嗅覺相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)突方向離散度與密度成像早期診斷帕金森病的價值

熱米拉·玉山 肖 寧 劉存存 陸 鵬 王 紅

新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院，新疆 烏魯木齊 830011

嗅覺障礙是帕金森?。≒arkinson’s disease，PD）最典型的非運動特征之一，也是帕金森病伴癡呆的預(yù)測特征［1］。它被作為PD 診斷的支持標(biāo)準之一，早已納入《MDS 帕金森病臨床診斷標(biāo)準》［2］中。多項研究表明，嗅覺障礙可能先于臨床上明顯的帕金森運動癥狀至少4 a出現(xiàn)，并且可存在于高達90%的早期PD 患者［3］。也有研究指出，嗅覺障礙在疾病典型運動癥狀出現(xiàn)之前即可發(fā)生并與患者疾病嚴重程度無關(guān)［4］。嗅覺檢測方法大體分為主觀和客觀兩種，其中磁共振成像作為一種客觀定量檢測方法，在PD的診斷及鑒別診斷中有重要價值。神經(jīng)突方向離散度與密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging，NODDI）作為一種新興的磁共振成像技術(shù)，為神經(jīng)突定向、彌散和密度的體內(nèi)標(biāo)測提供了可能。因此，利用NODDI 可以更深入了解帕金森病患者發(fā)生的特異性神經(jīng)退行性改變。本研究擬應(yīng)用NODDI 技術(shù)分析早期PD 組與健康對照組嗅皮質(zhì)各腦區(qū)的微結(jié)構(gòu)變化，探討NODDI 技術(shù)對早期帕金森病患者的輔助診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2020-05—2021-05 在新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科臨床確診的早期帕金森病患者30 例為PD 組，其中男16 例，女14 例，年齡49～72（62.30±7.01）歲。正常對照組均來自于同期體檢健康者40 例，其中男22 例，女18 例，年齡50～70（60.15±6.29）歲。PD 組與正常對照組年齡（P=0.81，兩獨立樣本t 檢驗）和性別（P=0.89，卡方檢驗）差異無統(tǒng)計學(xué)意義，具有可比性。

PD組納入標(biāo)準：經(jīng)?？拼_診為原發(fā)性帕金森病且Hoehn ＆ Yahr（H-Y）分級Ⅰ～Ⅱ級患者（診斷采用英國帕金森病協(xié)會腦庫制定的帕金森病臨床診斷標(biāo)準）；無鼻腔或鼻竇疾病史，鼻科常規(guī)檢查正常；患者能夠配合完成研究內(nèi)容。病例組和健康組的排除標(biāo)準：有嚴重頭部損傷、顱內(nèi)手術(shù)、鼻腔手術(shù)、季節(jié)性過敏、鼻竇炎或其他當(dāng)前呼吸道感染史、有影響嗅覺功能的其他疾病受試者。本研究受試者均已簽署知情同意書，本次研究獲得倫理委員會審查批準。

1.2 嗅覺測試采用簡易嗅覺監(jiān)察法：選用乙醇、醬油、香水、樟腦油、醋為測試物，水為對照物，裝于顏色、樣式完全相同的小瓶中。檢查開始時受檢者閉目，先堵住左側(cè)鼻孔用右側(cè)鼻孔嗅小瓶中的氣味，小瓶置于距鼻孔下方1 cm處，接著讓受檢者說明名稱并做好記錄。然后用同樣方法測左側(cè)鼻孔嗅覺功能。每位受檢者檢查過程中有時間間隔，以避免出現(xiàn)嗅覺疲勞影響結(jié)果。受檢者全部辨識正確為嗅覺正常，其余為有嗅覺障礙。本研究選擇30例患者均有嗅覺障礙。

1.3 H-Y分級由于本研究重點探討嗅覺相關(guān)腦區(qū)NODDI 參數(shù)值對帕金森病早期診斷的價值，因此采用Hoehn ＆ Yahr 分級量表選擇H-YⅠ～Ⅱ患者作為研究對象，其中H-YⅠ級14例，H-YⅡ級16例。

1.4 檢查方法使用飛利浦3.0T MRI掃描儀，利用32 通道頭部線圈對參與者進行掃描，用合適的襯墊以盡量減少頭部活動。NODDI序列采用自旋回波平面成像擴散加權(quán)方案獲得，該序列由2個b值沿前后相位編碼方向的32個均勻分布方向組成。掃描參數(shù)為：b 值：1 000 s/mm2、2 000 s/mm2；TR：3 000；TE：80 ms；矩陣：128 mm×128 mm；FOV：230 mm×200 mm×119 mm；層厚：5 mm；總掃描時間：9 min。掃描范圍：顱頂至小腦。

1.5 數(shù)據(jù)分析首先將MR 掃描得到的原始Dicom數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成FEL-NIFTI 格式，然后用Matlab R2013a軟件利用NODDI編碼執(zhí)行圖像處理得到神經(jīng)突體積分數(shù)（intracellular volume fraction，VIC）圖、神經(jīng)突方向分散度（orientation dispersionindex，ODI）圖。

1.6 感興趣區(qū)分析感興趣區(qū)的選取由2名具有豐富診斷經(jīng)驗的放射科主治醫(yī)師采用雙盲方法進行，3次測量取平均值。使用常規(guī)T1WI、T2WI 序列當(dāng)作參考圖，選取感興趣區(qū)（所選感興趣區(qū)為雙側(cè)海馬、雙側(cè)杏仁核），然后在同一層面ODI 及VIC 圖中經(jīng)測量獲得雙側(cè)海馬、雙側(cè)杏仁核的ODI及VIC值（圖1）。

圖1 Matlab R2013a軟件利用NODDI編碼執(zhí)行得到的PD伴嗅覺障礙患者VIC、ODI。A：杏仁核及海馬層面T1WI圖；B：杏仁核及海馬層面T2WI圖；C：杏仁核及海馬層面VIC圖；D：杏仁核及海馬層面ODI圖。PD患者雙側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC值與對照組對比顯著減低Figure 1 VIC and ODI maps of PD patients with dysosmia obtained by using NODDI coding with Matlab R2013a software.A:T1WI images of amygdala and hippocampus；B:T2WI images of amygdala and hippocampus；C:VIC map of amygdala and hippocampus； D: ODI map of amygdala and hippocampus. The VIC values of bilateral hippocampus and left amygdala in PD patients were significantly lower than those in the control group

1.7 統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 22.0 統(tǒng)計學(xué)軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料比較使用t檢驗，計數(shù)資料比較使用卡方檢驗。在進行統(tǒng)計分析前，首先對2組資料進行正態(tài)性檢驗，本研究中獲取的臨床資料均呈正態(tài)分布，以均數(shù)±標(biāo)準差（±s）表示。采用兩獨立樣本t 檢驗比較PD 組與對照組相同腦區(qū)VIC和ODI 值；采用配對樣本t 檢驗比較PD 組相同腦區(qū)左右側(cè)VIC 和ODI 值、PD 組H-Y 分級Ⅰ與Ⅱ級VIC值及ODI值，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。用受試者工作特征（receiver operator characteristic，ROC）曲線評估參數(shù)的診斷價值，曲線下面積（area under the curve，AUC）越接近1.0準確性越高。

2 結(jié)果

2.1 PD組嗅皮質(zhì)左右側(cè)NODDI參數(shù)值比較帕金森病患者海馬及杏仁核左右側(cè)VIC、ODI值對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05，表1）。

表1 PD組海馬及杏仁核左右側(cè)VIC、ODI值比較 （±s）Table 1 Comparison of VIC and ODI values in left and right sides of hippocampus and amygdala in PD group （±s）

表1 PD組海馬及杏仁核左右側(cè)VIC、ODI值比較 （±s）Table 1 Comparison of VIC and ODI values in left and right sides of hippocampus and amygdala in PD group （±s）

參數(shù)VIC ODI部位海馬杏仁核海馬杏仁核左側(cè)0.418±0.035 0.431±0.030 0.468±0.028 0.426±0.033右側(cè)0.415±0.031 0.428±0.022 0.459±0.027 0.425±0.044 t值0.352 0.396 1.220 0.053 P值0.726 0.693 0.227 0.958

2.2 PD組與對照組NODDI參數(shù)值比較帕金森病患者雙側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC值較對照組降低（P＜0.05，表2），帕金森病患者雙側(cè)海馬與杏仁核ODI 值與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05，表3）。

表2 PD組與對照組VIC值比較 （±s）Table 2 Comparison of VIC values between PD group and control group （±s）

表2 PD組與對照組VIC值比較 （±s）Table 2 Comparison of VIC values between PD group and control group （±s）

部位左側(cè)杏仁核右側(cè)杏仁核左側(cè)海馬右側(cè)海馬病例組0.431±0.030 0.428±0.022 0.418±0.035 0.415±0.031對照組0.452±0.024 0.440±0.035 0.459±0.043 0.451±0.033 t值—3.846—1.613—4.265—4.590 P值＜0.001 0.111＜0.001＜0.001

表3 PD組與對照組ODI值比較 （±s）Table 3 Comparison of ODI between PD group and control group （±s）

表3 PD組與對照組ODI值比較 （±s）Table 3 Comparison of ODI between PD group and control group （±s）

部位左側(cè)杏仁核右側(cè)杏仁核左側(cè)海馬右側(cè)海馬病例組0.426±0.033 0.425±0.044 0.468±0.028 0.459±0.027對照組0.437±0.043 0.444±0.047 0.483±0.040 0.474±0.033 t值—1.115—1.662—1.827—1.874 P值0.269 0.101 0.072 0.065

2.3 PD組H-Y Ⅰ級與H-Y Ⅱ級海馬及杏仁核NODDI 參數(shù)值比較PD 組H-YⅠ級與H-YⅡ級海馬及杏仁核VIC 值、ODI 值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05，表4）。

表4 PD組海馬及杏仁核NODDI參數(shù)值 （±s）Table 4 NODDI parameter values of hippocampus and amygdala in PD group （±s）

表4 PD組海馬及杏仁核NODDI參數(shù)值 （±s）Table 4 NODDI parameter values of hippocampus and amygdala in PD group （±s）

部位左側(cè)杏仁核VIC右側(cè)杏仁核VIC左側(cè)杏仁核ODI右側(cè)杏仁核ODI左側(cè)海馬VIC右側(cè)海馬VIC左側(cè)海馬ODI右側(cè)海馬ODI H-YⅠ級（n=14）0.437±0.019 0.435±0.022 0.426±0.036 0.430±0.049 0.430±0.029 0.421±0.028 0.466±0.026 0.458±0.031 H-YⅡ級（n=16）0.425±0.024 0.422±0.021 0.427±0.034 0.422±0.041 0.408±0.037 0.409±0.037 0.470±0.030 0.460±0.024 t值1.460 1.653—0.149 0.484 1.807 1.022—0.373—0.234 P值0.155 0.110 0.883 0.632 0.082 0.316 0.712 0.817

2.4 ROC曲線 據(jù)上述研究結(jié)果繪制嗅皮質(zhì)VIC值ROC曲線（圖2），左側(cè)海馬、右側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC值A(chǔ)UC分別為0.761、0.778、0.748，均＞0.7，提示嗅皮質(zhì)VIC值對帕金森病的診斷具有一定的價值。

3 討論

人的嗅覺信息是從嗅覺上皮傳遞到嗅球，嗅球又通過嗅覺神經(jīng)投射到初級嗅覺皮質(zhì)，然后次級嗅皮質(zhì)接受初級嗅皮質(zhì)投射的嗅覺信息并進一步處理，投射到杏仁核復(fù)合體［5］、海馬及海馬旁回進行信息整合而產(chǎn)生［6-7］。目前，PD 嗅覺功能障礙的機制尚不明確。BRAAK等［8］提出帕金森病病理過程最初由延髓和嗅球開始并在這些區(qū)域出現(xiàn)路易小體沉積，嗅覺功能的障礙與路易體沉積有關(guān)。神經(jīng)影像學(xué)研究報道，這種嗅覺缺陷可能與嗅覺相關(guān)腦區(qū)的萎縮相關(guān)［9］。也有學(xué)者提出PD患者嗅覺障礙與殼核多巴胺周轉(zhuǎn)有相關(guān)性［10］。近期一項研究［11］顯示，早期PD患者腦脊液中總Tau蛋白和磷酸化Tau蛋白與α-突觸核蛋白比值、C反應(yīng)蛋白水平增高，或許這些變化也會對患者嗅覺功能產(chǎn)生一定影響。但通過大量研究可以確定的是，通過使用嗅覺測試定量評估嗅覺減退的水平預(yù)測帕金森病的發(fā)作是可以實現(xiàn)的［12］。

擴散張量成像技術(shù)（diffusion tensor imaging，DTI）作為目前普遍應(yīng)用的擴散磁功能成像技術(shù)，可用來測量白質(zhì)纖維束的完整性。既往研究運用DTI 技術(shù)觀察PD 伴嗅覺障礙患者嗅覺相關(guān)腦區(qū)破壞情況，發(fā)現(xiàn)PD 患者嗅覺中樞白質(zhì)纖維束的完整性是有破壞的［13］，但研究發(fā)現(xiàn)FA 的 變 化 是 非 特 異 性 的［14］。NODDI 作為一種新興的技術(shù)，它的開發(fā)為神經(jīng)突定向、彌散和密度的體內(nèi)標(biāo)測提供了可能。NODDI是一種多室擴散成像模型，區(qū)分了3種顯微結(jié)構(gòu)環(huán)境，包括細胞內(nèi)、細胞外和腦脊液室，使得它對神經(jīng)突密度及方向離散度具有高靈敏度及特異度，因此可提供比標(biāo)準DTI指數(shù)提供的數(shù)據(jù)更具體的神經(jīng)元數(shù)據(jù)［15］。NODDI有3個常用的標(biāo)量參數(shù)［16］：VIC、ODI 及腦脊液體積分數(shù)（isotropic volume fraction，Viso）。NODDI的測量能夠更好地描述白質(zhì)和灰質(zhì)的微觀變化：白質(zhì)中的ODI增加反映了軸突缺失或破壞，而灰質(zhì)結(jié)構(gòu)中的ODI和VIC減少反映了樹突變薄。

本研究利用NODDI 技術(shù)對PD 患者與正常對照組雙側(cè)海馬、雙側(cè)杏仁核VIC 及ODI 值進行對比，雙側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC值與對照組對應(yīng)腦區(qū)VIC值之間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。

VIC 和ODI 可以描述體素中細胞外游離水去除后軸突和樹突的生物學(xué)微結(jié)構(gòu)。KAMAGATA等［17］的研究顯示，與對照組相比，PD 患者額葉、顳葉、邊緣系統(tǒng)的皮質(zhì)顯示出VIC顯著降低。本研究也出現(xiàn)了類似的結(jié)果，提示帕金森病患者嗅皮質(zhì)中神經(jīng)元出現(xiàn)損傷。PD患者嗅皮質(zhì)VIC值降低可能是由于患者神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生的多巴胺能神經(jīng)元進行性缺失、α-突觸核蛋白胞質(zhì)內(nèi)聚集、多種因素導(dǎo)致小膠質(zhì)細胞的異常激活等復(fù)雜變化，引起這些區(qū)域神經(jīng)元變性即樹突、軸突變薄，密度減低。嗅皮質(zhì)中神經(jīng)細胞體積的縮小或數(shù)量減少最終影響患者的嗅覺功能。本研究還發(fā)現(xiàn)，PD 組H-YⅠ級與H-YⅡ級患者海馬及杏仁核VIC 值、ODI 值差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），提示嗅覺相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化與病情的嚴重程度之間無相關(guān)性。同時，對PD患者雙側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC 值進行ROC 曲線分析，結(jié)果顯示，左側(cè)海馬、右側(cè)海馬、左側(cè)杏仁核VIC 值A(chǔ)UC 分別為0.761、0.778、0.748，均＞0.7 且＜0.9，提示其可作為帕金森病早期的生物標(biāo)志物，對PD的早期診斷提供一定的輔助依據(jù)。

本研究也存在以下不足之處：（1）受多種客觀因素限制，樣本容量偏?。唬?）未評估帕金森病不伴嗅覺障礙組嗅皮質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化。因此，在往后的研究中需要加以改進，優(yōu)化設(shè)計，提高數(shù)據(jù)可信性。

本研究說明NODDI參數(shù)有助于加深對帕金森病嗅覺障礙發(fā)生機制的理解，可以對帕金森病早期診斷提供客觀的輔助依據(jù)。