能与GDD的认知形成障碍有关，但需要进一步研究来确定。丘脑前辐射位于边缘系统环路中，对个体的认知和情绪具有调节作用^{[36, 37]}。与健康发育儿童相比，GDD儿童的丘脑前辐射MD、RD增加，RK降低，因此我们认为这些指标可作为GDD儿童认知和情绪功能的神经生物标志物。

       我们还发现GDD儿童左侧下纵束的RK值与适应性发育水平呈明显正相关，以及左侧钩状束的RK值与适应性、精细动作和个人-社交行为发育水平呈现正相关。这表明RK值可能是探测GDD儿童脑微结构改变的敏感指标，具有潜在的监测微结构损伤和评估疾病发育水平的价值。此外，相较于传统的DTI技术，DKI技术在GDD的临床应用中更具价值，因其能够更精确地揭示脑微结构的变化，为疾病发展和患儿康复过程提供更准确的信息。

3.3 局限性

       尽管我们在研究中进行了合理的年龄和性别匹配，以消除样本之间的差异，但本研究的样本量相对较小，这可能会限制我们对数据的统计能力。此外，作为一项横断面研究，我们的研究设计只能提供特定时间点上的数据，而无法捕捉GDD作为一种动态变化的疾病可能呈现的纵向改变。因此，为了更全面地理解GDD的发展和特征，未来需要进行更大样本的纵向研究来进一步验证和支持我们的研究结果。

4 结论

       综上所述，本研究首次采用DKI技术探索了GDD患儿大脑白质微结构的变化情况。我们观察到GDD儿童在MD、RD和RK参数上存在明显异常，特别是丘脑前辐射、皮质脊髓束和上纵束等脑区的微结构完整性受损。DKI技术在揭示GDD潜在病理机制方面具有潜在的应用前景，并为GDD的诊断和治疗提供一定的参考价值。