轻度认知功能障碍患者在MR扩散张量成像中 脑白质各向异性分数值的变化

任庆云，何丽，刘斋，雷立存，祁宇轩

论著·临床

轻度认知功能障碍患者在MR扩散张量成像中 脑白质各向异性分数值的变化

任庆云，何丽，刘斋，雷立存，祁宇轩

目的分析轻度认知功能障碍(MCI)患者脑白质各向异性分数(FA)值的变化，探讨FA值对轻度认知障碍的诊断价值。方法应用磁共振扩散张量成像(DTI)对18例MCI患者(MCI组)和18例年龄匹配的健康志愿者(健康对照组)进行分析，应用GE Signa Excite 1.5 T 核磁共振系统进行头颅DTI检查，分别测量2组双侧颞叶白质、侧脑室前后角旁白质、额叶及顶叶内侧皮质下白质的FA值，并对测量结果比较。结果MCI组双侧侧脑室前角旁白质、右颞叶白质及右顶内侧皮质下白质FA值低于健康对照组(P﹤0.05)。而双侧额内侧皮质下脑白质、双侧侧脑室后角旁白质、左侧颞叶白质、左顶内侧皮质下白质及胼胝体膝部及压部FA值2组间比较差异均无统计学意义(P﹥0.05)。结论双侧侧脑室前角旁白质、右侧颞叶白质及右顶内侧皮质下白质FA值降低可以作为早期诊断MCI的影像学指标，对于早期干预及提高患者的生存质量具有重要意义。

扩散张量成像；磁共振成像；轻度认知功能障碍；脑白质

轻度认知功能障碍(mildcognitive impairment, MCI)是指认知能力的下降超出个体年龄和教育水平，但其功能损伤尚不足以诊断为阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)，是介于正常衰老和AD之间的一种认知功能损害。文献报道每年有10%～15%的MCI患者转化为AD[1]，成为影响老年人生活质量的主要原因。早期诊断、预测MCI向痴呆转变的风险具有重要价值。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI) 是在扩散加权成像基础上发展起来的一项新型磁共振成像技术，可显示脑白质纤维束的特点，揭示白质纤维束微观结构的改变，是目前惟一能在活体有效显示大脑白质纤维及其走行，并进行定量研究的方法。本研究应用DTI对MCI患者进行分析，定量测量其脑白质各向异性的变化，探讨DTI技术对MCI的临床应用价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2012年4月—2013年4月于河北医科大学第一医院神经内科就诊的MCI 患者18例，通过蒙特利尔认知评估量表(Montreal cognitive assessment, MoCA)、简易智能状态检测(Minimental state examination, MMSE)筛查均符合 Peterson的诊断标准[2]：(1) 主诉记忆力减退>6个月；(2)临床记忆量表测试较年龄和受教育年限匹配的正常对照组低1.5个标准差；(3) 日常生活能力正常。18例中男12例，女6例，年龄62～74(66.3±7.8) 岁；受教育年限9～14(12.1±3.2)年；右利手，其中既往高血压病史6例，糖尿病史4例，高血脂5例。健康对照组18例，入选标准：(1) 无认知功能障碍主诉；(2)总体认知分量级表正常；(3)日常生活能力正常，右利手。18例中男10例，女8例，年龄61～73(66.5±3．7)岁；受教育年限9～13(11.2±3.3)年；右利手，其中高血压病史5例，糖尿病史4例，高血脂病史5例。2组排除标准：(1)脑血管病史；(2)中枢神经损伤疾病与病史；(3)阿尔茨海默病；(4) 精神活动物质滥用病史；(5)严重内科疾病史；(6)精神疾病史等。2组的性别、年龄和受教育年限比较差异无统计学意义(P﹥0.05)，具有可比性。入选者对本研究知情同意并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 检查方法：采用GE Signa Excite 1.5T 超导型磁共振扫描仪，使用8通道头颈联合线圈，颅脑MR扫描包括轴位T1WI、T2WI、FLAIR及矢状位T1WI。扫描参数：T1WI(T1flair)：TR 1750ms, TE 24ms, TI 750ms；T2WI：TR 4000ms，TE 102 ms；FLAIR：TR 8 800ms，TE 120ms，TI 2 200ms；层厚/间距：6mm/1mm，矢状位层厚/间距：5 mm/1mm。DTI采用单次激发平面回波(SE-EPI)序列，TR/TE 12 000/100ms，FOV 22 cm，矩阵128×64，层厚4mm，激励次数2 次，扩散梯度编码方向15 个，扩散梯度b 值分别为0、1000s/mm2。扫描范围从头顶至颅底45个连续层面。

1.2.2 数据处理及测量 所获得原始数据由工作站(ADW 4.4)Function Tool软件进行处理。扩散张量数据通过后处理产生FA图。在脑白质结构中选取12个兴趣区，包括双侧颞叶白质、侧脑室前角旁白质、额叶内侧皮质下脑白质、侧脑室后角旁白质、顶叶内侧皮质下白质、胼胝体膝部及压部脑白质，软件自动计算感兴趣区的各向异性分数(FA)值[3]。感兴趣区选取原则是在白质纤维束强度最大的层面，所有感兴趣区均为长轴与纤维束一致的椭圆形，范围为30～40mm2。

2 结 果

MCI组双侧侧脑室前角周旁白质、右侧颞叶白质及右顶内侧皮质下白质FA值明显低于健康对照组(P<0.05，P<0.01)。而双侧额内侧皮质下白质、双侧侧脑室后角旁白质、左侧颞叶白质、左顶内侧皮质下白质及胼胝体膝部及压部白质FA值2组比较差异无统计学意义(P﹥0.05)。见表1、图1。

表1 MCI组与健康对照组脑不同部位FA值的比较

注：与健康对照组比较，*P<0.05，#P<0.01

注：1和2为测量左、右侧颞叶白质兴趣区；3和4左、右侧脑室前角旁白质；5和6左、右侧脑室后角旁白质；7和8左、右侧额叶皮层下脑白质；9和10左、右侧顶内侧皮层下脑白质；11和12胼胝体膝部和压部白质

图1 各向异性图上脑白质区域感兴趣区部位

3 讨 论

3.1 DTI技术对脑白质结构的显示 DTI技术的出现使得活体条件下无创性研究大脑白质纤维的超微结构成为可能，该技术是以检测水分子自由扩散的各向异性和扩散强度为基础发展起来的一项磁共振新技术， DTI通过测量组织内水分子扩散的程度和方向显示脑白质纤维束，并可定量测定其损害程度，各向异性分数(fractional anisotropy，FA)可以用来定量分析轴索损伤或脱髓鞘改变，FA 反映了纤维束内轴突结构的方向程度，进而反映了其结构的完整性。它体现了各向异性的扩散张量强度，是描述脑白质纤维各向异性特征的主要参数之一，其大小与髓鞘的完整性、纤维密度及走向一致性有密切关系，能够反映白质纤维束是否完整[4]。FA 值表示各向异性的程度，其范围在 0～1之间，1表示最大各向异性，FA值越大，代表轴索完整性好，髓鞘化程度高，神经传导功能也越强。FA值减低则代表了脑白质损伤、完整性丧失。DTI 能间接反映髓鞘发育、成熟及老化的时间过程，检测年龄相关的退变过程。40岁以上个体脑白质的各向异性分数值降低，而平均扩散率增高。DTI 在多种组织器官都有应用，但应用最广泛的还是在中枢神经系统，如脑白质疾病、多发性硬化、脑肿瘤、缺血性疾病、精神障碍、认知障碍及AD等疾病。3.2 DTI技术对MCI的诊断价值 在 MCI 的早期诊断中，神经影像学起了非常重要的作用，结构 MR用于证实年龄相关的脑改变[5]。由于 DTI 的高敏感性，可以检测在结构MR上表现正常的脑白质改变，因此可以作为早期识别 MCI 的工具。多数研究表明，与健康对照组比较，MCI患者及AD患者所有脑叶的FA值降低、MD值升高，尤其是颞叶内侧脑白质结构变化最为明显[6，7]。Wang 等[8]研究结果显示MCI患者的胼胝体、双侧额叶及颞叶脑白质FA值较对照组明显减低， FA值的降低可以作为鉴别MCI和正常老年人的影像学指标。Chen等[3]结果显示MCI患者左侧侧脑室前角前方额叶脑白质、右侧侧脑室后角后方枕叶脑白质及胼胝体膝部脑白质FA值减低，而AD患者胼胝体、额叶、顶叶、枕叶皮质下脑白质及侧脑室前角前方额叶脑白质FA值下降。本结果也显示MCI患者右侧颞叶白质、双侧侧脑室前角旁白质及右侧脑室后角旁白质FA值下降，与上述研究一致。但也有研究结果显示在MCI患者脑白质异常的脑区主要位于双侧海马、颞叶、胼胝体压部以及后扣带回，其损伤范围与AD相似[9]。以上结果的差异可能与MCI患者的诊断标准不一及疾病的严重程度不同有关，研究样本数较小也是造成差异的原因之一。3.3 DTI 2种图像分析方法的比较 DTI成像中最常见的分析方法有基于体素的形态学分析法(voxel-basedmorphometry ,VBM)和兴趣区(region of interest ，ROI)分析法[10],2种方法各有优缺点，VBM方法是一种以体素为单位的形态测量学方法，可以定量检测出脑组织各组分的密度和体积，从而能够检测出局部脑区的特征和脑组织成分的差异。全部操作过程自动实现，因此减少了人为的主观误差，也不需要对脑区差异作先验假设，其重要性在于对任意特定结构的分析是无偏的，可以给出全脑解剖结构差异的全面、综合的客观评价；但是也存在一些局限性，Bookstein等[11]认为空间上匹配不准确的图像不应当使用VBM方法分析，基于像素的统计分析以空间标准化为前提，某些局部区域和模板的匹配不准确会导致统计结果中出现组间系统性的脑区形状差异；Burton等[12]认为VBM方法难以区分脑的一些微小复杂结构的差异，比如海马区，而且同一组的不同患者之间还存在差异，此时利用VBM则其灵敏度不高；VBM方法对脑损伤检测的敏感性较低，检测的敏感性会随着模型参数的改变而改变，而这种低敏感性是由于空间预处理步骤中对脑损伤区域的处理不准确导致了统计检验能力的下降，VBM不能成功地描绘出脑损伤区域的空间扩展度，因此VBM不是惟一标准的发现和描绘脑损伤特征的方法。本研究使用兴趣区法测量FA值，其优点是可以在FA图上直接选取目标区域进行局部准确测量，其缺点是兴趣区的选择带有一定的主观性，由于是人工选择兴趣区的位置及大小，造成其可重复性相对较差，不能排除一定程度的半体积效应的影响[13]。

综上所述，本研究应用DTI技术，评价MCI患者的脑白质FA值， MCI组双侧侧脑室前角旁白质、右侧颞叶白质及右顶内侧皮质下白质FA值明显低于健康对照组。本研究结果提示，DTI可以成为活体量化MCI病理的影像技术，能够在没有形态学改变之前发现脑白质超微结构的改变，双侧侧脑室前角旁白质、右侧颞叶白质及右顶内侧皮质下白质FA值降低可以作为诊断MCI的影像学指标。

1 Morris JC, Storandt M, Miller JM, et al. Mildcognitive impairment represents early stage Alzheimer’s disease[J]. Arch Neurol，2001，58(3):397-405.

2 Peterson RC. Mildcognitive impairment:current research andclinical implications[J]. Semin Neurol， 2007,27(7):22-31.

3 Chen TF, Lina CC, Chen YF, et al. Diffusion tensor changes in patients with amnesic mildcognitive impairment andvarious dementias[J]. Psychiatry Research: Neuroimaging，2009,173(3):15-21.

4 Leow AD, Zhu S, Zhan L, et al. The tensor distribution function[J]. Magn Reson Med，2009, 61(1): 205-214.

5 Kapeller P，Schmidt R，Fazekas F．Qualitative MRI: evidence of usual aging in the brain[J]．Top Magn Reson Imaging，2004，15(6): 343-347．

6 Kavcic, VN, Zhu T, Zhong J, et al.White matter integrity linkedto functional impairments in aging andearly Alzheimer's disease[J]. Alzheimers Dement，2008，4(6):381-389.

7 Stebbins, GT, Murphy, CM. Diffusion tensor imaging in Alzheimer's disease andmildcognitive impairment[J]. Behav Neurol， 2009,21(1):39-49.

8 Wang LF, Goldstein FC, Veledar E, et al.Alterations in cortical thickness andwhite matter integrity in mildcognitive impairment measuredby whole-brain cortical thickness mapping anddiffusion tensor imaging[J]. Am J Neuroradiol，2009,30(5):893-99.

9 Chua TC, Wen W, Slavin MJ，et al. Diffusion tensor imaging in mildcognitive impairment andAlzheimer’S disease：a review[J]．Current Opin Neurol，2008，21(1)：83-92．

10 Ryan NS, KeihaninejadS, Shakespeare TJ, et al. Magnetic resonance imaging evidence for presymptomatic change in thalamus andcaudate in familial Alzheimer’s disease[J]. Brain, 2013,136(5):1399-1414.

11 Bookstein FL.“Voxel-basedmorphometry”shouldnot be usedwith imperfectly registeredimages[J]. Neurolmage，2001，14(6)：1454-1462.

12 Burton EJ，Karas G，Paling SM，et al．Patterns of cerebral atrophy in dementia with lewy bodies using voxel-basedorphometry[J]．Neurolmage， 2002，17(2)：618-630.

13 arente DB，Gasparetto EL，Hygino LC, et al. Potential Role of Diffusion Tensor MRI in the Differential Diagnosis of MildCognitive Impairment andAlzheimer’s Disease[J]. AJR，2008,90(5):1369-1374.

FAvaluealterationinwhitematterinpatientswithmildcognitiveimpairmentmeasuredbyMRdiffusiontensorimaging

RENQingyun,HELi,LIUZhai,LEILicun,QIYuxuan.

DepartmentofRadiology,theFirstHospitalofHebeiMedicalUniversity,HebeiProvince,Shijiazhuang050031,China

ObjectiveTo analyse white matter anisotropy (FA) values in patients with mildcognitive impairment (MCI),andexplore the FA value for the diagnosis of mildcognitive impairment.MethodsMagnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI) in 18 patients with MCI (MCI group) and18 age-matchedhealthy volunteers (control group) were analyzed, headDTI scans were performedwith GE Signa Excite 1.5 T MR system, 2 groups were measuredbilateral temporal lobe white matter, lateral front corner narration quality, medial frontal andparietal subcortical white matter FA values, andcompare the measurement results.ResultsBilateral anterior horn of the lateral ventricle MCI group narration quality, right temporal lobe andright parietal white matter inside the subcortical white matter FA values lower than the healthy control group (P<0.05). The bilateral medial frontal subcortical white matter, bilateral posterior horn of the lateral ventricle narration nature, left temporal lobe white matter, left parietal subcortical white matter andmedial corpus callosum andthe press section FA values between the two groups showedno significant difference (P>0.05).ConclusionBilateral anterior horn of the lateral ventricle quality narration, right temporal lobe andright parietal white matter inside the subcortical white matter FA values decrease as early diagnosis of MCI imaging indicator for early intervention andimprove the patient's quality of life is important.

Diffusion tensor imaging ; Magnetic resonance imaging ; Mildcognitive impairment; White matter

河北省科技支撑计划重大项目(No.09276103D-10)

050031 石家庄，河北医科大学第一医院放射科

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.01.012

2013-09-28)