擴散峰度成像與擴散張量成像診斷帕金森病患者腦白質損傷的比較研究

周智君, 夏建國, 陳錦華, 田為中

(江蘇省泰州市人民醫院 醫學影像科, 江蘇 泰州, 225300)

輕度認知障礙(MCI)是帕金森病(PD)的一種明確的非運動表現，其特征是執行和視空間功能障礙以及注意力和短期回憶缺陷等[1]。新近診斷為PD的患者發生MCI的概率是健康老年人的2倍，其中20%～57%的PD患者在診斷后的3～5年可受到MCI的影響[2-3]。與PD認知功能未受損(PD-Cu)的患者相比, PD-MCI患者發生癡呆的風險更高[4-5]。一項長期研究[6]表明，大多數PD患者在確診后存活10年以上時就會發展為癡呆。PD所致癡呆對患者生活質量、照顧者負擔和健康相關成本可產生嚴重的負面影響，因此在早期診斷PD至關重要。

隨著功能磁共振技術的飛速發展，研究[7-9]報道PD的病理改變不僅存在于腦黑質紋狀體系統中，也可累及白質纖維，引起PD患者腦形態學的異常改變。擴散張量成像(DTI)是一種評估腦白質異常的有效工具，可用于評估患者的疾病進展及治療反應[10-11]。各向異性分數(FA)是DTI得到的參數，主要用于檢測白質微觀結構的變化[12-13], 而白質變化多與FA值減少相關。擴散峰度成像(DKI)技術是DTI的擴展，其生成的平均峰度(MK)與微觀結構的復雜性有關，不僅對腦白質病理變化具有敏感性，對腦灰質也具有一定的敏感性[14]。既往研究[4]表明PD患者黑質MK明顯增高, MK被認為是早期診斷PD的敏感指標。本研究比較DKI與DTI診斷早期PD患者異常腦白質損害的價值，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2018年2月—2021年10月在泰州市人民醫院神經內科就診的PD患者58例為研究對象。納入標準參照英國PD學會腦庫[15]的臨床診斷標準。排除標準: ① 患有帕金森綜合征及帕金森疊加綜合征的患者; ② 有其他神經系統疾病史、精神疾病史的患者; ③ 不能配合檢查或有代謝性疾病的患者。按照上述標準剔除3例合并腦外傷軟化灶患者、5例繼發性帕金森病綜合征患者、5例頭動過大患者，最后共有45例PD患者納入本研究。采用簡易智力狀況檢查量表(MMSE)進行認知功能損傷的篩查，排除伴有癡呆不能配合檢查的患者; 采用蒙特利爾認知評估量表(MoCA)評估認知障礙情況，其中合并MCI者25例(PD-MCI組)，無認知障礙者20例(PD-Cu組)。另選取25例健康人群作為對照組。本研究經醫院倫理委員會批準，入組前獲得了所有受試者的書面知情同意。

1.2 檢查方法

采用德國西門子Verio 3.0 T超導型磁共振掃描儀采集磁共振成像(MRI)數據，應用8通道標準頭線圈。所有受試者均行矢狀位高分辨率結構像t1-mpr-sag-iso序列: 重復時間(TR) 1 900 ms, 恢復時間(TE) 2.19 ms, 翻轉角(FA) 90 °, 層厚1 mm, 層數176層，視野(FOV) 256 mm×256 mm, 矩陣256×215, 獲取解剖圖像。DTI掃描設置: TR 3 600 ms, TE 95 ms, FA 90 °, 層厚3 mm, 層數42層, FOV 640 mm×640 mm, 矩陣128×128; DTI序列擴散敏感系數b值取0、1 000 s/mm2, 擴散敏感梯度場施加方向為30個。DKI掃描設置: TR 8 500 ms, TE 98 ms, FA 90 °, 層厚3 mm, 層數42層, FOV 640 mm×640 mm, 矩陣128×128; DKI 序列擴散敏感系數b值取0、1 000、2 000 s/mm2, 擴散敏感梯度場施加方向為60個。

1.3 數據處理

將DICOM格式的DTI數據導入工作站，運用dcm2nii 軟件將DICOM 格式轉換為可供FMRIB′s Software Library(FSL)軟件分析使用的NIFTI格式[9]。處理步驟有: ① 數據預處理。使用FMRIB′s Diffusion toolbox (FSLFDT)對轉換的圖像數據進行頭動校正、渦流校正，提取出要研究的腦實質，生成個體DTI相關參數FA。② 數據圖像配準。應用非線性配準、自由形變的算法，將每個個體的FA圖配準到標準化的模板上，再將FA圖從原始空間變換到標準的蒙特利爾神經病學研究所(MNI)空間模板上。③ 生成平均FA圖和纖維骨架圖。通過基于完成配準的FA圖制作平均FA模板，生成平均 FA的纖維骨架圖，設定FA閾值為0.2, 排除纖維骨架周圍其他組織的干擾。④ 利用擴散峰度估計器(DKE)計算DKI相關標量MK值, MK平均模板及骨架圖的創建同上。⑤ 個體投射到骨架圖。將所有受試者標準化的FA、MK圖投射到平均FA、MK纖維束骨架圖內，生成各自的FA、MK骨架。⑥ 基于纖維束的空間統計分析(TBSS)。應用TBSS對FA、MK骨架進行分析。

1.4 統計學方法

病例數據采用SPSS 22.0軟件進行分析，偏態分布的計量資料以中位數(四分位數)表示，計數資料以例數表示; 數據的組間比較采用Man-WhitneyU檢驗; 計數資料比較采用χ2檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。圖像數據采用FSL基于統計參數排列的隨機化統計軟件進行組間雙樣本t檢驗，采用無閾值聚類增強(TFCE)方法[16]進行多重校正比較，以校正后P<0.05的區域為差異有統計學意義的部位。將最終結果配準到標準模板上，確定在標準MNI空間中的解剖位置[17], 并以圖像方式顯示。

2 結 果

2.1 PD-MCI組、PD-Cu組、對照組患者臨床資料比較

PD-MCI組、PD-Cu組、對照組患者的年齡、性別分布比較，差異無統計學意義(P>0.05); PD-Cu 組與PD-MCI組患者的病程、Hoehn-Yahr分級(H-Y分級)情況比較，差異無統計學意義(P>0.05), 而2組患者的MMSE評分、MoCA 評分比較，差異有統計學意義(P<0.05), 見表1。

表1 PD-MCI組、PD-Cu組及對照組臨床資料比較[中位數(四分位數)]

2.2 各組患者腦白質纖維束FA骨架圖的比較

與對照組比較, PD-Cu組腦白質纖維束FA值降低，差異有統計學意義(P<0.05), 具體部位包括胼胝體膝部，壓部，雙側前、上、后放射冠，雙側丘腦后輻射，以及雙側扣帶回，見表2。與PD-Cu組比較, PD-MCI組腦白質纖維束FA值降低，差異有統計學意義(P<0.05), 具體部位包括胼胝體膝部、壓部、雙側后放射冠、左側外囊、雙側丘腦后輻射、左側前放射冠，見表3、圖1。

表3 PD-MCI組相較于PD-Cu組的腦白質纖維束FA降低區域

A、B、C: PD-Cu與對照組在冠狀位(A)、矢狀位(B)及軸位(C)上FA值差異腦區比較; D、E、F: PD-MCI與PD-Cu組在冠狀位(D)、矢狀位(E)及軸位(F)上FA值差異腦區比較; 綠色線條代表腦白質正常的纖維骨架成分,藍色區域為腦白質纖維骨架上FA值降低的腦區。圖1 PD-Cu與對照組、PD-MCI與PD-Cu組的FA值差異比較

2.3 各組患者腦白質纖維束MK骨架圖的比較

與對照組比較, PD-Cu組患者腦白質纖維束MK值降低，差異有統計學意義(P<0.05), 其不僅包括了FA骨架圖的異常腦區，還增加了小腦中腳、穹隆、右側皮質脊髓束、雙側小腦下腳、雙側小腦、上腳、雙側外囊、雙側上縱束、雙側鉤束，見表4。與PD-Cu組比較, PD-MCI組患者腦白質纖維束MK值降低，差異有統計學意義(P<0.05),其不僅包括了FA骨架圖的異常腦區，還增加了雙側前、后放射冠，以及小腦中腳、雙側丘腦后輻射、右側外囊、雙側扣帶回、雙側上縱束、雙側矢狀層(包括下長肌束和下額枕束)，見表5、圖2。

表4 PD-Cu組相較于對照組的腦白質纖維束MK降低區域

表5 PD-MCI組相較于PD-Cu組的腦白質纖維束MK降低區域

A、B、C: PD-Cu與對照組在冠狀位(A)、矢狀位(B)及軸位(C)上MK值差異腦區比較; D、E、F: PD-MCI與PD-Cu組在冠狀位(D)、矢狀位(E)及軸位(F)上MK值差異腦區比較; 綠色線條代表腦白質正常的纖維骨架成分,藍色區域為腦白質纖維骨架上MK值降低的腦區。圖2 PD-Cu與對照組、PD-MCI與PD-Cu組的MK值差異比較

3 討 論

研究[18]證實PD患者的胼胝體、雙側鉤束、后扣帶束、上縱束、小腦等廣泛區域存在腦白質微結構的損傷，或可導致PD患者的認知功能障礙。本研究中，與PD-Cu組比較, PD-MCI組胼胝體膝部、壓部、雙側后放射冠、左側外囊、雙側丘腦后輻射、左側前放射冠等區域的FA值顯著降低，而MK值不僅在上述腦區有顯著降低，而且在兩側扣帶回、兩側上縱束等腦區也存在異常變化。

FA值是一種空間值，與纖維的排列和密度有關，如髓鞘的完整性、纖維密度和纖維的平行度。FA值降低通常意味著腦白質連通性的降低，并被認為是腦白質微觀結構異常的一種標志。當髓鞘完整性和纖維密度發生改變時, FA值就會降低。本研究結果顯示, PD患者胼胝體膝部、壓部FA值減低，基于胼胝體通過半球傳遞感覺、認知和運動信息的特點，胼胝體的擴散分析可以評估半球間連接的退化過程[19]。研究[20-21]表明，腦白質的數量和質量隨著年齡的增長而降低，作為一種代償機制，老年人在運動時需要雙側皮層的激活，這種代償被歸咎于胼胝體完整性的降低，左、右腦半球之間的交流減少，這表明認知在復雜運動任務中具有關鍵的作用。

研究[22-23]發現PD伴MCI患者累及的腦區更為廣泛，不僅僅局限于本研究DTI所得到的異常腦區，而更接近于本研究中DKI所顯示出的異常腦區。本研究結果顯示, PD患者雙側前放射冠、內囊、大腦腳MK值降低，表明白質微結構的損傷，這就意味著包括皮質延髓束、皮質脊髓束、皮質腦橋束以及皮質紋狀體束等運動下行傳導通路上的投射纖維結構被損壞，除經典的錐體外系受累外，還提示PD患者運動系統錐體系亦可能受累，這可能與PD初級運動皮層的皮質可塑性變化有關[24]。本研究發現PD患者的雙側上縱束、右側外囊、矢狀層、雙側扣帶束等聯絡纖維以及連合纖維穹窿的MK值都顯著降低，說明上述腦區都存在白質微觀結構的損傷，這些與邊緣系統相關的纖維束，多數在阿爾茨海默病(AD)患者中表現有微觀結構損傷[25-26], 這提示PD患者存在的認知功能損傷癥狀可能與這些白質纖維束微結構損傷有關。有研究[27-30]證實, PD癡呆患者和AD患者的基底前腦膽堿能系統神經元的缺失是導致其認知功能損傷的病理生理機制，而扣帶束、外囊等聯絡纖維是Meynert基底核神經元向大腦皮層輸送乙酰膽堿的通路，這些纖維束微觀結構的損傷被認為是導致PD患者發生認知功能損害的可能原因之一。

本研究存在的不足: ① 樣本量相對過小(由于部分PD患者合并腦外傷軟化灶以及有震顫癥狀、圖像移動偽影明顯等而被排除); ② 未對DKI和DTI的其他指標進行統計分析。后續研究應加大樣本量，增加其他指標的統計分析。

綜上所述, DKI和DTI對早期診斷PD認知障礙的均有一定的潛在價值，但相較于DTI技術, DKI技術或可更為敏感地檢測出PD患者相關白質纖維束的損害。