磁敏感加權(quán)成像檢測帕金森病患者黑質(zhì)鐵含量▲

任延德 龍莉玲 李向榮 秦宇虹 李春燕 戴 旖 蔣牧良 葉 偉

(1 廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，南寧市 530021，E-mail： lxr99@sina.com；2 青島大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，青島市 266003)

論著·臨床研究

磁敏感加權(quán)成像檢測帕金森病患者黑質(zhì)鐵含量▲

任延德1，2龍莉玲1李向榮1秦宇虹1李春燕1戴 旖1蔣牧良1葉 偉1

(1 廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，南寧市 530021，E-mail： lxr99@sina.com；2 青島大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，青島市 266003)

目的 探討磁敏感加權(quán)成像(SWI)檢測帕金森病(PD)患者黑質(zhì)鐵含量的應(yīng)用價(jià)值。方法 42例PD患者(PD組)和41例健康人(對照組)均行SWI檢查，選取相位圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，背側(cè)及腹側(cè)黑質(zhì)各選取3個(gè)等大圓形感興趣區(qū)(ROI)，分別測量每個(gè)ROI相位偏移值，利用公式計(jì)算出相位值。結(jié)果 與對照組比較，PD組黑質(zhì)相位值減小(P<0.05)；PD組黑質(zhì)前、中、后部位相位值及黑質(zhì)腹側(cè)、背側(cè)相位值均低于對照組(P<0.05)；PD組癥狀明顯側(cè)黑質(zhì)相位值與對側(cè)黑質(zhì)相位值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論 PD患者黑質(zhì)鐵含量呈同步性增加；選取黑質(zhì)內(nèi)多個(gè)ROI研究黑質(zhì)相位值，能較客觀、整體評價(jià)PD患者黑質(zhì)鐵含量變化。

帕金森病；黑質(zhì)；磁敏感加權(quán)成像；相位值；鐵

帕金森病(Parkinson′s disease，PD)是中老年人常見的進(jìn)行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病變，主要病理改變是黑質(zhì)多巴胺變性、丟失，而黑質(zhì)鐵過量沉積與病理改變密切相關(guān)。因此能夠簡單、無創(chuàng)地檢測黑質(zhì)鐵含量，對PD的診斷與鑒別診斷以及病理生理的研究具有重要意義。磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)技術(shù)對腦鐵變化極其敏感，可以清晰顯示鐵異常沉積部位信號變化，并可以進(jìn)行鐵含量的測量[1]。以往研究中測量黑質(zhì)鐵含量一般根據(jù)黑質(zhì)形態(tài)先勾畫出黑質(zhì)邊緣，再測量勾畫區(qū)內(nèi)黑質(zhì)鐵含量，但PD患者的病理改變?yōu)楹谫|(zhì)變性，所以黑質(zhì)邊界不能準(zhǔn)確勾畫。為了客觀測量PD患者黑質(zhì)鐵含量變化，本研究應(yīng)用SWI檢測42例早期PD患者的大腦雙側(cè)黑質(zhì)內(nèi)多個(gè)等大圓形感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，計(jì)算相應(yīng)部位相位值，評估PD患者黑質(zhì)內(nèi)各個(gè)部位鐵含量變化特點(diǎn)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2013年7月至2014年10月在廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院門診就診或住院的早期PD患者42例(PD組)，Hoehn-Yahr分級1～2.5級，診斷符合英國腦庫帕金森病診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]，男22例，女20例，年齡44～76(61.5±9.3歲)。同期選取41名健康人作為對照組，男21例，女20例，年齡45～74 (60.7±8.6)歲。兩組年齡、性別比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，具有可比性。本研究通過廣西醫(yī)科大學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有研究對象均獲得本人同意并自行簽署檢查同意書。依據(jù)統(tǒng)一帕金森病評定量表(Unified Parkinson′s Disease Rating Scale，UPDRS)[3]，分別對42例PD患者雙側(cè)上下肢體的運(yùn)動功能(包括震顫、僵直、手及腿部靈活性)進(jìn)行評分，評價(jià)雙側(cè)肢體癥狀嚴(yán)重程度，分值較高側(cè)視為癥狀明顯側(cè)。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法：應(yīng)用西門子Vetrio 3.0T磁共振掃描儀進(jìn)行掃描，12通道頭部相控陣線圈。先進(jìn)行常規(guī)序列掃描：軸位T2加權(quán)像(T2-weighted image，T2WI)，重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)5 000 ms，回波時(shí)間(echo time，TE)128 ms，視野(field of view，F(xiàn)OV)220 mm×220 mm，層厚5 mm，層間距5.5 mm、軸位T1加權(quán)像(T1-weighted image，T1WI)(TR 450 ms，TE 14 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，層厚5 mm，層間距5.5 mm)、軸位液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)[(TR 9 000 ms，TE 110 ms，反轉(zhuǎn)時(shí)間(inversion time，TI)2 500 ms，F(xiàn)OV 220，層厚5 mm，層間距5.5 mm]、矢狀位T2WI(TR 5 000 ms，TE 128 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，層厚5 mm，層間距5.5 mm)；再進(jìn)行SWI序列掃描，范圍從枕骨大孔至半卵圓中心層面，掃描參數(shù)：TR=28 ms，TE=20 ms，翻轉(zhuǎn)角度15 deg，層數(shù)60，層厚1.2 mm，激勵(lì)次數(shù)2次，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣192×256。1.2.2 圖像分析：將SWI圖像傳入工作站，進(jìn)入VIEW操作界面，選取相位圖中黑質(zhì)最清楚層面測量相位偏移值(見圖1)。從黑質(zhì)頭側(cè)到尾側(cè)分兩排平均選取6個(gè)等大圓形ROI區(qū)測量相位偏移值，面積6 mm2；腹側(cè)前、中、后ROI標(biāo)記為1～3，背側(cè)前、中、后ROI標(biāo)記為4～6。1～3、4～6分別合并取均值，代表黑質(zhì)腹側(cè)、背側(cè)相位偏移值；ROI 1與4、2與5、3與6分別合并取均值，代表黑質(zhì)前、中、后部位相位偏移值；取ROI 1～6的均值計(jì)算整體黑質(zhì)相位偏移值。應(yīng)用公式f(x)=-x·π/4096(x為相位偏移值)計(jì)算出相位值，相位值位于+π與-π之間。

圖1 黑質(zhì)相位偏移的測量

注：PD患者右側(cè)黑質(zhì)，由前至后、由外而內(nèi)依次選取6個(gè)圓形ROI，面積約6 mm2。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料以(x±s)表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或配對t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 PD組與對照組整體黑質(zhì)相位值比較 PD組黑質(zhì)相位值為(-0.15316±0.02289)D，低于對照組的(-0.13915±0.02792)D(t=2.496，P=0.015)。

2.2 PD組與對照組黑質(zhì)前、中、后區(qū)相位值比較 PD組患者黑質(zhì)的前、中、后區(qū)相位值均低于對照組(P<0.05)；見表1。

表1 PD組與對照組黑質(zhì)前、中、后區(qū)相位值比較(x±s，D)

2.3 PD組與對照組黑質(zhì)腹側(cè)、背側(cè)相位值比較 PD組黑質(zhì)腹側(cè)、背側(cè)相位值均低于對照組(P<0.05)；見表2。

表2 PD組與對照組黑質(zhì)腹側(cè)、背側(cè)相位值比較(x±s，D)

2.4 PD組患者癥狀明顯側(cè)及對側(cè)肢體整體黑質(zhì)相位值比較 42例PD患者中，癥狀明顯側(cè)的同側(cè)大腦黑質(zhì)相位值為(-0.14509±0.03570)D，對側(cè)大腦黑質(zhì)相位值為(-0.16123±0.03728)D，兩側(cè)黑質(zhì)相位值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=1.818，P=0.077)。

3 討 論

黑質(zhì)是中腦最大的神經(jīng)核團(tuán)，呈對稱性分布，橫斷面上呈半月形，由背側(cè)的致密帶(substania nigra compacta，SNc)和腹側(cè)網(wǎng)狀帶(substania nigra reticularis，SNr)組成。SNc由大多角形或錐體細(xì)胞組成，細(xì)胞內(nèi)富含黑色素顆粒；SNr細(xì)胞內(nèi)富含鐵元素，細(xì)胞數(shù)量少。正常情況下，SNr含鐵量高于SNc，相位圖中表現(xiàn)為SNr相位值低于SNc，且越近腹側(cè)信號減低越明顯。

與同齡正常人相比，PD患者腦組織中鐵含量無差異，但尸檢發(fā)現(xiàn)，PD患者黑質(zhì)內(nèi)總鐵量較正常人高約175%，三價(jià)鐵含量高達(dá)225%[4]，提示黑質(zhì)內(nèi)至少有一部分活性鐵水平升高。黑質(zhì)內(nèi)鐵異常沉積是引起PD神經(jīng)元變性死亡的起始原因，在PD神經(jīng)變性的發(fā)展過程中起直接作用，病理表現(xiàn)為黑質(zhì)細(xì)胞萎縮、消失，殘存細(xì)胞變性，膠質(zhì)細(xì)胞增生，并引起黑質(zhì)體積減小，隨病情進(jìn)展、病程延長，黑質(zhì)也會進(jìn)一步減小[5-6]。 本研究結(jié)果顯示，PD組患者黑質(zhì)相位值低于對照組(P<0.05)，提示PD患者黑質(zhì)鐵含量增高，與其他學(xué)者的研究結(jié)果相似[6-9]。本研究結(jié)果亦顯示，PD組黑質(zhì)背側(cè)、腹側(cè)及黑質(zhì)前、中、后部位的相位值均低于對照組(P<0.05)，說明PD患者黑質(zhì)內(nèi)鐵含量呈彌漫性增加，同時(shí)累及SNr以及SNc各個(gè)區(qū)域。該結(jié)果與其他文獻(xiàn)報(bào)告不盡相同[10-12]，其中有學(xué)者發(fā)現(xiàn)PD組SNc相位值低于對照組(P<0.05)，但兩組SNr相位值無差異(P>0.05)，提示PD患者SNc、SNr區(qū)域鐵含量變化不完全一致。這可能與MRI檢查設(shè)備、場強(qiáng)高低、掃描參數(shù)、ROI的選取、測量方法的差異等因素有關(guān)，還可能是檢查者對于SNr、SNc影像解剖結(jié)構(gòu)的認(rèn)識不一致，比如，有的學(xué)者將紅核黑質(zhì)之間的白質(zhì)纖維作為SNc的一部分[13-14]。有學(xué)者測量SNr、SNc相位值時(shí)，根據(jù)黑質(zhì)解剖位置、形態(tài)分別勾畫出黑質(zhì)或者SNr、SNc邊緣[15]。而本研究發(fā)現(xiàn)PD患者因黑質(zhì)變性，與周圍腦白質(zhì)分界不清，難以準(zhǔn)確勾勒黑質(zhì)邊界；PD患者SNr、SNc鐵含量增加、信號減低，兩者分界不清，3.0 T以下MR不能準(zhǔn)確區(qū)分。黃新明等[16]也認(rèn)為黑質(zhì)的SNc、SNr分界不清，無法清楚分離，因此將整個(gè)黑質(zhì)作為一個(gè)整體進(jìn)行鐵沉積的測量。

本研究將黑質(zhì)作為一個(gè)整體，在黑質(zhì)內(nèi)各區(qū)域選取多個(gè)ROI進(jìn)行測量，每個(gè)ROI大小一致，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)需要計(jì)算相應(yīng)部位平均相位值，研究黑質(zhì)內(nèi)鐵含量變化特點(diǎn)。另外本研究應(yīng)用黑質(zhì)背側(cè)、腹側(cè)來代表SNc、SNr，也符合MR各序列黑質(zhì)形態(tài)、信號表現(xiàn)，這與Sofic等[4]的研究結(jié)果相似。與其他學(xué)者應(yīng)用勾勒黑質(zhì)邊緣測量鐵含量方法相比，本方法能更客觀、整體評價(jià)黑質(zhì)鐵含量變化特點(diǎn)。

本研究結(jié)果顯示，PD患者肢體癥狀明顯側(cè)大腦黑質(zhì)相位值與對側(cè)大腦黑質(zhì)相位值比較無差異，推測可能PD黑質(zhì)的病理生化改變早于運(yùn)動癥狀甚至非運(yùn)動癥狀期，在PD的亞臨床期或者非運(yùn)動癥狀之前已經(jīng)出現(xiàn)了黑質(zhì)雙側(cè)異常鐵沉積。Braak等[17]報(bào)告SNc多巴胺神經(jīng)元丟失達(dá)50%～80%時(shí)才出現(xiàn)相關(guān)臨床癥狀，而且病變初期癥狀不對稱，病變多處于亞臨床期；病程處于1～2期時(shí)黑質(zhì)的病理改變就已經(jīng)存在，DA已經(jīng)減少、缺失，但因?yàn)樯窠?jīng)元的異常興奮性或多巴胺受體的敏感性增強(qiáng)等影響，患者可以沒有運(yùn)動癥狀，因?yàn)?～2期患者主要以非運(yùn)動癥狀為主，但是這些癥狀往往被忽視或者誤診。

應(yīng)用SWI技術(shù)選取多個(gè)ROI測量黑質(zhì)相位值，可以更加客觀、準(zhǔn)確定量評估PD大腦鐵含量，今后我們將繼續(xù)擴(kuò)大樣本量，深入探索黑質(zhì)鐵沉積含量與PD臨床表現(xiàn)之間的關(guān)系，以確定PD發(fā)病的鐵含量的閾值范圍。

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Detection of iron content in substantia nigra by susceptibility weighted imaging in patients with Parkinson′s disease

RENYan-de1,2,LONGLi-ling1,LIXiang-rong1,QINYu-hong1,LIChun-yan1,DAIYi1,JIANGMu-liang1,YEWei1

(1DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofGuangxiMedicalUniversity,Nanning530021,China;2DepartmentofRadiology,theAffiliatedHospitalofQingdaoUniversity,Qingdao266003,China)

Objective To investigate the application value of susceptibility weighted imaging(SWI) for the detection of iron content in the substantia nigra in the patients with Parkinson′s disease(PD).Methods Forty-two patients with PD(PD group) and 41 normal individuals(control group) underwent SWI examination.Then the phase images were selected for statistical analysis.Three circular regions of interest(ROI) with equal size were selected from dorsal side and ventral side of the substantia nigra separately.The phase radian of each ROI was measured,and then the phase values were calculated with the formula.Results Compared to the control group,the phase values of the substantia nigra in the PD group reduced(P<0.05),and the phase values of the anterior,middle and posterior parts,ventral and dorsal parts of the substantia nigra in the PD group were all significantly less than those in the control group(P<0.05).There was no significant difference in the phase values of the substantia nigra between the side with obvious symptoms and the opposite side(P>0.05).Conclusion The iron content increase simultaneously in the substantia nigra of patients with PD.Selection of multiple ROIs in the substantia nigra for measuring the phase values of the substantia nigra can provide an objective and overall evaluation for the changes of the iron content in the substantia nigra of patients with PD.

Parkinson′s disease,Substantia nigra,Susceptibility-weighted imaging,Phase value,Iron

國家自然科學(xué)基金(81260215)；廣西自然科學(xué)基金(2012GXNSFAA053142)

任延德(1973～)，男，博士，副主任醫(yī)師，研究方向：神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷與研究。

李向榮(1973～)，男，碩士，副主任醫(yī)師，研究方向：神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷與研究，E-mail：lxr99@sina.com。

R 742.5

A

0253-4304(2016)06-0770-03

10.11675/j.issn.0253-4304.2016.06.05

2016-02-11

2016-04-22)