輕度認知功能障礙患者在MR擴散張量成像中 腦白質(zhì)各向異性分數(shù)值的變化

任慶云，何麗，劉齋，雷立存，祁宇軒

論著·臨床

輕度認知功能障礙患者在MR擴散張量成像中 腦白質(zhì)各向異性分數(shù)值的變化

任慶云，何麗，劉齋，雷立存，祁宇軒

目的分析輕度認知功能障礙(MCI)患者腦白質(zhì)各向異性分數(shù)(FA)值的變化，探討FA值對輕度認知障礙的診斷價值。方法應用磁共振擴散張量成像(DTI)對18例MCI患者(MCI組)和18例年齡匹配的健康志愿者(健康對照組)進行分析，應用GE Signa Excite 1.5 T 核磁共振系統(tǒng)進行頭顱DTI檢查，分別測量2組雙側(cè)顳葉白質(zhì)、側(cè)腦室前后角旁白質(zhì)、額葉及頂葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)的FA值，并對測量結(jié)果比較。結(jié)果MCI組雙側(cè)側(cè)腦室前角旁白質(zhì)、右顳葉白質(zhì)及右頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)FA值低于健康對照組(P﹤0.05)。而雙側(cè)額內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下腦白質(zhì)、雙側(cè)側(cè)腦室后角旁白質(zhì)、左側(cè)顳葉白質(zhì)、左頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)及胼胝體膝部及壓部FA值2組間比較差異均無統(tǒng)計學意義(P﹥0.05)。結(jié)論雙側(cè)側(cè)腦室前角旁白質(zhì)、右側(cè)顳葉白質(zhì)及右頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)FA值降低可以作為早期診斷MCI的影像學指標，對于早期干預及提高患者的生存質(zhì)量具有重要意義。

擴散張量成像；磁共振成像；輕度認知功能障礙；腦白質(zhì)

輕度認知功能障礙(mildcognitive impairment, MCI)是指認知能力的下降超出個體年齡和教育水平，但其功能損傷尚不足以診斷為阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)，是介于正常衰老和AD之間的一種認知功能損害。文獻報道每年有10%～15%的MCI患者轉(zhuǎn)化為AD[1]，成為影響老年人生活質(zhì)量的主要原因。早期診斷、預測MCI向癡呆轉(zhuǎn)變的風險具有重要價值。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI) 是在擴散加權(quán)成像基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新型磁共振成像技術(shù)，可顯示腦白質(zhì)纖維束的特點，揭示白質(zhì)纖維束微觀結(jié)構(gòu)的改變，是目前惟一能在活體有效顯示大腦白質(zhì)纖維及其走行，并進行定量研究的方法。本研究應用DTI對MCI患者進行分析，定量測量其腦白質(zhì)各向異性的變化，探討DTI技術(shù)對MCI的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 2012年4月—2013年4月于河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科就診的MCI 患者18例，通過蒙特利爾認知評估量表(Montreal cognitive assessment, MoCA)、簡易智能狀態(tài)檢測(Minimental state examination, MMSE)篩查均符合 Peterson的診斷標準[2]：(1) 主訴記憶力減退>6個月；(2)臨床記憶量表測試較年齡和受教育年限匹配的正常對照組低1.5個標準差；(3) 日常生活能力正常。18例中男12例，女6例，年齡62～74(66.3±7.8) 歲；受教育年限9～14(12.1±3.2)年；右利手，其中既往高血壓病史6例，糖尿病史4例，高血脂5例。健康對照組18例，入選標準：(1) 無認知功能障礙主訴；(2)總體認知分量級表正常；(3)日常生活能力正常，右利手。18例中男10例，女8例，年齡61～73(66.5±3．7)歲；受教育年限9～13(11.2±3.3)年；右利手，其中高血壓病史5例，糖尿病史4例，高血脂病史5例。2組排除標準：(1)腦血管病史；(2)中樞神經(jīng)損傷疾病與病史；(3)阿爾茨海默??；(4) 精神活動物質(zhì)濫用病史；(5)嚴重內(nèi)科疾病史；(6)精神疾病史等。2組的性別、年齡和受教育年限比較差異無統(tǒng)計學意義(P﹥0.05)，具有可比性。入選者對本研究知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法：采用GE Signa Excite 1.5T 超導型磁共振掃描儀，使用8通道頭頸聯(lián)合線圈，顱腦MR掃描包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR及矢狀位T1WI。掃描參數(shù)：T1WI(T1flair)：TR 1750ms, TE 24ms, TI 750ms；T2WI：TR 4000ms，TE 102 ms；FLAIR：TR 8 800ms，TE 120ms，TI 2 200ms；層厚/間距：6mm/1mm，矢狀位層厚/間距：5 mm/1mm。DTI采用單次激發(fā)平面回波(SE-EPI)序列，TR/TE 12 000/100ms，F(xiàn)OV 22 cm，矩陣128×64，層厚4mm，激勵次數(shù)2 次，擴散梯度編碼方向15 個，擴散梯度b 值分別為0、1000s/mm2。掃描范圍從頭頂至顱底45個連續(xù)層面。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理及測量 所獲得原始數(shù)據(jù)由工作站(ADW 4.4)Function Tool軟件進行處理。擴散張量數(shù)據(jù)通過后處理產(chǎn)生FA圖。在腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)中選取12個興趣區(qū)，包括雙側(cè)顳葉白質(zhì)、側(cè)腦室前角旁白質(zhì)、額葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下腦白質(zhì)、側(cè)腦室后角旁白質(zhì)、頂葉內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)、胼胝體膝部及壓部腦白質(zhì)，軟件自動計算感興趣區(qū)的各向異性分數(shù)(FA)值[3]。感興趣區(qū)選取原則是在白質(zhì)纖維束強度最大的層面，所有感興趣區(qū)均為長軸與纖維束一致的橢圓形，范圍為30～40mm2。

2 結(jié) 果

MCI組雙側(cè)側(cè)腦室前角周旁白質(zhì)、右側(cè)顳葉白質(zhì)及右頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)FA值明顯低于健康對照組(P<0.05，P<0.01)。而雙側(cè)額內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)、雙側(cè)側(cè)腦室后角旁白質(zhì)、左側(cè)顳葉白質(zhì)、左頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)及胼胝體膝部及壓部白質(zhì)FA值2組比較差異無統(tǒng)計學意義(P﹥0.05)。見表1、圖1。

表1 MCI組與健康對照組腦不同部位FA值的比較

注：與健康對照組比較，*P<0.05，#P<0.01

注：1和2為測量左、右側(cè)顳葉白質(zhì)興趣區(qū)；3和4左、右側(cè)腦室前角旁白質(zhì)；5和6左、右側(cè)腦室后角旁白質(zhì)；7和8左、右側(cè)額葉皮層下腦白質(zhì)；9和10左、右側(cè)頂內(nèi)側(cè)皮層下腦白質(zhì)；11和12胼胝體膝部和壓部白質(zhì)

圖1 各向異性圖上腦白質(zhì)區(qū)域感興趣區(qū)部位

3 討 論

3.1 DTI技術(shù)對腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的顯示 DTI技術(shù)的出現(xiàn)使得活體條件下無創(chuàng)性研究大腦白質(zhì)纖維的超微結(jié)構(gòu)成為可能，該技術(shù)是以檢測水分子自由擴散的各向異性和擴散強度為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一項磁共振新技術(shù)， DTI通過測量組織內(nèi)水分子擴散的程度和方向顯示腦白質(zhì)纖維束，并可定量測定其損害程度，各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)可以用來定量分析軸索損傷或脫髓鞘改變，F(xiàn)A 反映了纖維束內(nèi)軸突結(jié)構(gòu)的方向程度，進而反映了其結(jié)構(gòu)的完整性。它體現(xiàn)了各向異性的擴散張量強度，是描述腦白質(zhì)纖維各向異性特征的主要參數(shù)之一，其大小與髓鞘的完整性、纖維密度及走向一致性有密切關(guān)系，能夠反映白質(zhì)纖維束是否完整[4]。FA 值表示各向異性的程度，其范圍在 0～1之間，1表示最大各向異性，F(xiàn)A值越大，代表軸索完整性好，髓鞘化程度高，神經(jīng)傳導功能也越強。FA值減低則代表了腦白質(zhì)損傷、完整性喪失。DTI 能間接反映髓鞘發(fā)育、成熟及老化的時間過程，檢測年齡相關(guān)的退變過程。40歲以上個體腦白質(zhì)的各向異性分數(shù)值降低，而平均擴散率增高。DTI 在多種組織器官都有應用，但應用最廣泛的還是在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，如腦白質(zhì)疾病、多發(fā)性硬化、腦腫瘤、缺血性疾病、精神障礙、認知障礙及AD等疾病。3.2 DTI技術(shù)對MCI的診斷價值 在 MCI 的早期診斷中，神經(jīng)影像學起了非常重要的作用，結(jié)構(gòu) MR用于證實年齡相關(guān)的腦改變[5]。由于 DTI 的高敏感性，可以檢測在結(jié)構(gòu)MR上表現(xiàn)正常的腦白質(zhì)改變，因此可以作為早期識別 MCI 的工具。多數(shù)研究表明，與健康對照組比較，MCI患者及AD患者所有腦葉的FA值降低、MD值升高，尤其是顳葉內(nèi)側(cè)腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化最為明顯[6，7]。Wang 等[8]研究結(jié)果顯示MCI患者的胼胝體、雙側(cè)額葉及顳葉腦白質(zhì)FA值較對照組明顯減低， FA值的降低可以作為鑒別MCI和正常老年人的影像學指標。Chen等[3]結(jié)果顯示MCI患者左側(cè)側(cè)腦室前角前方額葉腦白質(zhì)、右側(cè)側(cè)腦室后角后方枕葉腦白質(zhì)及胼胝體膝部腦白質(zhì)FA值減低，而AD患者胼胝體、額葉、頂葉、枕葉皮質(zhì)下腦白質(zhì)及側(cè)腦室前角前方額葉腦白質(zhì)FA值下降。本結(jié)果也顯示MCI患者右側(cè)顳葉白質(zhì)、雙側(cè)側(cè)腦室前角旁白質(zhì)及右側(cè)腦室后角旁白質(zhì)FA值下降，與上述研究一致。但也有研究結(jié)果顯示在MCI患者腦白質(zhì)異常的腦區(qū)主要位于雙側(cè)海馬、顳葉、胼胝體壓部以及后扣帶回，其損傷范圍與AD相似[9]。以上結(jié)果的差異可能與MCI患者的診斷標準不一及疾病的嚴重程度不同有關(guān)，研究樣本數(shù)較小也是造成差異的原因之一。3.3 DTI 2種圖像分析方法的比較 DTI成像中最常見的分析方法有基于體素的形態(tài)學分析法(voxel-basedmorphometry ,VBM)和興趣區(qū)(region of interest ，ROI)分析法[10],2種方法各有優(yōu)缺點，VBM方法是一種以體素為單位的形態(tài)測量學方法，可以定量檢測出腦組織各組分的密度和體積，從而能夠檢測出局部腦區(qū)的特征和腦組織成分的差異。全部操作過程自動實現(xiàn)，因此減少了人為的主觀誤差，也不需要對腦區(qū)差異作先驗假設(shè)，其重要性在于對任意特定結(jié)構(gòu)的分析是無偏的，可以給出全腦解剖結(jié)構(gòu)差異的全面、綜合的客觀評價；但是也存在一些局限性，Bookstein等[11]認為空間上匹配不準確的圖像不應當使用VBM方法分析，基于像素的統(tǒng)計分析以空間標準化為前提，某些局部區(qū)域和模板的匹配不準確會導致統(tǒng)計結(jié)果中出現(xiàn)組間系統(tǒng)性的腦區(qū)形狀差異；Burton等[12]認為VBM方法難以區(qū)分腦的一些微小復雜結(jié)構(gòu)的差異，比如海馬區(qū)，而且同一組的不同患者之間還存在差異，此時利用VBM則其靈敏度不高；VBM方法對腦損傷檢測的敏感性較低，檢測的敏感性會隨著模型參數(shù)的改變而改變，而這種低敏感性是由于空間預處理步驟中對腦損傷區(qū)域的處理不準確導致了統(tǒng)計檢驗能力的下降，VBM不能成功地描繪出腦損傷區(qū)域的空間擴展度，因此VBM不是惟一標準的發(fā)現(xiàn)和描繪腦損傷特征的方法。本研究使用興趣區(qū)法測量FA值，其優(yōu)點是可以在FA圖上直接選取目標區(qū)域進行局部準確測量，其缺點是興趣區(qū)的選擇帶有一定的主觀性，由于是人工選擇興趣區(qū)的位置及大小，造成其可重復性相對較差，不能排除一定程度的半體積效應的影響[13]。

綜上所述，本研究應用DTI技術(shù)，評價MCI患者的腦白質(zhì)FA值， MCI組雙側(cè)側(cè)腦室前角旁白質(zhì)、右側(cè)顳葉白質(zhì)及右頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)FA值明顯低于健康對照組。本研究結(jié)果提示，DTI可以成為活體量化MCI病理的影像技術(shù)，能夠在沒有形態(tài)學改變之前發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的改變，雙側(cè)側(cè)腦室前角旁白質(zhì)、右側(cè)顳葉白質(zhì)及右頂內(nèi)側(cè)皮質(zhì)下白質(zhì)FA值降低可以作為診斷MCI的影像學指標。

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FAvaluealterationinwhitematterinpatientswithmildcognitiveimpairmentmeasuredbyMRdiffusiontensorimaging

RENQingyun,HELi,LIUZhai,LEILicun,QIYuxuan.

DepartmentofRadiology,theFirstHospitalofHebeiMedicalUniversity,HebeiProvince,Shijiazhuang050031,China

ObjectiveTo analyse white matter anisotropy (FA) values in patients with mildcognitive impairment (MCI),andexplore the FA value for the diagnosis of mildcognitive impairment.MethodsMagnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI) in 18 patients with MCI (MCI group) and18 age-matchedhealthy volunteers (control group) were analyzed, headDTI scans were performedwith GE Signa Excite 1.5 T MR system, 2 groups were measuredbilateral temporal lobe white matter, lateral front corner narration quality, medial frontal andparietal subcortical white matter FA values, andcompare the measurement results.ResultsBilateral anterior horn of the lateral ventricle MCI group narration quality, right temporal lobe andright parietal white matter inside the subcortical white matter FA values lower than the healthy control group (P<0.05). The bilateral medial frontal subcortical white matter, bilateral posterior horn of the lateral ventricle narration nature, left temporal lobe white matter, left parietal subcortical white matter andmedial corpus callosum andthe press section FA values between the two groups showedno significant difference (P>0.05).ConclusionBilateral anterior horn of the lateral ventricle quality narration, right temporal lobe andright parietal white matter inside the subcortical white matter FA values decrease as early diagnosis of MCI imaging indicator for early intervention andimprove the patient's quality of life is important.

Diffusion tensor imaging ; Magnetic resonance imaging ; Mildcognitive impairment; White matter

河北省科技支撐計劃重大項目(No.09276103D-10)

050031 石家莊，河北醫(yī)科大學第一醫(yī)院放射科

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.01.012

2013-09-28)