阿爾茨海默病患者彌散張量成像研究

李輝，陶磊，倪萍，聶玫，吳清清，吳玉珍，陳自謙

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院

a. 醫(yī)學(xué)影像科，

b. 醫(yī)學(xué)工程科，福建 福州 350025

阿爾茨海默病患者彌散張量成像研究

李輝a，陶磊a，倪萍b，聶玫a，吳清清a，吳玉珍a，陳自謙a

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院

a. 醫(yī)學(xué)影像科，

b. 醫(yī)學(xué)工程科，福建 福州 350025

目的 研究阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)的彌散張量成像（DTI）改變，為AD的早期診斷提供依據(jù)。方法 采用3.0T磁共振掃描儀對(duì)17例AD病人及17例對(duì)照組被試進(jìn)行DTI檢查。測量默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)各種子點(diǎn)的FA值及腦白質(zhì)纖維束感興趣區(qū)的FA值。結(jié)果 AD組默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)各腦區(qū)FA值較對(duì)照組均減低；聯(lián)絡(luò)系（雙側(cè)扣帶束前、后部）、連合系（胼胝體膝部、體部及壓部）、投射系（內(nèi)囊前、后肢）的感興趣區(qū)FA值較對(duì)照組均減低。結(jié)論 阿爾茨海默病患者與正常老齡化組相比，彌散張量成像存在著特殊改變，能夠?yàn)樵缙谠\斷阿爾茨海默病提供有效的功能影像學(xué)依據(jù)。

超導(dǎo)磁共振機(jī)；阿爾茨海默?。粡浬埩砍上?；默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)

專欄——磁共振新技術(shù)在阿爾茨海默病診斷中的應(yīng)用

編者按：磁共振成像由于其良好的軟組織對(duì)比度、豐富的成像序列、以及功能和分子水平的應(yīng)用，已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)最有潛力、應(yīng)用最廣泛的影像診斷手段。阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s disease，AD）是一種多發(fā)于老年人，以進(jìn)行性認(rèn)知障礙、行為改變和記憶能力損害為主的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，發(fā)病率較高，平均生存期只有5.5年；其發(fā)病機(jī)制目前尚不完全清楚，也缺乏早期診斷的可靠指標(biāo)，臨床診斷主要依靠神經(jīng)心理學(xué)檢查，確診則需要靠尸檢病理學(xué)檢測。隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)的不斷發(fā)展，多模態(tài)功能磁共振成像技術(shù)對(duì)AD的早期診斷提供了新的手段。而磁共振系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性對(duì)功能磁共振研究結(jié)果至關(guān)重要，本期專欄通過介紹磁共振波譜、低頻振幅靜息態(tài)功能磁共振（fMRI）、局域一致性靜息態(tài)fMRI、彌散張量成像等多模態(tài)磁共振成像技術(shù)在AD早期診斷中的應(yīng)用，希望對(duì)磁共振新技術(shù)在腦功能臨床應(yīng)用有所啟發(fā)；同時(shí)介紹了SPM技術(shù)在磁共振系統(tǒng)時(shí)間穩(wěn)定性的應(yīng)用以及磁性物質(zhì)對(duì)磁共振波譜的影響，探討功能磁共振質(zhì)量控制研究的新方法。

欄目主編：倪萍

倪萍：南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科主任，高級(jí)工程師，從事醫(yī)療設(shè)備維修維護(hù)、管理及計(jì)量質(zhì)量控制工作，在磁共振成像設(shè)備及技術(shù)方面有較深入的研究，全面開展磁共振設(shè)備應(yīng)用安全和質(zhì)量控制研究，建立了一套安全和質(zhì)量控制的規(guī)范化管理措施，作為主要專家編寫了軍隊(duì)磁共振質(zhì)量控制檢測規(guī)范；獲省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)?，F(xiàn)任中華醫(yī)學(xué)會(huì)醫(yī)學(xué)工程學(xué)分會(huì)委員，全軍計(jì)量科委會(huì)急救設(shè)備質(zhì)量安全控制專委會(huì)副主任委員，南京軍區(qū)衛(wèi)生裝備學(xué)會(huì)副主任委員，全軍衛(wèi)生裝備委員會(huì)委員，中國醫(yī)師協(xié)會(huì)臨床工程師分會(huì)常務(wù)委員、中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會(huì)醫(yī)學(xué)計(jì)量測試專委會(huì)常務(wù)委員，《中國醫(yī)療設(shè)備》雜志常務(wù)編委、福建分省委員會(huì)主任、專欄主編等職務(wù)。

0 前言

阿爾茨海默?。ˋD）是引起老年人癡呆的重要原因，占所有老年人癡呆患者的50%～70%[1]。目前其確診尚需病理學(xué)檢查，老年斑和神經(jīng)纖維纏結(jié)目前仍是診斷AD 的唯一金標(biāo)準(zhǔn)[2]。目前對(duì)阿爾茨海默病的診斷主要依靠神經(jīng)心理學(xué)檢測，缺乏客觀標(biāo)準(zhǔn)。近年來，功能神經(jīng)影像學(xué)迅猛發(fā)展，特別是彌散張量成像的發(fā)展，使阿爾茨海默病的影像學(xué)評(píng)價(jià)成為可能。

彌散張量成像 （diffusion tensor imaging，DTI）是一種可以通過測量組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的程度和方向從而顯示腦白質(zhì)纖維束并定量測定其損害程度的技術(shù)，可以用來評(píng)價(jià)組織結(jié)構(gòu)的完整性，為組織的顯微結(jié)構(gòu)和病理改變提供很有價(jià)值的信息。腦白質(zhì)組成的主要結(jié)構(gòu)是髓鞘覆蓋軸突形成的定向獨(dú)立的纖維束，而這種結(jié)構(gòu)恰好限制了水分子向各個(gè)方向的自由擴(kuò)散，具有比其他組織（例如灰質(zhì)）更高的各向異性。利用DTI可以得到擴(kuò)散系數(shù)D、張量矩陣及其本征值λ和對(duì)應(yīng)的本征向量e。利用這些參數(shù)，可以反映腦白質(zhì)纖維束的完整性，并且可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行白質(zhì)纖維束追蹤成像，進(jìn)而對(duì)腦灰質(zhì)區(qū)域間的白質(zhì)纖維連接進(jìn)行分析。DTI測得的白質(zhì)各向異性被認(rèn)為是神經(jīng)軸突完整與否的指標(biāo)，是目前唯一能在活體測量白質(zhì)密度或完整性的技術(shù)。DTI獨(dú)特的優(yōu)勢為AD的早期檢測及診斷提供了可能。

目前國內(nèi)外關(guān)于引用DTI研究老年性癡呆已取得不少研究成果，Bozzali等[3]研究16例AD患者后發(fā)現(xiàn)，患者在胼胝體、額、顳、頂葉平均彌散系數(shù)增高、各向異性（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）降低。該研究還認(rèn)為AD患者的白質(zhì)纖維改變, 很可能繼發(fā)于相應(yīng)皮層的神經(jīng)元丟失導(dǎo)致的wallerian變性。Medina等[4]使用基于體素的形態(tài)測量學(xué)( voxel-based morphometry，VBM）方法研究發(fā)現(xiàn)：大部分MCI及輕度AD患者的DTI圖像中，F(xiàn)A值出現(xiàn)減低的部位主要集中于上縱束、額上回的弓狀纖維、后扣帶束、丘腦上及下腳、雙側(cè)大腦皮質(zhì)下核團(tuán)旁白質(zhì)、雙側(cè)扣帶回前部皮質(zhì)下白質(zhì)、內(nèi)囊等。有研究表明MCI的FA在后扣帶回減低，在胼胝體并無減低；而AD的扣帶纖維和胼胝體壓部其FA都有減低。提示DTI對(duì)于扣帶纖維FA值的測量可能是一個(gè)比海馬體積測量更為敏感的發(fā)現(xiàn)早期AD的病理標(biāo)志物。在比較海馬體積的基礎(chǔ)上加入DTI方法，能將AD和MCI從正常對(duì)照中區(qū)分出來。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

本研究獲得福州總醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。病例組選取2012年10月～2013年10月就診的17名AD患者 (男8例，女9例，平均年齡78.71±5.08歲)。所有患者符合以下診斷標(biāo)準(zhǔn)：① 根據(jù)美國神經(jīng)病、語言溝通和卒中研究所、老年性癡呆及相關(guān)疾病學(xué)會(huì)（NICNDS-ADRDA）制訂的標(biāo)準(zhǔn)確定AD診斷；② 簡易精神狀態(tài)檢查（mini mental state examination，MMSE）測得癡呆程度MMSE≤23 分；③ 根據(jù)Hachinski缺血指數(shù)表得分<4 分；④ 臨床癡呆分級(jí)為1；⑤ 無精神或神經(jīng)病史；⑥ MRI 檢查發(fā)現(xiàn)除了腦萎縮和深部白質(zhì)少量T2WI 高信號(hào)(最大直徑<1 cm)外，無其他異常改變。

從社區(qū)招募正常老年志愿者17例（男9例，女8例），年齡69.87±5.75歲，教育程度均初中畢業(yè)及以上。入組標(biāo)準(zhǔn)為：① 有獨(dú)立的行為能力且神經(jīng)檢查正常；② 無任何精神或神經(jīng)病史；③ MRI除了腦萎縮和深部白質(zhì)少量T2WI高信號(hào)(最大直徑<1 cm)外，無其它異常改變；④ MMSE評(píng)分≥27 分。⑤ 臨床癡呆分級(jí)（CDR）為0。

所有被試者體內(nèi)均無金屬植入物或沒有MRI檢查禁忌癥，自愿參加并簽署知情同意書。

1.2 掃描方法及參數(shù)

采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的Magnetom TrioTim 3.0 T（Magnetom Trio, Siemens，Erlangen，Germany）超導(dǎo)磁共振機(jī)，配套頭部相控陣線圈。常規(guī)掃描顯示大腦內(nèi)無明顯異常信號(hào)后，開始行DTI掃描，采用單次激發(fā)自旋回波平面成像（single shot spin echo echo-planar imaging，single shot SE EPI ）序列，進(jìn)行腦的橫斷面成像，掃描層面平行于前后連合線，TR/TE=2000/30 ms，層厚為4 mm、層間距為0 mm，翻轉(zhuǎn)角Flip angle=90°，F(xiàn)OV=240 mm×240 mm，矩陣64×64，擴(kuò)散敏感梯度方向數(shù)為30，DTI掃描時(shí)間為488 s。

1.3 DTI數(shù)據(jù)后處理

DTI原始圖像DICOM數(shù)據(jù)。經(jīng)由格式轉(zhuǎn)換工具，在Diffusion Toolkit軟件中進(jìn)行重建（Reconstruction）處理，以計(jì)算DTI數(shù)據(jù)的FA圖，利用SPM8將b=0的DTI數(shù)據(jù)與解剖圖像T1模板配準(zhǔn)（Coregister Estimate & Reslice）處理，然后將配準(zhǔn)所得參數(shù)應(yīng)用于相應(yīng)FA圖上，使所有被試圖像信息標(biāo)準(zhǔn)化，并生成配準(zhǔn)后的FA圖

采用SPM8的二次統(tǒng)計(jì)模塊及蒙片對(duì)正常老年人和AD病人FA參數(shù)圖進(jìn)行基于一般線性模型的t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

測量默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)各腦區(qū)的FA值，并將AD組和正常對(duì)照組的FA值進(jìn)行組間t檢驗(yàn)。顯示AD組各默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)FA值均較正常組明顯減低（P<0.05)，見表1。

選擇腦白質(zhì)纖維束聯(lián)絡(luò)系（雙側(cè)扣帶束前、后部）、連合系（胼胝體膝部、體部及壓部）、投射系（內(nèi)囊前、后肢）的ROI（圖1），取其FA值行統(tǒng)計(jì)分析（圓形ROI，面積4 mm2）。選擇依據(jù)如下：① 聯(lián)絡(luò)系（雙側(cè)扣帶束前、后部）：扣帶束位于扣帶回和海馬旁回的深部，連接邊緣葉各部的纖維束。前部與內(nèi)臟運(yùn)動(dòng)、骨骼肌運(yùn)動(dòng)或內(nèi)分泌的情感控制有關(guān)，后部與空間定向力或與記憶相關(guān)的對(duì)周圍環(huán)境的評(píng)價(jià)功能有關(guān)[5]。② 連合系（胼胝體膝部、體部及壓部）：主要連接運(yùn)動(dòng)中樞、運(yùn)動(dòng)性語言中樞、雙側(cè)相應(yīng)視聽中樞及參與共濟(jì)運(yùn)動(dòng)，是綜合和匯集雙側(cè)大腦半球認(rèn)知功能的聯(lián)系通道[4]。③ 投射系（內(nèi)囊前、后肢）：聯(lián)系大腦皮層和皮層下結(jié)構(gòu)(包括基底核、間腦、腦干、小腦和脊髓)的上、下行纖維，稱為投射纖維，絕大部分的投射經(jīng)過內(nèi)囊[6]。測量以上感興趣區(qū)的FA值，比較AD組和正常對(duì)照組FA的差異。結(jié)果表明，AD組各感興趣FA值平均值均低于正常對(duì)照組，其中右側(cè)內(nèi)囊前肢兩者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05)，見表2。

3 討論

3.1 阿爾茨海默病背景

以進(jìn)行性認(rèn)知、功能及行為退行性病變?yōu)橹饕卣鞯陌V呆在全球廣泛存在，給不同國家的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。目前，全球約有24，000，000癡呆病人，預(yù)計(jì)2050年患病人口將是目前的4倍[7]。目前，我國AD患者已近600 萬，到21 世紀(jì)中葉，AD患者將接近2 000萬，發(fā)病后平均生存時(shí)間約7～11年[8]。

目前，國內(nèi)外對(duì)于診斷AD尚無統(tǒng)一公認(rèn)的特異性診斷標(biāo)準(zhǔn)，主要依靠病理學(xué)檢查與神經(jīng)心理學(xué)測試，診斷結(jié)果存在一定程度的主觀性，進(jìn)而導(dǎo)致準(zhǔn)確度及敏感度較低。如何能夠早期準(zhǔn)確診斷本病并對(duì)本病進(jìn)行干預(yù)性治療已成為當(dāng)務(wù)之急。

3.2 組間檢驗(yàn)結(jié)果分析

通過對(duì)腦白質(zhì)纖維束ROI的FA值分析，可以發(fā)現(xiàn)AD組各ROI（雙側(cè)扣帶束前、后部、胼胝體膝部、體部及壓部、內(nèi)囊前、后肢）的FA值較對(duì)照組均減低，這些研究結(jié)果與國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道相符[9-11]。

扣帶束連接廣泛，其纖維聯(lián)系海馬、海馬旁回、扣帶回、前丘腦、杏仁體、隔核、額葉、顆極、島葉及眶回等，尤其是海馬、海馬旁回與扣帶回的連接通路;扣帶束也是重要的膽堿能纖維，在傳送乙酞膽堿遞質(zhì)中具有重要作用[5-8]。這些膽堿能纖維各向異性下降可能導(dǎo)致乙酞膽堿的減少，并反映出軸突的丟失并導(dǎo)致脫髓鞘改變?？蹘菢?gòu)成記憶相關(guān)連的Papez回路的重要組成部分，與情景記憶、定向力、構(gòu)成行為等各種功能有關(guān)[12]?？蹘蟛康木植繐p傷，會(huì)引起記憶障礙或空間的定向力障礙。Patwardhan[13]等利用PET研究中發(fā)現(xiàn)在AD病程早期，扣帶束既已出現(xiàn)代謝減低，甚至早于海馬。不僅在ROI研究，在利用纖維示蹤技術(shù)研究中也發(fā)現(xiàn)有同樣的變化[5]。另外，通過選取后扣帶回分別測量兩組受試者Reho值，也可以發(fā)現(xiàn)AD組病人Reho值較對(duì)照組明顯減低，說明后扣帶回?zé)o論在結(jié)構(gòu)成像還是功能成像方面，都與AD患者認(rèn)知功能的減低密切相關(guān)。

通過內(nèi)囊的傳導(dǎo)束主要有皮質(zhì)腦干束、皮層脊髓束、丘腦皮層束、視覺徑路、聽覺傳導(dǎo)徑、額、橋腦束、枕顳橋腦束和大腦皮層到丘腦的傳導(dǎo)束。本研究顯示雙側(cè)內(nèi)囊前、后肢FA下降，這與之前的研究相符[14]，尤其是皮質(zhì)-丘腦部位之間的輻射。而此區(qū)的輻射投射到運(yùn)動(dòng)皮層，這也解釋了AD病人出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)等臨床癥狀[4]。另外，有學(xué)者[15]研究提出，既定認(rèn)為AD的記憶損害完全歸咎于內(nèi)側(cè)顳葉的神經(jīng)損害的觀點(diǎn)不夠全面，而把內(nèi)側(cè)顳葉、丘腦及后扣帶回作為一個(gè)整體的功能網(wǎng)絡(luò)來分析其功能的缺失會(huì)更加準(zhǔn)確。

胼胝體位于大腦縱裂底部，是連接兩側(cè)大腦半球最大的連合纖維束，呈放射狀分布于雙側(cè)半球相應(yīng)區(qū)域，胼胝體的纖維在半球內(nèi)向前、后和兩側(cè)放射，連接兩半球額葉、頂葉、顳葉和枕葉，使大腦在功能上成為一個(gè)整體。胼胝體主要連接運(yùn)動(dòng)中樞、運(yùn)動(dòng)性語言中樞、雙側(cè)相應(yīng)視聽中樞及參與共濟(jì)運(yùn)動(dòng)，是綜合和匯集雙側(cè)大腦半球認(rèn)知功能的聯(lián)系通道。人類的情感及各種認(rèn)知活動(dòng)，大都需要雙側(cè)大腦半球的整合，因此，胼胝體不同部位受損，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的大腦半球失連接癥狀[9]，胼胝體膝部連接額部皮層，胼胝體壓部連接顳、頂部皮層，通過對(duì)前兩組感興趣區(qū)的FA測量，我們可以發(fā)現(xiàn)壓部的FA值減低較膝部更為明顯，這與之前的研究相仿[10]，說明顳頂部的纖維連接比額部的纖維連接更易受侵犯。胼胝體體部占胼胝體組成的絕大部分，不僅連接著雙側(cè)大腦半球同源的皮層，而且胼胝體部下嘴連接著皮層下核團(tuán)與內(nèi)側(cè)顳葉[11]，這也在一定程度上解釋了AD組該區(qū)域FA下降的病理表現(xiàn)。

4 結(jié)論

DTI作為目前唯一的一種無創(chuàng)、體外的檢測腦白質(zhì)纖維束完整性的功能成像方法，為研究AD相關(guān)腦白質(zhì)病變提供了大量的信息。通過分別對(duì)連合系、聯(lián)絡(luò)系以及投射系三種類型白紙纖維束的定量分析，使得我們能夠把微觀的病理生理學(xué)的發(fā)現(xiàn)（老年斑、神經(jīng)纖維纏結(jié)等）與宏觀的功能影像學(xué)的檢測結(jié)果（腦灰、白質(zhì)的萎縮，代謝的減低）更加深入地聯(lián)系在一起，開闊了我們的視野，進(jìn)而使得我們有了可靠的工具，深入剖析連接在不同功能腦區(qū)之間，繁多而有序的白質(zhì)纖維束的病理變化，并作為功能影像學(xué)與神經(jīng)心理學(xué)的有力補(bǔ)充，為進(jìn)一步提高早期AD診斷率提供更加可靠的理論依據(jù)。

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Study on Diffusion Tensor Imaging of Alzheimer's Patients

LI Huia, TAO Leia, NI Ping2, NIE Meia, WU Qing-qinga, WU Yu-zhena, CHEN Zi-qiana
a. Department of Medical Imaging, b. Department of Medical Engineering, Fuzhou General Hospital of Nanjing Command, Fuzhou Fujian 350025, China.

Objective To explore the changes of FA values obtained by diffusion tensor imaging (DTI) study of patients suffered from Alzheimer’s disease. Methods 17 cases of AD and 17 cases of controls underwent DTI scan using Siemens Magnetom TrioTim 3.0T MR scanner. Fractional anisotropy (FA) values of ROI in white matter tracts and DMN regions were obtained, and FA values of the two groups were compared. Results FA values in different zones in DMN and various regions of interest which represent different types of fibers were lower in AD patients than that in the control group. Conclusion There were typical changes of DTI in AD patients, and it may help the early diagnosis of the disease.

superconducting MRI; Alzheimer's disease; diffusion tensor imaging; default mode network

R197.39；TH789

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.001

1674-1633(2014)11-0001-04

2014-07-09

福建省社會(huì)發(fā)展科技重點(diǎn)項(xiàng)目（2012Y0057）；南京軍區(qū)重大課題（10Z030）。

倪萍，南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程科主任，高級(jí)工程師。

通訊作者郵箱：511091680@qq.com