應(yīng)用DTI技術(shù)分析腦微出血與認(rèn)知功能損害的相關(guān)性?

韋莎莎 張 雙 李小寶余 暉 黃明明 范光明

1.貴州中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科(貴州 貴陽(yáng) 550003)

2.湖北文理學(xué)院附屬醫(yī)院，襄陽(yáng)市中心醫(yī)院放射影像科 (湖北 襄陽(yáng) 441021)

3.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院放射科(貴州 貴陽(yáng) 550004)

腦微出血(cerebral microbleeds，CMBs)是腦小血管病的重要影像學(xué)標(biāo)志之一，隨著人口老齡化的增長(zhǎng)，CMBs檢出率不斷上升，尤其在高血壓和微小血管病患者中更為顯著[1]。雖然CMBs在影像體積微小，且神經(jīng)系統(tǒng)癥狀、體征不明顯，但與腦卒中、溶栓后出血、認(rèn)知障礙密切相關(guān)，若不加以重視及治療，可對(duì)以后日常生活質(zhì)量及疾病進(jìn)一步發(fā)展造成嚴(yán)重威脅[2]，因此CMBs的早期檢測(cè)對(duì)臨床早期診斷和治療尤其重要。磁敏感加權(quán)成像(SWI) 具有三維空間成像、分辨率高、薄層重建等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)CMBs的檢測(cè)有較高的敏感性和特異性，臨床上應(yīng)用于早期篩查效果較好[3]。

目前應(yīng)用SWI檢測(cè)CMBs與認(rèn)知功能障礙之間的相關(guān)性已成為研究的熱點(diǎn)，但CMBs腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的損害與認(rèn)知損害之間的相關(guān)性不是很清楚。近幾年來(lái)臨床上有應(yīng)用彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術(shù)對(duì)腦微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，具有無(wú)創(chuàng)、敏感度高等優(yōu)點(diǎn)。Cao等應(yīng)用DTI基于感興趣區(qū)(region interest，ROI)劃分方法研究CMBs及腦室旁白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害與認(rèn)知功能障礙的關(guān)系[4]。然而ROI方法存在主觀性大、重復(fù)性差、無(wú)法分析全腦結(jié)構(gòu)等問(wèn)題。

DTI技術(shù)還可以應(yīng)用基于體素的全腦分析(voxel-based analysis，VBA)及基于纖維束追蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析(tract-based spatial statistics，TBSS)方法。VBA方法則避免了測(cè)量的主觀性、可重復(fù)性的特點(diǎn)，可從整體水平上評(píng)估全腦結(jié)構(gòu)，但其圖像空間配準(zhǔn)準(zhǔn)確率不高，顯示較小結(jié)構(gòu)擴(kuò)散時(shí)不敏感。TBSS較VBA分析更有優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)配準(zhǔn)，得到代表全腦白質(zhì)纖維束的平均纖維骨架圖，再投射到平均FA骨架圖上，進(jìn)行解剖定位，缺點(diǎn)是不能顯示灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變。因此基于以上三種方法優(yōu)缺點(diǎn)，本研究聯(lián)合VBA和TBSS兩種方法觀察CMBs者認(rèn)知功能損害腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)及纖維束變化，為疾病的早期預(yù)防和治療提供一定的參考價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料本文屬前瞻性研究，且經(jīng)過(guò)本院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。采集2015年6月至2017年12月在貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院就診CMBs患者共72例，年齡50-80歲，所有受試者均知情并簽署知情同意書。采集患者年齡、性別、文化程度及血管危險(xiǎn)因素(高血壓、糖尿病、高血脂、高同型半胱氨酸血癥)，經(jīng)簡(jiǎn)易精神檢查量表(mini-mental statuse examination，MMSE)及蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(montreal cognitive assessment，MoCA)評(píng)分測(cè)試，同時(shí)完成SWI及DTI序列檢查。CMBs并有認(rèn)知功能損害28例為(VCI組)，CMBs無(wú)認(rèn)知功能障礙22例為(NVCI組)，無(wú)CMBs也無(wú)認(rèn)知功能損害22例為(CSVD組)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：CMBs診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]：常規(guī)T1WI及T2WI上無(wú)高信號(hào)表現(xiàn)，SWI序列上為低信號(hào)的圓形或類圓形腔隙。直徑2~5mm，最大可達(dá)15mm；相位圖上排除鈣化灶、鐵沉積、血管瘤、血管流空信號(hào)；除急性血管病及外傷所致。以上由2名5年以上年資的影像醫(yī)師在雙盲狀態(tài)下做出診斷、評(píng)分，意見不一致時(shí)協(xié)商決定。

神經(jīng)心理測(cè)試[6]：采用簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查量表(MMSE)對(duì)認(rèn)知功能進(jìn)行初篩測(cè)驗(yàn)，再用蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表(MoCA)對(duì)各組患者認(rèn)知的8個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)試。認(rèn)知功能障礙診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]：①有認(rèn)知減退主訴；②MMSE總分30 分(根據(jù)文化程度評(píng)分)：文盲<17分，小學(xué)水平<20分，中學(xué)及以上水平<24分；③MoCA測(cè)定的領(lǐng)域有：視空間執(zhí)行能力、命名、注意力、語(yǔ)言、抽象能力、延遲記憶力、計(jì)算力、定向力，總分<26分可診斷為認(rèn)知功能障礙。

1.2 數(shù)據(jù)采集所有受試者均采用PHILIPS Achieva 3.0T X-Series超導(dǎo)型MRI成像儀，頭部SENSE8通道相控線圈頭先進(jìn)仰臥位，采集全腦圖像。常規(guī)的MRI序列掃描參數(shù)：橫斷位T1WI，重復(fù)時(shí)間(TR)2000ms，回波時(shí)間(TE)20ms；FLAIR序列橫斷位，TR 8502ms，TE 121ms，TI 2000ms；橫斷位和矢狀位T2WI，TR 4200ms，TE 101ms，范圍覆蓋從顱頂?shù)秸砉谴罂椎膮^(qū)域：掃描層厚6mm，層間距1mm，F(xiàn)OV 240×240mm，矩陣128×128；SWI序列：FOV 220×220mm，翻轉(zhuǎn)角度30°，TR 50ms，TE 25ms，矩陣224×384，激勵(lì)次數(shù)1次；DTI采用單次激發(fā)平面回波成像(SS-EPI)序列：TR 5090ms，TE 70ms，層厚3mm，層間距1mm，F(xiàn)OV 220×220mm，矩陣160×160，激勵(lì)次數(shù)1次，掃描層數(shù)：45層，擴(kuò)散敏感梯度方向：32個(gè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析DTI圖像后處理：在L1nux OS(Ubuntu)環(huán)境下，通過(guò)FSL(5.0)及PANDA 1.10軟件進(jìn)行DTI參數(shù)數(shù)據(jù)的處理，具體過(guò)程：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、渦流及頭動(dòng)校正、剔除頭皮及顱骨、DTI相關(guān)參數(shù)(FA值、MD值)的計(jì)算。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0軟件統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，三組間DTI參數(shù)比較采用方差分析，兩組間比較采用雙樣本t檢驗(yàn)分析方法(P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)。相關(guān)性分析采用雙變量Pearson分析方法(P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義)。

2 結(jié) 果

2.1 3 組數(shù)據(jù)VBA分析比較結(jié)果各向異性指數(shù)(fractional anisotrophy，F(xiàn)A)(見圖1)。圖1，三組VBA比較FA值下降的區(qū)域：黃色顯示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的區(qū)域(P=0.01)：圖1A：VCI組與NVCI組；圖1B：VCI組與CSVD組；圖1C：NVCI組與CSVD組；圖1D：VCI組、NVCI組及CSVD組[像素簇(Cluster Size)=50，P=0.01，未校正)]。

圖1 VCI組、NVCI組與CSVD組FA值的比較。圖2 VCI組、NVCI組與CSVD組MD值的比較。圖3 FDR校正后VCI組、NVCI組與CSVD組的MD值比較。

平均擴(kuò)散率(mean diffusivity，MD)(見圖2)：圖2三組VBA比較MD值增高的腦區(qū)：黃色顯示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的區(qū)域(P=0.005)：圖2A：VCI組與NVCI組；圖2B：VCI組與CSVD組；圖2C：NVCI組與CSVD組；圖2D：VCI組、NVCI組及CSVD組[像素簇(Cluster Size=50)，P=0.005，未校正]。

圖3經(jīng)FDR校正，CSVCI組、NVCI組及CSVD組三組MD值比較：黃色區(qū)域MD值增高有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.05)。

2.2 3 組數(shù)據(jù)TBSS比較的結(jié)果VCI和NVCI組FA值和MD值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；與CSVD組比較，VCI組、NVCI組顯示大腦深部纖維束及聯(lián)絡(luò)纖維多個(gè)區(qū)域FA值降低、MD值升高，VCI組范圍更廣泛。

2.3 VCI和NVCI組DTI參數(shù)與認(rèn)知功能的相關(guān)性分析FA值與認(rèn)知功能的相關(guān)腦區(qū)：扣帶回(r=0.363,P=0.010)、內(nèi)囊后肢(r=0.385,P=0.006)、穹窿(r=0.300,P=0.034)、胼胝體膝部(r=0.298,P=0.035)、雙側(cè)小腦下腳(r=0.343,P=0.015)、雙側(cè)上縱束(右側(cè)r=0.315,P=0.026；左側(cè)r=0.334,P=0.018)與執(zhí)行功能正相關(guān)；穹窿(r=0.316,P=0.025)、扣帶回(r=0.336,P=0.017)與注意力正相關(guān)；雙側(cè)鉤束(右側(cè)r=0.295,P=0.037；左側(cè)r=0.288,P=0.043)與語(yǔ)言正相關(guān)；穹窿(r=0.284,P=0.045)與命名正相關(guān)；右側(cè)內(nèi)外側(cè)丘系(r=0.333,P=0.018)與計(jì)算正相關(guān)。

MD值與認(rèn)知功能的相關(guān)的腦區(qū)：扣帶回(r=-0.444,P=0.001)、下額枕束(r=-0.333,P=0.018)、雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘系(右側(cè)r=-0.330,P=0.019；左側(cè)r=-0.314,P=0.027)、胼胝體(r=-0.297,P=0.036)、雙側(cè)內(nèi)囊后肢(右側(cè)r=-0.364,P=0.009；左側(cè)r=-0.302,P=0.033)與執(zhí)行功能負(fù)相關(guān)；扣帶回(r=-0.282,P=0.047)與延遲記憶力負(fù)相關(guān)；扣帶回(r=-0.406,P=0.003)與注意力負(fù)相關(guān)；上額枕束(r=-0.306,P=0.031)、內(nèi)側(cè)丘系(r=-0.278,P=0.036)與注意力負(fù)相關(guān)；雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘系(右側(cè)r=-0.491,P=0.000；左側(cè)r=-0.322,P=0.022)與語(yǔ)言負(fù)相關(guān)；外囊(r=-0.314,P=0.027)、扣帶回(r=-0.288,P=0.008)、內(nèi)囊后肢(r=-0.300,P=0.034)、雙側(cè)放射冠(右側(cè)r=-0.313,P=0.027；左側(cè)r=-0.348,P=0.027)與命名負(fù)相關(guān)；雙側(cè)內(nèi)側(cè)丘系(右側(cè)r=-0.349,P=0.013；左側(cè)r=-0.313,P=0.027)與計(jì)算力負(fù)相關(guān)；內(nèi)囊后肢(r=-0.329,P=0.026)與抽象力負(fù)相關(guān)。

3 討 論

CMBs是腦小血管病的一種，因顱內(nèi)微小血管發(fā)生病變而致含鐵血紅素沉積于腦血管周圍，其病理機(jī)制大部分認(rèn)為與高血壓性微血管病、腦淀粉樣血管變性有關(guān)，主要分布在腦葉、深部和幕下等區(qū)域[7]。目前研究認(rèn)為CMBs 對(duì)認(rèn)知功能障礙影響是腦血管病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，是造成認(rèn)知功能損害重要因素之一。CMBs在認(rèn)知功能衰退中起著重要作用[8]。

因此早期識(shí)別CMBs者認(rèn)知功能損害白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化的是預(yù)防和治療所必需。DTI可以檢測(cè)早期疾病階段腦白物質(zhì)微結(jié)構(gòu)中斷引起的異常信號(hào)，利用FA值、MD值來(lái)對(duì)腦部水分子擴(kuò)散張量情況進(jìn)行定量分析，當(dāng)神經(jīng)軸突受損后，F(xiàn)A值降低、MD值升高能夠反映腦白質(zhì)完整性[9]。近年來(lái)有研究，利用DTI技術(shù)測(cè)定FA 值反映出CMBs患者周圍組織受損情況[10]。也有研究者利用DTI技術(shù)檢測(cè)腦白質(zhì)相關(guān)參數(shù)得出CMBs與患者認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)性的結(jié)論[11]。本研究應(yīng)用DTI參數(shù)聯(lián)合VBA和TBSS兩種方法分析CMBs與認(rèn)知功能相關(guān)的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)和纖維束損害更直觀、精確。

研究中3組數(shù)據(jù)經(jīng)VBA分析比較后發(fā)現(xiàn)，與正常認(rèn)知的CSVD者相比，VCI組與NVCI組腦葉及深部多個(gè)區(qū)域FA值降低、MD值升高，其中VCI組的深部區(qū)域改變范圍更廣。有人認(rèn)為CMBs主要與腦白質(zhì)髓鞘丟失有關(guān)[12]；這說(shuō)明檢測(cè)白質(zhì)髓鞘完整性破壞，可發(fā)現(xiàn)CMBs引起周圍腦組織變化區(qū)域，這些區(qū)域的腦結(jié)構(gòu)的損害是引起認(rèn)知功能障礙的原因，對(duì)于單個(gè)微出血也如此，F(xiàn)A值和MD值的變化可說(shuō)明這一點(diǎn)。CMBs引起認(rèn)知功能損害腦區(qū)域與Chung等人的結(jié)論相一致，他進(jìn)行大樣本量縱向隊(duì)列研究，發(fā)現(xiàn)腦葉和深部CMBs的對(duì)認(rèn)知損害有診斷價(jià)值[13]。Wang Y等人使用TBSS分析比較了無(wú)CMBs與深部/混合型CMBs患者的白質(zhì)纖維束完整性，得出深部/混和的CMBs與認(rèn)知功能障礙之間存在一定的關(guān)聯(lián)[14]。因此本研究和多個(gè)研究結(jié)果相同，CMBs腦深部白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化與認(rèn)知相關(guān)[15]。

利用TBSS分析腦白質(zhì)纖維束纖維骨架圖直觀對(duì)比，顯示VCI和NVCI組FA值和MD值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，分析原因可能為病例數(shù)較少，投射纖維解剖精確，較小結(jié)構(gòu)擴(kuò)散時(shí)不敏感引起。與認(rèn)知功能正常的CSVD組比較中，VCI組、NVCI組顯示大腦深部纖維束及聯(lián)絡(luò)纖維多個(gè)區(qū)域FA值降低、MD值升高，VCI組范圍更廣泛。因此我們推測(cè)CMBs引起認(rèn)知功能損害可能與大腦周圍腦組織及纖維區(qū)域連通性的損傷有關(guān)。Akoudad等認(rèn)為大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接中斷與認(rèn)知障礙之間有一定關(guān)聯(lián)[16-17]；Tuladhar等人研究后發(fā)現(xiàn)中樞腦區(qū)域皮質(zhì)連接的中斷可能是患者認(rèn)知障礙的發(fā)展的有效原因[18]。以上這些研究都突出一點(diǎn)：腦白物質(zhì)纖維區(qū)域完整性下降是認(rèn)知功能障礙的重要促成因素。

最后采用相關(guān)性分析結(jié)果顯示多個(gè)白質(zhì)深部區(qū)域及聯(lián)絡(luò)纖維FA值、MD值與MoCA整體評(píng)分有較高相關(guān)性，由此可以推測(cè)CMBs通過(guò)影響相關(guān)區(qū)域聯(lián)絡(luò)的連接造成各相關(guān)不同領(lǐng)域的認(rèn)知功能障礙。CMBs可通過(guò)造成廣泛的大腦聯(lián)絡(luò)纖維的破壞相關(guān)認(rèn)知各通路引起對(duì)不同領(lǐng)域認(rèn)知功能產(chǎn)生影響[19]。CMBs影響認(rèn)知功能的機(jī)制是可以推測(cè)的，它可能對(duì)周圍腦組織造成直接的結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致功能重要的皮質(zhì)和皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)斷開[20]。有研究結(jié)果表明，腦白質(zhì)及重要認(rèn)知纖維網(wǎng)絡(luò)連接中斷可能在認(rèn)知障礙中發(fā)揮重要作用[21]。經(jīng)過(guò)FDR校正，3組MD值增高的腦區(qū)差異有意義，F(xiàn)A值降低的腦區(qū)無(wú)意義，提示DTI早期檢測(cè)CMBs者大腦微結(jié)構(gòu)變化MD值是敏感的指標(biāo)。

研究中我們發(fā)現(xiàn)CMBs的存在主要導(dǎo)致深部白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)廣泛損傷，而不是與單個(gè)或多個(gè)CMBs聚集在一個(gè)特定的大腦區(qū)域。CMBs可能通過(guò)破壞參與認(rèn)知功能的白質(zhì)區(qū)域和纖維束，導(dǎo)致相應(yīng)區(qū)域神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)受廣泛損害。這一假設(shè)得到了本研究的支持。

綜上所述，應(yīng)用DTI參數(shù)通過(guò)FA值降低和MD值升高對(duì)腦微結(jié)構(gòu)損傷的情況定量分析，對(duì)CMBs認(rèn)知功能障礙者預(yù)測(cè)和評(píng)估有一定指導(dǎo)作用，為血管性認(rèn)知功能障礙提供新的研究方向。臨床上可行高危人群早期SWI檢測(cè)，對(duì)CMBs的早發(fā)現(xiàn)、早干預(yù)，延緩認(rèn)知功能障礙的疾病的進(jìn)展、提高患者生活質(zhì)量有一定作用。

本研究有一定局限性，研究樣本量較少、沒(méi)有完全剔除腦萎縮相關(guān)的認(rèn)知功能障礙。未來(lái)可通過(guò)多模態(tài)影像加入腦體積等影響因素綜合分析，早期評(píng)估CMBs患者的認(rèn)知功能下降，為臨床上診斷和治療提供有效參考依據(jù)。