老年輕度認知功能障礙的高場MR腦DTI定量研究

嵇鳴 葉春濤 苗華棟 林光武 臧雪如 朱震方

常規磁共振檢查主要以形態學顯示為主, 對腦白質纖維的微觀變化不能提供信息。磁共振彌散張量成像（diffusion tensor imaging, DTI）可通過觀察水分子彌散的部分各向異性（fractional anisotropy, FA）、平均彌散系數（average diffusion coefficient, DCavg）、纖維束成像等參數反映白質纖維的情況, 提供評估的定量指標和直觀的影像。DTI是目前唯一能在活體中顯示神經纖維束走行、排列、方向、質量等信息的高端技術, 該技術有望在常規檢查顯示正常時, 反映出白質纖維的異常變化[1-2]。3.0T MRI為研究DTI研究提供了優越條件。隨著老齡化社會的到來, 老年輕度認知功能障礙（mild cognitive impairment, MCI）發病率越來越高。國內利用高場強MRI的DTI技術研究MCI的報道不多, 本文就DTI技術對該類患者的診斷價值進行探索性研究。

1 資料和方法

1.1 研究對象

MCI病例入選條件: 根據DSM-IV（the diagnostic and statistical manual of mental disorders,4th edition）和Peterson等制定的標準: ⑴以記憶障礙為主訴, 病程＞3個月, 其他認知功能相對完好或輕度受損; ⑵日常生活不受影響; ⑶達不到癡呆的標準; ⑷無引起腦功能障礙的其他疾病, 無精神病史; ⑸總體衰退量表2～3分、臨床癡呆量表0.5分、記憶分值在年齡和教育匹配對照組的1.5倍標準差以下、簡易精神狀態檢測量表（MMSE）≥24分、Mattis癡呆評定量表＞123分; ⑹哈金斯基缺血量表＜4分。

收集2007年7月—2010年7月間于本院治療且具有完整資料的MCI患者50例, 其中男性22例, 女性28例, 年齡60～84歲, 平均（74.5±4.8）歲。患者表現為記憶減低或明顯減低6～62個月, 平均11個月。患者學歷小學至大學, 受教育年限6～15年, 平均11.6年。MMSE評分24～26分, 平均（24.37±0.56）分。對照組為健康老年志愿者（符合中華醫學會老年醫學分會診斷標準[3]）共30例, 其中男性12例, 女性18例, 年齡60～81歲, 平均（72.5±5.2）歲。對照組學歷小學至大學, 受教育年限5～17年, 平均11.8年。MMSE評分28～30分, 平均（29.70±0.41）分。

1.2 儀器和方法

1.2.1 儀器和參數 全部采用SIEMENS公司MAGNETOM Trio 3.0T、MAGNETOM Verio 3.0T MRI系統, 最大單軸梯度場強≥45 mT/m, 8通道頭顱相控陣線圈。所有受檢者行常規掃描、斜冠狀面海馬掃描和DTI檢查。兩組各20例行磁敏感加權（susceptibility weighted imaging, SWI）掃描。常規掃描包括橫軸位T1W: TR/TE 280 ms/2.48 ms、FOV 220 mm、層厚5 mm; 橫軸位T2W: TR/TE 5 000 ms/94 ms、層厚5 mm; 橫軸位FLAIR: TR/TI/TE 9 000 ms/2 500 ms/94 ms、層厚5 mm。海馬檢查: 矢狀面確定海馬初步位置, 在垂直海馬的層面得到斜冠狀面, T2W: TR/TE 5 000 ms/94 ms、層厚2 mm。SWI參數: 橫軸位TR 28 ms, TE 20 ms, 層厚1.2 mm, 層數: 72, iPAT 因子2。SWI獲得強度圖像和相位圖像。DTI參數: 單次激發平面回波快速成像序列, 掃描層面平行于前后聯合連線,橫軸位采集原始數據, 30個方向上施加彌散敏感梯度,b值0、1 000 s/mm2, TR/TE 5 700 ms/103 ms、voxel1 3.0 mm×1.3 mm×3.0 mm、層厚3.0 mm、 層數35、Fat.Sat、PAT mode: GRAPPA、彌散模式: MDDW。

1.2.2 重建白質纖維束 掃描數據傳至工作站進行后處理。纖維束重建用Seed法, Runge Kutta模式, 閾值0.2, 步長0.9 mm, 角度閾值30°。考慮到較小纖維束追蹤困難, 重建主要針對皮質脊髓束、胼胝體、胼胝體膝部、胼胝體壓部聯合纖維進行。紅色代表纖維束主要沿X軸左右走行, 綠色代表纖維束主要沿Y軸前后走行, 藍色表示纖維束主要沿Z軸上下走行。混合色代表纖維束多種方向走行。

1.2.3 感興趣區（region of interest, ROI）定位、定量為使定位準確, 首先選擇高清晰的FALIR圖定位, 再與FLAIR圖匹配定位勾畫出雙側大腦半球對稱性ROI區域, FA圖上測量FA值和DCavg值。ROI共18個, 均為圓形, 大小 7～14 mm2（圖1）, 即: 雙側額葉白質、雙側顳葉白質、雙側頂葉白質、雙側枕葉白質、胼胝體壓部、胼胝體膝部、雙側前部扣帶、雙側后部扣帶、雙側海馬、雙側內囊后肢。每個ROI測量重復3次, 取平均值。勾畫ROI時避開血管、腦溝、腦脊液的干擾。海馬ROI適當調整, 以減小容積效應。額葉白質的ROI畫在額中上回交界處; 頂葉白質的ROI畫在側室層面上方的半卵圓區中央溝后方; 顳葉白質的ROI畫在側室顳角的前外側; 枕葉白質的ROI畫在視放射外側; 前部扣帶、后部扣帶的ROI分別畫在胼胝體膝部、壓部層面。雙側大腦半球ROI位置如圖所示（圖1）。

圖1 雙側大腦半球不同ROI位置 1A: 顯示雙側頂葉ROI;1B: 顯示雙側枕葉ROI; 1C: 顯示雙側額葉、雙側內囊后肢ROI; 1D: 顯示雙側前部、后部扣帶、胼胝體膝部、胼胝體壓部ROI; 1E: 顯示雙側顳葉ROI; 1F: 顯示雙側海馬ROI

2 結 果

數據統計由專業統計人員完成, 采用SPSS 15.0統計軟件, 各量表數據經正態分布檢驗、方差齊性檢驗。兩樣本間符合參數條件, 采用非配對t檢驗。并采用 Pearson相關性分析, 計算相關系數。

2.1 MCI組與對照組比較

額葉、頂葉、顳葉、枕葉、胼胝體膝部、胼胝體壓部、前部扣帶、后部扣帶、內囊后肢區、海馬的FA、DCavg值在大部分腦區差異有統計學意義, 枕葉的FA、DCavg值差異無統計學意義（表1、2）。

2.2 海馬結構的體積測量

在斜冠狀面上分別勾畫出海馬的面積, 逐層測量,相加總和乘以厚度得出體積, 重復3次, 取平均值。所有體積數據進行標準化處理, 即: 標準化海馬體積=原始海馬結構體積×自身顱腔體積/所有受試者平均顱腔體積[4]。統計分析表明MCI組、對照組海馬體積與MMSE評分間差異無統計學意義。兩組海馬的FA、DCavg值差異有統計學意義（表3）。

2.3 MCI組與對照組FA值、DCavg值、MMSE評分的比較

MCI組與對照組FA值、DCavg值、MMSE評分統計分析顯示兩組差異有統計學意義（表4）。

2.4 MCI組記憶減退病程與MMSE評分的相關性

MCI組平均記憶減退時間為（11.60±6.17）個月,MMSE評分為（24.37±0.56）, r值為-0.396, P＜0.05。

2.5 MCI組與對照組常規MRI及SWI

圖像由2位資深醫生雙盲分析, 兩組顯示≤ 3 mm腔隙性梗塞65例, 顯示腦溝腦室輕度增大70例。未檢出微小陳舊性出血灶。雙盲分析未區分出兩組受試對象。

2.6 對照組和MCI組白質束成像的比較

對照組和MCI組白質束成像的比較見圖2。

表1 MCI組與對照組的FA比較

表2 MCI組與對照組的DCavg比較

表3 MCI組與對照組海馬體積及FA、DCavg值比較

表4 MCI組與對照組 FA、DCavg、MMSE值評分的差異性分析

圖2 對照組和MCI組的白質束成像圖 2A、2B: 對照組女性, 65歲, 胼胝體纖維束密集, 整齊; 2C、2D: MCI女性, 65歲, 胼胝體纖維束較稀疏, 不整齊

3 討 論

隨著全球人口老齡化不斷發展, 癡呆發病越來越多。2001年一項大規模調查顯示: 上海市城鄉≥55歲、≥65歲、≥70歲組人群癡呆患病率分別為3.0%、4.32%、5.29%, 其中阿爾茨海默病（Alzheimer's disease, AD）占72%, 血管性癡呆（vascular dementia,VD）占20.5%。國外老年癡呆的患病率65歲及以上是6.6%～15.8%[5]。帶來的社會壓力、經濟壓力已十分嚴峻。早期診斷、早期干預已迫在眉睫。影像醫學的參與, 尤其MRI的應用, 已起到非常積極的作用, 其中的DTI新技術在癡呆領域中的研究成為關注熱點。

記憶減退是老年人最常見的認知疾病。隨著人的衰老,記憶力下降在一些老年人可能最終發展成一種退行性癡呆癥如AD。AD是老年癡呆的最常見病因, 其特征是廣泛腦皮質神經元的丟失, 衰老斑塊的出現和疾病早期就可以在顳葉內側發現神經元纖維纏結。這些病理學特征的出現伴隨著嚴重的情景記憶障礙及各種模式的認知和其他方面的缺陷。

MCI認為是正常老人向早期AD間轉換的一種過渡階段, 或者認為是AD或其它癡呆的前期階段[6-7]。每年有10%～15%MCI患者會發展成為AD。MCI的早期診斷十分重要, 有助于干預治療以預防和減少AD形成[8]。大多數MCI的影像研究集中在海馬的萎縮和彌漫性皮層萎縮的形態上, 而對白質的異常尚未給予足夠重視。DTI技術能反映大腦白質束超微結構完整性的情況, 在癡呆的研究中已顯示出良好的前景。盡管有不同看法認為MRI用來準確發現神經退變過程中腦白質的變化不屬肯定[9], 但大多數觀點對DTI研究AD、VD、MCI得出的結論持肯定態度[10-12]。

FA和DCavg是DTI兩個重要指標。FA是彌散各向異性與整個彌散的比值, 主要反映組織各向異性彌散程度變化, 數值在0～1之間, 0為最小各向異性, 1為最大各向異性。DCavg主要反映水分子彌散運動的快慢而不指示運動的方向性。由于神經退變, 神經細胞丟失、髓鞘脫失等結果導致水分子運動空間加大, 彌散加快, 各向異性減低。FA值大反映神經纖維走向較為一致, 排列緊密, 纖維完整, 微結構好。在早期AD患者,海馬神經細胞和內嗅皮層區域的退變是普遍的, 也可能影響顳葉、頂葉皮層。這種影響可能通過wallerian變性直接導致FA的降低和DCavg的增加。病理上可發現細胞外淀粉的沉積對水分子的彌散和纖維結構的完整性有影響, 可以解釋FA和DCavg的改變, 小血管疾病可能也對白質的病理改變起到加速作用。在本研究中常規MRI序列顯示兩組的形態無明顯差異, 但在FA和DCavg指標中出現異常。文獻報道DTI顯示MCI在腦區的DCavg增加是典型早期AD的表現, 特別在海馬, 海馬的DCavg增加比海馬萎縮敏感, 容易發展為AD[10-12]。本研究與文獻報道相仿。在AD患者有研究認為DTI異常似乎集中在腦后部區域如: 海馬旁回灰質、顳葉白質, 胼胝體壓部, 扣帶后部, 在MCI患者變化似乎與AD相似。本組MCI未顯示腦前部、后部異常之分, 其出現腦多區域DTI數據異常, 也符合報道中的MCI患者DTI參數發生改變的典型區域較少的說法[9]。統計顯示MCI組病程與MMSE評分呈負相關, 即病程越長,MMSE評分越低。本研究有的患者除了記憶障礙還出現多種認知功能障礙。提示多種損害的患者可能介于單一損害和AD 之間的過渡階段[6], 多種損害的MCI患者比單一損害的MCI患者轉換成AD的比例高。

DTI的應用有助于對AD、MCI的全面研究, 通常發現AD患者各向異性減低和平均彌散系數增加并伴影像學改變, 比MCI指標改變更明顯。在本研究除發現MCI的局部定量數據異常, 在神經束重建的形態上也發現MCI的胼胝體纖維束及皮質脊髓束不如正常的密集整齊。定量的數據指標與三維立體彌散張量纖維束示蹤成像圖提供給臨床的信息很有價值。

3.0T超高場MRI為DTI的檢查提供了優越的支持平臺, 但目前單靠數據來診斷MCI有其困難, 需結合病史和神經病理量表測試綜合考慮。DTI作為無創、快捷的檢查在MCI的治療監測、隨訪復查中很有實際意義。DTI技術還需要進一步改進完善, 隨著研究的深入和硬軟件的提升, 該技術將會在癡呆的研究領域出現更加鼓舞人心的成果。

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