輕度認知功能障礙彌散參數定量范圍及與認知損傷程度的關系*

郭志偉 陳華平 母其文 周亮,2 蔡夢杰,3

(1. 南充市中心醫院醫學影像科，四川 南充 637000; 2. 西南醫科大學影像醫學與核醫學專業，四川 瀘州 646000; 3. 川北醫學院影像醫學與核醫學專業，四川 南充 637000)

輕度認知功能障礙患者(Mild Cognitive Impairment, MCI)以超出年齡和教育程度造成的認知、記憶力下降為表現，介于癡呆和正常老齡化之間的一種過渡狀態，是阿爾茲海默癥(Alzheimer’s Disease，AD)的一種早期臨床表現。約50%的MCI患者在發病后的5年內發展為AD[1]，是健康老年人AD發病率的9倍[2]。中晚期AD治療效果不佳，因此如何確定MCI的特異性、敏感性診斷指標，建立客觀、量化、準確的早期診斷標準，實現AD的早期診斷、干預治療，減少或延遲AD發生及危害具有非常重要的意義[3]。彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging, DTI)技術可以定量檢測大腦組織微結構及白質纖維束連接的改變[4]。國內外文獻均已報道了MCI患者在DTI彌散參數[各向異性參數(Fractional Anisotropy, FA)]、平均彌散量(Mean Diffusivity, MD)的改變[2,5-11]，可以實現對MCI患者更早期的診斷。目前尚無研究報道確定MCI患者疾病相關腦區FA、MD值的定量大小及范圍，不便對MCI患者進行DTI影像診斷。因此，本研究總結現有關于MCI的DTI及磁共振成像研究結論，選取MCI患者最具代表性的腦區，確定代表性腦區DTI圖像各彌散參數的定量值及與臨床評分的相關性，以期為臨床DTI影像診斷提供檢測方法及參考指標。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017年3月～2017年9月我院收治的MCI患者21例。其中男性9例，女性12例，年齡53～79歲，平均65.38歲，受教育程度中學及以下。所有患者均按照Petersen診斷標準納入：①存在由患者、家屬或知情者提供的記憶力減退；②臨床癡呆評定量表(Clinical Dementia Rating, CDR)0.5分；③Hachinski缺血指數量表<4；④簡易智能檢查量表(Mini-Mental State Examination, MMSE)評分：文盲<17分；小學文化<20分；中學文化<24分之間，所有評分均≤26分；⑤存在與年齡、教育程度不想當的記憶缺陷；⑥日常生活能力保持正常；⑦除癡呆外，無任何可以導致腦功能紊亂的軀體和精神疾病。排除存在磁共振檢查禁忌癥的患者，排除T2WI高信號、腦萎縮的患者。每個納入研究的患者均被告知研究目的，并自愿簽訂知情同意書。

1.2 臨床量表評估 所有患者入組前均接受早期癡呆癥篩查量表(Alzheimer Disease 8, AD8)評分進行初步篩查，篩查被認為可能存在認知功能障礙的患者進一步經臨床醫師按照Petersen診斷標準確診。此外，對被納入患者進行日常生活能力(Activities of Daily Living, ADL)、MMSE、蒙特利爾認知評估量表(Montreal Cognitive Assessment, MoCA)評估，確定其認知功能損傷程度的臨床表現。

1.3 磁共振圖像采集 采用美國GE公司1.5T Signa HDxt MR掃描儀的8通道相位矩陣頭線圈對入組的MCI患者進行磁共振圖像采集。掃描序列包括：常規T1WI、T2 Flair、T2 FSE、DWI及DTI序列。其中DTI圖像采用單次激發自旋回波-平面成像技術，掃描參數如下：TR/TE: 8500/96ms，翻轉角：90°，FOV：24.0cm×24.0cm，采集矩陣：256×256，層厚/層間距：5.0/0.0mm，層數：32。彌散敏感系數b=l000s/mm2，彌散敏感梯度方向：30，B值：0.0/1000 mm2。

1.4 DTI圖像處理方法 首先采用SPM 12(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)工具包對DTI圖像進行頭動矯正預處理，減少頭動對圖像的影響。之后，采用Diffusion Toolkit(http://trackvis.org/)軟件根據插值流線追蹤算法對預處理后的DTI圖像進行圖像重建及全腦纖維束追蹤，追蹤終止條件FA>0.15，追蹤角<35°。重建得到每個患者的FA、MD及全腦纖維束圖像。根據Montreal Neurological Institute (MNI)實驗室提供的Anatomical Automatic Labeling (AAL)模板，選取左、右側海馬，左、右側海馬旁回，左、右側后扣帶回，左、右側額中回和左、右側顳中回分別作為感興趣區(Region of Interest, ROI)，計算每個患者各ROI內的FA值、MD值的均值。

1.5 統計學分析 采用SPSS 22.0軟件統計所有入組患者的年齡、MoCA評分、MMSE評分及各ROI內FA、MD值的均值、標準差，確定MCI患者認知功能相關腦區FA、MD值的定量大小及范圍。為評估各ROI內DTI影像彌散參數值與臨床評分的關系，確定與臨床表現存在顯著相關的特異性腦區，采用Pearson相關性分析方法計算各ROI內FA、MD值的均值與臨床評分的相關系數，P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 MCI認知功能相關腦區的選擇 選取雙側海馬、雙側海馬旁回、雙側后扣帶回、雙側額中回、雙側顳中回10個與MCI患者認知功能相關腦區作為ROI，左右半球用不同的顏色標記，不同顏色代表不同的ROI，見圖1。

圖1 認知相關的ROI選擇Figure 1 Selection of the cognitive related ROI

注：A.左右側海馬；B.左右側后扣帶回；C.左右側額中回；D.左右側顳中回；E.左右側海馬旁回

2.2 FA、ADC值的定量范圍 左、右側海馬、左、右側后扣帶回、左、右側額中回、左、右側顳中回及左、右側海馬旁回腦區內FA、MD的均值及標準差，見表1。

Table1QuantitativerangeofFAandMDvalueintheMCIrelatedbrainregions

腦區FA值MD值左側海馬0251±003400013±000024右側海馬0329±005400010±000018左側后扣帶回0291±005100012±000015右側后扣帶回0404±005200012±000024左側額中回0197±002400013±000040右側額中回0156±003800011±000047左側顳中回0201±001400011±000009右側顳中回0174±001100011±000011左側海馬旁回0242±002200017±000024右側海馬旁回0237±003400013±000027

2.3 DTI彌散參數與臨床評分的相關性 對MCI認知功能相關腦區的FA值與MMSE、MoCA評分進行Pearson相關性分析發現，左側海馬、左側顳中回、右側額中的FA值與MMSE評分呈顯著負相關(r=-0.529,-0.686,-0.457，P<0.05)；右側后扣帶回FA值與MMSE評分(r= 0.442，P< 0.05)及MoCA評分(r=0.6，P<0.05)均呈顯著正相關關系，見表2。對MCI認知功能相關腦區的MD值與MMSE、MoCA評分進行Pearson相關性分析發現，左側海馬、右側顳中回、左側海馬旁回的MD值與MMSE評分呈顯著正相關(r=0.555，0.540，0.580，P<0.05)；左側海馬旁回的MD值與MoCA評分顯著正相關(r= 0.443,P<0.05)，見表3。

表2MCI相關腦區FA值與患者臨床評分的相關性

Table2CorrelationbetweentheFAvalueofthecognitiverelatedbrainregionsandtheclinicalassessmentscores

腦區MoCA評分MMSE評分rPrP左側海馬?01930403?05290014①右側海馬?00410858?01750449左側后扣帶回?01660472?03660103右側后扣帶回0600041①04420045①左側額中回?00710759?03480122右側額中回?01970392?04570037①左側顳中回?02550264?068600006①右側顳中回?0060797?042900503左側海馬旁回?00570807?02640247右側海馬旁回0090698003770871

注：①P<0.05，表示腦區內的平均FA值與臨床評分顯著相關

3 討論

本研究采用基于體素的分析方法定量確定了MCI疾病相關主要腦區的DTI彌散參數FA、MD值的大小、變化范圍，并分析了上述腦區內彌散參數與MCI臨床指標的相關性，結果發現左側海馬、左側海馬旁回、右側后扣帶回、右側額中回、雙側顳中回內DTI彌散微結構的變化認知功能評分存在顯著相關性，尤其是左側海馬，FA、MD值均與MMSE評分顯著相關，為MCI疾病的DTI影像診斷提供一定的量化參考指標和重點關注腦區。

表3MCI相關腦區MD值與患者臨床評分的相關性

Table3CorrelationbetweentheMDvalueofthecognitiverelatedbrainregionsandtheclinicalassessmentscores

腦區MoCA評分MMSE評分rPrP左側海馬0327014705550009①右側海馬?00016099500380871左側后扣帶回?023031600029099右側后扣帶回?02940196?01780439左側額中回?01980388?01540506右側額中回?02260326?02210335左側顳中回?0087070902320311右側顳中回042100570540012①左側海馬旁回04430044①0580006①右側海馬旁回03140165020386

注：①P<0.05，表示腦區內的平均ADC值與臨床評分顯著相關

MCI疾病的組織體積、彌散成像、波譜成像、功能磁共振成像研究均報道了其病理累計的大腦組織結構及功能的變化[12]。海馬區是人類記憶功能的重要中樞，而MCI患者的主要臨床癥狀表現為記憶力下降，目前MCI患者海馬組織的異常已在絕大多數研究中證實。結構磁共振成像研究表明，與正常老年人相比，MCI患者的海馬組織表現為顯著的體積萎縮[3，7，13-16]，DTI彌散微結構參數上表現為FA值的顯著降低及MD的顯著增高[7，13]，且FA值的改變與認知功能評分存在顯著的相關性。海馬組織的功能磁共振成像表現為N-乙酰天冬氨酸(NAA)/肌酸(Cr)、肌醇(mI)/Cr、mI/NAA值的顯著增高及神經激活強度與功能連接的降低。NAA是神經和軸突密度的標志物，而mI被認為是神經膠質細胞的標志。因此，上述各項指標的降低預示著人腦記憶功能的下降以及認知功能的減退。除海馬組織外，MCI組織結構、功能的異常在海馬旁回、后扣帶回、前額葉、顳葉皮層、內嗅皮層等組織也有相關研究報道。與海馬組織相同，后扣帶回、海馬旁回、顳葉、額葉白質的FA值降低，MD值增高，且這些區域DTI彌散參數指標與臨床認知功能評分存在相關性[9]。MCI患者的額葉NAA/Cr降低，mI/Cr增高；左側內顳葉NAA/Cr降低，雙側內顳葉NAA/mI降低。與健康人的對比發現，MCI患者后扣帶回皮層的ADC值增加，FA值降低，且后扣帶回部位的ADC值與詞匯及視覺記憶均具有很強的相關性[17]，這種相關性在MCI患者的執行功能和雙側后扣帶回皮層的腦血流體積之間也存在顯著性表現[18]。Tomasz等[19]研究發現顳葉皮層的體積測量對MCI鑒別診斷的敏感性和特異性分別達到90%及93%；且與健康對照相比，雙側顳葉皮層的MD值在遺忘型MCI和非遺忘型MCI患者中均顯著增高[20]。因此，這些組織的結構及功能損傷可能參與MCI的病理、生理過程，對這些組織的彌散參數的檢測可以實現對MCI疾病的診斷。

雖然現有研究已證實了DTI等其他成像方法對MCI的診斷價值，但直觀影像圖像上表現不明顯，常規診斷方式無法實現對MCI的臨床診斷，且目前尚無關于MCI患者相關腦區彌散參數值定量大小及范圍的報道。該指標的確定能夠為影像診斷提供特異性的參考范圍，更利于實現對MCI的早期影像診斷。此外，與臨床指標的相關性分析提示我們診斷過程中重點關注的腦區，提高診斷的敏感性和特異性。因此，該研究對MCI的早期DTI影像診斷，AD疾病的早期預防、早期干預具有非常重要的意義。

本研究不足之處尚存在以下不足：①樣本量較小，本研究只納入了21例MCI患者，若為臨床診斷確定定量的診斷標準，該研究結果仍需進一步大樣本量研究證實；②本研究只給出了MCI患者DTI彌散參數的定量值及范圍，需進一步驗證該結果對MCI疾病診斷的靈敏性和準確性；③本研究只給出了MCI疾病相關的主要腦區的DTI彌散參數定量值，其他相關腦區的彌散參數也需進一步研究提供，以提高DTI對MCI疾病診斷的準確率。

4 結論

MCI患者主要腦區的定量DTI彌散參數值及范圍或許可以為MCI的DTI影像診斷提供一定的參考依據，尤其是與MCI臨床表現存在顯著相關的左側海馬、右側后扣帶回、左側額中回及雙側顳中回腦區的彌散參數對診斷作用更大。該結果對MCI的靈敏性和特異性仍需進一步大樣本研究，單一的MRI檢查方法在MCI早期診斷中有一定的局限性，多模態檢測方法聯合可實現優勢互補，從形態學、功能、代謝等角度對MCI診斷進行研究，提高MCI疾病診斷的準確性、敏感性和特異性，這也是未來研究值得關注的研究。

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