DTI觀察乳腺癌化療前后腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)與認(rèn)知功能變化

劉 偉，宋 晨，陳宏海，于傳文，翟方兵，王 磊，孫 闖，伍建林

(1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院院放射科，2.腫瘤科，遼寧 大連 116027；3.大連大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116001)

臨床上，腫瘤患者化療后常出現(xiàn)學(xué)習(xí)和記憶力減退、計劃和任務(wù)執(zhí)行困難、注意力不集中、計算能力下降、語言障礙等認(rèn)知障礙，不僅影響患者的日常工作和社會交往能力，甚至導(dǎo)致部分患者無法勝任原有工作，這種化療后改變稱為化療相關(guān)認(rèn)知功能損傷(chemotherapy-related cognitive impairment, CRCI)[1]。目前已有研究[2]探討引起該臨床癥狀可能的神經(jīng)解剖學(xué)或功能學(xué)異常及其機制。本研究采用前瞻性縱向研究，以神經(jīng)心理測試和DTI技術(shù)探討乳腺癌患者化療后腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)和認(rèn)知功能的變化及其相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年11月—2017年11月于大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院就診的乳腺癌患者21例，均為女性，年齡29～70歲，平均(50.1±13.1)歲，平均受教育年限(10.43±3.04)年；絕經(jīng)前10例、絕經(jīng)后11例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)手術(shù)病理證實為早期乳腺癌，術(shù)后3～4周；②未接受放療及輔助化療；③右利手；④受教育年限≥6年。排除標(biāo)準(zhǔn)：①糖尿病及其他代謝性疾??；②顱腦腫瘤、顱腦外傷、腦卒中等顱腦疾病；③服用對神經(jīng)及精神有影響的藥物；④罹患精神疾?。虎菥凭砂a。本研究經(jīng)大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)；所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 化療方案 對所有患者于術(shù)后3～4周開始化療，共3種化療方案，依據(jù)美國國立綜合癌癥網(wǎng)絡(luò)指南[3]常規(guī)劑量給藥：①AC方案，多柔比星加環(huán)磷酰胺4～6周期；②TC方案，多西他賽加環(huán)磷酰胺4～6周期；③AC-T方案，表柔比星加環(huán)磷酰胺4周期，序貫多西他賽4周期?；熯^程持續(xù)約3～6個月。

1.3 儀器與方法 所有患者于化療前1天及化療結(jié)束后1個月接受MR檢查。采用Siemens Verio 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀。首先掃描軸位T2-FLAIR序列，TR 4 000 ms，TE 77 ms，反轉(zhuǎn)時間1 537 ms，翻轉(zhuǎn)角150°，F(xiàn)OV 227 mm ×250 mm，矩陣256×256，體素大小1.4 mm×1.0 mm×5.0 mm。DTI采用SE-EPI序列，掃描范圍覆蓋全腦，TR 11 908 ms，TE 86 ms，F(xiàn)OV 244 mm×244 mm，矩陣128×128，體素大小2 mm×2 mm×2 mm，共30個擴散加權(quán)方向，b=0、1 000 s/mm2，層厚2 mm，無層間距，共掃描65層。

1.4 數(shù)據(jù)處理 由1名放射科醫(yī)師在不知曉臨床資料的情況下以盲法對T2-FLAIR所示腦白質(zhì)高信號進行Fazekas可視化等級評價[4]：0級，無白質(zhì)高信號；1級，白質(zhì)區(qū)高信號呈斑點狀分布；2級，白質(zhì)區(qū)高信號開始融合；3級，白質(zhì)區(qū)高信號呈大片狀融合。

采用流水線工具PANDA(http://www.nitric.org/projects/panda/)對DTI數(shù)據(jù)進行處理：①將DICOM格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成NIFTI格式；②評估腦模板，以FSL(FMRIB Software Library )V5.0軟件中的“bet”命令和b=0圖像評估腦模板；③使用FSL中的“fslroi”命令去除非腦結(jié)構(gòu)；④使用FSL中的“flirt”命令對圖像進行渦流效應(yīng)校正；⑤使用FSL中的“dtifit”命令計算彌散張量參數(shù)各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy， FA)值和平均彌散率(mean diffusivity， MD)；⑥以加拿大蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute， MNI)標(biāo)準(zhǔn)頭部解剖模板為標(biāo)準(zhǔn)化模板，使用FSL中的“fnirt”命令將非線性轉(zhuǎn)換的個性化FA圖像轉(zhuǎn)換到MNI空間FA模板中，然后以FSL中的“applywarp”命令將圖像重采樣為體素大小1 mm×1 mm×1 mm的標(biāo)準(zhǔn)擴散參數(shù)圖像；⑦結(jié)果輸出，一方面通過基于束的空間統(tǒng)計分析(tract-based spatial statistics, TBSS)方法獲得全腦白質(zhì)整體FA及MD纖維骨架圖，并以非參數(shù)置換檢驗比較FA和MD值的差異，設(shè)定閾值0.05；另一方面基于圖的分析方法提取ROI的FA和MD值，根據(jù)國際腦圖聯(lián)盟制定的DTI-81圖，ROI共包含50個腦白質(zhì)區(qū)[5]，結(jié)果以excel文件格式存儲。

1.5 神經(jīng)心理認(rèn)知測試 由同1名具有6年心理測試經(jīng)驗的高年資臨床女醫(yī)師在安靜房間內(nèi)于化療前1天和化療后1個月完成。測試項目包括：①連線測試A部分；②數(shù)字廣度測試順背和倒背部分；③Stroop顏色測試、Stroop字測試和Stroop干擾測試；④數(shù)字符號測試；⑤聽覺詞語學(xué)習(xí)即刻及延遲5 min測試；⑥蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal cognitive assessment， MoCA)北京版。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，患者化療前后神經(jīng)心理認(rèn)知測試結(jié)果及腦白質(zhì)FA、MD值的比較采用配對t檢驗。以Pearson相關(guān)分析評價化療前后有統(tǒng)計學(xué)差異腦白質(zhì)區(qū)的FA、MD值與神經(jīng)心理認(rèn)知測試結(jié)果的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 神經(jīng)心理認(rèn)知測試 與化療前比較，化療后1個月后患者Stroop字測試、Stroop干擾測試、數(shù)字廣度倒背測試、數(shù)字符號測試、聽覺詞語學(xué)習(xí)延遲5 min測試差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05，表1)。

2.2 腦白質(zhì)高信號等級 T2-FLAIR示化療前后乳腺癌患者腦白質(zhì)Fazekas等級無變化，均為0級11例，1級9例(圖1)，2級1例，無3級患者。

2.3 DTI TBSS方法分析 化療前后乳腺癌患者全腦白質(zhì)整體FA、MD值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。采用基于圖的分析方法提取的50個腦白質(zhì)區(qū)中，10個區(qū)域的FA或MD值化療前后差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05，表2)。

2.4 相關(guān)性分析 分別對化療前后有差異有統(tǒng)計學(xué)意義的腦白質(zhì)區(qū)的FA、MD值與神經(jīng)心理認(rèn)知測試結(jié)果進行相關(guān)性分析，其中化療后左側(cè)扣帶束MD值與Stroop干擾測試結(jié)果呈正相關(guān)(r=0.457，P=0.037，圖2)，其他腦區(qū)FA和MD值與神經(jīng)心理認(rèn)知測試結(jié)果均無明顯相關(guān)性(P均>0.05)。

表1 乳腺癌患者化療前后神經(jīng)心理認(rèn)知測評結(jié)果比較(±s，n=21)

表1 乳腺癌患者化療前后神經(jīng)心理認(rèn)知測評結(jié)果比較(±s，n=21)

時間MoCA(分)連線測試A部分(s)數(shù)字廣度測試(s)順背倒背Stroop測試(s)顏色字干擾數(shù)字符號測試(s)聽覺詞語學(xué)習(xí)(個)即刻延遲5 min化療前28.05±0.9751.92±9.285.81±0.755.05±0.5915.82±3.1717.36±3.2430.07±5.7459.00±6.5825.95±4.549.38±1.20化療后27.81±0.6853.77±8.025.57±0.674.81±0.4016.20±3.4818.28±3.4632.12±5.0957.19±6.4825.52±4.868.66±1.39t值1.746-1.6862.0242.500-1.974-3.966-6.4333.3681.9103.873P值0.0960.1070.0560.0210.0620.001<0.0010.0030.0710.001

表2 乳腺癌患者化療前后差異有統(tǒng)計學(xué)意義腦白質(zhì)區(qū)的FA、MD值比較(±s，n=21)

表2 乳腺癌患者化療前后差異有統(tǒng)計學(xué)意義腦白質(zhì)區(qū)的FA、MD值比較(±s，n=21)

時間FA值右側(cè)丘腦后輻射右側(cè)矢狀層右側(cè)上縱束MD值(×10-3 mm2/s)右側(cè)內(nèi)囊豆?fàn)詈撕蟛坑覀?cè)丘腦后輻射右側(cè)矢狀層右側(cè)扣帶束左側(cè)扣帶束右側(cè)下額枕束左側(cè)下額枕束化療前0.58±0.030.54±0.030.59±0.030.74±0.020.78±0.030.78±0.030.66±0.050.66±0.050.76±0.030.76±0.02化療后0.56±0.040.52±0.040.57±0.030.75±0.030.80±0.030.80±0.040.70±0.060.69±0.070.77±0.030.77±0.03t值2.4022.5012.257-2.104-3.900-3.444-2.968-2.122-2.268-2.901P值0.0260.0210.0350.0480.0010.0030.0080.0470.0350.009

圖1 患者64歲，T2-FLAIR圖像腦白質(zhì)高信號 A.化療前右側(cè)額葉、左側(cè)額頂葉腦白質(zhì)斑點狀高信號，F(xiàn)azekas等級為1級； B.化療后高信號范圍無變化 圖2 化療后左側(cè)扣帶束MD值與Stroop干擾測試結(jié)果相關(guān)性散點圖

3 討論

20世紀(jì)90年代，有學(xué)者[6]發(fā)現(xiàn)某些高劑量化療方案可引起患者腦白質(zhì)退行性改變，其常規(guī)T2WI表現(xiàn)為腦白質(zhì)信號增高。Brown等[7]觀察4例接受高劑量化療的乳腺癌患者，其中3例分別于化療后5個月、2個月、2.5個月出現(xiàn)白質(zhì)區(qū)高信號，且之后6～12月仍然持續(xù)存在。本組患者于T2-FLAIR序列圖像上未見肉眼可辨的白質(zhì)信號變化，提示化療未引起明顯腦白質(zhì)損傷，與Menning等[8]的研究結(jié)果相似，后者觀察26例乳腺癌患者，化療結(jié)束6個月后腦白質(zhì)未出現(xiàn)大范圍高信號改變。

基于TBSS的DTI數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果顯示，本組乳腺癌患者化療前后全腦白質(zhì)整體FA、MD值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，提示化療未對本組患者整體腦白質(zhì)完整性產(chǎn)生影響。既往研究得出相似的結(jié)果，如Mo等[9]發(fā)現(xiàn)亞洲女性早期乳腺癌患者化療結(jié)束2～3周后全腦白質(zhì)整體FA值與化療前無顯著差異；Koppelmans等[10]認(rèn)為乳腺癌患者化療結(jié)束平均21.1年后腦白質(zhì)的FA值和MD值與健康對照組差異無統(tǒng)計學(xué)意義。相反，de Ruiter等[11]則發(fā)現(xiàn)17例乳腺癌患者化療后10年全腦白質(zhì)MD值顯著升高，該組患者均接受了高劑量化療藥物，這可能是引起MD值增高的原因之一。

本研究顯示化療前后乳腺癌患者腦局部白質(zhì)區(qū)的FA、MD值有顯著性改變，其中矢狀層、上縱束、內(nèi)囊豆?fàn)詈撕蟛亢拖骂~枕束屬于皮層下白質(zhì)纖維束，這些白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)連同中央前回、島葉、顳中上回、海馬以及外囊，是額-頂-枕網(wǎng)絡(luò)的組成部分，參與視空間注意功能的下行控制[12]。此區(qū)域白質(zhì)纖維的FA值降低和/或MD值升高提示腦白質(zhì)完整性降低，可導(dǎo)致注意功能下降，可以解釋本研究中乳腺癌患者出現(xiàn)的注意功能減退，即數(shù)字廣度倒背測試評分減低和Stroop字測試和干擾測試用時延長。矢狀層是一個較大范圍薄片樣的矢狀白質(zhì)結(jié)構(gòu)，是主要的白質(zhì)纖維交叉路口，下額枕束、視輻射、下縱束等多個白質(zhì)纖維束均在此交叉走行[5，13]，具有白質(zhì)纖維樞紐的作用，矢狀層損傷可能導(dǎo)致語言或視覺缺失[14]?？蹘情L的神經(jīng)纖維束，從眶額回延伸至內(nèi)側(cè)顳葉，大部分位于扣帶回走行范圍內(nèi)，自前腦基底部到大腦皮層提供膽堿能路徑[15-16]，對認(rèn)知功能、尤其是記憶功能非常重要[16]。Lin等[17]采用擴散纖維束成像顯示早期阿爾茨海默癥患者左側(cè)扣帶束白質(zhì)FA值減低，這種腦區(qū)特異性的退行性改變與執(zhí)行和記憶功能減低有關(guān)，提示扣帶束除參與記憶功能以外，還參與執(zhí)行功能。本組患者雙側(cè)扣帶束MD值升高，可以解釋化療后出現(xiàn)的聽覺詞語學(xué)習(xí)延遲5 min記憶功能減低和Stroop字測試和干擾測試執(zhí)行功能減低。本研究還發(fā)現(xiàn)化療后左側(cè)扣帶束MD值與Stroop干擾測試結(jié)果呈正相關(guān)，提示白質(zhì)微結(jié)構(gòu)完整性下降伴隨執(zhí)行功能減低，進一步表明扣帶束參與執(zhí)行功能。動物實驗研究[18]證實，順鉑可引起小鼠扣帶回髓磷脂堿性蛋白陽性纖維一致性增加，提示扣帶回區(qū)白質(zhì)復(fù)雜性降低，同時伴隨小鼠認(rèn)知行為減低，為化療后白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷提供了病理學(xué)基礎(chǔ)。

綜上所述，本研究利用DTI技術(shù)檢測到化療結(jié)束后1個月乳腺癌患者存在腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化，表現(xiàn)為局部白質(zhì)而非全腦白質(zhì)完整性下降，且化療后左側(cè)扣帶束MD值與Stroop干擾測試結(jié)果呈正相關(guān)，提示局部白質(zhì)完整性下降，可能是某一認(rèn)知領(lǐng)域功能減退的神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)。