帕金森病认知障碍弥散张量成像初步研究

邓远飞 罗筱 曾文双 陈文鑫 陈德杰 王成林 黄嵘

帕金森病认知障碍弥散张量成像初步研究

邓远飞*罗筱*曾文双*陈文鑫△陈德杰*王成林**黄嵘**

目的探讨帕金森病（Parkinson disease，PD）认知障碍的特征及其与脑组织感兴趣区微观结构改变的关系。方法对PD单侧症状组10例、PD双侧症状组20例和20例对照组行前瞻性研究，进行MOCA量表和DTI检查，测定MoCA量表得分和感兴趣区的FA值，行统计学分析。结果PD单侧症状组MoCA量表得分较对照组无统计学差别，黑质中间部（0.363±0.036，0.371±0.035）及尾部（0.454±0.028，0.464±0.039）的双侧FA值均较对照组双侧平均值（0.384±0.033，0.481±0.042）下降，差别有统计学意义（P＜0.05）。PD双侧症状组MoCA量表总分、视空间与执行功能、注意力得分（19.500±3.967，2.200±1.361，3.950±0.999）较对照组（26.000±2.449，5.450± 0.686，4.250±0.851）下降，差别有统计学意义（P＜0.05）；黑质各部分、额叶白质、扣带回的FA值（0.382±0.031，0.353±0.030，0.433±0.043，0.322±0.049，0.515±0.063）较对照组（0.440±0.047，0.384±0.033，0.481±0.042，0.371± 0.027,0.553±0.021）下降，差别有统计学意义（P＜0.05）。30例PD患者MoCA量表总分与黑质中间部及尾部、额叶白质、扣带回的FA值呈正相关（P＜0.05）。结论PD认知障碍以视空间与执行能力、注意力障碍为主，严重程度与黑质中间部、黑质尾部、额叶白质、扣带回微观结构病变程度呈正相关。

帕金森病 认知障碍 弥散张量成像 MoCA量表

伴随社会老龄化进一步发展，帕金森病（Parkinson disease，PD）的患病人数逐渐增长。PD认知障碍可严重影响患者生活质量，加重家庭和社会负担，因此近年来PD认知障碍越来越受到人们重视。弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一种可以反映脑白质和灰质微观结构变化的磁共振新技术[1]。本研究比较PD患者和对照组蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognitive assessment,MoCA）得分和DTI中脑组织感兴趣区（region of interest,ROI）的各向异性分数（fractional anisotropy,FA）的差异，探讨PD患者认知障碍的特征及其与脑组织微观结构改变的关系。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取2009年12月至2013年3月期间到北京大学深圳医院干部病房和神经内科诊治的30例PD患者作为研究组进行前瞻性研究，均符合2006年中华医学会神经病学分会运动障碍及帕金森病学组制定的帕金森病的诊断标准[2]。PD组病程0.5～16年，平均病程（4.67±4.04）年，年龄50～85岁，平均年龄（68.33±9.94）岁。按修订的Hoehn和Yahr分期，1～1.5期10例作为PD单侧症状组，2～5期20例作为PD双侧症状组。另外匹配来自干部病房和神经内科的20例对照组，均为非PD患者且无精神疾病及相关药物使用史。年龄50～82岁，平均年龄（67.30±8.49）岁。PD组及对照组均已排除合并有严重的心、肝、肾等内科疾病（见表1）。

1.2 检查方法本研究采用MoCA量表作为评估研究对象认知功能的量表工具。本量表总分30分，如果受试者受教育年限少于或等于12年者，在测试结果上加1分，校正文化程度的偏倚，得分越高认知功能越好，26分或以上为正常，测试时间约10 min。用修订Hoehn和Yahr分期评价PD患者疾病严重程度。调查过程患者及其家属共同参与，量表评定一次性完成。本研究经北京大学深圳医院伦理委员会批准并经患者及家属同意。

使用SIEMENS AVANTO 1.5T超导型磁共振成像系统，运用十二通道头部矩阵线圈。行常规T1WI、T2WI、FLAIR横断扫描。DTI为自旋回波-回波平面成像(spin echo-echo plane image，SE-EPI)进行扫描，扫描参数为TR=2700 ms，TE=88 ms，层厚5 mm，层间距1.5 mm，FOV=230 mm×186 mm，激励4次，在20个方向上施加弥散敏感梯度，弥散加权系数(b值)为1000 s/mm2。

1.3 图像后处理将DTI数据资料传入SIEMENS公司提供的工作站，利用Neuro(3D)MR软件对图像进行后处理，重建出彩色FA图和表观弥散系数（apparent diffusion coefficient,ADC）图，在各感兴趣区显示最清晰层面手动绘画ROI。黑质可分为结构和功能上都相差很大的腹侧的黑质网状部和背侧的黑质致密部两部分。根据文献检索，按照从黑质腹侧到背侧的顺序，将黑质分为3个区：黑质嘴部（rostral part of substantia nigra，SNr）、黑质中间部（middle part of substantia nigra，SNm）、黑质尾部（caudal part of substantia nigra，SNc），并用3个相同大小的圆，联合彩色FA图避免锥体束和红核的影响，以求更精确的测量黑质的FA值[3]。由于TIWI图、FA图、ADC图均为横断面图像，扣带回前部、后部显示部位较小，故本课题选择经半卵圆中心横断面扣带回中间部位设置ROI。本研究ROI设置在以下部位：SNr、SNm、SNc、额叶白质（frontal white matter，FWM）、颞叶白质（temporal white matter,TWM）、顶叶白质（parietal white matter，PWM）、枕叶白质(occipital white matter，OWM）、胼胝体膝部（genu of corpus callosum，CCg）和胼胝体压部（spleniumof corpus callosum，CCs）、两侧扣带回中间部(cingulated bundles，CLB)，除胼胝体膝部和胼胝体压部取中央部外，其余各ROI区取双侧，左右基本对称于中线结构，设置黑质及扣带回ROI大小为（9±1）mm2，其余ROI体素大小为（38±2）mm2，然后分别测量各ROI区的FA值。所有ROI放置时远离脑脊液，减少脑脊液的影响，因脑脊液趋近于水，FA值明显低小。ROI的放置由两位神经影像学专科医师在不知临床资料的情况下进行（图1）。

1.4 统计学方法采用SPSS 13.0进行统计学分析，各组之间MoCA量表各认知领域得分和总分行方差分析，数据以（±s）表示。获得各组ROI的FA值，PD单侧症状组双侧对称的ROI区分为症状对侧及症状同侧分别取值，PD双侧症状组及对照组双侧对称ROI区取平均值，各组之间行方差分析，数据以（±s）表示。将PD组各ROI的FA值分别与MoCA量表总分行spearman秩和相关分析，双侧对称ROI均取平均值，分析各ROI的FA值与MOCA量表总分的相关性。设α=0.05，显著性检验为双侧检验。

2 结果

2.1 一般资料各组在性别、年龄、文化程度差异无统计学意义，P＞0.05（表1）。

2.2 MoCA量表评估认知功能（见表2）PD单侧症状组与正常对照组比较，P＞0.05，差异无统计学意义。

2.3 各兴趣区FA值比较PD单侧症状组症状对侧和症状同侧比较，P＞0.05，差异无统计学意义（见表3）。

图1 图像后处理A：经中脑黑质横断面，设置SNr、SNm、SNc、TWM；B：经基底核横断面，设置FWM、CCg、CCs；C：经视放射横断面，设置OWM；D：经顶枕沟横断面，在中央沟后方顶枕沟前方设置PWM；E：经半卵圆中心横断面，在扣带回中间部设置CLB

2.4 FA值与MoCA量表得分相关性分析本研究发现PD单侧症状组及PD双侧症状组中均有部分患者MOCA评分低于正常值，且PD单侧症状组症状对侧和症状同侧各ROI的FA值比较，没有统计学差异，故将两组合为一组，各ROI左右对称者FA值均取平均值，分别单独与MoCA量表得分行相关性分析，发现30例PD患者的MoCA量表总分与黑质中间部、黑质尾部、额叶白质、扣带回的FA值呈正相关（r=0.430,r=0.569，r=0.534，r=0.480,P＜0.05）。

表1 一般情况

3 讨论

结合MoCA量表分析PD患者认知障碍特征：本文PD单侧症状组MOCA量表总分稍低于正常低值26分，且低于对照组MoCA量表总分，虽未达到统计学意义，仍提示部分PD患者早期即可能存在认知功能障碍，有研究[4]表明，轻度认知功能障碍（MCI）在PD患者的发生率为19%～38%，其中75%PD伴MCI患者10年内可进展为痴呆。PD双侧症状组MOCA量表总分低于正常低值26分，与对照组及PD单侧症状组相比有统计学差异，说明本组患者存在认知障碍，结合MOCA量表，以视空间与执行功能、注意力障碍为主。

DTI的原理及参数的含义：DTI是近年来发展起来的一种新的功能磁共振成像方法，利用人体内水分子在不同方向上自由运动所产生的信号成像，反映活体组织水分子弥散的信息，并能显示白质纤维束的走行及其相互之间的关系。当组织中水分子在各个方向的弥散能力相同时，称为各向同性。当在不同方向的弥散能力不同时，则称为各向异性。用来描述各向异性弥散特性的参数较多，目前最常用的量化指标为FA值，指弥散张量的各向异性成分占整个弥散张量的比值，在完全各向同性的组织中，FA=0；在完全各向异性的组织中，FA=l。因FA值受神经纤维微观结构（纤维髓鞘化的程度、髓鞘内部结构、神经纤维的密度和直径、神经纤维排列）等因素影响，FA值改变可反映神经纤维及髓鞘结构的完整性及损伤情况。在DTI中，弥散最大的方向代表纤维束走行的主要方向。在彩色FA图中，每个体素的3个矢量成分均被分配以红(X轴)、绿(Y轴)、蓝(Z轴)3种颜色，红色、绿色和蓝色分别代表左右、前后和头尾方向走行的纤维束。本研究通过测定FA值反映ROI微观结构的改变。

表2 MoCA量表得分

表3 感兴趣区FA值

PD患者各ROI的FA值改变及其意义：本研究中PD单侧症状组SNm、SNc的FA值较对照组下降，PD双侧症状组SNr、SNm、SNc、FWM、CLB的FA值均较对照组下降。说明PD病程早期主要以黑质致密部病变为主，随着病程进展，黑质网状部、额叶白质、扣带回亦受累。黑质致密度由含有黑色素的多巴胺能多极大细胞组成，其合成的多巴胺通过黑质-纹状体纤维释放到纹状体，是纹状体内多巴胺的主要来源。PD病变以黑质致密度部多巴胺能神经元丢失、变性为主，导致纹状体内多巴胺含量显著降低，胆碱能系统功能相对亢进，从而产生肌强直、运动迟缓等症状。黑质FA值下降原因可能为多巴胺能神经元丢失、神经元轴突发出的神经纤维数量减少，增生的胶质细胞使原有的白质纤维束排列和结构紊乱，从而使局部组织的各向异性下降，FA值下降。且本研究中PD症状同侧SNm、SNc的FA值已下降，提示PD患者在症状出现前就存在黑质微观结构改变，Yoshikawa等[5]甚至认为在PD症状开始前黑质-纹状体投射系统已经有超过一半的多巴胺能神经元丢失。Du[6]等通过测量40例PD患者(其中15例早期PD患者)和28例对照组黑质的FA值后，发现PD组尾部黑质的FA值较对照组下降，黑质尾部FA值下降可作为鉴别PD患者和正常人的指标。由此我们可以推测，黑质FA值下降或可作为PD非创伤性诊断的客观指标之一，对于临床上怀疑是PD的患者，DTI可以作为辅助诊断的依据之一。

探讨PD认知障碍与ROI的关系：本研究中MoCA量表总分与SNm、SNc、FWM、CLB的FA值呈正相关。表明PD认知障碍与黑质、额叶白质、扣带回病变有关。目前比较肯定的是，PD认知障碍的基础是黑质致密部多巴胺能神经元变性、缺失。而对于早期PD患者伴认知功能障碍，应与额叶-纹状体环路的破坏有关，即额叶与基底节之间的皮质-皮质下多巴胺环路受损[7]。起源于背外侧前额叶至尾状核和苍白球的环路和计划、组织、问题解决等执行功能相关，而纹状体内的多巴胺减少导致前额叶内的多巴胺耗竭，引起PD患者执行功能障碍。

中脑一边缘系统—皮质系统起源于中脑腹侧被盖区和黑质致密部的多巴胺神经元，多巴胺神经纤维沿内侧前脑束上行，支配边缘结构(如杏仁核、海马等、扣带回和前额叶)等结构。中脑一边缘系统—皮质系统多巴胺神经通路参与了认知、意识活动等功能。PD患者黑质致密度多巴胺能神经元变性缺失导致该系统病变，引起边缘系统多巴胺减少。边缘系统中Papez环路即海马环路：海马旁回→海马结构→乳头体→丘脑前核→扣带回→海马旁回，是一个与学习和记忆、情感等高级神经活动有关的循环往复的神经传导环路。目前认为PD的记忆损害主要是集中在短时记忆和瞬时记忆部分[8]。在短时记忆的研究中又发现PD患者的即刻回忆受损，但在延迟回忆时未见明显缺陷，即刻回忆受损可能与此环路受损有关。

综上所述，PD患者的认知障碍，结合MoCA量表，以视空间与执行功能、注意力受损为主，且随着病程进展认知障碍逐渐加重。认知障碍程度与黑质中间部、黑质尾部、额叶白质、扣带回微观结构病变严重程度呈正相关。黑质尾部FA值下降或可成为PD早期诊断的依据之一，为疑似PD患者的诊断提供一项客观指标。

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2013-09-29）

（责任编辑：李立）

10.3936/j.issn.1002-0152.2014.08.010

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