MRI分析阿爾茨海默病進(jìn)程中海馬頭、體、尾部體積改變

徐玉玉，錢學(xué)華*，鄧 玲，呂發(fā)金，陳 清

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)解剖學(xué)教研室，重慶 400016；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400042)

MRI分析阿爾茨海默病進(jìn)程中海馬頭、體、尾部體積改變

徐玉玉1，錢學(xué)華1*，鄧 玲1，呂發(fā)金2，陳 清1

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)解剖學(xué)教研室，重慶 400016；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400042)

目的 探討阿爾茨海默病(AD)進(jìn)程中,海馬頭、體、尾部形態(tài)學(xué)改變。方法 對AD、輕度認(rèn)知障礙(MCI)患者各30例(AD組、MCI組)及30名正常老年人(正常對照組)行顱腦MRI掃描。基于MRI掃描圖像將海馬頭、體、尾部進(jìn)行分段，并測量其體積。比較AD組、MCI組、正常對照組海馬體積整體差異及頭、體、尾部體積差異。分析海馬體積與各神經(jīng)評定量表評分的相關(guān)性。結(jié)果 3組中，左側(cè)海馬總體積及頭、體、尾部體積均大于右側(cè)(P均<0.05)。3組間左、右海馬總體積比較，AD組小于正常對照組(P均<0.01)及MCI組(P均<0.05)，MCI組小于正常對照組(P均<0.05)。與正常對照組比較，AD組左、右海馬頭、體、尾部體積均減小(P均<0.05)，MCI組左海馬頭、體部及右海馬頭部體積減小(P均<0.05)。AD組左、右海馬頭、體部體積均小于MCI組(P均<0.05)。簡易智能狀態(tài)檢查表(MMSE)評分與雙側(cè)海馬頭、體、尾部體積及總體積均呈正相關(guān)。除左海馬尾部外，雙側(cè)海馬頭、體、尾部體積及總體積均與日常生活能力量表(ADL)評分及臨床癡呆分級量表(CDR)評分呈負(fù)相關(guān)，均與蒙特利爾認(rèn)知評估量表(MoCA)評分呈正相關(guān)。結(jié)論 AD患者雙側(cè)海馬體積明顯縮小，MCI患者海馬體部、尾部萎縮不明顯，但海馬頭部體積明顯縮小。

阿爾茨海默病；輕度認(rèn)知障礙；海馬；磁共振成像

阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)是一種慢性進(jìn)行性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，多以近期記憶減退、陳述性記憶障礙為首發(fā)癥狀。輕度認(rèn)知障礙(mild cognition impairment， MCI)是介于正常衰老和AD之間的一種過渡狀態(tài)，是AD的亞臨床前期狀態(tài)。在AD病程中，病變區(qū)域早期位于內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)，主要為海馬結(jié)構(gòu)受累，繼而累及杏仁體，最后直至整個大腦皮層[1]。海馬結(jié)構(gòu)(hippocampal formation， HPF)是AD病程中最先發(fā)生形態(tài)改變也是最具有特異性改變的結(jié)構(gòu)之一。近年來隨著MR技術(shù)的進(jìn)步，對于海馬結(jié)構(gòu)形態(tài)及體積的研究也愈加成熟。本研究將海馬為頭、體、尾3部分，探討AD、MCI患者及正常老年人海馬體積的變化。

1 資料與方法

1.1一般資料 收集2014年2月—2016年2月于重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院就診的AD及MCI患者共60例；其中AD患者30例(AD組)，男14例，女16例，年齡61～79，平均(70.3±7.4)歲；MCI患者30例(MCI組)，男14例，女16例，年齡59～79，平均(69.8±8.7)歲。AD診斷標(biāo)準(zhǔn)參考2011年美國國家衰老研究所(National Institute of Aging， NIA)和阿爾茨海默病學(xué)會(Alzheimer's Association， AA)發(fā)表的NIA-AA診斷標(biāo)準(zhǔn)[2]及《精神神經(jīng)病診斷與統(tǒng)計手冊》(DSM-IV)[3]。MCI診斷標(biāo)準(zhǔn)參考Petersen提出的診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]。同期收集30名正常老年人作為正常對照組，男16例，女14例，年齡53～70歲，平均(61.6±7.6)歲。對3組均參考NIA-AA及DSM-IV診斷標(biāo)準(zhǔn)，并采用簡易智能狀態(tài)檢查(minimum mental state examination, MMSE)量表、日常生活能力(activities of daily living, ADL)量表、臨床癡呆分級(clinical dementia rating, CDR)量表、蒙特利爾認(rèn)知評估(Montreal cognitive assessment, MoCA)量表作為神經(jīng)心理學(xué)評價指標(biāo)。以漢密爾頓抑郁(Hamilton depression scale, HAMD)量表排除抑郁狀態(tài)。所有受試者均為右利手，母語均為漢語，無語言及聽力障礙，無心血管及神經(jīng)系統(tǒng)疾病手術(shù)史，無腦外傷、藥物濫用情況，排除抑郁。所有受試者均簽署知情同意書。

1.2MRI掃描 采用GE Signa HDxt 3.0T TX雙梯度雙射頻源MR掃描儀，頭部正交8通道相控陣線圈。以三維快速擾相梯度回波(three-dimensional fastspoiled gradient-recalled， 3D-FSPGR)序列獲取全腦高分辨率軸位三維結(jié)構(gòu)T1WI圖像，掃描參數(shù)：TR 8.0 ms，TE 3.1 ms，TI 400 ms，層厚1 mm，翻轉(zhuǎn)角12°，矩陣240×240，NEX 1，F(xiàn)OV 24 cm×18 cm，無間隔掃描158層。

1.3數(shù)據(jù)測量及標(biāo)準(zhǔn)化處理 將MRI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入AW 4.2工作站，重建出VR圖像后，于矢狀位、冠狀位及軸位圖像上對海馬體積和各線性指標(biāo)進(jìn)行測量。海馬沿縱軸走行可分為頭、體、尾三部分，具體邊界劃分及分段方案參照文獻(xiàn)[5-7]中的方法。

海馬頭部：以鉤隱窩作為海馬頭上界標(biāo)識。矢狀位圖像可清晰顯示海馬頭的最前界被海馬旁回(parahippocampal gyrus, PG)的白質(zhì)組織包繞。海馬頭的內(nèi)側(cè)邊界無明顯標(biāo)識，因其內(nèi)下界與下托相延續(xù)，參照Colla等[8]推薦的方法以海馬白質(zhì)的延長線作為二者的分界。以鉤頂完全呈現(xiàn)的層面為海馬頭部后界。見圖1。

海馬體部：海馬體上界為海馬傘與四疊體池，外側(cè)界為側(cè)腦室三角區(qū)，內(nèi)側(cè)界為四疊體池，海馬體下界與海馬旁回相鄰。見圖2。

海馬尾部：冠狀位圖像海馬尾開始出現(xiàn)的層面為穹窿整體輪廓完全顯示的層面，或穹窿從側(cè)腦室壁分離的層面，以先出現(xiàn)者為準(zhǔn)。沿四疊體池上界向外側(cè)至側(cè)腦室三角區(qū)畫出的水平線即為海馬尾上界，可將海馬尾與彎窿分開。海馬尾部的最后層面為其卵圓形灰質(zhì)區(qū)即將消失的層面。見圖3。

由2名有經(jīng)驗的影像醫(yī)師在冠狀位圖像上手動勾畫海馬邊界，海馬面積與掃描層厚的乘積即為該層面體積，各層面海馬體積之和即為海馬總體積。以上測量值均測量3次后取平均值作為最終取值。部分層面解剖位置不易辨認(rèn)時，結(jié)合矢狀位及軸位圖像獲得信息。測量顱腔左右徑、上下徑、前后徑，其乘積即為顱腔體積。為消除個體頭顱大小對測量結(jié)果的影響，對所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，體積標(biāo)準(zhǔn)化值=(海馬體積/個體顱腔體積)×顱腔體積平均值，顱腔體積平均值為本研究全部受試者的顱腔體積的平均值。

1.4統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件。各組間年齡、受教育年限及各神經(jīng)心理學(xué)評分的比較采用Kruskal-Wallis秩和檢驗，性別比較采用χ2檢驗。左右側(cè)海馬體積的比較采用配對t檢驗。海馬總體積及各分段體積檢驗方差齊性后采用單因素方差分析進(jìn)行比較，兩兩比較采用SNK-q法。海馬體積與各神經(jīng)心理學(xué)評分的相關(guān)性采用Spearman秩相關(guān)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1受試者一般資料及神經(jīng)心理學(xué)評分 3組受試者一般資料及神經(jīng)心理學(xué)評分見表1。3組受試者年齡、受教育年限、性別差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。

圖1 健康老年人海馬頭部邊界MRI圖 A.側(cè)隱窩初始層面； B.鉤頂初始層面； C.鉤頂完全顯現(xiàn)的層面 (a：海馬頭部；d：杏仁體；e：海馬旁回；f：側(cè)隱窩；g：側(cè)腦室；h：鉤頂；o：溝裂；黃色實線為海馬頭部邊界輪廓；綠色虛線為參考線) 圖2 健康老年人海馬體部邊界MRI圖 A.鉤呈現(xiàn)的層面； B.海馬體中部層面； C.丘腦枕下方海馬體最后顯現(xiàn)層面 (b：海馬體部；e：海馬旁回；g：側(cè)腦室；i：胼胝體；j：丘腦；k：環(huán)池；黃色實線為海馬體部邊界輪廓) 圖3 健康老年人海馬尾部邊界MRI圖 A.海馬尾初始層面； B.上穹窿消失層面； C.海馬尾灰質(zhì)消失層面 (c：海馬尾部；g：側(cè)腦室；i：胼胝體；l：穹窿；m：四疊體池；n：脈絡(luò)叢；黃色實線為海馬尾部邊界輪廓；綠色虛線為參考線)

組別年齡(歲)男/女(例/名)受教育年限(年)MMSE評分ADL評分CDR評分MoCA評分HAMD評分AD組70.3±7.416/148.40±3.1812.53±6.1830.51±9.731.72±0.7811.03±5.032.57±1.76MCI組69.8±8.714/167.57±3.7624.70±2.2218.93±4.860.5020.13±6.182.72±1.33正常對照組61.6±7.614/169.83±3.3128.83±1.1514.70±1.26028.13±1.282.79±2.31

表2 各組左右側(cè)海馬體積比較±s)

表3 各組標(biāo)準(zhǔn)化后的海馬體積比較±s)

注：*：與正常對照組比較，P<0.05；#：與MCI組比較，P<0.05

2.2海馬總體積及各部分體積 AD組、MCI組及正常對照組中，左右側(cè)海馬體積各測量值間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，右側(cè)均大于左側(cè)(P均<0.05，表2)。

AD組、MCI組及正常對照組間左右側(cè)海馬總體積、頭部、體部、尾部體積總體差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。AD組與正常對照組比較，左右側(cè)海馬總體積、頭、體、尾部體積均減小(P均<0.05)。AD組與MCI組比較，左右側(cè)海馬總體積、頭、體部體積減小(P均<0.05)。MCI組與正常對照組比較，左右側(cè)海馬總體積、左側(cè)海馬頭、體部及右海馬頭部體積減小(P均<0.05)，見表3。

2.3相關(guān)性分析 MMSE評分與標(biāo)準(zhǔn)化后的雙側(cè)海馬頭、體、尾部體積及總體積均呈正相關(guān)。ADL評分、CDR評分與標(biāo)準(zhǔn)化后的左側(cè)海馬頭部及體部、右側(cè)海馬頭、體、尾部、雙側(cè)海馬總體積均呈負(fù)相關(guān)。MoCA評分與標(biāo)準(zhǔn)化后的左側(cè)海馬頭部及體部、右海馬頭、體、尾部、雙側(cè)海馬總體積均呈正相關(guān)。ADL評分、CDR評分及MoCA評分均與側(cè)左海馬尾部體積無相關(guān)性。見表4。

3 討論

海馬結(jié)構(gòu)是人腦顳葉冠狀面上一形似海馬的區(qū)域，是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，由束狀回、齒狀回、海馬本部、下托復(fù)合體(尖下托、下托、前下托、旁下托)組成[9]。正常人海馬體積在4歲時已趨于穩(wěn)定[10-11]，中青年 (20～40歲)非常穩(wěn)定，約60歲后海馬體積隨著年齡的增加而呈線性減小[12]，尤其是右側(cè)海馬頭部，其原因為正常生理結(jié)構(gòu)老化，與全腦的萎縮有關(guān)。此外，有研究[13-15]顯示MCI和AD患者的海馬體積均較正常老年人明顯縮小，且海馬結(jié)構(gòu)縮小程度較大。Mulder等[16]應(yīng)用手動測量方法、自動測量軟件Freesurfer和FIRST

表4 海馬體積與神經(jīng)心理學(xué)量表評分相關(guān)性分析

分別測量正常人、MCI和AD患者的海馬體積，結(jié)果顯示MCI患者海馬體積為正常人的80%～90%，而AD患者海馬體積僅為正常人的70%～80%，提示海馬體積隨著AD病程的推進(jìn)明顯縮小。本研究采用高分辨全腦MRI圖像對AD、MCI患者及正常老年人海馬體積變化進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，MCI組左右側(cè)海馬總體積均小于正常對照組(P均<0.05)，AD組左右側(cè)海馬總體積均小于MCI組(P均<0.05)，與Mulder等[16]的研究結(jié)果相符。

對海馬體積測量數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，發(fā)現(xiàn)左、右海馬體積差異存在統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，正常對照組、MCI組、AD組右側(cè)海馬體積均大于左側(cè)，提示在AD病程中右側(cè)海馬仍然保持優(yōu)勢側(cè)半球功能。

本研究發(fā)現(xiàn)，AD組較正常對照組海馬頭、體、尾部體積均有明顯縮小(P均<0.05)，MCI組右側(cè)海馬體、尾部，左側(cè)海馬尾部體積與正常對照組差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，提示在AD病程進(jìn)展中，海馬頭部體積縮小發(fā)生最早最顯著，尾部體積變化發(fā)生較晚且相對不明顯。由于海馬結(jié)構(gòu)不同區(qū)域的功能有所分工，結(jié)合AD患者病程早期主要為近期記憶損害及學(xué)習(xí)功能受損的臨床表現(xiàn)，提示海馬結(jié)構(gòu)參與近期記憶儲存與學(xué)習(xí)能力主要位于海馬頭部。本研究顯示，除左側(cè)海馬尾部外，標(biāo)準(zhǔn)化后的海馬體積與MMSE、ADL、CDR、MoCA神經(jīng)心理學(xué)評分存在相關(guān)性，提示海馬結(jié)構(gòu)在長短期記憶、學(xué)習(xí)能力、情感等認(rèn)知功能中起著重要作用，海馬體積結(jié)構(gòu)改變可損傷其認(rèn)知功能。

綜上所述，AD和MCI病程伴隨著海馬體積的縮小，其中海馬頭部體積縮小程度最為顯著。此外，結(jié)合AD及MCI臨床表現(xiàn)，提示海馬頭部可能與短期記憶功能有關(guān)，海馬頭部萎縮可作為正常老年人向MCI及AD轉(zhuǎn)化的早期指標(biāo)。

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MRI analysis of hippocampal head, body and tail volume changes in progresses of Alzheimer disease

XUYuyu1，QIANXuehua1*，DENGLing1，LYUFajin2,CHENQing1

(1.DepertmentofAnatomy,ChongqingMedicalUniversity,Chongqing400016,China;2.DepertmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofChongqingMedicalUniversity,Chongqing400042,China)

Objective To investigate the morphological changes of the head, body and tail of the hippocampus in patients with Alzheimer's disease (AD). Methods Totally 30 AD (AD group), 30 mild cognition impairment (MCI) patients (MCI group) and 30 normal old persons (normal control group) underwent brain MR scan. Based on the MR images, the head, body and tail of the hippocampus were segmented and the volume was measured. The difference of the volume in total, head, body and tail of hippocampus in AD group, MCI group and normal control group were compared. The correlation between hippocampal volume and the scores of neurological assessment scale was analyzed. Results The left total, head, body and tail volume were greater than those of the right side in 3 groups (allP<0.05). For the comparison of total volume of left and right sides among the 3 groups, AD group was less than normal control group (bothP<0.01) and MCI group (bothP<0.05), MCI group was less than normal control group (bothP<0.05). Compared with the normal control group, the head, body and tail volume of hippocampus of both sides were decreased in AD group (allP<0.05) and the volume of left head, body and right head of hippocampus in MCI group were decreased (allP<0.05). Both sides hippocampus's head and body volume of AD group were less than those of MCI group (bothP<0.05). The scores of minimum mental state examination (MMSE) were positively correlated with the total and the head, body, tail volume of bilateral hippocampus. Except volume of left tail, there were negative correlations between the scores of activities of daily living (ADL)， clinical dementia rating (CDR) and the volume of total and head, body, tail of bilateral hippocampus, which were positively correlated with Montreal cognitive assessment (MoCA) score. Conclusion The volume of bilateral hippocampus was significantly reduced in AD patients. The head of hippocampal volume was significantly reduced and the body and tail was not obvious.

Alzheimer disease； Mild cognition impairment； Hippocampus； Magnetic resonance imaging

徐玉玉(1992—)，女，山東濰坊人，在讀碩士。研究方向：應(yīng)用解剖學(xué)和影像解剖學(xué)。E-mail： 773943147@qq.com

錢學(xué)華，重慶醫(yī)科大學(xué)解剖學(xué)教研室，400016。E-mail: q-xh@163.com

2016-10-12

2017-04-09

R322.81； R445.2

A

1003-3289(2017)06-0853-06

10.13929/j.1003-3289.201610043