王波濤，招云春，陳志曄,3

1 解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院 放射科，海南三亞 572013 ；2 解放軍第920 醫(yī)院 干部病房，云南昆明 650032 ；3 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 放射科，北京 100853

阿爾茨海默病(Alzheimer disease，AD) 是一種以進行性認知功能障礙和記憶損害為特征的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病[1-3]。輕度認知障礙(mild cognitive impairment，MCI) 是AD 的早期主要表現(xiàn)，是介于正常老年人(healthy elderly，HE) 和癡呆之間的一種過渡狀態(tài)[4]。因此對MCI 進行早期診斷可以篩選出AD 的高危人群。本研究旨在采用紋理特征分析技術(shù)對磁共振成像T1 加權(quán)圖像(T1 weighted image，T1WI) 腦部后扣帶回進行量化分析，探討HE、MCI 及AD 老年患者后扣帶回腦結(jié)構(gòu)影像表現(xiàn)的異同，以揭示MCI 及AD 的轉(zhuǎn)化規(guī)律與過程，為臨床診斷提供參考。

資料和方法

1 資料來源 本研究資料均來自2015 年1 月-2017 年8 月阿爾茨海默病神經(jīng)影像學(xué)(Alzheimer's disease neuroimaging initiative，ADNI) 中心數(shù)據(jù)庫[5]。該中心對美國與加拿大招募的800 多例年齡在55 ～ 90 歲的受試者進行MRI 檢查。本研究選取其數(shù)據(jù)庫中168 例健康老年人、233 例輕度認識障礙老年患者、101 例阿爾茨海默病患者T1WI 圖像，樣本信息見表1。

2 圖像分析 從ADNI 中心數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出顱腦失狀位T1 加權(quán)圖像，圖片為NII 格式，將圖像導(dǎo)入ImageJ(1.41v) 圖像紋理特征分析插件，圖像紋理特征分析插件均設(shè)置為默認值，像素間距d=1，兩點之間連線與軸的夾角θ=0°。圖像感興趣區(qū)(region of interest，ROI) 提?。好棵颊叻謩e測量其左、右側(cè)后扣帶回，對后扣帶回最大層面進行手動提取分割，見圖1，根據(jù)后扣帶回調(diào)整ROI 的大小，ROI 包含其所有像素。為確保提取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，手動分割提取3 次并取平均值。圖像紋理特征參數(shù)包括角二階矩、對比度、自相關(guān)、逆差距、熵。

3 統(tǒng)計學(xué)處理 統(tǒng)計學(xué)處理采用SPSS22.0 軟件。每組數(shù)據(jù)由左、右側(cè)后扣帶回紋理特征參數(shù)合并統(tǒng)計，符合正態(tài)分布的參數(shù)以-x±s表示，比較采用單因素方差分析。不符合正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)( 四分位數(shù)間距) 表示，比較采用Kruskal-WallisH檢驗。此外，進行多參數(shù)檢驗，設(shè)定賦值三組因變量(0=HE，1=MCI，2=AD)，以角二階矩、對比度、逆差距、熵和簡易智力狀態(tài)檢查量表 評 分(mini-mental state examination，MMSE) 為自變量進行有序logistic 回歸分析，根據(jù)P＜0.05篩選出特征參數(shù)進入方程。通過對EST1-1(HE) 和EST3-1(AD) 的響應(yīng)預(yù)測概率繪制ROC 曲線，并根據(jù)敏感度和特異性最大值獲取診斷闕值[6]。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖 1 在磁共振成像T1WI圖像上放置感興趣區(qū)測量后扣帶回的紋理特征Fig. 1 The texture analysis of the posterior cingulate was performed on T1WI using region of interest method

結(jié) 果

1 三組紋理特征單因素分析比較 對168 例HE、233 例MCI 及101 例AD 后扣帶回T1WI 圖像進行紋理特征分析顯示，角二階矩(P=0.000)、對比度(P=0.001)、逆差距(P=0.000) 及熵(P=0.000) 差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，自相關(guān)(P=0.095) 差異無統(tǒng)計學(xué)意義。T1WI 圖像進行紋理特征分析顯示，HE 組與MCI 組逆差距存在統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，角二階矩、對比度及熵的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)；HE 組與AD 組角二階矩、對比度、逆差距及熵的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05) ；MCI 組與AD 組角二階矩、對比度、逆差距及熵的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。見表2。

表1 168 例健康老年人、233 例輕度認識障礙老年患者及101 例阿爾茨海默病老年患者樣本信息Tab. 1 Demographic and mental characteristics of the 168 health elderly, the 233 patients with mild cognitive impairment and the 101 patients with AD

表2 168 例健康老年人、233 例輕度認識障礙老年患者及101 例阿爾茨海默病患者T1WI 序列紋理特征參數(shù)比較(Md, IQR)Tab. 2 Comparison of texture parameters among the 168 health elderly, the 233 patients with mild cognitive impairment and the 101 patients with AD (Md, IQR)

表3 168 例健康老年人、233 例輕度認識障礙老年患者及101 例阿爾茨海默病患者有序logistic 回歸分析Tab. 3 Oridinal logistic regression analysis of texture parameters and MMSE among the 168 health elderly, the 233 patients with mild cognitive impairment and the 101 patients with AD

2 多參數(shù)有序logistic 回歸分析/ROC 分析 平行線檢驗P=0.228，各因子間不存在多重共線性( 容忍度均＞0.1 且VIF 均＜10)，模型擬合信息P=0.000。最終篩選出逆差距和MMSE 評分兩個參數(shù)進入方程，PHEvsMCI-AD=1/1+e-(34.442-5.132 逆差距-1.171MMSE)，根據(jù)ROC 曲線分析求得診斷點為0.676，如果P＜0.676 診斷HE，P＞0.676 診斷MCI 或AD，ROC曲線下面積0.894，敏感度0.917，特異性0.759。PHE-MCIvsAD=1/1+e-(29.432-5.132 逆差距-1.171MMSE)，診斷點為0.781，如果P＞0.781 診斷AD，P＜0.781 診斷HE 或MCI。ROC 曲線下面積0.958，敏感度0.995，特異性0.786，見表3 和圖2。

討 論

圖 2 健康老年人、輕度認識障礙老年患者及阿爾茨海默病患者構(gòu)建有序logistic回歸預(yù)測模型的受試者工作特征曲線分析Fig. 2 Receiver operating characteristic curves for the results of oridinal logistic regression analysis of the texture parameters among the health elderly, the patients with mild cognitive impairment and the patients with AD

扣帶回是邊緣系統(tǒng)的主要組成部分，具有調(diào)節(jié)感情、記憶、自主神經(jīng)功能和運動的作用，而后扣帶回(posteria cingulate cortex，PCC) 是與學(xué)習(xí)及記憶密切相關(guān)的大腦結(jié)構(gòu)。已有相關(guān)研究表明，AD 患者情景記憶及認知功能障礙與邊緣系統(tǒng)的異常改變有密切關(guān)系，早期AD 患者即可出現(xiàn)后扣帶回功能區(qū)減弱[7-8]。近年來，關(guān)于MCI、AD 患者后扣帶回的相關(guān)功能神經(jīng)影像學(xué)研究均有報道。段小藝等[9]利用PET 研究發(fā)現(xiàn)后扣帶回葡萄糖代謝減低是AD 患者普遍存在的特征性改變。劉怡秋等[10] 采用通過靜息態(tài)功能磁共振成像研究發(fā)現(xiàn)相關(guān)腦功能連接中后扣帶回的功能連接減低最為顯著。Huda 等[11]研究發(fā)現(xiàn)通過18F FDG PET 評估后扣帶回的葡萄糖代謝可以預(yù)測AD 的嚴(yán)重程度。肖慧等[8]通過磁共振波普成像技術(shù)能夠檢出后扣帶回化合物代謝異常，用于AD 的早期篩查和初步診斷，但基于紋理分析的后扣帶回的量化研究暫無報道。近年來紋理分析技術(shù)已經(jīng)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)其他疾病中有相關(guān)研究并應(yīng)用于臨床[12-13]。

圖像紋理分析是對圖像中的空間分布像素信息進行定量描述，將醫(yī)學(xué)的灰度圖像轉(zhuǎn)換成紋理信息，以量化的形式表達病灶區(qū)域特點，為臨床醫(yī)師提供客觀的診斷疾病方法[14]?；叶裙采仃囀浅Ｓ玫募y理特征提取方法，它反映的是圖像兩點灰度之間在距離、方向及變化幅度上相關(guān)性，更直觀表達圖像區(qū)域紋理的空間屬性[15-16]。薄華等[17] 研究表明病變紋理趨于一致不需要選取所有參數(shù)同樣可以表達圖像的紋理特征信息，因此本研究基于灰度共生矩陣僅選取常用的條件( 像素間距d=1、方向θ=0) 提取了5 個紋理特征參數(shù)進行分析。 對168 例HE、233 例MCI 及101 例AD 老 年人后扣帶回T1WI 圖像所提取的5 個紋理特征參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)，角二階矩、對比度、逆差距及熵差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P ＜0.05)，通過量化研究說明以認知功能障礙和記憶損害為特征的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病其后扣帶回腦組織結(jié)構(gòu)的紋理特征參數(shù)也產(chǎn)生相應(yīng)變化。

HE 與MCI 組只有逆差距有統(tǒng)計學(xué)差異，逆差距反映圖像紋理的同質(zhì)性，MCI 逆差距值小于HE，說明MCI 患者后扣帶回不同區(qū)域紋理變化明顯、局部不均勻。HE 與AD 組紋理特征參數(shù)結(jié)果與MCI 與AD 組結(jié)果相似，角二階矩、對比度、逆差距和熵均有統(tǒng)計學(xué)差異，AD 患者角二階矩和對比度均大于HE 和MCI，逆差距和熵均小于HE和MCI，角二階矩衡量圖像紋理分布均勻度，對比度反映圖像紋理溝紋深淺程度，熵衡量圖像紋理復(fù)雜程度，說明AD 患者相對于HE 和MCI 其后扣帶回紋理變化規(guī)則、紋理溝紋深、不同區(qū)域紋理缺少變化。雖然兩組4 個紋理特征參數(shù)存在差異，但還需進行多參數(shù)的綜合分析提高鑒別診斷的準(zhǔn)確性，同時獲取各紋理特征參數(shù)在三者鑒別中的相關(guān)程度[18]。

在進行有序logistic 回歸分析時篩選出逆差距和MMSE 評分兩個參數(shù)，為了提高模型在臨床應(yīng)用中的合理性及準(zhǔn)確性，進行l(wèi)ogistic 回歸分析時添加了MMSE 評分參數(shù)，MMSE 評分能夠全面準(zhǔn)確地反映被試者的智力狀態(tài)和認知功能缺損程度，是老年認知功能障礙最具影響力的篩查工具之一。本結(jié)果發(fā)現(xiàn)預(yù)測模型中逆差距和MMSE 評分的優(yōu)勢比(odds ratio，OR) 小于1，說明這兩個因素均呈負相關(guān)，即逆差距和MMSE 評分越小，從HE發(fā)展到MCI 乃至AD 的概率就越大。ROC 曲線下面積說明預(yù)測模型具有較高的診斷效能，對應(yīng)的診斷點也具有較高的敏感度和特異性。

本研究不足之處：1) 紋理分析在HE、MCI 與AD 老年患者磁共振圖像鑒別中屬于初步的量化研究，本研究只選取了常用參數(shù)進行紋理值的計算，并沒有對其他參數(shù)及紋理變量進行分析，因此在未來研究中還須對不同參數(shù)、不同紋理分析方法進行研究；2) 本研究只采用了美國ADNI 中心數(shù)據(jù)庫中提供的磁共振的TIWI 圖像進行紋理分析，在后期的研究中可以納入磁共振其他序列圖像的紋理特征參數(shù)進行綜合分析以提高三者的鑒別診斷效能。

綜上，基于磁共振T1WI 圖像的后扣帶回紋理特征參數(shù)角二階矩、對比度、逆差距及熵可以反映HE、MCI 與AD 老年人量化研究的異質(zhì)性，其聯(lián)合變量逆差距和MMSE 評分構(gòu)建的有序logistic回歸預(yù)測模型在其鑒別診斷中具有一定的臨床應(yīng)用價值。