标题：基于体素形态学分析
定义
基于体素形态学分析(voxel-based morphometry，VBM)是一种基于体素对脑结构磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)自动、全面、客观的分析技术，可以在活体脑进行精确的形态学研究。VBM通过定量计算分析MRI中每个体素的脑灰、白质密度或体积的变化来反映相应解剖结构的差异，是评价脑部灰、白质病变的一种新的方法。[1]
基本原理
随着MRI技术以及神经解剖学计算机图像处理技术飞速的发展，Wright等人于1995年首先提出了基于体素对脑结构MRI分析的初步思想，描述了一种能在MRI上发现脑灰质和白质差异的新技术。Ashburner等人则在2000年正式提出了VBM方法。VBM方法是一种以体素为单位的形态测量学方法，可以定量检测出脑组织各组分的密度和体积，从而能够检测出局部脑区的特征和脑组织成分的差异。VBM方法首先需要把被研究的所有个体的脑MRI梯度回波T1加权像在空间上标准化到一个完全相同的立体空间中，然后对该高分辨力、高清晰度、高灰白质对比的脑结构图像进行解剖分割，得到灰质、白质和脑脊液，利用参数统计检验对分割的脑组织成分逐个进行体素组间比较分析，定量检测出脑灰质和白质的密度和体积，从而量化分析脑形态学上的异常。具体过程包括空间标准化、脑组织的分割、平滑、统计建模和假设检验。[1]
优势和缺点
传统的MRI测量方法是基于感兴趣区(region of intrest，ROI)的，存在着一定的缺陷，如费时、主观性强、重复性较差、不能进行全脑分析等。而VBM可以对全脑进行测定和比较，直接对原始数据进行分析，无需对ROI的先验假设，而且可以定量地检测出脑组织的密度差异，同时它不受研究人员的主观影响，因此具有自动性、全面性、客观性和可重复性等优势。VBM方法的应用也存在着一定的局限性。基于体素的统计分析以空间标准化为前提，某些局部区域和模板的匹配不准确会导致统计结果中出现组间系统性的脑区形态差异。同时在分割过程中，由于脑实质与脑脊液交界区体素量差别很大，容易产生伪影。而且VBM难于区别脑的一些微小复杂结构的差异，如海马区。[1]
临床应用
特发性全身性癫痫特发性全身性癫痫（idiopathic generalized epilepsy，IGE）是一类以全面性发作为特征的癫痫综合征，与遗传因素密切相关，占癫痫总数的20%~30%。依据发病年龄、发作类型和脑电图表现，IGE主要有3种亚型：失神性癫痫（absence epilepsy，AE）、青少年肌阵挛性癫痫（juvenile myoclonic epilepsy，JME）、全身强直阵挛发作性癫痫（generalized tonic-clonic epilepsy，GTCS）。IGE 病人颅脑常规MRI检查常为阴性，使其成为临床治疗的难点。VBM 技术可在体素水平对全脑结构进行客观分析，能够发现常规MRI不能检测到的灰、白质结构的细微改变。Kim等人采用VBM方法研究发现，JME病人双侧额叶灰质密度增加，双侧丘脑灰质密度减少，并且病人病程越长丘脑灰质密度减少越严重。以往的研究也证实丘脑是全身性癫痫的产生和传播的重要解剖结构之一 。Lin 等人对60例JME病人进行VBM分析，发现JME病人双侧丘脑、岛叶及小脑半球灰质密度减少，右侧额叶、颞叶内侧面灰质密度较正常人增加，并且伴光敏感的JME病人双侧视觉皮质灰质密度较正常人减少。Betting 等人对IGE3 种亚型进行VBM分析，发现JME病人基底节灰质密度增加，AE 病人额叶灰质密度增加，而GTCS 病人与正常对照之间灰质密度的差异无统计学意义，说明IGE 的3种亚型对脑结构的影响不同。目前关于IGE 病人脑灰质结构异常的报道不尽相同，其原因可能与癫痫发作亚型、病人年龄和VBM 数据处理方法不同有关。[2]
阿尔兹海默病阿尔兹海默病（Alzheimer's disease，AD）是一种起病隐匿、进行性发展的痴呆，常见于中老年人，但目前有年轻化的趋势。AD 病人病变早期即可出现灰质萎缩，已有的研究显示采用VBM的方法可观察AD 全脑萎缩情况，且所得结论与以往神经影像学研究结果具有良好的一致性。李亚迪等人采用VBM方法研究发现AD病人全脑灰质密度减少，局部脑区灰质明显萎缩，与以往文献报道的组织病理学结果一致。Baron等采用VBM方法发现AD全脑灰质较正常老年人明显减少，与Frisoni采用手工绘制方法得到的结果一致，且与病理学结果相符。李亚迪等人采用VBM方法比较了21例AD 病人和18例正常老年人脑结构，发现AD病人存在双侧大脑半球广泛脑区的灰质密度减少，包括双侧海马、海马旁回、杏仁核、丘脑、颞枕叶皮质、顶下小叶、楔前叶及左侧中央后回、右侧额下回等脑区，说明AD对大脑灰质结构具有广泛的影响。Di Paola等人采用VBM方法对18例AD病人的脑结构进行分析，发现双侧颞叶、顶叶、额叶皮质及左侧丘脑灰质密度减小，并发现左侧内嗅皮质灰质密度与情节记忆能力呈正相关。Li 等人研究发现AD病人双侧海马、海马旁回、杏仁核及岛叶、楔前叶灰质密度减低，与Lehmann的研究结果基本一致。目前，也有研究者采VBM的方法对AD病人脑白质结构进行研究。Guo 等人发现AD 病人除灰质密度广泛减低外，颞叶、胼胝体和下纵束白质密度也明显减低，中央前回、额上回、额下回及顶叶等脑区白质密度也有所减少，与以往的研究结果基本一致。研究认为AD 病人脑白质密度减少与相应脑区灰质神经元退变引起的Wallerian 变性有关。[2]
精神分裂症研究发现，精神分裂症病人几乎所有皮质和皮质下结构都会出现形态学异常。吴大兴等人采用VBM 方法分析精神分裂症病人脑结构改变，发现双侧前扣带回、额叶前部、右侧颞上回灰质密度减低，右额叶前部、右枕叶、左侧顶下小叶灰质密度增加。李秀丽等人采用VBM方法对18例首发精神分裂症病人脑结构进行分析，发现双侧枕叶和双侧丘脑灰质密度明显减低，左侧 枕束、左上纵束及右扣带回后部白质密度减低，提示在精神分裂症早期就存在边缘系统和视觉通路的神经发育异常。Antonova 等采用VBM方法发现精神分裂症病人全脑灰质密度与阳性、阴性症状量表（positive and negative syndrome scale，PANSS）的阳性症状分数呈负相关，说明精神分裂症病人症状越严重，脑灰质密度减低越明显。Stip 等人研究发现，经过治疗后精神症状明显好转的精神分裂症病人眶额回和前扣带回的灰质密度较治疗前明显增加，并且灰质密度增加的程度与精神病学的评分呈负相关，因此认为VBM所显示的某些脑区灰质密度增加可提示精神分裂症病人病情好转。另外，还有研究者采用VBM的方法对精神分裂症病人脑白质结构进行研究。Di 等人发现精神分裂症病人额叶及内囊区的白质密度减低。王湘等人发现缺陷型精神分裂症病人脑白质密度减低的区域主要位于左侧额叶，而非缺陷型病人除左侧额叶外，右侧颞中回和右侧枕叶舌回及胼胝体均可见白质密度减低；并且缺陷型病人双侧额上回和右侧顶叶的白质密度低于非缺陷型组，这一结果为缺陷型病人额-顶环路受损的假说提供了新的证据。[2]
帕金森病帕金森病（Parkinson's disease，PD）PD 是一种常见于中老年人的神经系统变性疾病，临床表现为动作迟缓、僵直和静止性震颤等。神经病理学证实，随着PD疾病进展，病变逐渐累及边缘系统、旁边缘系统以及额、颞、顶、枕叶等广泛脑区皮质，造成局部神经元丢失，皮质萎缩。Tzarouchi 等人的VBM研究结果显示PD病人存在广泛脑区灰、白质结构异常，灰质密度减低的脑区有壳核、尾状核、小脑及大脑皮质多个脑区，脑桥、中脑的白质密度减低。张静等人采用VBM方法对PD病人进行研究，发现PD 病人存在广泛脑区的灰质密度减低，这一结果符合PD多系统受累的病理机制，并发现无认知功能障碍的PD病人灰质密度减低主要集中在右侧颞叶以及边缘系统的右侧海马和前扣带皮质，随着认知功能障碍的出现，灰质密度减低脑区范围逐渐扩大。Beyer 等人发现相对于无痴呆表现的PD病人。有痴呆症状的PD病人额叶、顶叶、边缘系统及颞叶灰质密度减低，并认为PD 病人认知功能障碍与脑结构损伤有关。Wang等人采用VBM 研究方法发现轻度认知功能障碍病人双侧颞叶、扣带回、右侧角回白质密度明显减低，且大脑前部白质减低较后部明显，与病理观察结果一致。Ramirez-Ruiz等人对伴有视幻觉的PD 病人脑结构分析，发现枕叶灰质密度减低。Burton等人采用VBM 研究方法发现PD病人尾状核和壳核灰质密度减低。PD和多系统萎缩鉴别困难，Brenneis等人的研究结果显示PD病人仅左侧尾状核头灰质密度减低，而多系统萎缩病人灰质密度减低区主要累及初级和高级运动皮质，认为VBM方法可为早期鉴别PD和多系统萎缩提供帮助。目前采用VBM方法对PD的脑灰质结构分析结果不尽相同，但却可以反映出PD病人脑部多结构受累的病理变化和神经机制。[2]
其他应用杨春兰等人采用VBM研究方法发现创伤后应激障碍病人右侧额叶、额中回、右侧小脑蚓部、左侧尾状核、顶叶等部位灰质密度明显增加，左侧额叶灰质密度减少，而白质密度与正常对照组间的差异无统计学意义，与功能影像研究结果一致。Clausi等人发现单纯右侧小脑半球受伤的病人左侧额、顶、颞叶灰质密度减低，而单纯左侧小脑半球受伤的病人大脑灰质结构未见异常，认为可能与左侧大脑半球为优势半球有关。谢晟等人对弱视儿童脑结构研究发现，视儿童左侧额中回、海马旁回和梭状回、颞下回和双侧距状回灰质密度减低，说明了弱视儿童视觉功能低下的解剖基础。Lehmbeck等人发现老年人脑灰质较年轻人减少，以额叶、边缘系统、顶叶、颞叶最明显。Mak等人采用VBM对17例抑郁症病人的脑结构进行分析，发现抑郁症病人前扣带回皮质、眶额回灰质密度较正常人减低，严重的抑郁症病人还存在颞叶上部灰质密度减低。[2] 　
总之，VBM是一种显示脑形态学改变的新方法，可以发现常规影像检查无法显示的灰、白质密度的异常，为研究许多可能导致脑形态学改变的疾病提供了新的工具。VBM的出现不仅印证了许多以往临床观察和病理学研究提出的观点，同时还提出了一些新问题，有待进一步深入研究。随着VBM技术的日臻完善和广泛应用，将加深对脑部形态学改变的认识，对探讨多种神经病变的病生理机制将起到非常重要的作用。[2]