孟明 董春波 宋清偉 徐斌 陳建文 趙莉
彌散張量成像對阿爾茨海默病腦白質(zhì)改變的評價
孟明*董春波△宋清偉※徐斌※陳建文△趙莉△
目的 分析阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變及與認(rèn)知功能的關(guān)系。方法對37例AD組和32例對照組行簡易精神狀態(tài)量表(mini-mental State examinationn,MMSE)評估和DTI掃描。采用基于全腦體素分析法對兩組全腦白質(zhì)各向異性(fractional anisotropy,F(xiàn)A)圖進(jìn)行比較,采用t檢驗分析FA值差異,并評估AD組MMSE評分與FA值相關(guān)性。結(jié)果 AD患者出現(xiàn)FA值下降區(qū)域廣泛分布在右側(cè)額葉、顳葉、枕葉、丘腦及雙側(cè)扣帶回、胼胝體、楔前葉、頂葉下回、頂下小葉、緣上回及海馬旁回(其中P<0.001,未經(jīng)校正的P值);當(dāng)使用經(jīng)FWE校正的P<0.05后,AD患者右側(cè)扣帶回、左側(cè)胼胝體、顳葉下回及雙側(cè)頂葉下回、額葉下回、楔前葉區(qū)域FA值較對照組顯著下降。AD患者FA值下降與MMSE量表評分呈正相關(guān),(P<0.001,未經(jīng)校正)。結(jié)論AD患者存在特定腦區(qū)白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變,并與認(rèn)知功能損害程度呈正相關(guān)。
阿爾茨海默病白質(zhì)彌散張量成像認(rèn)知功能
【Abstract】Objective To study the microscopic changes of white matter and the relationship between white matter changes and cognitive impairment in Alzheimer's disease(AD)using voxel-based analysis of DTI.Methods Thirty-seven patients with probable AD,and 32 normal controls(NC)were all examined by MMSE scores,and underwent a diffusion tensor imaging.The value of FA changes and the correlations between FA and MMSE scores were investigated.Results FA reduction was detected in the right frontal,temporal and parietal lobes as well as the thalamus,the bilateral cingulum,corpus callosum,precuneus,inferior parietal lobule,inferior patieto gyrus,supramaginal gyrus and hippocampus in AD.FA values in the right cingulum,left corpus callosum,left inferior temporal gyrus and the bilateral inferior parietal lobule,inferior patieto gyrus and precuneus were significantly decreased in AD than in the health control groups(P<0.05,F(xiàn)WE corrected).There was a positive correlation between the values of FA and MMSE scores(P<0.001,uncorrected).Conclusion AD patients have significant reduction of FA values in the specific regions.There is a positive correlation between white matter changes and impairments of cognitive function.
【Key words】Alzheimer disease Diffusion tensor imaging White matter Cognitive function
近年來,越來越多研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)患者腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)的病理性改變[1-2]。部分各向異性值(fractional anisotropy,F(xiàn)A)作為彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)的重要評價參數(shù)能夠?qū)Π踪|(zhì)完整性進(jìn)行整體評估[3]?;贒TI定量分析腦白質(zhì)常見方法有多種,其中ROI法依賴操作者主觀性較強(qiáng)、可重復(fù)性較差、耗費時間較多[4];TBSS法易受到容積效應(yīng)及噪聲影響,不適合檢測細(xì)小纖維束,對纖維交叉部位檢測的準(zhǔn)確性也有待考察[5];本研究釆用的VBA法客觀性強(qiáng),對參數(shù)敏感且可重復(fù)性好,從全腦角度探究腦區(qū)間相互聯(lián)系,可以檢測出潛在腦區(qū)異常。AD腦白質(zhì)改變的研究可能會對AD病理生理學(xué)改變的探究提供新的思路,為尋求AD診斷的生物學(xué)標(biāo)志物提供了新的探索方向。本研究為分析AD腦白質(zhì)改變提出新的方法及思路,將為AD臨床診斷,評價病情及監(jiān)測其進(jìn)展提供幫助。
1.1研究對象 AD組選取2013年12月至2014年12月間大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科收治患者37例,其中男20例、女17例,年齡57~89歲,平均72.97±9.01歲;受教育程度6~16年,平均(9.65±3.83)年。入組標(biāo)準(zhǔn):①有主觀或經(jīng)旁人證實的記憶障礙表現(xiàn);②由2位副主任醫(yī)師以上職稱的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生獨立進(jìn)行診斷,診斷符合美國精神病協(xié)會于1994年修訂的癡呆診斷DSM-IV癡呆診斷標(biāo)準(zhǔn),并符合美國神經(jīng)病、語言障礙和卒中、老年性癡呆及相關(guān)疾病學(xué)會(NINCDS-ADRDA)的“很可能”阿爾茨海默病診斷標(biāo)準(zhǔn)[6];③簡易精神狀態(tài)量表(mini-mental state examinationn,MMSE)得分≤23分;④蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal cognitive assessment,MoCA)得分≤14分;⑤臨床癡呆量表(Clinical Dementia Rating,CDR)評分0.50或1分;⑥ Hachinski缺血指數(shù)量表(Hachinski Ischemic Score,HIS)得分<4分,以排除血管性認(rèn)知障礙、血管性癡呆及混合性癡呆;⑦本研究為自愿加入,并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):①可影響認(rèn)知功能的嚴(yán)重精神系統(tǒng)疾?。虎趪?yán)重軀體疾病可能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能者;③MRI檢查顯示腦內(nèi)缺血灶大于5 mm或直徑小于5 mm但數(shù)量大于4個者;④在試驗過程中不配合或不能有效完成本試驗者。
對照組通過醫(yī)院附近社區(qū)招募與AD組年齡、性別及受教育程度匹配的健康老年志愿者,共32例,其中男18例、女14例,年齡54~83歲,平均71.03±8.40歲;受教育程度6~16年,平均(10.44± 3.16)年。入組標(biāo)準(zhǔn):行為能力獨立且神經(jīng)、精神檢查正常;無癡呆家族史;MMSE量表評分≥27分、CDR評分自愿參加本研究,并簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn)與AD組相同。
1.2研究方法
1.2.1量表的研究方法 所有受試者均接受MMSE量表認(rèn)知功能測試。
1.2.2影像學(xué)的研究方法所有核磁掃描均使用GE公司生產(chǎn)的Signa HDxt 3.0T GEHCGEHC動態(tài)增速雙梯度核磁共振掃描儀,以單次激發(fā)自旋回波-平面回波(singleshot,spin-echo planar imaging,SE-EPI)序列為掃描序列。掃描參數(shù):TR 11350 ms,TE 94.3 ms,F(xiàn)OV 240 mm×240 mm,矩陣128× 128,NEX=1,層厚4 mm,無間隔的連續(xù)掃描,b值分別為0和1500 s/mm2,將梯度磁場施加在25個不同的非線性方向上。
利用MRIcroN軟件對DTI序列原始數(shù)據(jù)DICOM進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換,使用DTI studio(http://lbam.med. jhmi.edu/)軟件得到FA圖。然后,在MatLabR2009a運行環(huán)境中,使用SPM8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/ spm)軟件進(jìn)行各組受試者的VBA分析。
1.3統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析,結(jié)果采用±s形式表示。AD組和對照組組間年齡、受教育程度采用獨立樣本t檢驗進(jìn)行比較,性別采用卡方檢驗(Chi-Square檢驗)進(jìn)行比較。采用SPM8自帶統(tǒng)計軟件對FA圖進(jìn)行統(tǒng)計分析,AD組及對照組的FA圖采用兩樣本t檢驗進(jìn)行比較。其中P<0.05 (FWE校正的P值)或P<0.001(未經(jīng)校正),并規(guī)定連續(xù)一體的體素≥50 voxels有統(tǒng)計學(xué)意義。應(yīng)用xjview(http://www.alivelearn.net/xjview8/)軟件對有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)進(jìn)行相關(guān)解剖學(xué)信息確認(rèn)。運用SPM自帶統(tǒng)計學(xué)軟件探索病例組FA值與MMSE值可能存在的關(guān)系。檢驗水準(zhǔn)α=0.05。
AD病例組與對照組年齡、性別及受教育程度均無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。兩組間MMSE評分具有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)(見表1)。比較腦白質(zhì)纖維完整性(FA)時,采用未經(jīng)校正的P值<0.001進(jìn)行兩組FA值比較,結(jié)果顯示AD病例組FA值下降的區(qū)域廣泛分布在右側(cè)額葉、顳葉、枕葉、丘腦及雙側(cè)扣帶回、胼胝體、楔前葉、頂葉下回、頂下小葉、緣上回及海馬旁回等(見表2,圖1)。經(jīng)多重校正P值(family-wise error,F(xiàn)WE)小于0.05,AD組FA值下降腦區(qū)包括右側(cè)扣帶回、左側(cè)胼胝體、顳葉下回及雙側(cè)頂葉下回、額葉下回、楔前葉等位置(見表3,圖2)。比較FA值與MMSE量表得分相關(guān)性時,使用Pearson相關(guān)分析選取P值為未經(jīng)校正的P<0.001。AD病例組隨著MMSE得分減少FA值下降明顯的區(qū)域分別為左側(cè)枕中回、雙側(cè)楔前葉、左側(cè)顳下回、頂上回、額下回、梭狀回及右側(cè)額中回(見表4及圖3)。
表1一般資料與神經(jīng)心理評分
表2 AD病例組與健康對照組比較的全腦FA值下降的腦區(qū)(Puncorrected<0.001)
AD是一種漸進(jìn)性認(rèn)知功能衰退的腦變性疾病,是老年期最常見的癡呆類型[7]。該病患者額、頂、顳葉存在顯著的大腦灰質(zhì)萎縮[8],除了這種改變外,AD患者腦白質(zhì)也會出現(xiàn)微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變[2]。本研究采用基于體素的定量DTI分析技術(shù)對AD的腦白質(zhì)纖維的完整性進(jìn)行對照研究,發(fā)現(xiàn)AD患者腦白質(zhì)纖維異常區(qū)域廣泛分布在右側(cè)額葉、顳葉、枕葉、丘腦及雙側(cè)扣帶回、胼胝體、楔前葉、頂葉下回、頂下小葉、緣上回及海馬旁回,尤其是右側(cè)扣帶回、左側(cè)胼胝體、左側(cè)顳葉下回及雙側(cè)頂葉下回、額葉下回、楔前葉等部位,同時分析神經(jīng)心理學(xué)量表MMSE得分與腦白質(zhì)改變的相關(guān)性,進(jìn)一步了解AD患者腦白質(zhì)變化與認(rèn)知損害的關(guān)系,監(jiān)測AD疾病的進(jìn)展,為提高疾病診斷率提供幫助。
既往有關(guān)AD患者的研究發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)特征性神經(jīng)病理學(xué)改變主要集中在大腦后部區(qū)域[9],或是這種集中性在大腦前后部無明顯差異[10]。本研究并未發(fā)現(xiàn)明顯集中于大腦后部,這也與之前一些研究結(jié)果相吻合[10-11]。另外,這可能與本研究入組患者臨床全面認(rèn)知功能下降較為明顯,腦白質(zhì)改變范圍較廣泛有關(guān)。
圖1 AD組和健康對照組比較FA值下降的腦區(qū)(Puncorrected<0.001) 上排為各軸向?qū)Ρ葓D;下排為高分辨率T1WI分層顯示圖,F(xiàn)A值下降的腦區(qū)為黃色標(biāo)記
圖2 AD組與健康對照組對比FA值下降的腦區(qū)(PFWE-corr<0.05)上排為最大密度透明圖,F(xiàn)A值下降的腦區(qū)為灰色區(qū)域;下排為高分辨率T1WI分層顯示圖,F(xiàn)A值下降的腦區(qū)為黃色標(biāo)記
圖3 AD病例組FA值與MMSE得分相關(guān)的腦區(qū) 上排為最大密度透明圖,F(xiàn)A值下降的腦區(qū)為灰色區(qū)域;下排為高分辨率T1W1分層顯示圖,F(xiàn)A值下降的腦區(qū)為黃色標(biāo)記
表3 AD病例組與健康對照組比較的全腦FA值下降的腦區(qū)(PFWE-corr<0.05)
表4 AD病例組FA值與MMSE得分的相關(guān)性分析(Puncorrected<0.001)
胼胝體是腦內(nèi)最大的連合纖維,大部分研究均發(fā)現(xiàn)AD患者胼胝體FA值顯著減低[12],但在AD患者中最主要的神經(jīng)病理學(xué)改變是發(fā)生在胼胝體膝部[13]還是壓部[14]尚存在爭議。SEXTON的研究表明,胼胝體壓部FA值及MD值變化較胼胝體膝部更加顯著[11],這與AD患者顳-頂葉連接受損較額葉纖維束受損更嚴(yán)重的觀點相符合。而有的研究指出,胼胝體后部區(qū)域在疾病進(jìn)程的早期首先受損,而胼胝體前部區(qū)域主要在疾病晚期發(fā)生改變[15]。本研究結(jié)果顯示AD患者扣帶回、胼胝體FA值減低明顯,其中以扣帶回后部、胼胝體前部及體部的FA值下降最為顯著,并未發(fā)現(xiàn)胼胝體壓部受損更嚴(yán)重的證據(jù),這與之前研究結(jié)果類似[13,16],可能與選取患者認(rèn)知受損的嚴(yán)重程度、所處疾病進(jìn)程有關(guān)。
依據(jù)AD病理學(xué)基礎(chǔ),海馬在整個疾病進(jìn)程中首先受累。TALIA等[17]發(fā)現(xiàn)在AD和MCI患者中,通過顳葉和大腦后部區(qū)域的纖維束DTI測量參數(shù)發(fā)生顯著變化,其中以左側(cè)海馬區(qū)域(包括扣帶回)最突出。本實驗結(jié)果經(jīng)過校正后該部位改變并不顯著,這可能是因為FA值在反應(yīng)AD患者海馬部位腦白質(zhì)微細(xì)結(jié)構(gòu)改變時敏感性稍差[18-19]。
作為海馬重要的傳入、傳出纖維,穹窿和扣帶回部位腦白質(zhì)的改變將直接影響AD患者認(rèn)知、情感、記憶功能變化。本研究發(fā)現(xiàn),AD患者扣帶回纖維束,尤其是后部區(qū)域的FA值下降顯著。后扣帶束參與Paze環(huán)路的組成,與記憶、語言、注意力、執(zhí)行能力、視空間領(lǐng)域等全部認(rèn)知領(lǐng)域的功能相關(guān),在AD疾病進(jìn)程中受損明顯。此外,該結(jié)果與后扣帶束是連接整個大腦認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的主要連接中心的猜想相符合[20]。穹窿作為海馬最重要的傳出纖維,其白質(zhì)纖維的完整性與情景記憶功能密切相關(guān)。后扣帶束和穹窿作為膽堿能系統(tǒng)的重要組成部分,其FA值的變化提示在AD早期就出現(xiàn)了膽堿能系統(tǒng)的損害[21]。
本研究還發(fā)現(xiàn)了AD患者雙側(cè)頂葉、額葉纖維束的改變,該部位為上縱束走行區(qū)域。有多個研究指出,相比較健康對照組,AD患者上縱束[14,22]區(qū)域的FA值顯著降低,其中左上縱束受損可以出現(xiàn)傳導(dǎo)性失語、命名障礙等癥狀[23],右上縱束與視空間障礙和注意力不能集中等癥狀相關(guān)[24]。AD患者上縱束受損可能與高級神經(jīng)關(guān)聯(lián)回路受損有關(guān),該部位白質(zhì)纖維完整性的變化或可以作為臨床評價認(rèn)知功能受損的標(biāo)志??偠灾?,AD患者微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化的探究對深入了解AD患者各腦區(qū)功能與認(rèn)知功能障礙之間的關(guān)系、判定疾病進(jìn)展程度等方面提供了幫助。
本研究發(fā)現(xiàn),與MMSE量表評分呈正相關(guān)的FA值下降激活簇較小,主要分散在上縱束走行區(qū)域。在過去研究中也有這樣的發(fā)現(xiàn)[25],此外,AD患者海馬和后扣帶[21]及左側(cè)海馬[17]部位腦白質(zhì)的纖維完整性與記憶相關(guān)量表評分顯著相關(guān)。本研究則并未發(fā)現(xiàn)扣帶束的FA值與量表得分之間的相關(guān)性,這也與之前NAKATA等[26]及CHOO等[27]的研究結(jié)果類似。此外,NAGGARA等[28]在對全腦腦白質(zhì)纖維束與相應(yīng)DTI參數(shù)的研究中,在全腦范圍均未發(fā)現(xiàn)其與MMSE評分之間的相關(guān)性。有實驗提示,與FA值相比MD值能夠更好的預(yù)測記憶相關(guān)量表的評分情況[29],這也可能是造成本實驗結(jié)果的部分原因。綜合以上,有關(guān)神經(jīng)心理學(xué)量表評分與腦白質(zhì)DTI參數(shù)之間相關(guān)性的研究結(jié)果各異,這可能與參與研究的樣本量大小,所采用的分析方法及樣本間的差異有關(guān),也有可能與量表對認(rèn)知領(lǐng)域測定較寬泛,對特定認(rèn)知領(lǐng)域針對性不強(qiáng)有聯(lián)系。
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(責(zé)任編輯:李立)
Microstructural white matter lesion in Alzheimer's disease:a diffusion tensor imaging study using vox-el-based analysis.
MENG Ming,DONG Chunbo,SONG Qingwei,XU Bin,CHEN Jianwen,ZHAO Li.Department of Neurology,The First Affiliated Hospital of Dalian Meddical University,Dalian 116011,China.Tel:0411-83635963.
R749.16
A
10.3969/j.issn.1002-0152.2016.03.002
*沈陽市精神衛(wèi)生中心醫(yī)務(wù)科(沈陽110168)△大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科
※大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科
(E-mail:dcb101@sina.com)
2015-05-18)