定量磁化率成像在帕金森病診斷、評估及手術方面的應用

宋 娟, 李雨珊, 吳 曦

1. 海軍軍醫大學基礎醫學院，上海 200433 2. 海軍軍醫大學附屬長海醫院神經外科，上海 200433

帕金森病(Parkinson disease, PD)的病理學特征是大腦黑質致密部(substantia nigra pars compacta，SNpc)多巴胺能神經元的缺失，同時伴有該區域鐵含量的增加。腦內鐵含量的增加或鐵穩態的異常與PD等多種神經退行性疾病之間存在聯系[1]。因此，腦特定區域的鐵含量可作為PD診斷的標志物，并反映病情的進展。

目前可用于體內鐵含量測定的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術包括基于自旋回波序列的T2加權成像、磁化轉移技術的磁敏感加權成像、T2*成像及基于圖像重建技術的定量磁敏感成像(quantitive susceptibility mapping, QSM)，本文重點討論QSM。

QSM作為一種新型的圖像后處理技術，可用于定量評估感興趣組織的磁化率，近年來受到越來越多的科研關注和臨床應用。QSM磁化率值和鐵含量線性相關，而且較傳統的橫向弛豫率(R2*)等成像方法有更好的對比信噪比，對深部灰質結構的辨識更清晰，因此在測定局部腦組織鐵含量方面具有獨特優勢。現已證實不同腦區中的鐵沉積和PD進展密切相關。QSM目前在PD的鑒別診斷、病情評估、核團顯像、解剖定位等方面均已得到應用，本文對此進行總結，以期為神經外科醫師更合理地應用該技術提供參考。

1 QSM在PD診斷和鑒別診斷方面的應用

1.1 QSM可反映PD患者多區域腦組織的病理改變 基于磁化率和鐵含量之間的線性關系，借助QSM可實現基底節、中腦和齒狀核等結構中鐵含量的測定[2]，再結合其他指標可較好地反映PD患者腦組織的病理改變。早期PD患者黑質(substantia nigra，SN；背側區更為顯著)、中腦部分的QSM均顯示磁化率增加[1-3]，且中腦的磁化率值與病程進展顯著相關。隨著疾病進入中晚期，患者紅核(red nucleus, RN)、蒼白球(globus pallidus ,GP)等區域也出現QSM指標的異常[4]。這些腦區QSM值的異常，與PD病理學發展一致[5]，并獲得了病理學檢查的證實[6]。

1.2 QSM輔助PD的早期診斷 QSM可通過磁化率反映PD患者腦內鐵的含量，與T2、T2*、R2*相比，這一指標具有更高的靈敏度和特異度。研究[7]發現PD患者與對照組間的磁化率差異在SNpc最為顯著。研究指出，PD患者SNpc 的磁化率在疾病早期就已顯著升高[8]，且伴有黑質小體1的缺失[9]，起到超早期預警式診斷作用。患者逐漸出現癥狀時，雙側黑質和一側RN的QSM磁化率均升高，而R2*值僅單側SN內升高[3]。QSM磁化率較R2*成像診斷效力更高[10]。

1.3 QSM輔助PD的鑒別診斷 臨床醫師在工作中常需辨識PD與其他神經系統退行性疾病。進行性核上麻痹綜合征(progressive supranuclear palsy syndrome, PSPS)患者的RN與GP的磁化率也顯著升高[11]。通過利用QSM其他指標進行綜合分析，如平均峰度-擴散中腦腦膜/腦橋交叉束比率(mean kurtosis-diffusion MBT/PCT ratios, MK-dMPRs)和殼核磁化率值，可以較準確地鑒別PD與其他神經疾病[12]。QSM不同核團的磁化率差異有助于PD的鑒別診斷。

2 QSM在PD病情方面的應用

2.1 運動癥狀 基于癥狀的不同可將PD分為3種類型，即震顫為主(tremor dominant,TD)型、少動強直型(akinetic-rigid dominant, ARD)型和混合型。He等[13]發現，齒狀核(dental nucleus，DN)內的磁化率與PD患者的震顫評分正相關，據此認為QSM或可用于TD型患者的診斷。而Guan等[14]發現，除了DN外，TD組患者RN的磁化率也升高；而尾狀核的磁化率則與ARD患者的癥狀評分一致。

2.2 非運動癥狀 晚期PD患者常伴隨非運動性并發癥，如癡呆和精神癥狀。目前一般點認為，PD可累及黑質外的其他區域，這些部位鐵含量的增加可能反映了相應區域的功能損害，并導致部分非運動癥狀的產生[15]。與健康對照組相比，PD患者左右海馬區的磁化率均升高，而不伴癡呆的PD患者僅右側海馬區內的磁化率升高。

2.3 生活活動能力評估 新版世界運動障礙學會-帕金森病綜合評量表(MDS-UPDRS)作為一個綜合評分量表，可較全面地評估PD患者的日常生活活動能力。有研究表明，PD患者SNpc、黑質網狀部(substantia nigra pars reticula, SNr)、殼核(putamen，PU)磁化率與其UPDRS Ⅱ評分有正相關趨勢[1,16]；PU、GP、SN、殼核、尾狀核等區域的磁化率與UPDRSⅠ、Ⅲ評分亦存在相關性[16-17]。然而，各區域腦組織磁化率與UPDRS評分的關系有待進一步評估。

2.4 病情進展的評估 借助QSM研究早期與中晚期患者腦內鐵沉積的模式可能有助于判斷PD患者的病程[16]。Xuan等[16]研究發現，各期PD患者SNpc和SNr中的鐵含量均增加，而僅中晚期患者的殼核中鐵含量增加。

Du等[18]研究發現，SNpc中的R2*值隨PD的進展而增加，且這一縱向改變在疾病晚期(病程>5年)表現出統計學意義，提示SNpc中的R2*值可作為一種標志物用于晚期PD病程的評估；而SNr中積聚的鐵隨著疾病進展重新分配，由初期的較高水平逐漸進行性降低。由此可見，借助QSM研究SNpc與SNr內鐵沉積隨PD進展的不同模式，并依據這些指標在特定時期的特征變化有助于確定疾病的進展。

還有研究[19]通過測量黑質蒼白球束(fasicula nigrale, FN)頭側至尾側鐵沉積的梯度來評估PD的進展。該研究發現，PD患者FN內的鐵沉積從頭側至尾側增加的趨勢與年齡的增長顯著相關。這種相關性可能是一種累積效應，并且可能與尚處于亞臨床期的疾病的遷延直接相關。

大腦的有髓白質纖維在PD患者中也表現出退行性改變[20]，可借此評估病情的進展。Guan等[20]指出， QSM可檢測PD患者腦組織中的白質改變和深層網絡的破壞，且較傳統工具顯示更廣泛的白質區域受累。據此認為，利用QSM結合彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)分析不同組織的特性，可獲得對患者腦損傷情況及病程進展更為完整的評估。

3 QSM在核團顯影與手術定位方面的應用

3.1 QSM在丘腦底核(subthalamic nucleus, STN)-腦深部電刺激術(deep brain stimulation, DBS)手術中的應用 STN的精確定位與描繪對于PD患者DBS的制定十分重要，是PD外科治療中的重要一環。傳統的T2加權自旋回波成像(T2WI) MRI用于DBS術時難以區分STN與SN的分界。而QSM可以克服T2WI MRI中基于弛豫率對比的不足，更清晰地顯示STN內的鐵分布，有助于辨識STN與周圍結構的分界，從而確定最佳的DBS靶向位點[21]。

另1項[22]研究顯示，PD患者SNpc(7.0T MRI)的平均磁化率值較對照組顯著升高，從而可以較準確地辨識這一區域，而且此類成像可以提供更精確的解剖標記。此外，在顯示腦組織方面，QSM圖像的定性評分明顯高于T2W、T2*W、R2*、phase或SW圖像(3.0T MRI)[23]。Alkemade等[24]的研究結果支持這一結論，發現相比T2*W圖像，QSM(7.0T MRI)對質心位置的測定具有更高的評估者間一致性。不僅是7.0T MRI，臨床中更為常用的3.0T MRI也可以增強SN結構的顯示效果，提示QSM可能是目前用于STN成像的最優技術[25]。

然而，在高場強下應用QSM可能會存在核團的變形和失真現象，可以通過QSM與微電極記錄(microelectrode recording，MER)的比對研究這一問題。MER是體內測量STN維度的參考標準，而基于高分辨率QSM(3.0 T)的STN維度的評估與組織學研究與MER結果一致[21]。Dimov等[21]指出，利用QSM定位STN時，1次MER確認STN的概率可達85%。還有研究[27]證實，直接應用QSM(3.0 T)靶向定位STN與MER定位存在一定相關性，且這種定位方式用于深部腦刺激電極的放置比較安全，臨床結果滿意。考慮到MER有創，單次穿刺僅能提供二維信息，還需要多次指導電極植入才能提供三維信息，而高分辨率QSM無創且可直接三維顯示STN的精細分區，因此更有優勢。如果未來越來越多的證據表明以QSM為基礎的靶點定位準確可信，則QSM有望取代MER。

3.2 GP內側部的定位 GP可分為蒼白球內側部(internal globus pallidus,GPi)和蒼白球外側部(external globus pallidus,GPe)。美國食品藥品監督管理局于2003年批準DBS聯合GPi刺激用于治療晚期PD[26]。因此，DBS術中GPi的準確定位至關重要。

Ide等[26]發現，GPe中的QSM指標隨患者年齡的增長而逐漸升高，而GPi中這一指標不隨年齡變化，這有助于老年PD患者GPi的辨識。該研究表明，87% PD患者的QSM圖像可以較好地顯示GPi，雖然沒有與傳統的質子相、T1相、T2*進行對比，但也表明QSM技術有助于DBS術中電極的準確植入。QSM未來或可用于PD患者DBS術中GPi的精確靶向定位。

3.3 GP傳出纖維輔助定位 PD患者STN的上外側邊界是較理想的DBS靶點，提示走行于該區域的蒼白球傳出纖維束可能是獲得理想治療效果的核心神經通路之一。因此，精確定位GP傳出通路可能有助于DBS中電極的準確植入[28]。研究[28]發現，QSM不僅可以直接顯示STN的上界，還可以顯示不同患者個體化分布蒼白球傳出纖維束。QSM有望用于輔助確定聚集或均勻分布的GP傳出纖維的功能特性，在立體定向規劃中實現最佳電極定位。

綜上所述，QSM作為現有磁共振序列中評估PD患者大腦區域鐵積聚最靈敏的定量技術，在PD的鑒別診斷、病情評估、腦結構顯像、外科治療等方面均已顯示出重要的臨床意義，同時仍有廣闊的發展空間，相信在未來它將成為PD診治及鑒別診治的重要工具。