擴散張量成像和磁敏感加權成像在阿爾茨海默病海馬的研究進展

基金項目：

國家自然科學基金面上項目(編號：8127141)

作者單位：

首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像中心，北京 100050

通訊作者：

戴建平，E-mail：daijianping_2008 @126.com

收稿日期：2015-06-10

接受日期：2015-08-10

文獻標識碼：A

DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.09.013唐守現(xiàn), 戴建平. 擴散張量成像和磁敏感加權成像在阿爾茨海默病海馬的研究進展. 磁共振成像, 2015, 6(9): 699-703.

[摘要] 海馬是阿爾茨海默病(AD)主要病變部位，擴散張量成像(DTI)和磁敏感加權成像(SWI)均為高級MRI技術。該文就DTI和SWI主要測量指數(shù)在AD海馬的研究進展進行綜述。

DTI and SWI application progress on hippocampus in patients withAlzheimer's disease

TANG Shou-xian, DAI Jian-ping *Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China

*Correspondence to: Dai JP, E-mail: daijianping_2008@126.com Received 10 June 2015, Accepted 10 Aug 2015 ACKNOWLEDGMENTS This work was part of the General Program of National Natural Science Foundation of China (No. 8127141).

Abstract Hippocampus is the main affected location in Alzheimer's disease. Diffusion tensor imaging (DTI) and susceptibility weighted imaging (SWI) are advanced technology of MRI. This review is about the research development on AD hippocampus by DIT and SWI primary measuring index.

Key words Hippocampus; Alzheimer disease; Magnetic resonance imaging

海馬是人類記憶功能編碼和提取過程中起到主要作用的組織器官 [1-2]，是產(chǎn)生記憶過去和暢想未來神經(jīng)活動的主要器官 [3]，也是情景記憶和語義記憶實施的組織器官 [4]。海馬通過白質(zhì)纖維束通路與各功能灰質(zhì)核團聯(lián)系產(chǎn)生多種類型記憶、情感、運動控制和神經(jīng)內(nèi)分泌活動 [5]。Duvernoy [5]闡述了主要五種連接海馬和灰質(zhì)核團的白質(zhì)纖維束通路。其中海馬與多功能皮質(zhì)連接通路包括傳出纖維通路(海馬-穹窿柱-前聯(lián)合-乳頭體-前丘腦核團-胼胝體背側核團或扣帶回前部皮質(zhì))和傳入纖維通路(頂葉高級視覺皮質(zhì)中樞-海馬旁回-內(nèi)嗅皮質(zhì)-海馬)。直接與海馬結構有白質(zhì)纖維聯(lián)系的主要有穹窿柱、杏仁體、內(nèi)嗅皮質(zhì)、海馬旁回 [6]。阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)患者海馬體積萎縮改變得到認可，但是AD海馬組織結構和靜脈血管變化特點有待于進一步研究分析。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)和磁敏感加權成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)均為包括多種測量指標的高級MRI技術，DTI測量指標MD 和FA已經(jīng)用于AD患者病變部位的評估，SWI相位圖可以提供測試部位各個相位值變化，SWI血管圖像可提供病變部位靜脈血管變化情況。因此，筆者就DTI主要測量指數(shù)MD、FA和SWI相位圖、血管圖在AD海馬的研究進展進行綜述。

1 DTI

DTI技術是擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)技術的延伸。DWI可以將組織內(nèi)水分子擴散差異以圖象的形式進行表達，同時可以定量研究不同組織水分子擴散差異 [7]。在DWI圖像基礎上通過增加擴散敏感梯度脈沖產(chǎn)生DTI。DTI可三維空間內(nèi)定量評價水分子擴散能力和特點。DTI評估參數(shù)有平均擴散率(mean diffusion，MD)，部分異向性指數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)，相對各向異性指數(shù)(relative anisotropy，RA)和容積比(volume ratio，VR)。MD值越大說明水分子擴散能力越強。FA指擴散各向異性部分與擴散張量總值比，宏觀反應白質(zhì)纖維束完整性。白質(zhì)FA和表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)的大小可以間接反映髓鞘化程度或纖維束完整性 [8]。

2 DTI在AD海馬結構中的應用

2.1 DTI的MD在AD海馬的研究

AD雙側海馬MD值均可出現(xiàn)異常，并表現(xiàn)MD升高為主。AD首要病變器官主要為海馬，與AD首發(fā)癥狀情景記憶障礙同時出現(xiàn) [9]。結構像MRI也已經(jīng)證實AD全腦和海馬體積變小 [10-11]。而Selnes 等 [12]研究報道了全腦白質(zhì)纖維DIT指數(shù)FA和MD與腦脊液生化指數(shù)Aβ42,T-tau和P-tau均可以更好預測AD認知能力下降和顳葉萎縮改變，而前者比后者有更好的預測性，但是該研究并沒有報道海馬區(qū)域FA值和MD值改變情況對于預測AD認知能力下降和內(nèi)側顳葉萎縮改變的價值意義。同時輕度認知功能障礙(mild cognitive impairment，MCI)與正常對照組相比左側海馬結構體積縮小，雙側海馬結構MD升高，且兩個指標均與延遲口頭記憶測試成顯著相關，均可作為分析海馬記憶功能狀態(tài)的參考指標 [13]。Fellgiebel等 [14]研究證明MCI發(fā)展成AD時對應的海馬MD升高和海馬體積縮小，但并沒有指明海馬哪個部位MD變化明顯，而這種AD海馬MD變化特點與AD病變部位病理表現(xiàn)tau蛋白和神經(jīng)纖維纏結部位分布特點相符合，AD病變部位細胞內(nèi)細胞骨架tau蛋白異常聚集具有沿神經(jīng)白質(zhì)纖維(主要為perforant途徑由內(nèi)嗅皮質(zhì)層至下托至海馬CA1區(qū)最后主要分布于海馬頭齒狀回區(qū)域)時空傳遞性 [15-16]。由上可知AD海馬MD值改變以升高為主并可能具有時空傳遞性。

有研究報道AD左側海馬前部MD值出現(xiàn)異常具有診斷價值。Yakushev等 [17]研究得出AD左側海馬頭部MD值與延遲口頭測驗得分呈明顯負相關，而雙側海馬尾部、右側海馬頭部及對照組海馬均未表現(xiàn)出負相關。Fellgiebel等 [18]研究得出AD左側海馬前部MD值改變早于患者臨床認知功能障礙和海馬前部代謝異常改變。Wang等 [19]亦得出左側海馬MD在AD組與MCI組之間和AD組與NC組之間存在顯著差異，右側海馬MD在AD組和NC組存在顯著差異；在NC組、MCI組、AD組中，海馬體積和其擴散峰度(MK)值為降低趨勢，MD值為升高趨勢；同時雙側海馬的MK和MD值對于AD和MCI的診斷敏感性均高于海馬體積指標。Yakushev 等 [20]報道AD左側海馬前部MD值與FDG攝取量呈顯著負相關性，并指出MD值可作為早期AD海馬前部出現(xiàn)異常的敏感性指標。由上可知AD左側海馬MD值異常改變明顯與右側海馬MD值并與多種臨床指標呈相關性。

以上研究闡述AD海馬MD以升高改變?yōu)橹?，但是以海馬哪個部位為主，左右側海馬有沒有差異，MD升高改變有沒有部位延續(xù)性等需要進一步研究，同時AD海馬體積改變影響MD值的測定和AD海馬MD單純改變之間的相互作用不能忽視。

2.2 DTI的FA在AD海馬的研究

DTI的FA在AD海馬的研究文獻報道有限，而且FA值改變趨勢存在分歧。DTI的FA值可用于評價研究白質(zhì)聯(lián)合纖維傳導束完整性和海馬組織微觀特性 [21]。利用DTI技術FA值進行在體評估皮質(zhì)脊髓束和錐體束纖維束完整性研究表明與對照組相比MCI及AD患者FA值均升高 [22-23]，但海馬白質(zhì)纖維束相關傳導通路FA值有待進一步評估。輕度或早期AD顳葉白質(zhì)FA值降低并且和臨床嚴重程度密切相關而錐體束完整性無明顯受損，與AD臨床表現(xiàn)一致，即AD突出癥狀是認知功能下降而不是運動功能障礙 [24]。Fu等 [25]研究得出AD與正常對照組和血管性癡呆患者相比顳葉和海馬顯示低FA值和相應高MD值。其研究不僅進一步說明海馬為AD病變累及部位同時也說明血管性癡呆和AD的海馬FA值存在不同改變趨勢，但是能否用于兩者鑒別診斷的可行性有待于深入研究。Palesi等 [26]利用DTI和MRI對10例MCI、10例AD及18例正常對照組海馬及海馬與楔前葉等多個部位纖維聯(lián)系進行了測量對比分析并得出MCI和AD海馬、海馬結構楔前葉纖維束及海馬后部扣帶回纖維束較正常對照組體積變小而MD值升高，AD左側海馬、海馬結構楔前葉纖維束MD值和MCI全腦白質(zhì)FA值均與語言記憶功能相關，但是并沒有分析以上區(qū)域FA值具體改變情況。

橫向研究表明穹窿FA值與MCI、AD記憶力相關，縱向研究表明FA值和海馬體積均能用于預測記憶力進行性下降 [27]。同時有研究表明AD和DLB(路易體癡呆)患者穹窿、胼胝體和終紋FA值均降低，然而MCI、AD患者穹窿FA值改變和海馬結構改變之間的關系需要進一步證實 [28-29]。Remy 等 [30]利用DTI測量前驅期AD患者雙側鉤束、海馬旁回、胼胝體及穹窿FA值并與對照組對比發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計學差異，而鉤束FA值降低和MD值升高與海馬體積降低在半球內(nèi)呈顯著相關性，進一步提出前驅期AD雙側額葉海馬結構白質(zhì)纖維連接進行性損害與雙側海馬體積降低伴行的觀點，即AD早期邊緣系統(tǒng)白質(zhì)纖維束微觀改變破壞可能源于海馬結構神經(jīng)元減少觀點，但是該研究對于前驅期AD海馬FA值和MD值的具體改變情況并沒有做出說明。以上研究表明AD海馬FA值以降低為主，但是需要進一步研究證明。

3 SWI

SWI是以T2 *序列為基礎利用靜脈內(nèi)脫氧血紅蛋白引起磁場不均勻性導致T2 *時間縮短和血管與周圍組織相位差加大兩種效應產(chǎn)生增強磁共振影像對比技術。SWI采取3D梯度回波掃描、完全速度補償、射頻脈沖擾相等技術，具有三維、高分辨率、高信噪比等特點。SWI包括幅值圖像和相位圖像。相位圖像描述質(zhì)子弛豫過程中行經(jīng)的角度，反映組織對比特別是磁化率差異較大組織 [31]。用含有磁敏感對比信息的相位圖像來加權幅值圖像可提高幅值圖像各組織之間的對比度，再對得到的加權圖像進行最大密度投影可得到連續(xù)的血管圖像 [32]。

4 SWI在AD海馬結構中的應用

利用MRI技術得到證實AD腦部(主要為基底節(jié)區(qū))存在鐵的異常沉積 [33-34]。文獻報道AD海馬T2值顯著降低歸結于海馬鐵沉積增加 [35]。Zhu等 [36]利用高分辨MR相位糾正圖像對15例AD和15例正常自愿者的海馬、頂葉、額葉白質(zhì)、殼和蒼白球等鐵含量進行了測量分析，發(fā)現(xiàn)AD雙側海馬、頂葉、殼、尾狀核、齒狀核鐵含量明顯高于對照組，而且早期AD頂葉鐵含量與認知能力下降呈顯著正相關性。Wang等 [37]利用SWI對AD、MCI和正常對照組的雙側海馬、尾狀核頭及丘腦等18個腦部區(qū)域鐵沉積進行對比分析發(fā)現(xiàn)海馬、尾狀核頭及丘腦三者存在顯著性差異，并且雙側海馬、尾狀核頭和丘腦鐵含量均與認知能力評估量表得分(簡易智力檢查量表)呈顯著相關性，該研究不足之處主要是感興趣區(qū)海馬區(qū)域選定容易包括鄰居的內(nèi)嗅皮質(zhì)區(qū)。Wang等 [38]研究報道了相同年齡階段的AD和正常自愿者蒼白球、殼和尾狀核頭鐵含量變化特點，60～70歲階段AD與正常自愿者雙側蒼白球鐵含量均存在顯著性差異，70～80歲階段AD與正常自愿者右側蒼白球存在顯著性差異，而60～70歲和70～80歲組的AD的殼鐵含量顯著不同，60～80歲的AD的雙側蒼白球的鐵含量與簡易智力檢查量表得分顯著相關性，但是該文獻并沒有對海馬區(qū)域鐵含量進行測量分析。由以上研究報道可知AD基底節(jié)區(qū)域鐵含量明顯增加，而關于AD海馬各部位區(qū)域鐵含量如何改變，有沒有左右側和部位差異及與認知能力的關系需要進一步研究。

SWI對靜脈血管顯示具有獨特的優(yōu)勢。靜脈畸形、毛細血管擴張癥、海綿狀血管瘤等疾病都屬于低速血管畸形，常規(guī)MR成像效果不佳，SWI應用的較小體素可降低部分容積效應而且結合圖像相位信息能發(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI無法顯示的細小血管 [32]。抑郁癥患者和正常自愿者海馬和側腦室周圍靜脈對比分析得出兩組之間存在靜脈數(shù)目、分支及走行的差異 [39]。查閱中文及英文文獻未見利用SWI顯示測量AD患者海馬結構血管形態(tài)、數(shù)目的研究，因此AD患者海馬結構血管形態(tài)數(shù)目的顯示與海馬結構本身形態(tài)之間的關系有待于進一步研究。

DTI可定量評價水分子擴散能力和特點及定量分析白質(zhì)纖維束，SWI可以定量分析組織鐵含量并在顯示血管方面具有獨特優(yōu)勢，兩者均在顯示微觀結構改變方面顯示出了突出優(yōu)勢。目前關于兩種技術有效結合進行AD海馬的研究比較少，AD海馬擴散能力特點和白質(zhì)纖維束改變和相應部位鐵含量改變之間有什么關聯(lián)，AD海馬擴散能力特點與海馬區(qū)域血管分部和多少是否有關聯(lián)有待于進一步研究。