唐守現(xiàn)，左麗君，張巍，沈慧聰，戴建平*

磁敏感加權(quán)成像在帕金森病腦核團鐵含量的定量研究

唐守現(xiàn)1，左麗君2，張巍2，沈慧聰1，戴建平1*

目的 利用磁敏感加權(quán)成像測量和分析PD腦深部核團鐵含量特點。材料與方法 研究對象為40例PD患者和36例正常志愿者，利用3.0 T磁共振掃描儀獲取研究對象SWI圖像，通過SPIN軟件在獲取的SWI相位圖中測量腦深部灰質(zhì)核團蒼白球、殼核、黑質(zhì)相位值，并將獲取的研究對象核團相位值進行配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。結(jié)果 PD組黑質(zhì)相位值平均值最小(R，2034.84；L，2030.55)。PD組與對照組相比，右側(cè)蒼白球(P=0.018)、黑質(zhì)相位值(P=0.008)和左側(cè)蒼白球(P=0.040)、黑質(zhì)相位值(P=0.000)均具有顯著性差異。PD組右側(cè)蒼白球與右側(cè)黑質(zhì)(P=0.000)、右側(cè)殼核與右側(cè)黑質(zhì)(P=0.000)、左側(cè)殼核與左側(cè)黑質(zhì)(P=0.000)相位值對比差異具有統(tǒng)計學意義。結(jié)論 PD病患者黑質(zhì)鐵含量最多，蒼白球和黑質(zhì)鐵含量成對稱性增多。磁敏感加權(quán)成像可為PD病診斷提供參考信息。

帕金森??；磁共振成像；鐵

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of the General Program of National Natural Science Foundation of China (No. 81271541).

唐守現(xiàn), 左麗君, 張巍, 等. 磁敏感加權(quán)成像在帕金森病腦核團鐵含量的定量研究. 磁共振成像, 2016, 7(9): 647-650.

1　材料與方法

1.1一般資料

選取2014年至2015年就診于北京天壇醫(yī)院的40例PD患者為研究對象，研究對象診斷均符合1992年英國PD腦庫制定的原發(fā)性PD診斷標準。PD病診斷標準：(1)運動遲緩(隨意運動、進行性語言和重復動作幅度變小)；(2)至少符合下列表現(xiàn)之一，肌強直、4～6 Hz靜止性震顫及姿勢不穩(wěn)(并非由視覺、前庭功能、小腦或本體感覺障礙引起)。PD診斷確立的支持診斷標準(確診PD需滿足以下3條或以上)：單側(cè)起??；存在靜止性震顫；進行性病程；癥狀長期不對稱，起病一側(cè)癥狀明顯；對左旋多巴反應良好(70%～100%)；出現(xiàn)左旋多巴誘導的舞蹈癥；對左旋多巴有反應持續(xù)5年或以上；臨床病程10年或以上。

選取2011年至2015年在我院行頭顱MRI及SWI檢查年齡匹配正常志愿者36例。入選標準：(1)無陽性神經(jīng)系統(tǒng)癥狀和體征；(2)無神經(jīng)系統(tǒng)疾病史。

1.2掃描和處理

利用Siemens 3.0 T Trio掃描儀獲取圖像，8通道線圈，標準頭部解剖位，行SWI序列橫斷掃描。三軸定位系統(tǒng)，經(jīng)正中矢狀面，平行于前后聯(lián)合連線；掃描參數(shù)：TR 29 ms，TE 20 ms，F(xiàn)OV 230 mm× 230 mm，反轉(zhuǎn)角15°，層厚5 mm，間隔2 mm；圖像重建像素448×512。

利用SPIN軟件分別測量相位圖上感興趣區(qū)(region of interest，ROI)黑質(zhì)、蒼白球、殼核相位值(圖1，2)，神經(jīng)放射專業(yè)醫(yī)師勾畫ROI (ROI大小由核團決定)，軟件自動測量ROI相位值三次，并取其均值。

1.3統(tǒng)計學方法

采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析。測得相位值采用均數(shù)±標準差表示，并進行配對樣本t檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

圖1，2　顯示測試ROI，標號①、②、③分別為左側(cè)黑質(zhì)，左側(cè)蒼白球、左側(cè)殼Fig. 1，2 Marks ①, ②, ③ indicated left SN, left GP, left PUT.

2　結(jié)果

PD患者男22例 (55%)，女18例(45%)，年齡40～78歲，平均61.8歲，病程0.5～26.0年，平均5年；臨床均表現(xiàn)靜止性震顫和肌肉強直。

PD組測得黑質(zhì)相位值平均值最小，對照組黑質(zhì)相位值左右側(cè)差異具有顯著性。在PD組與對照組之間右側(cè)蒼白球、黑質(zhì)相位值和左側(cè)蒼白球、黑質(zhì)相位值差異均具有顯著性，殼核相位值差異無統(tǒng)計學意義(表1)。PD組右側(cè)蒼白球和右側(cè)黑質(zhì)、右側(cè)殼核和右側(cè)黑質(zhì)、左側(cè)殼核和左側(cè)黑質(zhì)相位值配對對比差異具有顯著性，對照組左側(cè)蒼白球和左側(cè)黑質(zhì)相位值配對對比差異具有顯著性(表2)。

表1　PD組與對照組核團平均相位值Tab. 1 Phase values in nucleus of the PD subjects and controls

表2　不同核團之間相位值比較Tab. 2 Comparison of phase values in different nucleus

3　討論

研究結(jié)果表明PD患者黑質(zhì)鐵含量明顯增加。PD組測得黑質(zhì)相位值平均值較對照組小，而相位值和鐵含量呈現(xiàn)負相關(guān)，因此PD患者同側(cè)黑質(zhì)鐵含量較對照組鐵含量高。這一結(jié)果與目前研究報道PD患者黑質(zhì)鐵含量異常增加相一致，有研究報告表明PD患者黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性與鐵含量異常增加密切相關(guān)[6-7，12]。以往研究報告黑質(zhì)為PD病變部位及黑質(zhì)鐵含量異常沉積[13-14]。而利用SWI序列測量PD患者黑質(zhì)含量并與對照組對比的研究報道結(jié)果存在差異。通過1.5 T磁共振掃描儀，Gupta等[15]發(fā)現(xiàn)PD患者黑質(zhì)鐵含量與正常對照組相比改變不明顯，相反，Jin等[16]得出黑質(zhì)鐵含量增加的結(jié)論，Wang等[17]利用3.0 T掃描儀和Lotfipour等[18]利用7 T掃描儀同樣發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)鐵含量增加。

研究結(jié)果表明PD患者蒼白球鐵含量異常增加，殼核鐵含量無明顯異常。PD患者同側(cè)蒼白球相位值均較對照組明顯降低，殼核相位值與對照組相比差異無統(tǒng)計學意義。蒼白球鐵含量較對照組增高，這與以往研究PD患者病變部位累及蒼白球、蒼白球鐵含量異常結(jié)論一致[13-14]。可見通過對蒼白球、殼核相位值測試可發(fā)現(xiàn)是否有相應部分鐵含量異常沉積。這也進一步說明SWI圖像對于PD病的診斷可提供參考信息[19]， PD患者蒼白球鐵含量相對增加，殼核鐵含量不見增加，而有研究報道多系統(tǒng)萎縮伴PD癥狀患者蒼白球和殼核相位值均可見明顯增加[15]。

PD患者病變核團鐵含量增加具有對稱性特點。我們測量結(jié)果表明同一核團左右側(cè)對比分析顯示僅對照組黑質(zhì)左右相位值差異具有顯著性。PD患者黑質(zhì)、蒼白球左右側(cè)對稱性鐵含量差異無統(tǒng)計學意義，同時均較對照組含量有所增加，這與PD患者病變核團對稱性特點相一致。對照組黑質(zhì)左右側(cè)相位值有差異，左側(cè)黑質(zhì)和蒼白球相位值有差異，這與鐵在人腦內(nèi)分布有差異性及隨齡增加性特點相符[1-2，20]。

研究不足之處：一是偶然性的蒼白球生理性鈣化可能導致感興趣相位值測量存在差異。二是研究對象病程和治療期限并沒有進行考慮。三是測量部位核團數(shù)量相對較少。

總之，PD患者出現(xiàn)臨床癥狀時，雙側(cè)黑質(zhì)、蒼白球鐵含量異常。黑質(zhì)鐵含量最高，蒼白球和黑質(zhì)鐵含量成對稱性增高。證明了SWI可發(fā)現(xiàn)PD患者灰質(zhì)核團鐵含量異常增加，可為PD病診斷提供重要的參考信息。

［References］

[1] Hagemeier J, Geurts JJ, Zivadinov R, et al. Brain iron accumulation in aging and neurodegenerative disorders. Expert Rev Neutother, 2012, 12(12): 1467-1480.

[2] Mao L, Dai JP, Sun B. Susceptibility-weighted imaging：a study of cerebral iron content in healthy people. Chin J Med Imaging Technol, 2009, 25(6): 996-998.毛磊, 戴建平, 孫波. 磁敏感加權(quán)成像觀察健康人群腦內(nèi)鐵含量.中國醫(yī)學影像技術(shù), 2009, 25(6): 996-998.

[3] Zhang W, Sun SG, Jiang YH, et al. Determination of brain iron content in patients with Parkinson's disease using magnetic susceptibility imaging. Neurosci Bull, 2009, 25(6): 353-360.

[4] Liu TY, Bai Y, Ma XY, et al. The value of "swallow tail" appearance of nigrosome on ESWAN at 3.0 T MR in the diagnosis of Parkinson's disease. Chin J Magn Reson Imaging, 2016, 7 (46): 265-269.劉太元, 白巖, 馬瀟越, 等. 3.0 T MR非高分辨ESWAN上黑質(zhì)“燕尾征”在帕金森病診斷中的價值. 磁共振成像, 2016, 7(46): 265-269.

[5] Fang XW, Hu T, Wu YH, et al. Metabolic changes of striatum and substantia nigra in patients with early Parkinson's disease demonstrated by 1H-MRS. Chin J Magn Reson Imaging, 2015, 6(7): 481-485.方學文, 胡濤, 武玉華, 等. 1H-MRS檢測早期帕金森病紋狀體、黑質(zhì)的功能代謝. 磁共振成像, 2015, 6(7): 481-485.

［6］ Gao JH， Yan ZF， Liu Z， et al. Investigation on the neuroinfammatory mechanism of iron-induced selective dopaminergic neurodegeneration. Chin J Neurol, 2011, 44(7): 493-499.高俊華, 閆兆芬, 劉卓, 等. 鐵選擇性損傷多巴胺能神經(jīng)元的神經(jīng)免疫炎癥機制. 中華神經(jīng)科雜志, 2011, 44(7): 493-499.

[7] Peng J, Peng L, Stevenson FF, et al. Iron and paraquat as synergistic environmental risk factors in sporadic Parkinson's disease accelerate age-related neurodegeneration. J Neurosci, 2007, 27(26): 6914-6922.

[8] Langkammer C, Krebs N, Goessler W, et al. Quantitative MR imaging of brain iron a postmortem validation study. Radiology, 2010, 257(2): 455-461.

[9] Schafer A, Forstmann BU, Neumann J, et al. Direct visualization of the subthalamic nucleus and its iron distribution using highresolution susceptibility mapping. Hum Brain Mapp, 2012, 33(12): 2831-2842.

[10] Huang YW, Jeng JS, Tsai CF, et al. Transcranial imaging of substantia nigra hyperechogenicity in a Taiwanese cohort of Parkinson's disease. Mov Disord, 2007, 22(4): 550-555.

[11] Haacke EM, Xu Y, Cheng YC, et al. Susceptibility weighted imaging (SWI). Magn Reson Med, 2004, 52(3): 612-618.

[12] Oakley AE, Collingwood JF, Dobson J, et al. Individual dopaminergic neurons show raised iron levels in Parkinson disease. Neurology, 2007, 68(21): 1820-1825.

[13] Cosottini M, Frosini D, Pesaresi I, et al. MR imaging of the substantia nigra at 7 T enables diagnosis of Parkinson disease. Radiology, 2014, 271(3): 831-838

[14] Rossi M, Ruottinen H, Soimakallio S, et al. Clinical MRI for iron detection in Parkinson's disease. Clin Imaging, 2013, 37(4): 631-636.

[15] Gupta D, Saini J, Kesavadas C, et al. Utility of susceptibilityweighted MRI in differentiating Parkinson's disease and atypical parkinsonism. Neuroradiology, 2010, 52(12): 1087-1094.

[16] Jin L, Wang J, Zhao L, et al. Decreased serum ceruloplasmin levels characteristically aggravate nigral iron deposition in Parkinson's disease. Brain, 2011, 134(1): 50-58.

[17] Wang Y, Butros SR, Shuai X, et al. Different iron-deposition patterns of multiple system atrophy with predominant parkinsonism and idiopathetic Parkinson diseases demonstrated by phase-corrected susceptibility-weighted imaging. AJNR Am J Neuroradiol, 2012, 33(2): 266-273.

[18] Lotfipour AK, Wharton S, Schwarz ST, et al. High resolution magnetic susceptibility mapping of the substantia nigra in Parkinson's disease. J Magn Reson Imaging, 2012, 35(1): 48-55.

[19] Meijer FJ, van Rumund A, Fasen BA, et al. Susceptibility-Weighted Imaging Improves the Diagnostic Accuracy of 3T Brain MRI in the Work-Up of Parkinsonism. AJNR Am J Neuroradiol, 2015, 36(3): 454-460.

[20] Xu XJ, Wang QD, Zhang MM. Age, gender, and hemispheric differences in iron deposition in the human brain: an in vivo MRI study. Neuroimage, 2008, 40(1): 35-42.

A quantitative study about iron content of the cerebral nucleus in patients with Parkinson's disease

TANG Shou-xian1, ZUO Li-jun2, ZHANG Wei2, SHEN Hui-cong1, DAI Jian-ping1*

1Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China

2Department of Geriatric, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China

*Correspondence to: Dai JP, E-mail: daijianping_2008@126.com

Objective: Aiming to measure and analyse the iron content in cerebral nucleus of the Parkinson's disease (PD) subjects. Materials and Methods: Forty PD subjects and 36 volunteers were recruited in the cross-sectional study. Susceptibility weighted images (SWI) was acquired for all participants. Phase values of globus pallidum (GP), putamen (PUT), substantia nigra (SN) were measured by SPIN software. Paired-sample t test was used to compare the phase values of nucleus, P＜0.05 was considered to be statistically signifcant. Results: Phase values in SN of PD subjects were least (right, 2034.84. left, 2030.55). Phase values of bilateral GP (R, P=0.018. L, P=0.040) and bilateral SN (R, P=0.008. L, P=0.000） showed signifcantly statistical differences between PD subjects and volunteers. There were significantly statistical differences in phase values between right GP and SN (P=0.000), right PUT and SN (P=0.000), left PUT and SN (P=0.000) in PD subjects. Conclusions: SN showed highest iron content in patients with PD, iron content increased symmetrically in GP and SN of patients with PD. SWI provided information for the diagnosis of PD.

Parkinson disease; Magnetic resonance imaging; Iron

1 June 2016, Accepted 10 Aug 2016

國家自然科學基金面上項目(編號：81271541)

1. 首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院放射科，北京 100050

2. 首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院老年病科，北京 100050

戴建平，E-mail：daijianping_2008@ 126.com

2016-06-01

接受日期：2016-08-10

R445.2；R742

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.09.002

鐵在人腦中分布呈隨齡增加性[1-2]，并具有部位差異性，按含量從高至低依次為蒼白球(globus pallidum，GP)、殼核(putamen，PUT)、黑質(zhì)(substantia nigra，SN)、尾狀核(caudate nucleus)、大腦白質(zhì)(white matter)及小腦(cerebellum)[3]。其中蒼白球、殼核及黑質(zhì)是腦內(nèi)多巴胺能神經(jīng)元最富集部位, 紋狀體和黑質(zhì)也是PD病變主要部位之一[4-5]。而PD病患者出現(xiàn)臨床癥狀時黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元變性丟失約70%。同時實驗證明鐵離子可以誘發(fā)氧化應激機制損傷神經(jīng)元，同時催化多巴胺氧化為毒性6-羥基-DA(MPTP)和異喹啉樣物質(zhì)，誘導多巴胺能神經(jīng)元變性死亡。研究發(fā)現(xiàn)多種內(nèi)外源性物質(zhì)與鐵結(jié)合作用通過神經(jīng)免疫炎癥機制進行性損傷多巴胺能神經(jīng)元[6-7]。因此鐵含量異?？赡艽偈筆D深部核團神經(jīng)元變性。目前腦內(nèi)鐵沉積測量方法主要有R2及R2*值測量[8]、磁敏感加權(quán)成像相位值測量[9]、經(jīng)顱超聲成像測量[10]。磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)是以T2*序列為基礎并進行改進的磁共振掃描成像技術(shù)，包括相位值圖像和磁矩值圖像。相位值圖像中相位值反映不同組織間磁敏感性細微差異，通過校正測得的相位值大小與腦鐵沉積呈負相關(guān)[11]，進而可以間接測量反映腦內(nèi)核團鐵含量。文章通過利用SWI技術(shù)測量PD患者黑質(zhì)、蒼白球和殼核核團相位值進而分析鐵含量特點。