磁共振擴(kuò)散張量成像對(duì)阿爾茨海默病腦白質(zhì)損害的研究

磁共振擴(kuò)散張量成像對(duì)阿爾茨海默病腦白質(zhì)損害的研究

阿爾茨海默病（ad）是一種以內(nèi)存激活功能減退為主要臨床特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，主要表現(xiàn)為記憶力減退。以往對(duì)AD的研究主要集中在灰質(zhì)的病理及代謝功能改變。病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn),白質(zhì)病變?cè)贏D的發(fā)病過(guò)程中也有很重要的作用。我們用磁共振擴(kuò)散張量成像(diffusiontensorimaging,DTI)技術(shù)觀測(cè)AD患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的病變情況并分析其與臨床認(rèn)知功能改變的相關(guān)性。數(shù)據(jù)和方法1.診斷及排除標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)選取2004年4月至2005年7月在廣東省南海福利中心住院的輕至中度AD患者16例,其中男6例,女10例;年齡60~80歲,平均年齡(65.2±8.6)歲,病程2~5年,符合美國(guó)神經(jīng)病學(xué)、語(yǔ)言障礙及卒中-阿爾茨海默病和相關(guān)疾病學(xué)會(huì)(NINCDS-ADRDA)的診斷標(biāo)準(zhǔn)。所有患者均由兩位神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師做出診斷。簡(jiǎn)易精神狀態(tài)量表[MMSE,(13.0±4.5)分;8~22分]及日常活動(dòng)量表[ADL,(30.6±3.4)分;25~34分]評(píng)價(jià)患者認(rèn)知行為功能狀態(tài),Loeb改良缺血量表評(píng)分均小于4分。受教育程度:文盲4例,小學(xué)4例,中學(xué)以上學(xué)歷8例。選取中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院體檢者12名為健康對(duì)照組,其中男性5名,女性7名;平均年齡(64.4±9.2)歲。MMSE評(píng)分均在28分以上,無(wú)癡呆家族史,受教育年限與AD患者相當(dāng)。所有研究對(duì)象均為右利手,均排除高血壓、糖尿病、精神病史、酒精或藥物濫用、腫瘤及自身免疫性疾病等。在T1液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(T1-fluidattenuatedinversionrecovery,T1-FLAIR)和T2-FLAIR序列檢查中出現(xiàn)直徑大于5mm的高信號(hào)灶或直徑小于5mm但數(shù)量超過(guò)4個(gè)者被排除在研究對(duì)象之外。2.dti編碼回波基本原理及設(shè)計(jì)所有受試對(duì)象均使用1.5T磁共振成像儀(GESIGNAEXCITEⅡ)進(jìn)行顱腦掃描,選擇頭部線圈。行DTI掃描之前,所有對(duì)象均行T1-FLAIR和T2-FLAIR序列檢查,掃描參數(shù):T1-FLAIR:TR2000ms,TE10.9ms,TI750ms,FOV240mm×240mm,矩陣320×256,層厚5mm,層距1mm。T2-FLAIR:TR8800ms,TE120ms,TI2200ms,矩陣320×192,FOV240mm×240mm,層厚5mm,層距1mm。DTI(25個(gè)擴(kuò)散編碼方向)用自旋回波EPI脈沖序列,行軸位及冠狀位掃描,TR8000ms,TE79.3ms,矩陣128×128,FOV240mm×240mm,層厚5mm,層距0,b1=0,b2=1000s/mm2。掃描結(jié)束后,將原始數(shù)據(jù)傳輸至工作站,用Functool2軟件進(jìn)行后處理,重建部分各向異性分?jǐn)?shù)(fractionalanisotropy,FA)和平均彌散度(meandiffusivity,MD)圖,分別測(cè)定胼胝體膝部和壓部、內(nèi)囊前肢和后肢、額顳頂枕葉白質(zhì)的FA和MD值,作為評(píng)價(jià)腦白質(zhì)各向異性及水分子擴(kuò)散程度的指標(biāo)。感興趣區(qū)的選擇:內(nèi)囊前肢及后肢取內(nèi)囊、額葉取額中回、頂葉取角回、顳葉取顳干,各取3個(gè)層面;枕葉取枕極,取2個(gè)層面;胼胝體膝部在視交叉層面、胼胝體壓部在下丘層面選取,各取1個(gè)層面(圖1)。各層面及左右對(duì)稱的結(jié)構(gòu)均取其平均值,感興趣區(qū)大小為20~40mm2。放置感興趣區(qū)時(shí),避開(kāi)灰質(zhì)結(jié)構(gòu)和腦脊液。3.ad組和對(duì)照組腦白質(zhì)認(rèn)知功能狀態(tài)的比較采用SPSS11.0軟件統(tǒng)計(jì)處理。用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)AD組和對(duì)照組腦白質(zhì)的FA和MD值進(jìn)行比較,用Pearson相關(guān)分析評(píng)價(jià)各部位的FA和MD值與認(rèn)知功能狀態(tài)的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果1.葉、哌葉白質(zhì)的fa值與對(duì)照組相比,AD患者胼胝體壓部、額葉、頂葉、顳葉白質(zhì)的FA值顯著降低,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而枕葉、內(nèi)囊前后肢、胼胝體膝部則無(wú)明顯變化(P>0.05,表1)。2.腦白質(zhì)的mdd與對(duì)照組相比,AD患者胼胝體壓部、頂葉白質(zhì)的MD值顯著升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),而其余腦白質(zhì)區(qū)域的MD值則無(wú)明顯變化(P>0.05,表2)。3.內(nèi)囊前下肢鞏固評(píng)分與mmse評(píng)分的關(guān)系對(duì)AD患者各腦白質(zhì)區(qū)FA、MD值與MMSE評(píng)分的相關(guān)關(guān)系分析發(fā)現(xiàn),胼胝體壓部、額葉、顳葉、頂葉白質(zhì)的FA值與臨床認(rèn)知功能評(píng)分呈正相關(guān)關(guān)系(r分別為0.809、0.721、0.711、0.700,P值均<0.05),而內(nèi)囊前后肢、枕葉、胼胝體膝部的FA值與MMSE評(píng)分無(wú)相關(guān)關(guān)系;胼胝體壓部及頂葉白質(zhì)的MD值與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(r分別為-0.867、-0.808,P值均<0.01),而胼胝體膝部、內(nèi)囊前后肢、額葉白質(zhì)、顳葉白質(zhì)、枕葉白質(zhì)的MD值與MMSE評(píng)分無(wú)相關(guān)關(guān)系。ad患者腦內(nèi)白質(zhì)的擴(kuò)散加權(quán)md在生物體組織結(jié)構(gòu)中,局部水分子的擴(kuò)散受多種因素的限制,單位體積內(nèi)不同方向上分子的擴(kuò)散程度各不相同,這種現(xiàn)象稱為各向異性。水分子的各向異性與其所在介質(zhì)的特定物理學(xué)排列特點(diǎn)或限制分子運(yùn)動(dòng)的障礙物的存在有關(guān),獲得了單位體積內(nèi)的各向異性信息,即可獲得生物體的細(xì)微解剖結(jié)構(gòu)及功能改變。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,細(xì)胞結(jié)構(gòu)(如細(xì)胞膜、軸突、神經(jīng)絲、微管),細(xì)胞器,髓鞘等與水分子相互作用從而改變其運(yùn)動(dòng)特性。雖然傳統(tǒng)磁共振可以顯示AD患者大腦皮質(zhì)以及海馬等的萎縮,但也存在操作復(fù)雜、特異性不強(qiáng)的缺點(diǎn),且不能顯示白質(zhì)纖維束微細(xì)結(jié)構(gòu)和各向異性的受損。而DTI可以通過(guò)測(cè)量組織內(nèi)水分子擴(kuò)散的程度和方向從而顯示腦白質(zhì)纖維束并可定量測(cè)定其損害程度。FA是反映組織各向異性最敏感的指標(biāo),主要受神經(jīng)纖維的直徑、密度和髓鞘化程度的影響,可反映神經(jīng)纖維的完整性及損傷情況,FA值越高,說(shuō)明組織的各向異性越強(qiáng),組織結(jié)構(gòu)的排列越規(guī)則緊密。MD=Trace(D)/3,即擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值,代表擴(kuò)散橢圓體的大小,即與擴(kuò)散方向無(wú)關(guān)的擴(kuò)散程度,并不反映組織的各向異性,其數(shù)值不受組織T1、T2時(shí)間的影響,只表現(xiàn)出組織內(nèi)水分子擴(kuò)散特性。MD值越大,組織內(nèi)自由水含量越多,說(shuō)明擴(kuò)散程度越高。我們采用DTI定量測(cè)定不同白質(zhì)區(qū)域的FA和MD值,發(fā)現(xiàn)AD患者胼胝體壓部、額葉、頂葉、顳葉白質(zhì)的FA值顯著下降,而內(nèi)囊前后肢、枕葉、胼胝體膝部則相對(duì)不受影響,胼胝體壓部、頂葉白質(zhì)的MD值明顯升高,表現(xiàn)為白質(zhì)結(jié)構(gòu)的選擇性損害。Rose等及Choi等也發(fā)現(xiàn),胼胝體壓部、上縱束、扣帶回FA值明顯降低。這種選擇性損害很可能與AD病理特征的分布特點(diǎn)以及腦內(nèi)白質(zhì)纖維的相互聯(lián)系有關(guān)。神經(jīng)原纖維纏結(jié)(NFT)主要分布于內(nèi)嗅皮質(zhì)的2和4層及聯(lián)合皮質(zhì)的2、3和5層,主要受影響的是大的谷氨酸能投射神經(jīng)元,老年斑主要分布于皮質(zhì)聯(lián)合區(qū),且主要位于含有承擔(dān)傳入傳出功能的錐體細(xì)胞的皮質(zhì)內(nèi)。胼胝體壓部的纖維主要聯(lián)系顳葉及頂葉。頂葉聯(lián)合皮質(zhì)則是高級(jí)認(rèn)知功能的重要結(jié)構(gòu),可接受顳上回、額葉皮質(zhì)和扣帶回等部位的投射纖維,同時(shí)也可發(fā)出纖維到前額葉、顳葉皮質(zhì)和扣帶回等部位。相反內(nèi)囊前后肢、枕葉白質(zhì)及胼胝體膝部的FA值無(wú)明顯改變,這可能與AD全腦認(rèn)知功能下降,但運(yùn)動(dòng)障礙及視覺(jué)障礙少見(jiàn)有關(guān)。雖然年齡及腦缺血等因素可以影響FA及MD值的大小,但本研究所有患者Loeb改良缺血量表評(píng)分均小于4分,在T2-FLAIR序列上只有輕度改變,且兩組對(duì)象年齡之間無(wú)顯著差異。因此,本研究發(fā)現(xiàn)的FA值降低而MD值升高,反映了腦白質(zhì)中限制水分子擴(kuò)散的結(jié)構(gòu),如髓鞘、軸突受到損傷以及神經(jīng)纖維的減少等,而這種白質(zhì)結(jié)構(gòu)的損害可能是繼發(fā)于AD相關(guān)病理改變所致的神經(jīng)纖維變性(華勒變性)或軸突的丟失,反映了AD患者的皮質(zhì)-皮質(zhì)及皮質(zhì)-皮質(zhì)下聯(lián)系的損害。這與以往的研究結(jié)果相似,即AD患者腦內(nèi)白質(zhì)出現(xiàn)脫髓鞘、神經(jīng)軸索丟失、少突膠質(zhì)細(xì)胞減少及脂質(zhì)成分的丟失等病理變化,且白質(zhì)病理改變獨(dú)立于腦缺血病變而與淀粉樣蛋白沉積、老年斑形成有關(guān)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),額、顳、頂葉及胼胝體壓部的FA值與MMSE評(píng)分呈正相關(guān),而只有胼胝體壓部及頂葉的MD值與MMSE呈負(fù)相關(guān),提示FA值可表示AD患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的損害,反映了認(rèn)知功能障礙的嚴(yán)重程度,較MD值更好地反映AD患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的