DKI和SWI在阿爾茲海默癥腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科

(甘肅 蘭州 730000)

朱道明 郭順林

綜 述

DKI和SWI在阿爾茲海默癥腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科

(甘肅 蘭州 730000)

朱道明 郭順林

阿爾茲海默癥；DKI；SWI；腦微結(jié)構(gòu)損害

AD是以記憶功能減低和空間定向能力改變?yōu)橹鞯睦夏晷月赃M展性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。隨著中國老年化程度的逐漸加重，AD的發(fā)生率會逐漸增加。AD主要引起腦實質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，隨病程進展會逐漸喪失全部認知功能。AD患者現(xiàn)在公認的發(fā)病機制是β-淀粉樣蛋白沉積，β-淀粉樣蛋白沉積使神經(jīng)元纖維纏結(jié)和膽堿能神經(jīng)元死亡，從而引發(fā)腦血管淀粉樣變性。磁共振DKI和SWI都是在顯示腦細微結(jié)構(gòu)上有優(yōu)勢，DKI能夠精準顯示腦灰白質(zhì)細微結(jié)構(gòu)的改變，而SWI則可以精準顯示腦微出血灶及鐵質(zhì)沉積，因此，這兩種技術(shù)對AD疾病中的評價、診斷、治療和預(yù)后等方面的應(yīng)用有著重要價值。

1 DKI在AD腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

1.1 DKIDKI是由DTI發(fā)展而來，于2005年由Jenson等[1-2]提出，之后，吳學(xué)奎[3]對DKI參數(shù)進行進一步發(fā)展和完善，現(xiàn)逐漸應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)并得到較好的研究效果。DKI主要通過分析不同方向上水分子非高斯分布情況，較為準確、真實的反映組織的細微結(jié)構(gòu)變化。而且，峰度參數(shù)受到的干擾因素較擴散參數(shù)小[4]，獲得的信息準確度更高。

1.2 DKI對AD患者腦灰白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變的顯示AD患者腦實質(zhì)因β-淀粉樣蛋白沉積使神經(jīng)元纖維纏結(jié)和膽堿能神經(jīng)元死亡，使細胞結(jié)構(gòu)從細胞水平發(fā)生變化，細胞結(jié)構(gòu)改變必然導(dǎo)致腦組織微結(jié)構(gòu)使得發(fā)生變化，腦組織中水分子受到的約束和限制下降，水分子各方向彌散率發(fā)生改變。

Struyfs H等[5-6]對AD患者較對照組的腦組織KA值及KA值均降低。Gong N-J等[7]和郭龍軍等[8]通過顯著增加擴散率和減低峰度參數(shù)觀察發(fā)現(xiàn)AD患者較對照組MK值、AK值均與MMSE評分呈正相關(guān)，MD值與MMSE評分呈負相關(guān)。這說明DKI可以通過腦白質(zhì)和灰質(zhì)的特征性微結(jié)構(gòu)改變來評價AD患者腦損害情況。另有Bartzokis G等[9]研究表明，AD患者胼胝體受損非常明顯，且胼胝體的膝部和壓部病變發(fā)生機制不同，壓部是灰質(zhì)神經(jīng)元損害，膝部則是髓鞘損害，并且KA及MK值與MMSE評分有相關(guān)性。Zhu W-z等[10]研究表明，AD患者的灰質(zhì)核團中MK值和KA值均升高，這說明AD患者各向異性彌散差別增大，水分子彌散限制能力下降，通過KA值的變化能夠反應(yīng)出阿爾茲海默患者疾病進展情況。

由上述研究我們可以得到，DKI各參數(shù)能夠?qū)Π柶澓Ｄ颊吣X細微結(jié)構(gòu)改變作較為精準的反映。在DKI各參數(shù)中，MK值與AD患者腦微結(jié)構(gòu)損害的相關(guān)性最高，對評價腦微結(jié)構(gòu)損害最為準確，可以推測MK值將成為評價AD腦微結(jié)構(gòu)損害的更加精準的一個指標，這對AD早期診斷具有重要的臨床指導(dǎo)意義。

1.3 DKI參數(shù)結(jié)果支持AD與糖尿病有相似性Kandimalla R等[11]和Mittal K等[12]研究表明，AD與糖尿病在分子學(xué)和生化等特性有諸多重疊，且人類研究證據(jù)和動物實驗?zāi)Ｐ脱芯拷Y(jié)果均支持AD是一種糖尿病。Vanhoutte G等[13]的動物實驗表明，糖尿鼠腦組織中β-淀粉樣蛋白增多，而β-淀粉樣蛋白在腦組織的沉積是AD的發(fā)病機制。Wang A等[14]研究表明AD患者的胰島素和胰島素樣生長因子表達水平明顯下降，說明AD的胰島素和和胰島素樣生長因子表達和信號機制受損，因此AD被認為是第三類糖尿病。

胼胝體、額葉及扣帶回等區(qū)域的變化會導(dǎo)致的認知功能出現(xiàn)問題，糖尿病患者和AD患者在這些區(qū)域的微結(jié)構(gòu)方面有共同結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Falangola M F等[15]和Yau PL等[16]對于糖尿病人的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病人視輻射、輻射冠、額顳葉皮層FA值明顯減低。Hsu等[17]和Reijmer等[18]的研究表明糖尿病患者與正常對照組腦組織尤其是雙側(cè)大腦半球纖維素MD值升高，額葉白質(zhì)的KA值明顯減低。而關(guān)于AD患者的研究中，Preti等[19]研究發(fā)現(xiàn)，胼胝體、扣帶回、額葉等區(qū)域KA減低。

以這些參數(shù)值的變化說明糖尿病患者和AD患者的類似功能核團區(qū)神經(jīng)纖維變得稀疏，出現(xiàn)腦白質(zhì)脫髓鞘改變。AD患者和糖尿病患者在腦組織相應(yīng)區(qū)域和核團的有相似影像表現(xiàn)，這也從影像學(xué)角度印證了相關(guān)生化和分子學(xué)上二者具有共同病理基礎(chǔ)。

DKI通過非高斯曲線得到的水分子擴散偏離模型能獲取更多信息來描述體內(nèi)擴散受限過程。Vanhoutte G等[13]的動物實驗證實，DKI獲取更加敏感提供擴散和峰度系數(shù)，從而使許多腦白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)變化在DKI參數(shù)值上顯示出來。DKI還可以對神經(jīng)細胞數(shù)量及組織結(jié)構(gòu)分布進行較精確的顯示，對復(fù)雜腦組織結(jié)構(gòu)和隨病程進展腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化具有獨特的優(yōu)勢。

2 SWI在AD腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

2.1 SWISWI原理是采用低通濾波后的復(fù)數(shù)圖像與原始復(fù)數(shù)圖像相除，從而獲得高通濾波的相位圖像，高通濾波能過濾背景場中的低頻成份，進而形成SWI圖像。SWI采用流動補償三維梯度回波序列采集數(shù)據(jù)[20]，對順磁性物質(zhì)敏感性高，對微出血灶及鐵質(zhì)沉積等的檢出率高，并實現(xiàn)亞毫米級微小血管顯影。

2.2 SWI對AD鐵質(zhì)沉積的應(yīng)用研究Takano K等[21]研究表明AD患者腦組織中鐵及鐵蛋白明顯增多。Wee C-Y等[22]研究表明鐵質(zhì)沉積程度與AD患者疾病進展有密切關(guān)系。Wang D等[23]通過尸檢表明AD患者的基底節(jié)區(qū)有鐵質(zhì)異常集聚。Parks-Medina E等[24]和Moon Y等[25]的研究表明β-淀粉樣蛋白沉積是導(dǎo)致AD患者鐵質(zhì)沉積的原因。β-淀粉樣蛋白沉積導(dǎo)致氧化應(yīng)激，使得腦組織內(nèi)鐵氧化，而氧化應(yīng)激又會導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白沉積，進而加重氧化應(yīng)激，這樣惡性循環(huán)導(dǎo)致鐵質(zhì)在AD患者腦組織中聚集。

腦組織內(nèi)鐵質(zhì)沉積的量可以通過SWI相位圖反映出來，測量特定區(qū)域校正后的相位圖的相位值可以相應(yīng)反映出該區(qū)域的鐵質(zhì)含量。Liu C等[26]及和Liu H等[27]研究表明AD患者皮質(zhì)下區(qū)、海馬區(qū)、蒼白球、基底節(jié)區(qū)的鐵質(zhì)沉積較正常對照組多。Wang D等[23,28]所述文獻均表明，雙側(cè)海馬區(qū)、尾狀核、丘腦區(qū)、蒼白球等區(qū)域鐵質(zhì)沉積與MMSE評分量表有明顯相關(guān)性，且隨著病程進展鐵質(zhì)沉積會越多。Ding B等[29]通過SWI相位圖研究發(fā)現(xiàn)腦部諸區(qū)域中，海馬區(qū)鐵質(zhì)沉積與MMSE評分量表的相關(guān)性最高。

以上文獻研究結(jié)果說明AD患者主要鐵質(zhì)沉積區(qū)域為海馬區(qū)、丘腦區(qū)、基底節(jié)區(qū)，并隨著病程進展鐵質(zhì)沉積量亦逐漸增加，鐵質(zhì)沉積的量與MMSE評分量表有很好相關(guān)性，這在臨床上對疾病診斷有很重要的應(yīng)用價值。

2.3 SWI對AD微出血灶的應(yīng)用研究腦微出血灶中的鐵均為順磁性物質(zhì)，能夠產(chǎn)生局部磁場不均勻的磁敏感效應(yīng)，SWI能夠?qū)⑦@種局部磁敏感效應(yīng)捕捉并顯示出來，得到清晰的微出血灶。

SWI能將直徑小于1mm的腦微出血灶在相位圖上顯示。Guo等[30]研究表明SWI對微出血灶的檢出率較常規(guī)序列要高。Sepehry A A等[31]、劉勁峰等[32]和Buch S等[33]研究表明，SWI腦微出血灶檢出率要優(yōu)于T1WI和T2WI，對腦實質(zhì)出血的敏感性和準確性能接近100%。

Matsushita T等[34]實驗表明SWI所測病灶體積要大于標本所測值。SWI分辨率很高，增強的相位圖使得失相位表現(xiàn)為低信號而產(chǎn)生放大現(xiàn)象。因此，SWI對出血灶顯示病灶比真實病灶體積大，反映病灶真實大小不如T2WI，所以微出血灶要多序列綜合合評價才能做出準確診斷。

3 SWI及DKI在AD患者腦微結(jié)構(gòu)損害的相關(guān)性研究

鐵在體內(nèi)能使DNA底物氧化，影響DNA自身修復(fù)而引起DNA損傷[35]。細胞內(nèi)如果DNA損傷會帶給細胞正常的生命活動帶來很嚴重的影響，細胞的損傷必然引起組織結(jié)構(gòu)功能異常，如果損傷的是在腦細胞，就會引起患者認知功能的障礙。AD最早表現(xiàn)出來的就是認知功能障礙，Yates P等[36]文獻表明，輕度腦認知功能障礙患者中約3/4最終發(fā)展成為AD，而AD中月2/3是由輕度認知功能障礙進展而來。

Zhu W-z等[10]通過對腦灰質(zhì)核團用ROI法發(fā)現(xiàn)AD患者異常鐵質(zhì)沉積區(qū)的MK值和KA值的升高，說明AD患者灰質(zhì)核團MK值和KA值與鐵質(zhì)沉積存在相關(guān)性。van Rooden S等[37]研究發(fā)現(xiàn)，認知功能障礙患者殼核區(qū)的鐵含量比正常對照組要高，并且研究過程中腦微出血患者部分進展為AD，這表明SWI可以作為評價認知功能障礙向AD進展的方法。

以上研究說明AD患者灰質(zhì)核團區(qū)的鐵質(zhì)沉積是有相關(guān)性，對于而者之間具體聯(lián)系目前研究尚少，還有待于進一步研究。

綜上所述，磁共振DKI和SWI能夠顯示腦組織微結(jié)構(gòu)變化，DKI能對灰白質(zhì)細微結(jié)構(gòu)進行精準顯示，SWI則是對腦微出血和鐵質(zhì)沉積進行較為精確的顯示。目前已經(jīng)有研究者在關(guān)注白質(zhì)纖維與鐵質(zhì)沉積之間的關(guān)系，但仍需從病理、生化和分子生物學(xué)等多學(xué)科上對二者的相關(guān)性做進一步研究，從而有更充分的證據(jù)來支持影像學(xué)結(jié)論，以便更有理有據(jù)的將這些新的前沿技術(shù)應(yīng)用于臨床，進而更好揭示疾病發(fā)生發(fā)展規(guī)律及各種病變間的相互關(guān)聯(lián)。

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(本文編輯:謝婷婷)

R651.1

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.11.044

郭順林

2017-09-18