三種磁共振成像新技術(shù)及影像組學(xué)在帕金森病中的應(yīng)用進(jìn)展

[摘要]"在中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中，帕金森病的發(fā)病率僅次于阿爾茨海默病。帕金森病的早期臨床癥狀并不典型，易被漏診和誤診。因此，早期發(fā)現(xiàn)和治療帕金森病尤為重要。近年來，酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像、定量磁敏感圖和神經(jīng)黑色素敏感磁共振成像及影像組學(xué)等新技術(shù)迅速發(fā)展，其可在不受電離輻射影響的情況下評估患者的腦功能及代謝變化，廣泛應(yīng)用于帕金森病的臨床診斷及病情評估。本文對上述三種磁共振成像新技術(shù)及影像組學(xué)在帕金森病中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為帕金森病的診斷提供新思路。

[關(guān)鍵詞]"帕金森??；磁共振成像技術(shù)；酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移成像技術(shù)；定量磁敏感圖；神經(jīng)黑色素敏感磁共振成像技術(shù)；影像組學(xué)

[中圖分類號]"R742.5""""""[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.34.024

1""帕金森病概述

帕金森?。≒arkinson’s"disease，PD）主要影響大腦黑質(zhì)（substantia"nigra，SN）中的多巴胺能神經(jīng)元。PD的發(fā)病率隨著年齡的增長而升高，且男性患者多于女性[1-2]。PD的臨床表現(xiàn)主要包括運動遲緩、僵直、靜息性震顫及病程后期姿勢不穩(wěn)等[3]。傳統(tǒng)磁共振成像（magnetic"resonance"imaging，MRI）技術(shù)作為一種常規(guī)影像學(xué)檢查方法，廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病的臨床診斷中。然而，傳統(tǒng)MRI技術(shù)在PD的診斷中缺乏特異性[4]。研究證實酰胺質(zhì)子轉(zhuǎn)移（amide"proton"transfer，APT）成像、定量磁敏感圖（quantitative"susceptibility"mapping，QSM）和神經(jīng)黑色素敏感磁共振成像（neuromelanin-sensetive"magnetic"resonance"imaging，NM-MRI）等MRI新技術(shù)可用于PD的臨床診斷[5]。APT成像技術(shù)是一種基于內(nèi)源性移動蛋白質(zhì)濃度生成對比度的新型分子成像方法[6]。APT成像技術(shù)通過化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移使用內(nèi)源性對比度檢測溶質(zhì)中的低濃度酰胺質(zhì)子[7]。QSM可檢測鐵含量的局部變化，其對不同化學(xué)物質(zhì)的磁化率差異敏感，這些差異可由MRI梯度回波序列的信號相位捕獲。NM-MRI技術(shù)能可視化藍(lán)斑核（locus"coeruleus，LC）結(jié)構(gòu)，檢測神經(jīng)黑色素（neruomelanin，NM）可直接反映腦內(nèi)含NM的兒茶酚胺能神經(jīng)元的存活狀態(tài)[8]。

2""PD的發(fā)生機(jī)制

PD的主要病理學(xué)特征是中腦黑質(zhì)致密部（substantia"nigra"pars"compacta，SNc）多巴胺神經(jīng)元的進(jìn)行性丟失及殘存于神經(jīng)元中的α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-Syn）的異常聚集。新紋狀體作為SN的一部分，包括尾狀核和殼核（putamen，PUT）[9]。已有研究證實新紋狀體中存在α-Syn的異常沉積[10]。腦中（包括新紋狀體）鐵沉積在PD的病理生理學(xué)中發(fā)揮重要作用[11]。

3""MRI新技術(shù)在PD中的研究進(jìn)展

3.1""APT成像在PD中的應(yīng)用

磁共振化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像是一種MRI新技術(shù)，在PD診斷中具有巨大潛力[12]。該技術(shù)的原理是化合物中的飽和質(zhì)子與游離于水中的不飽和質(zhì)子之間發(fā)生交換反應(yīng)，導(dǎo)致水中質(zhì)子信號降低，進(jìn)而評估化合物是否存在[13]。z譜是一種用于描述化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移效應(yīng)的曲線圖譜，能顯示出不同共振頻率下自由水的信號強(qiáng)度。磁共振化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像技術(shù)可根據(jù)機(jī)體不同種類生物大分子衍生出多種分支技術(shù)。如根據(jù)葡萄糖可衍生出葡萄糖磁共振化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像技術(shù)，根據(jù)谷氨酸可衍生出谷氨酸磁共振化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像技術(shù)等[14]。

APT成像是磁共振化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移成像技術(shù)的一種，可根據(jù)組織中內(nèi)源性移動肽和蛋白質(zhì)生成圖像對比度，聚焦于3.5ppm處共振的內(nèi)源性移動肽和蛋白質(zhì)中的酰胺質(zhì)子[15-17]。APT成像的量化指標(biāo)通常為z光譜水峰兩側(cè)±3.5ppm處不對稱磁化傳遞轉(zhuǎn)移率（asymmetric"magnetization"transfer"rate，MTRasym）的差值。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)在3T場強(qiáng)下，與健康對照組相比，PD患者的SN和紅核區(qū)域的APT信號強(qiáng)度降低。另有研究發(fā)現(xiàn)，對有單側(cè)癥狀的PD患者而言，患側(cè)SN的APT信號強(qiáng)度明顯低于正常對照組。根據(jù)發(fā)病時間及病情嚴(yán)重程度將PD患者分為早期組和晚期組，結(jié)果發(fā)現(xiàn)早期組SN的APT信號明顯高于晚期組，提示SN的APT信號丟失與PD病情嚴(yán)重程度及疾病病程相關(guān)。

3.2""QSM在PD中的應(yīng)用

鐵沉積增加是PD最常見的特征之一。鐵在PD發(fā)病機(jī)制中的作用是其產(chǎn)生自由基物質(zhì)的能力，自由基物質(zhì)可與α-Syn協(xié)同作用誘導(dǎo)Lewy小體生成，也可催化多巴胺氧化反應(yīng)，加劇其他神經(jīng)毒性副產(chǎn)物的產(chǎn)生[19-20]。近年來識別可量化和可視化鐵沉積的成像標(biāo)志物越來越受到學(xué)者關(guān)注[21]。QSM是一種相對較新的MRI技術(shù)，該技術(shù)基于測量相位和局部磁場之間的對應(yīng)關(guān)系，被視為定量測量腦鐵沉積的首選方法[22]。QSM技術(shù)測量的磁化率與腦鐵沉積量呈正相關(guān)[23]。病理研究證實PD患者腦鐵水平升高，特別是在SN中，而過量的鐵沉積可導(dǎo)致氧化應(yīng)激和神經(jīng)元死亡[24-25]。QSM可用于定量描述PD患者SNc中的鐵沉積[26]。在一項應(yīng)用QSM和橫向弛豫率R2*比較PD患者和健康對照者的研究中，QSM描述異常鐵沉積較橫向弛豫率R2*更準(zhǔn)確[27]。QSM可描述PD早期SN和紅核中鐵水平升高程度，表明QSM可作為PD的早期診斷工具[28]。

QSM不僅可用于PD的早期診斷和評估，也可作為診斷非典型帕金森綜合征的一種手段，包括帕金森型多系統(tǒng)萎縮（multiple"system"atrophy-"Parkinsonian，MSA-P）、小腦型多系統(tǒng)萎縮和進(jìn)行性核上性麻痹（progressive"supranuclear"palsy，PSP）等多系統(tǒng)萎縮。這些疾病在早期階段臨床癥狀往往相似，診斷較困難[29]。MSA-P的PUT后外側(cè)部分沉積的鐵水平升高，因此QSM可用于鑒別MSA-P和PSP[30]。

3.3""NM-MRI在PD中的應(yīng)用

NM是一種由黑色素、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和金屬離子組成的深色色素[31]。含有NM的神經(jīng)元主要集中在SN和LC。同時NM是多巴胺和去甲腎上腺素代謝的一種順磁性氧化產(chǎn)物，通過螯合鐵離子，在NM-MRI上呈現(xiàn)高信號[32]。Miyoshi等[33]比較13例早期PD患者、31例晚期PD患者和20名健康對照者的SNc和LC內(nèi)外側(cè)區(qū)域的NM-MRI信號強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)早期PD患者與晚期PD患者內(nèi)側(cè)、外側(cè)SNc的NM-MRI信號強(qiáng)度均顯著低于健康對照者，但早期PD患者與晚期PD患者外側(cè)SNc的NM-MRI信號強(qiáng)度無顯著差異，而內(nèi)側(cè)SNc的NM-MRI信號強(qiáng)度存在顯著差異，同時發(fā)現(xiàn)晚期PD患者LC處NM-MRI信號強(qiáng)度明顯降低，提示NM-MRI有助于評估PD的疾病進(jìn)展。Isaias等[34]研究發(fā)現(xiàn)PD患者的SN體積和對比噪聲比顯著減小，其與紋狀體多巴胺轉(zhuǎn)運體密度相關(guān)，表明NM降低可反映大腦中多巴胺能神經(jīng)元的丟失情況。

3.4""影像組學(xué)在PD中的應(yīng)用

影像組學(xué)是醫(yī)學(xué)成像中的新興領(lǐng)域之一，其能從影像圖像中提取和定量分析數(shù)據(jù)，通過挖掘高通量定量成像特征自動識別圖像信息，分析圖像紋理，并量化圖像內(nèi)不同體素的空間關(guān)系[35-36]。近年來，影像組學(xué)越來越多地用于醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，包括MRI、正電子發(fā)射體層成像、CT研究，特別是在腫瘤學(xué)領(lǐng)域[37]。但截至目前，與PD診斷相關(guān)的影像組學(xué)研究卻較少。

Kang等[38]等基于104例PD患者和45名健康對照者的QSM及T2液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)、T1加權(quán)成像、T2加權(quán)成像序列，從QSM獲取患者的磁化率和影像組學(xué)特征，建立多元線性回歸和支持向量機(jī)模型對PD患者的認(rèn)知障礙進(jìn)行評估，受試者操作特征曲線下面積分別為0.90、0.95，表明QSM的影像組學(xué)在診斷PD和評估患者認(rèn)知障礙中發(fā)揮重要作用。在一項回顧性分析中，從69例PD患者和69名健康對照者的T2加權(quán)成像序列新紋狀體區(qū)提取274個影像組學(xué)特征并對特征進(jìn)行篩選，分別獲得12個、7個特征，構(gòu)建模型，其曲線下面積分別為0.7732和0.7143[39]。新紋狀體影像組學(xué)特征可實現(xiàn)對PD的良好診斷性能，且具有用作PD臨床診斷的基礎(chǔ)。李星江等[40]通過提取60例PD患者和60名健康對照者的SNc感興趣區(qū)NM-MRI紋理特征參數(shù)，對獲得的影像組學(xué)紋理特征參數(shù)降維處理，所取得的最佳紋理特征參數(shù)的曲線下面積達(dá)0.889，說明NM-MRI影像組學(xué)紋理分析可為PD診斷提供診斷依據(jù)。Shinde等[41]通過收集PD、非典型帕金森綜合征患者及健康對照者的NM-MRI影像，提取SNc的影像組學(xué)特征并構(gòu)建多個分類模型，證實卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可顯著區(qū)分PD與非典型帕金森綜合征。

4""小結(jié)與展望

MRI新技術(shù)是診斷PD的重要工具，具有成本低、無創(chuàng)性的特點。蛋白質(zhì)的聚集、鐵定量及殘存NM神經(jīng)元定量有助于前驅(qū)期PD的早期發(fā)現(xiàn)。采用上述新序列可從PD的病理特征入手達(dá)到早期診斷PD的目的。但目前對這些新序列的研究多停留在單一的序列上，未來可聯(lián)合多個序列對PD進(jìn)行多模態(tài)的聯(lián)合診斷，提高診斷的敏感度與特異性。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–09–13）

（修回日期：2024–11–18）