帕金森病腦白質(zhì)改變的磁共振彌散張量成像研究

陳正華　李炳榮★ 葉世明

帕金森病腦白質(zhì)改變的磁共振彌散張量成像研究

陳正華李炳榮★ 葉世明

目的 應(yīng)用基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析方法（TBSS）的磁共振擴(kuò)散張量成像（DTI）技術(shù)，探索帕金森?。≒D）患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)可能存在的異常。方法 對(duì)56例PD患者和28例健康志愿者進(jìn)行DTI掃描。分析PD組與正常對(duì)照組全腦白質(zhì)纖維束各向異性分?jǐn)?shù)（FA）骨架圖的差異。結(jié)果 與正常對(duì)照組比較，PD組在雙側(cè)放射冠前部、上放射冠、內(nèi)囊、大腦腳、上縱束、外囊、矢狀層、丘腦后輻射、視輻射、小腦上腳，左側(cè)鉤束、右側(cè)扣帶束、右側(cè)小腦中腳，以及穹窿、胼胝體等廣泛白質(zhì)纖維束FA值顯著減低（P＜0.05）。結(jié)論 PD患者存在運(yùn)動(dòng)下行傳導(dǎo)通路投射纖維、與邊緣系統(tǒng)相關(guān)的聯(lián)絡(luò)纖維和連合纖維以及胼胝體等廣泛腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)破壞。

帕金森病 磁共振 彌散張量成像 TBSS 各向異性分?jǐn)?shù)

帕金森?。≒arkinson's disease，PD）主要病理改變是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性變性、缺失，但PD病變并不局限在黑質(zhì)，而是隨著疾病進(jìn)展逐漸向邊緣系統(tǒng)以及廣泛新皮層等多個(gè)腦區(qū)發(fā)展，相應(yīng)白質(zhì)也會(huì)受損［1-2］。磁共振擴(kuò)散張量成像（DTI）可較好地對(duì)白質(zhì)微結(jié)構(gòu)病變進(jìn)行識(shí)別和定量分析?；诶w維束示蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析方法（TBSS）能對(duì)DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確地分析，可對(duì)不同受試者的主要纖維束精確配準(zhǔn)，準(zhǔn)確定位、定量研究［3］。目前，國(guó)內(nèi)少有學(xué)者應(yīng)用TBSS方法研究PD腦白質(zhì)改變。本研究旨在應(yīng)用基于TBSS的DTI技術(shù)，探索PD患者的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)可能存在的異常。

1　臨床資料

1.1一般資料 選取2012年6月至2014年12月在本院就診的符合英國(guó)帕金森病學(xué)會(huì)腦庫(kù)PD臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)的原發(fā)性PD患者。共入組56例PD患者，均為右利手，其中男30例，女26例；年齡44～79歲，平均年齡（62.24±8.37）歲。2013年6月至2014年2月從社區(qū)招募健康志愿者28例入組，均為右利手，其中男15例，女13例；年齡49～82歲，平均年齡（61.46±6.59）歲。PD組與正常對(duì)照組年齡、性別差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2設(shè)備及方法 采用Philips 3.0 T磁共振成像系統(tǒng)。所有病例均行矢狀位 3D高分辨率T1WI結(jié)構(gòu)像（TR：8.4ms，TE：3.0ms，層厚：1.2mm，間隔：0，層數(shù)：140層）以及DTI（TR：2987ms，TE：94ms，F(xiàn)OV：240mm×240mm，矩陣：128×128，層厚：3mm，間隔：0，層數(shù)：40層）掃描，DTI序列擴(kuò)散敏感系數(shù)b值取0s/ mm2和1000s/mm2，擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)施加方向?yàn)?1個(gè)。

1.3數(shù)據(jù)后處理及分析 應(yīng)用牛津大學(xué)腦功能磁共振中心開(kāi)發(fā)的FSL 4.0軟件對(duì)DTI圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。計(jì)量資料以（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1兩組腦白質(zhì)纖維束各向異性分?jǐn)?shù)（FA）骨架圖差異 與正常對(duì)照組比較，PD組FA值顯著減低的腦白質(zhì)纖維束（P＜0.05）包括：雙側(cè)放射冠前部、上放射冠、內(nèi)囊前后肢、大腦腳、上縱束、外囊、矢狀層（包括下縱束、額枕下束）、丘腦后輻射、視輻射、穹窿腳與終紋、小腦上腳，左側(cè)鉤束、右側(cè)扣帶束、右側(cè)小腦中腳，穹窿、胼胝體膝部、體部和壓部，以及雙側(cè)額葉、頂葉、顳葉、枕葉廣泛皮層下的弓狀纖維。與PD組比較，正常對(duì)照組無(wú)FA值顯著減低的腦白質(zhì)纖維束。

2.2PD患者腦白質(zhì)主要纖維束FA值的異常 對(duì)PD組與正常對(duì)照組各纖維束的FA值進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　兩組主要白質(zhì)纖維束FA值獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（±s）

表1　兩組主要白質(zhì)纖維束FA值獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)（±s）

注：矢狀層包括下縱束和額枕下束

FA值取值部位MNI坐標(biāo)（x，y，z）PD組（n=56）正常對(duì)照組（n=28）P值左側(cè)內(nèi)囊前肢（-21，14，10）0.4611±0.06780.4971±0.05650.011右側(cè)內(nèi)囊前肢（20，14，9）0.4801±0.07680.5319±0.07050.003左側(cè)內(nèi)囊后肢（-20，-19，0）0.7168±0.03850.7411±0.04160.004右側(cè)內(nèi)囊后肢（19，-9，7）0.6862±0.05180.7078±0.04760.034左側(cè)外囊（-30，-8，11）0.3406±0.05760.3793±0.05210.002右側(cè)外囊（31，-7，12）0.3756±0.05190.4087±0.04760.002左側(cè)放射冠前部（-24，35，-2）0.4112±0.05120.4537±0.0522＜0.001右側(cè)放射冠前部（25，36，-3）0.4190±0.05230.4611±0.0531＜0.001胼胝體膝部（6，29，1）0.7761±0.04810.7974±0.03550.015胼胝體體部（13，18，23）0.6094±0.05060.6573±0.05170.001胼胝體壓部（19，-42，23）0.7079±0.04080.7356±0.05120.003左側(cè)矢狀層（-40，-15，-10）0.4113±0.04980.4514±0.05010.002右側(cè)矢狀層（41，-20，-9）0.4383±0.04580.4817±0.0443＜0.001

3　討論

DTI通過(guò)量化水分子的彌散程度反映腦白質(zhì)組織結(jié)構(gòu)的空間方向性和完整性，應(yīng)用纖維束示蹤技術(shù)進(jìn)行三維重建，能直觀地反映白質(zhì)纖維束的走行、缺失與疏密［4-6］。因此，DTI可以較好地對(duì)一些常規(guī)腦MRI檢查序列不易察覺(jué)的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)病變進(jìn)行識(shí)別和定量分析。FA作為DTI的評(píng)價(jià)指標(biāo)，反映組織水分子整體彌散方向［7］。白質(zhì)纖維束由于受到髓鞘化、纖維束走行、致密性以及軸索的影響，F(xiàn)A值較高［8］，如果白質(zhì)纖維束的完整性受到破壞，那么水分子彌散將傾向于各向同性，F(xiàn)A值則減低。

TBSS應(yīng)用于腦白質(zhì)的DTI研究中，能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確地分析，在一定程度上克服了基于體素分析（VBA）方法在配準(zhǔn)和平滑等過(guò)程中的不足，可對(duì)不同受試者的主要纖維束精確配準(zhǔn)，定位、定量研究準(zhǔn)確［3］。簡(jiǎn)而言之，TBSS方法首先構(gòu)建一組DTI圖像的平均FA骨架圖，代表所有受試者較大的白質(zhì)纖維束中心，然后將各受試者的FA圖投射至平均FA骨架圖上，以確保骨架圖上每一個(gè)體素的FA值均來(lái)自于最鄰近的白質(zhì)纖維束中心，從而避免了圖像配準(zhǔn)不精確和平滑帶來(lái)的問(wèn)題［3］。

從功能解剖角度，腦白質(zhì)的作用主要是將皮層與皮層或皮層下灰質(zhì)連接起來(lái)，構(gòu)成完整的功能體系［9］，白質(zhì)完整性是保證軸突傳導(dǎo)功能的基礎(chǔ)。PD是一種中樞神經(jīng)退行性疾病，其主要病理改變是黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性變性、缺失，但隨著病情進(jìn)展，腦白質(zhì)也會(huì)受損［1，2，10］。有研究表明，對(duì)于PD患者，腦白質(zhì)異常既可導(dǎo)致肌張力增高、運(yùn)動(dòng)遲緩等運(yùn)動(dòng)癥狀，又可導(dǎo)致認(rèn)知障礙、嗅覺(jué)減退、自主神經(jīng)功能紊亂等非運(yùn)動(dòng)癥狀的發(fā)生［11］。

本研究發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組比較，PD患者廣泛腦白質(zhì)FA值均顯著減低（P＜0.05），并且涵蓋了聯(lián)絡(luò)纖維、連合纖維和投射纖維這三類腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束。說(shuō)明PD患者存在廣泛的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)破壞。PD患者的雙側(cè)前、上放射冠、內(nèi)囊、大腦腳均有白質(zhì)微結(jié)構(gòu)破壞，意味著包括皮質(zhì)脊髓束、皮質(zhì)腦橋束、皮質(zhì)延髓束以及皮質(zhì)紋狀體束等在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)下行傳導(dǎo)通路投射纖維結(jié)構(gòu)破壞，提示PD患者運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)除經(jīng)典的錐體外系受累外，錐體系亦可能受累，這可能與PD患者初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的皮質(zhì)可塑性改變有關(guān)。PD患者的雙側(cè)上縱束、外囊、矢狀層（包括下縱束與額枕下束）、左側(cè)鉤束、右側(cè)扣帶束這些聯(lián)絡(luò)纖維，以及屬于連合纖維的穹窿，均有白質(zhì)微結(jié)構(gòu)破壞。這些與邊緣系統(tǒng)相關(guān)的纖維束，多數(shù)在阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）患者中表現(xiàn)有微結(jié)構(gòu)損害［12］。提示PD患者存在的認(rèn)知障礙癥狀可能與這些白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)。有研究表明，帕金森病癡呆（Parkinson's disease with dementia，PDD）患者和AD患者的基底前腦膽堿能系統(tǒng)神經(jīng)元缺失，是導(dǎo)致認(rèn)知功能減退的病理生理機(jī)制［13］。而扣帶束、外囊、鉤束等相關(guān)聯(lián)絡(luò)纖維是邁內(nèi)特（Meynert）基底核神經(jīng)元向大腦皮層輸送大量乙酰膽堿的通路。所以這些纖維束微結(jié)構(gòu)破壞，可能是導(dǎo)致PD患者認(rèn)知功能障礙的原因之一。另外，由于邊緣系統(tǒng)與內(nèi)臟活動(dòng)的調(diào)節(jié)以及情緒反應(yīng)亦有密切關(guān)系，所以這些與邊緣系統(tǒng)相關(guān)的纖維束微結(jié)構(gòu)破壞，亦可能與PD患者可能存在的自主神經(jīng)功能紊亂以及精神心理癥狀（焦慮、抑郁）有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，PD患者的胼胝體存在廣泛微結(jié)構(gòu)破壞，PD患者雙側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力下降，亦可能與其胼胝體廣泛微結(jié)構(gòu)破壞有關(guān)。本資料結(jié)果顯示，PD患者雙側(cè)丘腦后輻射、視輻射存在微結(jié)構(gòu)破壞。這些纖維束不僅與視覺(jué)功能有關(guān)，還與運(yùn)動(dòng)表象、視覺(jué)空間工作記憶的形成相關(guān)，在運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備階段具有重要作用。這些纖維束微結(jié)構(gòu)破壞，可能加重PD患者的相關(guān)運(yùn)動(dòng)障礙。小腦上腳主要由小腦的傳出纖維組成，該部位損傷將影響肌張力和運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)［9］。因此，PD患者雙側(cè)小腦上腳存在纖維束微結(jié)構(gòu)破壞，可能是導(dǎo)致患者運(yùn)動(dòng)相關(guān)癥狀的原因之一。

綜上所述，PD患者廣泛腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)破壞可能與PD的病理機(jī)制相關(guān)，亦可能因此加重PD患者運(yùn)動(dòng)相關(guān)癥狀、認(rèn)知障礙、精神心理癥狀（焦慮、抑郁）以及自主神經(jīng)功能紊亂。

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Objective Tract-based spatial statistics（TBSS）was used in a diffusion tensor magnetic resonance imaging（DTI）study to investigate the brain white matter microstructure abnormalities in patients with Parkinson's disease（PD）. Methods Totally 56 clinically diagnosed PD patients and age- and gender-matched 28 normal controls（NC）were included to take DTI examination. All subjects were scanned with Philips 3.0 T MR system. The DTI data were processed and analyzed by FSL 4.0 soft. Two-sample t-test was used to examine the fractional anisotropy（FA）differences between PD group and NC group. Results Compared to NC group，PD group had significantly decreased FA values in multiple fibers including bilateral anterior corona radiata（ACR），superior corona radiata（SCR），internal capsule（IC），cerebral peduncle（CP），superior longitudinal fasciculus（SLF），external capsule（EC），sagittal stratum（inferior longitudinal fasciculus（ILF）and inferior frontooccipital fasciculus（IFOF），posterior thalamic radiation including the optic radiation（PTR），crus of the fornix or stria terminalis（FxST），superior cerebellar peduncle（SCP），as did left uncinate fasciculus（UF），right cingulum，right middle cerebellar peduncle（MCP），the fornix，corpus callosum（CC），and arcuate fibers subjacent to several frontal，parietal，temporal and occipital gyri（P＜0.05，F(xiàn)WE corrected）.

Conclusions There are diffuse white matter microstructure deficits in PD patients. The fiber microstructure deficits mainly happen in several areas including the whole corticofugal tract，limbic system related association fibers and commissural fibers，corpus callosum，posterior thalamic radiation including the optic radiation，and cerebellar efferent fibers.

Parkinson's disease Magnetic resonance imaging Diffusion tensor imaging Tract-based spatial statistics Fractional anisotropy

323700 浙江省麗水市龍泉人民醫(yī)院放射科（陳正華葉世明）

323000 浙江省麗水市中心醫(yī)院放射科（李炳榮）