阿爾茨海默病腦內(nèi)深部核團磁敏感相位值與MMSE的相關(guān)性研究

董晨羽，王曉明

磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)是一種高空間分辨率三維梯度回波序列，包含相位信息及幅值[1]，可定量測量磁化率區(qū)別。腦內(nèi)鐵沉積隨年齡增長而增多，過量鐵沉積是神經(jīng)系統(tǒng)退行性變的主要危險因素之一。阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。掌握腦內(nèi)鐵含量變化有利于鑒別正常腦內(nèi)鐵沉積和病理狀態(tài)異常鐵沉積，也有利于監(jiān)測鐵過量沉積所致的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，并對其進行半定量評估[2]。有研究表明，AD患者的部分皮質(zhì)以及深部灰質(zhì)核團部位的鐵沉積量明顯增加，這些核團是鐵沉積的敏感部位，可以判斷患者病情嚴重程度[3-4]。

因此，本研究通過對AD患者及認知正常研究對象行頭部SWI序列掃描，測得雙側(cè)尾狀核頭、丘腦、殼核、蒼白球、黑質(zhì)及紅核相位位移值，計算相位值，比較病例組與對照組的差異，并分析病例組各感興趣區(qū)(region of interest，ROI)深部腦核團相位值與簡易智力狀況評分(mini-mental state examination，MMSE)的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

自2015年 11月至2016年12月，募集我院AD患者17例，年齡47～82歲，平均年齡(65.1±9.6)歲，其中男4例，女13例。病例組(AD組)：符合美國國立神經(jīng)病學(xué)、語言交流障礙和卒中研究所—老年性癡呆及相關(guān)疾病學(xué)會診斷指標；簡易智力狀況評分為12～26分；缺血指數(shù)量表得分＜4分；漢密頓抑郁量表評分＜7分；常規(guī)頭磁共振掃描序列未發(fā)現(xiàn)脫髓鞘、腔隙性或大面積腦梗死等特殊改變；排除肝功能、腎功能障礙，葉酸、VitB12缺乏及其他原因引起的癡呆。對照組(CN組)：收集同期我院就診者21例作為認知正常組，年齡48～78歲，平均年齡(59.7±9.8)歲，均無神經(jīng)系統(tǒng)及全身系統(tǒng)性疾病，MR檢查腦內(nèi)無異常。病例組和對照組均為右利手。參與研究對象均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 設(shè)備和掃描參數(shù)

所有試驗對象均采用Philip Ingenia 3.0 T磁共振進行掃描，采用頭部8通道相控陣線圈，受試者仰臥位。掃描之前和患者進行溝通，告知患者保持靜止?fàn)顟B(tài)，提前取得患者的配合，掃描時帶好耳塞，固定好線圈，防止患者頭部運動。SWI序列采用橫斷面掃描，序列參數(shù)：TR=31.00 ms，TE=7.20 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，翻轉(zhuǎn)角15°，矩陣 384×361，空間分辨率 0.6 mm×0.6 mm×1.0 mm，掃描時間4 min 29 s。

1.3 圖像后處理

采用 Philips EDW 4.0工作站，對掃描所得相位信息后處理得到校正相位圖，并將其與磁矩圖多次疊加，最終得到重建SWI圖像。選擇ROI時，對比T1WI、T2WI圖像，在相位圖中仔細勾畫相應(yīng)核團，并測量相位值。該過程由3名放射科醫(yī)師在校正相位圖像上，在解剖結(jié)構(gòu)清晰最大層面用多邊形測量工具手動測量雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)蒼白球、雙側(cè)殼核、雙側(cè)丘腦(圖1)、雙側(cè)黑質(zhì)及雙側(cè)紅核(圖2)相位值，同一部位重復(fù)測量3次，取平均值，得到相位值，由公式-X×π/4096計算得到校正相位值。

圖1 基底節(jié)核團ROI測量示意圖。1、3、5、7分別為右側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球、丘腦；2、4、6、8分別為左側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球、丘腦 圖2 雙側(cè)紅核、黑質(zhì)區(qū)測量示意圖。1、3分別為右側(cè)黑質(zhì)、紅核；2、4分別為左側(cè)黑質(zhì)、紅核Fig. 1 A map of the measurement of the region of interest in the basal ganglia nuclei. Region 1, 3, 5, 7: Right caudate nucleus, putamen, globus pallidus, thalamus; Region 2, 4, 6, 8: Left caudate nucleus, putamen, globus pallidus, thalamus. Fig. 2 Bilateral red nucleus and substantia nigra measurements. Region 1, 3: Right substantia, red nucleus; Region 2, 4: Left substantia, red nucleus.

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

統(tǒng)計學(xué)處理采用SPSS 19.0和MedCalc統(tǒng)計軟件包。采用One-Sample K-S檢驗，得雙側(cè)黑質(zhì)、紅核、尾狀核、丘腦相位值符合正態(tài)分布(0.023≤P≤0.925)，故采用均值±標準差表示。雙側(cè)殼核、蒼白球不符合正態(tài)分布，采用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)表示。AD組與CN組雙側(cè)黑質(zhì)、紅核、尾狀核、丘腦相位值比較采用兩獨立樣本t檢驗(P＜0.05)(進行t檢驗之前進行了方差同質(zhì)性檢驗，符合方差齊性)。AD組與CN組雙側(cè)殼核、蒼白球相位值比較采用兩獨立樣本Mann-Whitney檢驗(P＜0.05)。對病例組ROI相位值與簡易智力狀況評分行Spearman相關(guān)分析。

表1 病例組與對照組各核團相位值(×10-3)Tab.1 Phase values of each nuclear group in the case group and the control group (×10-3)

續(xù)表1 病例組與對照組各核團相位值(×10-3)Tab.1 (Cont) Phase values of each nuclear group in the case group and the control group (×10-3)

2 結(jié)果

2.1 病例組與對照組深部腦核團相位值

病例組與對照組左側(cè)尾狀核、右側(cè)尾狀核、右側(cè)黑質(zhì)相位值差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；雙側(cè)丘腦、雙側(cè)蒼白球、雙側(cè)殼核、左側(cè)黑質(zhì)、雙側(cè)紅核相位值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)，見表1。

2.2 病例組ROI相位值與簡易智力狀況評分行Spearman相關(guān)分析

雙側(cè)紅核、殼核、蒼白球、丘腦相位值與MMSE評分無相關(guān)性(圖3)，雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)黑質(zhì)相位值與簡易智力狀況評分呈正相關(guān)(圖4)。說明簡易智力狀況評分越低，雙側(cè)尾狀核、黑質(zhì)鐵沉積越多。

3 討論

3.1 磁敏感加權(quán)成像的應(yīng)用

磁敏感加權(quán)成像是一種3D梯度回波序列，利用血氧水平依賴效應(yīng)及精確相位信息用于磁共振靜脈造影術(shù)的對比增強磁共振技術(shù)。SWI可獲得相位圖和幅度圖像，通過后處理得到的最小密度投影，敏感顯示血液成分、非血紅素鐵及鈣化，因此可為多種神經(jīng)系統(tǒng)病變提供診斷及治療信息[5]，如腦出血、血管畸形、外傷、腫瘤、先天性感染及神經(jīng)退行性病變[6]。

腦內(nèi)鐵沉積相關(guān)神經(jīng)系統(tǒng)退行性變這一概念由Hayflick首先提出，包括以進行性錐體外系反應(yīng)、智力缺陷及腦內(nèi)過度鐵沉積為特征的神經(jīng)障礙[7]。AD患者腦內(nèi)存在異常高水平鐵沉積[8]。腦內(nèi)過度鐵水平上升導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷被認為與AD患者腦內(nèi)神經(jīng)元死亡密切相關(guān)。Valdés Hernández等[9]研究表明黑質(zhì)鐵沉積總量與認知障礙密切相關(guān)，Schneider等[10]研究表明神經(jīng)系統(tǒng)退行性變與基底節(jié)、黑質(zhì)鐵異常聚積相關(guān)。Quintana等[11]應(yīng)用中子活化分析法、次級離子質(zhì)譜分析法得到AD患者腦內(nèi)鐵含量增加的結(jié)論。

3.2 磁敏感加權(quán)成像與腦內(nèi)鐵沉積

腦中鐵沉積與磁敏感加權(quán)成像序列得到的相位值呈正相關(guān)[12]。鐵與老年斑形成、神經(jīng)纖維纏結(jié)相關(guān)。通過相位值可判斷鐵沉積的程度，進而評估AD。本研究結(jié)果顯示，黑質(zhì)鐵含量高于紅核、殼核、尾狀核，與Spazt黑質(zhì)鐵含量較高的結(jié)果一致。Gerlach等[13]、夏爽等[14]研究發(fā)現(xiàn)，黑質(zhì)、蒼白球鐵含量最高，額葉白質(zhì)區(qū)鐵含量最低。本研究結(jié)果蒼白球鐵含量較紅核低，可能是由于本研究所選研究對象年齡均較大，且蒼白球區(qū)域隨著年齡增長多有鈣化改變；鈣作為一種順磁性物質(zhì)，本身會產(chǎn)生部分容積效應(yīng)，造成測量相位值不能完全代表相應(yīng)測量部位實際鐵沉積情況。本研究病例組與對照組黑質(zhì)相位值右側(cè)有差異，左側(cè)無差異，與Liu等[15]研究結(jié)果一致，可能與所選對象均為右利手有關(guān)。組織化學(xué)分析結(jié)果表明腦內(nèi)核團中鐵分布并非雙側(cè)完全對稱。Zhang等[16]推測，這種不對稱性與人腦偏側(cè)運動(運動功能的半球優(yōu)勢)、多巴胺代謝(多巴胺系統(tǒng))鐵需求相關(guān)。在功能上，人腦的左右半球多不對稱，但成年人偏側(cè)運動與腦鐵含量是否相關(guān)尚無定論。另外，本研究結(jié)果顯示病例組與對照組雙側(cè)尾狀核相位值均有差異，與Xu等[17]、Hu等[18]研究結(jié)果一致，尾狀核的主要作用是連接聯(lián)合皮質(zhì)區(qū)域，對軀體運動沒有進行直接調(diào)節(jié)，所以多巴胺偏側(cè)性在尾狀核中體現(xiàn)不十分顯著。而張省亮[19]的實驗結(jié)果表明病例組與對照組左側(cè)尾狀核頭鐵沉積差異有統(tǒng)計學(xué)意義，右側(cè)無差異。此問題爭議較多，尚需更進一步研究來探討。

3.3 磁敏感加權(quán)成像與MMSE評分

本研究還發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)尾狀核、雙側(cè)黑質(zhì)相位值與簡易智力狀況評分呈正相關(guān)，與Gao等[20]、Dimitriadis等[21]實驗結(jié)果相符；黃清玲等[22]對36例輕度認知障礙病例及40例AD患者進行SWI掃描，得出腦區(qū)間低信號與MMSE評分呈正相關(guān)。MMSE評分與患者病情嚴重程度呈負相關(guān)，而與相位值呈正相關(guān)；由此可以得出，相位值與病情嚴重程度呈負相關(guān)。根據(jù)計算公式，相位值與鐵含量呈負相關(guān)，因此，鐵含量與疾病嚴重程度呈正相關(guān)，腦內(nèi)局部鐵含量可能隨著病情進展而增加。

3.4 局限性

本研究存在一定的局限性，首先，樣本量較小，且沒有排除選取研究對象其他因素的影響，比如：人口分布、地域、環(huán)境、日常生活方式、從事職業(yè)差異等。另外，本研究選取的ROI也與部分研究不同，一些研究將ROI選定為固定面積最小區(qū)域，而未根據(jù)解剖結(jié)構(gòu)測量核團顯示最清晰層面勾畫ROI區(qū)域相位值，雖避免了腦脊液及鈣化灶對測量結(jié)果影響，但未能反映整個核團相位信息。值得引起注意的是，MRI圖像的信號可能會隨時間而發(fā)生變化，即影像改變可能先于臨床癥狀而出現(xiàn)，另外部分患者疾病早期腦內(nèi)鐵缺失，或隨時間改變表現(xiàn)形式。因此，如果初始MRI改變不顯著，可適當(dāng)進行重復(fù)檢測[23]。本研究僅從影像學(xué)角度，由相位值判斷鐵沉積，未對腦組織行組織學(xué)分析，無法達到病理水平上判斷鐵沉積。

綜上，SWI能半定量評估腦內(nèi)鐵沉積，對AD診斷、預(yù)測預(yù)后有一定價值，對臨床工作有指導(dǎo)意義。

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