mr彌散張量成像評價阿爾茨海默病腦白質纖維束完整性

mri是一種觀察和評估腦白質纖維完整性的技術。每個方向的異質纖維（fa）可以清楚地反映白質纖維的損傷。表內擴散系數（ad-ton）的擴散程度與擴散方向無關，代表組織中的水的擴散特征。不同年齡的白質纖維可以通過量化來評估。本研究利用DTI技術對健康老年人、遺忘型輕度認知障礙(amnesticmildcognitiveimpairment,aMCI)患者、阿爾茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD)患者,皮質下缺血性血管性癡呆(subcorticalischemicvasculardementia,SIVD)患者的不同腦區白質纖維完整性進行評價,目的在于探討DTI對AD的診斷及鑒別診斷的應用價值。患者一般資料及評估量表收集上海交通大學附屬第六人民醫院神經內科2008年3月至2010年4月神經內科門診確診的AD患者(AD組)、aMCI患者(aMCI組)和SIVD患者(SIVD組)各20例;另以健康老年志愿者20名為對照組(NC組)。研究對象的文化程度均在初中畢業及以上。所有患者均符合以下標準:①診斷符合美國神經國立神經病、語言交流障礙和卒中研究所、老年性癡呆及相關疾病學會(NationalInstituteofNeurologicalandCommunicativeDisordersandStrokeAlzheimer,NINCDS-ADRDA)制定標準確定為AD;②簡易精神狀態檢查(mini-mentalstateexamination,MMSE)得分≤23分,初篩存在癡呆;③蒙特利爾認知評估量表(Montrealcognitiveassessment,MoCA)評分≤14分;④臨床癡呆評定量表(ClinicalDementiaRating,CDR)評分>1分;⑤Hachinski缺血指數量表(HachinskiIschemicScore,HIS)得分<4分,以除外血管性癡呆或混合性癡呆。2.影像學及相關診斷標準①MMSE得分≤23分,初篩存在癡呆;②MoCA評分≤14分;③CDR>1分;④HIS得分>4分;⑤診斷符合美國國立神經系統疾病與卒中研究所(NationalInstituteofNeurologicalDiseaseandStroke,NINDS)和瑞士神經科學研究國際協會(AssociationInternationalepourlaRechercheetl’EnseignementenNeurosciences,AIREN)診斷標準中“很可能血管性癡呆(vasculardementia,VaD)”的診斷標準:a.有癡呆(臨床和神經心理學檢查有充分證據表明符合癡呆的診斷標準);b.有腦血管病的證據:臨床證明有腦血管病所引起的局灶性體征,如偏癱、中樞性舌癱、病理征、偏身失認、構音障礙等,影像學檢查有相應的腦血管病的證據,如大血管梗死、重要部位單個的梗死、多發性腦梗死和腔隙性腦梗死、廣泛的腦室周圍白質病變、上述病變共存等;c.上述兩種損害有明顯的因果關系:在明確的腦卒中后3個月內出現癡呆,突然出現認知功能衰退,或波動樣、階梯樣進行性認知功能損害。符合2000年Erkinjuntti等提出的“SIVD診斷標準提案及影像學標準”:臨床表現:發作性輕度上運動單位損害癥狀和體征;早期出現步態異常、不穩和易跌倒;早期出現排尿控制差;延髓麻痹和錐體外系體征;突出的執行功能和注意力差;抑郁、人格和行為異常。MRI標準:a.白質損害型:廣泛的深部和腦室旁腦白質病變(WML),擴展的帽長>10mm(沿腦室前角軸測量)或不規則暈(寬度>10mm,不規則邊,伸入深部白質)和(或)彌散的融合高信號(>25mm,不規則)或廣泛白質病變(無邊界的彌散高信號)和深部灰質的腔隙梗死;b.腔隙梗死突出型:深部灰質至少5個腔隙梗死灶,中等度WML(擴展的帽,不規則暈,彌散的融合高信號或廣泛白質病變);無皮質或皮質下動脈支配區的非腔隙性梗死、分水嶺梗死、出血、正常顱壓腦積水或其他特殊病因的白質病變。①有獨立的行為能力,且神經系統檢查正常;②MMSE評分≥28分;③MoCA評分≥25分;④CDR:0分。排除標準:①有影響中樞神經系統(CNS)功能的內科疾病者;②有嚴重心、肝、肺、腎等臟器疾病者;③嚴重抑郁癥、精神分裂癥等精神疾病患者;④長期飲酒、嚴重頭部外傷史及各種原因不能配合認知功能檢查者。所有被試者體內均無金屬植入物或無MRI檢查禁忌證,自愿參加并簽署知情同意書。本研究獲上海交通大學附屬第六人民醫院倫理委員會批準。所有研究對象均接受常規MRI及DTI檢查。采用PhilipsInteraAchieva3.0T超導磁共振儀,顱腦八通道相控陣表面線圈。行軸位T1WI(TR/TE=2000ms/20ms)、T2WI(TR/TE=3000ms/80ms)、FLAIR(TR/TE=11000ms/120ms)序列及矢狀位T1WI(TR/TE=2000ms/20ms)、冠狀位T2WI(TR/TE=3000ms/80ms)TSE序列掃描。掃描參數:FOV=220mm×220mm,矩陣=512×512,軸位層厚為7.0mm,矢狀位及冠狀位層厚為6.0mm,層間距均為0。此掃描主要用于除外所選對象中有多發性腔隙性梗死、腦積水及顱內腫瘤等病變。應用DTISEEPI(single-shotspin-echoechoplanarimaging)序列,掃描層面平行于前后連合線。掃描參數:TR/TE=6518ms/60ms,FOV=256mm×256mm×120mm,層厚為2mm,矩陣=112×112,SENSEfactor=2,15個非線性方向,b值分別為0和800s/mm2,掃描時間4min13s。DTI參數測量:應用FiberTrak后處理軟件,在不同層面B0圖和彩色張量圖上測量FA值、ADC值。前額葉、顳葉、頂葉、枕葉、海馬每個感興趣區(regionofinterest,ROI)大小控制在6～10個體素范圍(圖1),額枕下束、胼胝體膝部和壓部、上縱束Ⅱ、扣帶束每個ROI大小控制在2個體素(圖2)。均由同一個醫生在不知曉診斷結果的情況下統一選定ROI,連續測量3個相鄰層面、取平均值后進行統計分析。所有數據均應用SPSS15.0軟件進行統計學分析與處理,計量資料以表示,采用方差分析及方差齊性檢驗,兩樣本均數進行配對t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。兩fa值比較見表1組間年齡、教育水平、性別、MMSE評分比較組間年齡、教育水平、性別差異無統計學意義(P>0.05);MMSE分值差異有統計學意義(P<0.05),見表1。NC組和AD組的FA值、ADC值比較各組內對稱部位FA值、ADC值差異均無統計學意義(P>0.05)。對ROI左和右側的FA值、ADC值取均值,然后進行方差齊性檢驗、組間兩兩比較t檢驗。NC組與AD組間比較,前額葉、顳葉、海馬、下額枕束、胼胝體膝部、扣帶束等部位FA值差異有統計學意義(P<0.05);兩組顳葉、海馬ADC值差異有統計學意義(P<0.05)(表2)。aMCI組和AD組FA值、ADC值比較aMCI組患者與NC組比較僅扣帶束FA值下降(P<0.05),其他部位所測FA值無明顯變化。而AD組除了扣帶束FA值下降之外,前額葉、顳葉、海馬等部位FA值下降明顯,兩組間差異有統計學意義(P<0.05)。aMCI組ADC值變化不明顯(P>0.05)(表2)。SIVD組和AD組FA值、ADC值比較SIVD組患者下額枕束、胼胝體膝部、胼胝體壓部和上縱束等部位FA值明顯降低,AD組顳葉、海馬、扣帶束等部位FA值變化更為突出,兩組間差異有統計學意義(P<0.05)。SIVD組患者下額枕束、胼胝體膝部、胼胝體壓部和上縱束等部位ADC值升高,AD組患者以顳葉、海馬等部位升高為主,兩組間ADC值差異有統計學意義(P<0.05)(表2)。ad的病理生理AD確診需病理證實,且缺乏有效的治療方法。目前,對AD的臨床診斷主要依靠神經影像和神經心理學測試。神經影像學證據在AD的早期診斷與鑒別診斷方面顯得尤為重要。其中,MRDTI是在彌散加權成像基礎上發展起來的一種新的成像方法,它利用組織中水分子彌散運動存在各向異性的原理,使用多個方向的彌散梯度,并分別采集數據通過計算得到體素內各向異性彌散數據,檢測彌散各向異性,觀察活體組織微觀結構,可以在三維空間內定量分析組織內水分子的運動特性即彌散,觀察組織的生化成分、微觀結構及其排列規律等,是迄今唯一無創性顯示神經系統白質纖維束完整性的影像學方法,在AD的早期診斷方面明顯優于傳統的結構影像學。本研究通過DTI定量分析,結果表明與NC組比較,AD組在前額葉、顳葉、海馬、胼胝體膝部和扣帶束等部位的FA值明顯下降。與傳統MRI技術相比,白質纖維束DTI的信號對比度高,不僅可以清晰顯示白質結構,更能從中分辨不同神經傳導束和纖維投射方向。FA值可反映神經纖維的完整性及損傷情況,FA值越高說明組織的各向異性越強,組織結構的排列越規則緊密。當腦組織的微結構發生變化或與其他結構之間的聯系纖維損傷后FA值下降,反映了腦組織中神經纖維的損傷程度。這些變化可能反映髓鞘的瓦解和神經軸突的損傷,提示AD患者存在區域特異性的軸突完整性退化和皮質連接喪失。有研究顯示AD患者的白質變化主要集中在腦后部和中部。提示AD病理變化的過程是從顳葉中部結構(例如內嗅皮質到海馬)到顳葉皮質,再到后頂區,以及不同程度地到達額葉皮質。符合AD早期(在腦皮質分布更多的老年斑、神經纖維纏結和神經元喪失階段到來之前)的病理變化。臨床上,MCI是介于正常老化與癡呆之間的過渡階段。Petersen根據患者的核心癥狀將MCI分為3種類型:①aMCI,以單純記憶障礙為主,其他認知領域相對保持完整,其主要結局是發展成AD;②多個認知領域受損的MCI;③單項非記憶認知領域受損的MCI,即非遺忘型MCI。aMCI是MCI最常見的亞型,aMCI患者在確診后進展為AD的比例分別為1年10%～15%,2年23%,3年34%,4年50%,而正常老年人發生AD的比例每年為1%～2%。aMCI的病理生理機制,目前比較流行的一種學說是“失連接綜合征”假說,該假說推測aMCI的病理生理改變是不同神經元系統之間相互作用紊亂造成的。本研究發現aMCI組扣帶束FA值下降明顯,而AD組除了扣帶束外,其他部位如前額葉、顳葉、海馬等FA值也有明顯下降,因此推測扣帶束FA值異常是診斷早期aMCI的一個敏感性指標。扣帶束主要連接前丘腦、扣帶回皮質、額葉、顳頂聯合區皮質及海馬,扣帶束后部被認為是與記憶相關的重要神經基質。aMCI患者扣帶束FA值明顯降低,反映了皮質認知系統對膽堿能傳導通路受損的易感性升高,aMCI患者膽堿能系統首先受累。aMCI患者Meynet基底分子層的神經元丟失導致膽堿能系統發生變化,進而使乙酰膽堿及膽堿能纖維髓鞘發生異常改變或缺失。因此,連接海馬和后扣帶回的扣帶束FA值減低可能與AD的病理進程有關。Mielke等報道的縱向研究發現,aMCI患者的扣帶束FA值在3個月后下降明顯,與神經心理學測驗結果具有相關性,提示與其他部位相比較,前扣帶束纖維可能是AD較早累及的區域,可以作為AD的早期預測因子之一。為了與其他類型癡呆進行鑒別,本研究基于以下考慮增設了SIVD組,VaD為僅次于AD的第2位最常見的癡呆類型。因病因和病理機制的不同而有多種亞型,其中SIVD是一種同源性的亞型,其特點是腔隙性梗死和深部白質改變;其他類型癡呆如額顳葉癡呆等臨床病例較少,搜集較為困難。本研究發現SIVD組患者下額枕束、胼胝體膝部、胼胝體壓部、上縱束等部位FA值明顯降低,ADC值升高,說明SIVD患者存在廣泛的小動脈和微動脈粥樣硬化和閉塞,可導致白質廣泛的蜂窩狀病變,同時引起廣泛脫髓鞘和軸索丟失。胼胝體位于大腦縱裂底是連接兩側大腦半球最大的連合纖維束,其連合纖維呈放射狀分布在兩半球相應區域,連接新白質區域,胼胝體的廣泛病灶可導致記憶力下降和人格改變等。上縱束位于扣帶束外側的白質區,其纖維雙向連接前額皮質和頂葉,其完整性異常會引起嚴重的空間注意力和空間工作記憶紊亂。本研究結果提示SIVD患者以腦室周圍神經纖維病變為主,胼胝體和上縱束等部位神經纖維完整性破壞,髓鞘、軸索損傷和丟失。本研究表明,AD組的FA值變化以顳葉、海馬、扣帶束等部位更為突出,顳葉和海馬ADC值明顯升高,ADC值代表與擴散方向無關的擴散程度,表現組織內水分子的擴散特性,可以直接反映腦組織微觀結構的改變。由于AD組的顳葉、海馬神經元數目減少,組織間隙增加,從而導致顳葉和海馬等部位ADC值升高,與Kantarci等的研究結果類似。與之不同的是,aMCI患者僅前扣帶束纖維受累,SIVD患者以胼胝體、上縱束受累為主。本研究由經過培訓的同一個神經影像學醫生進行ROI選定、FA與ADC值測量及后處理等,盡量排除人為誤差,結果提示AD患者與健康老年人群相比較,前額葉、顳葉、海馬、扣帶束等部位存在腦白質結構的差異,結合AD患者顳葉、海馬ADC值異常改變,反映了AD病理機制中皮質-皮質及皮質-皮質下聯系的丟失;本研究的局限性在于病例數相對較少,可能使結果存在一定的偏差,在后續的研究中應擴大樣本數量。總之,DTI技術可以在體外無創性地顯示AD患者特定部位的白質完整性,相對于傳統影像學及神經心理學檢測方