基于彌散張量成像技術(shù)的腦白質(zhì)病變患者認知功能障礙與腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)變化的關(guān)系

高文藍，周連姬，鐘玲玲，黃水蘭，何奇檀，覃浩強

梧州市人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，廣西 梧州543000

腦白質(zhì)病變（WML）是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變類型，起病隱匿，病情進展慢，患者可由早期的輕度認知功能障礙，逐漸進展為癡呆。WML患者認知功能障礙的診斷以認知功能評價量表為主，診斷準確度受患者配合度、文化水平等因素的影響，不適用于長期監(jiān)測［1］。采用影像學手段觀察腦組織結(jié)構(gòu)、病理改變及神經(jīng)損傷情況，可為認知功能評估提供客觀依據(jù)。彌散張量成像（DTI）是基于磁共振彌散加權(quán)成像的一種成像技術(shù)，可利用不同組織水分子彌散運動特性差異反映神經(jīng)走向、受損情況等微觀結(jié)構(gòu)改變［2］。既往關(guān)于腦影像學與認知功能的相關(guān)研究主要集中于腦灰質(zhì)，而隨著研究深入，學者逐漸關(guān)注到了腦白質(zhì)在認知功能中的作用。但國內(nèi)少有腦白質(zhì)影像學改變與WML患者認知功能障礙的相關(guān)研究，僅有的報道所采用的方法敏感度、客觀性均不佳，且無定量評價［3-5］。本研究采用DTI技術(shù)對WML患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)變化進行定量分析，并分析其與認知功能障礙的關(guān)系，詳述如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入2017年1月～2022年5月我院120例WML患者作為研究對象。納入標準：符合WML神經(jīng)影像學診斷標準［6］，F(xiàn)azekas評分［7］≥1分；漢密爾頓焦慮量表評分［8］≤7分，漢密爾頓抑郁量表［9］<8分；無磁共振檢查禁忌證；近期未服用可能影響認知功能的藥物；對本研究知情同意且自愿配合。排除標準：腦炎、一氧化碳中毒、多發(fā)性硬化等其他原因所致WML；有腦卒中、精神病、癲癇、顱腦外傷、藥物或酒精依賴史；合并嚴重的視力、聽力、言語障礙；合并嚴重的內(nèi)科疾病。脫落標準：未能配合完成量表評估、磁共振檢查，或磁共振成像質(zhì)量不佳。本研究已通過醫(yī)院倫理委員會批準。

1.2 資料收集

收集患者一般資料（年齡、性別、文化程度）及臨床基本信息（病史、飲酒史、吸煙史）。

1.3 神經(jīng)心理學評估

在獨立、安靜的房間內(nèi)，由受過專業(yè)培訓的醫(yī)師進行評估。采用蒙特利爾認知評估（MoCA）量表［10］進行認知功能篩查，量表包含8個認知領(lǐng)域的11個項目，總分為30分，分值越低則認知功能越差，總分<26分提示認知功能損傷。對有認知功能損傷的患者采用臨床癡呆評定量表［11］進一步評估，參照美國國立神經(jīng)病與腦卒中研究所/瑞士神經(jīng)科學研究國際協(xié)會制定的相關(guān)標準［12］將患者分為認知功能正常組（NC組，n=48）、輕度認知功能障礙（MCI組，n=44）組、癡呆組（D組，n=28）。3組患者性別、年齡、文化水平及高血壓、糖尿病、高脂血癥發(fā)生率差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05），NC組、MCI組、D組MoCA評分依次降低（P<0.05，表1）。

1.4 磁共振檢查

1.4.1 圖像采集 采用Achieva 3.0T TX磁共振儀（荷蘭Philips），8通道頭部線圈進行圖像采集。分別采用三維加速場回波T1WI、三維快速自旋回波（3D-TSE）液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)（FLAIR）序列進行全腦掃描。掃描參數(shù)：T1WI：TR 9.8 ms，TE 4.6ms，翻轉(zhuǎn)角8°，視野256 mm×256 mm，層厚1 mm，層數(shù)192，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，掃描時間6 min 43 s。3D FLAIR：TR 4800 ms，TE 283 ms，TI 1650 ms，視野250 mm×259 mm，層厚0.5 mm，層數(shù)321層，體素大小1.11 mm×1.11 mm×0.56 mm，掃描時間5 min 2 s。

采用自旋回波平面回波成像序列進行DTI掃描定位框覆蓋全腦，中線與胼胝體體部走行平行，選取胼胝體顯示最清晰的層面進行圖像采集。掃描參數(shù)：TR 9156 ms，TE 55ms，視野224 mm×224 mm，層厚2.5 mm，層數(shù)55層，采集體素2 mm×2 mm×2.5 mm，重建體素1 mm×1 mm×2.5 mm，彌散敏感度梯度方向32個，掃描時間6 min 27 s。

1.4.2 圖像后處理 由2位經(jīng)驗豐富的影像學醫(yī)師進行盲法獨立閱片。采用W2MHS工具包對FLAIR白質(zhì)高信號體積進行計算；采用PANDA及GRETNA軟件包進行DTI預(yù)處理、矩陣構(gòu)建及圖論分析，獲取全局效率、局部效率、最短路徑長度、聚類系數(shù)等參數(shù)。小世界屬性參數(shù)值：標準化聚類系數(shù)（γ）、近似標準特征路徑長度（λ）以及小世界屬性值（σ，σ=γ/λ），σ值越大，提示該網(wǎng)絡(luò)小世界屬性越強。

1.5 觀察指標

比較3組患者腦室旁、深部及總白質(zhì)高信號體積，腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（全局效率、局部效率、最短路徑、集聚系數(shù)、γ、λ、σ），并采用Pearson相關(guān)性分析腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與MoCA評分的相關(guān)性。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS22.0軟件進行統(tǒng)計學處理。符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差表示，3組間比較采用單因素方差分析；計數(shù)資料采用n(%)表示，組間比較采用χ2檢驗，等級資料的比較采用秩和檢驗；相關(guān)性分析采用Pearson檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 三組患者白質(zhì)高信號體積比較

NC組、MCI組、D組腦室旁、深部白質(zhì)高信號體積及總體積均依次增加，組間差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05，表2）。

表2 三組患者白質(zhì)高信號體積比較Tab.2 Comparison of white matter high-signal volume among the three groups(mm3,Mean±SD)

2.2 三組患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)比較

D組全局效率、局部效率、集聚系數(shù)、γ、λ、σ均小于NC組、MCI組，最短路徑大于NC組、MCI組，差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05，表3）。

表3 三組患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)比較Tab.3 Comparison of brain structure network parameters among the three groups(Mean±SD)

2.3 腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與MoCA評分相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)性分析顯示，MoCA評分與最短路徑呈負相關(guān)關(guān)系，與全局效率、局部效率、集聚系數(shù)、γ、λ、σ呈正相關(guān)關(guān)系（P<0.05，表4）。

表4 白質(zhì)高信號體積、腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與MoCA 評分相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis of white matter high-signal volume,brain structural network parameters and MoCA score

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，WML與認知功能損傷之間存在一定關(guān)系，且腦白質(zhì)病變達到一定程度時才會出現(xiàn)認知及功能損害，但這一閾值目前尚未明確［13］。隨著醫(yī)學影像技術(shù)的發(fā)展，WML的評估方法越來越多，主要可總結(jié)為定性、定量兩種，定性評估雖簡單易操作，但主觀性較強，準確度低［14］。

既往研究以CT和磁共振成像腦白質(zhì)高信號反映WML患者認知功能損傷程度，與量表評價相比，計算機自動測量的方法信度和效度相對更高［15］。本研究采用FLAIR序列自動測量腦室旁和深度白質(zhì)高信號體積，操作簡單，臨床實用性強。本研究結(jié)果顯示，NC組、MCI組、D組腦室旁、深部白質(zhì)高信號體積及總體積均依次增加，組間差異有統(tǒng)計學意義。既往研究亦認為WML合并有認知障礙者的深部白質(zhì)高信號體積以及額葉靠近腦室白質(zhì)高信號的較高，表明白質(zhì)高信號體積與WML患者認知功能障礙存在一定關(guān)聯(lián)［16-17］。但計算機自動測取白質(zhì)高信號體積未排除腦干、腦脊液高信號，導(dǎo)致測量值較實際值偏大，故該方法存在一定局限性。DTI通過對成像體素水平的多個方向施加彌散梯度，獲得多個方向的彌散值，經(jīng)模型轉(zhuǎn)換為彌散橢球，可追蹤神經(jīng)纖維走行。人腦是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，各腦區(qū)結(jié)構(gòu)、功能上互相連接，而人腦連接組在腦網(wǎng)絡(luò)中各腦區(qū)內(nèi)通外達中發(fā)揮重要作用，這為神經(jīng)退行性病變的研究提供了新的方向［18］。隨著神經(jīng)影像學發(fā)展，定量網(wǎng)絡(luò)拓撲分析被應(yīng)用于腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究中，也即是對全腦網(wǎng)絡(luò)屬性進行分析，包括全局效率、最短路徑、集聚系數(shù)等整體屬性，局部效率、節(jié)點聚類系數(shù)等節(jié)點屬性［19］。

全局效率是指各節(jié)點距離的調(diào)和平均數(shù)的倒數(shù)，反映腦網(wǎng)路信息傳輸及綜合處理能力，本研究顯示，D組全局效率與局部效率小于NC組、MCI組，提示W(wǎng)ML癡呆患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸能力下降。最短路徑是指腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點距離最短的路徑，反映網(wǎng)絡(luò)信息傳遞及處理速度，集聚系數(shù)是腦網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點聚類系數(shù)的均值，可反映節(jié)點間聯(lián)系的疏密程度［20］。本研究顯示，D 組患者集聚系數(shù)更小，最短路徑更長。既往研究［21］結(jié)果亦與上述研究結(jié)論一致，表明基于DTI呈現(xiàn)的WML患者的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)似乎具有小世界特征。Pearson分析顯示，MoCA評分與最短路徑呈負相關(guān)關(guān)系，與全局效率、局部效率、集聚系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，證實上述參數(shù)與WML患者認知功能存在相關(guān)性。小世界網(wǎng)絡(luò)是兼具隨機網(wǎng)絡(luò)與規(guī)則網(wǎng)絡(luò)拓撲優(yōu)勢的網(wǎng)絡(luò)模式，具有更高的局部與全局信息傳遞效率［22］。以隨機網(wǎng)絡(luò)為基準，在最短路徑相似的情況下，若集聚系數(shù)更高，則提示就有更明顯的小世界屬性，γ、λ、σ為小世界屬性的評價指標。小世界屬性體現(xiàn)了腦網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)連接的高效性。本研究結(jié)果顯示，D組γ、λ、σ均小于NC組、MCI組，與既往研究［23］一致，提示癡呆患者腦網(wǎng)絡(luò)小世界屬性降低。進一步的Pearson相關(guān)性分析顯示，MoCA評分與γ、λ、σ呈正相關(guān)關(guān)系，提示W(wǎng)ML患者認知功能障礙與基于DTI構(gòu)建的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)小世界屬性密切相關(guān)。

綜上所述，本研究基于DTI構(gòu)建WML患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)效率下降及小世界屬性降低可能與認知功能障礙有關(guān)。本研究的局限性在于未對局部網(wǎng)絡(luò)進行分析，未來還需結(jié)合腦功能網(wǎng)絡(luò)研究，以更全面、準確地了解認知功能障礙與腦網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系。