扩散张量成像和磁敏感加权成像在阿尔茨海默病海马的研究进展

基金项目：

国家自然科学基金面上项目(编号：8127141)

作者单位：

首都医科大学附属北京天坛医院神经影像中心，北京 100050

通讯作者：

戴建平，E-mail：daijianping_2008 @126.com

收稿日期：2015-06-10

接受日期：2015-08-10

文献标识码：A

DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.09.013唐守现, 戴建平. 扩散张量成像和磁敏感加权成像在阿尔茨海默病海马的研究进展. 磁共振成像, 2015, 6(9): 699-703.

[摘要] 海马是阿尔茨海默病(AD)主要病变部位，扩散张量成像(DTI)和磁敏感加权成像(SWI)均为高级MRI技术。该文就DTI和SWI主要测量指数在AD海马的研究进展进行综述。

DTI and SWI application progress on hippocampus in patients withAlzheimer's disease

TANG Shou-xian, DAI Jian-ping *Department of Radiology, Beijing Tiantan Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China

*Correspondence to: Dai JP, E-mail: daijianping_2008@126.com Received 10 June 2015, Accepted 10 Aug 2015 ACKNOWLEDGMENTS This work was part of the General Program of National Natural Science Foundation of China (No. 8127141).

Abstract Hippocampus is the main affected location in Alzheimer's disease. Diffusion tensor imaging (DTI) and susceptibility weighted imaging (SWI) are advanced technology of MRI. This review is about the research development on AD hippocampus by DIT and SWI primary measuring index.

Key words Hippocampus; Alzheimer disease; Magnetic resonance imaging

海马是人类记忆功能编码和提取过程中起到主要作用的组织器官 [1-2]，是产生记忆过去和畅想未来神经活动的主要器官 [3]，也是情景记忆和语义记忆实施的组织器官 [4]。海马通过白质纤维束通路与各功能灰质核团联系产生多种类型记忆、情感、运动控制和神经内分泌活动 [5]。Duvernoy [5]阐述了主要五种连接海马和灰质核团的白质纤维束通路。其中海马与多功能皮质连接通路包括传出纤维通路(海马-穹窿柱-前联合-乳头体-前丘脑核团-胼胝体背侧核团或扣带回前部皮质)和传入纤维通路(顶叶高级视觉皮质中枢-海马旁回-内嗅皮质-海马)。直接与海马结构有白质纤维联系的主要有穹窿柱、杏仁体、内嗅皮质、海马旁回 [6]。阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)患者海马体积萎缩改变得到认可，但是AD海马组织结构和静脉血管变化特点有待于进一步研究分析。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)和磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)均为包括多种测量指标的高级MRI技术，DTI测量指标MD 和FA已经用于AD患者病变部位的评估，SWI相位图可以提供测试部位各个相位值变化，SWI血管图像可提供病变部位静脉血管变化情况。因此，笔者就DTI主要测量指数MD、FA和SWI相位图、血管图在AD海马的研究进展进行综述。

1 DTI

DTI技术是扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)技术的延伸。DWI可以将组织内水分子扩散差异以图象的形式进行表达，同时可以定量研究不同组织水分子扩散差异 [7]。在DWI图像基础上通过增加扩散敏感梯度脉冲产生DTI。DTI可三维空间内定量评价水分子扩散能力和特点。DTI评估参数有平均扩散率(mean diffusion，MD)，部分异向性指数(fractional anisotropy，FA)，相对各向异性指数(relative anisotropy，RA)和容积比(volume ratio，VR)。MD值越大说明水分子扩散能力越强。FA指扩散各向异性部分与扩散张量总值比，宏观反应白质纤维束完整性。白质FA和表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)的大小可以间接反映髓鞘化程度或纤维束完整性 [8]。

2 DTI在AD海马结构中的应用

2.1 DTI的MD在AD海马的研究

AD双侧海马MD值均可出现异常，并表现MD升高为主。AD首要病变器官主要为海马，与AD首发症状情景记忆障碍同时出现 [9]。结构像MRI也已经证实AD全脑和海马体积变小 [10-11]。而Selnes 等 [12]研究报道了全脑白质纤维DIT指数FA和MD与脑脊液生化指数Aβ42,T-tau和P-tau均可以更好预测AD认知能力下降和颞叶萎缩改变，而前者比后者有更好的预测性，但是该研究并没有报道海马区域FA值和MD值改变情况对于预测AD认知能力下降和内侧颞叶萎缩改变的价值意义。同时轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment，MCI)与正常对照组相比左侧海马结构体积缩小，双侧海马结构MD升高，且两个指标均与延迟口头记忆测试成显著相关，均可作为分析海马记忆功能状态的参考指标 [13]。Fellgiebel等 [14]研究证明MCI发展成AD时对应的海马MD升高和海马体积缩小，但并没有指明海马哪个部位MD变化明显，而这种AD海马MD变化特点与AD病变部位病理表现tau蛋白和神经纤维缠结部位分布特点相符合，AD病变部位细胞内细胞骨架tau蛋白异常聚集具有沿神经白质纤维(主要为perforant途径由内嗅皮质层至下托至海马CA1区最后主要分布于海马头齿状回区域)时空传递性 [15-16]。由上可知AD海马MD值改变以升高为主并可能具有时空传递性。

有研究报道AD左侧海马前部MD值出现异常具有诊断价值。Yakushev等 [17]研究得出AD左侧海马头部MD值与延迟口头测验得分呈明显负相关，而双侧海马尾部、右侧海马头部及对照组海马均未表现出负相关。Fellgiebel等 [18]研究得出AD左侧海马前部MD值改变早于患者临床认知功能障碍和海马前部代谢异常改变。Wang等 [19]亦得出左侧海马MD在AD组与MCI组之间和AD组与NC组之间存在显著差异，右侧海马MD在AD组和NC组存在显著差异；在NC组、MCI组、AD组中，海马体积和其扩散峰度(MK)值为降低趋势，MD值为升高趋势；同时双侧海马的MK和MD值对于AD和MCI的诊断敏感性均高于海马体积指标。Yakushev 等 [20]报道AD左侧海马前部MD值与FDG摄取量呈显著负相关性，并指出MD值可作为早期AD海马前部出现异常的敏感性指标。由上可知AD左侧海马MD值异常改变明显与右侧海马MD值并与多种临床指标呈相关性。

以上研究阐述AD海马MD以升高改变为主，但是以海马哪个部位为主，左右侧海马有没有差异，MD升高改变有没有部位延续性等需要进一步研究，同时AD海马体积改变影响MD值的测定和AD海马MD单纯改变之间的相互作用不能忽视。

2.2 DTI的FA在AD海马的研究

DTI的FA在AD海马的研究文献报道有限，而且FA值改变趋势存在分歧。DTI的FA值可用于评价研究白质联合纤维传导束完整性和海马组织微观特性 [21]。利用DTI技术FA值进行在体评估皮质脊髓束和锥体束纤维束完整性研究表明与对照组相比MCI及AD患者FA值均升高 [22-23]，但海马白质纤维束相关传导通路FA值有待进一步评估。轻度或早期AD颞叶白质FA值降低并且和临床严重程度密切相关而锥体束完整性无明显受损，与AD临床表现一致，即AD突出症状是认知功能下降而不是运动功能障碍 [24]。Fu等 [25]研究得出AD与正常对照组和血管性痴呆患者相比颞叶和海马显示低FA值和相应高MD值。其研究不仅进一步说明海马为AD病变累及部位同时也说明血管性痴呆和AD的海马FA值存在不同改变趋势，但是能否用于两者鉴别诊断的可行性有待于深入研究。Palesi等 [26]利用DTI和MRI对10例MCI、10例AD及18例正常对照组海马及海马与楔前叶等多个部位纤维联系进行了测量对比分析并得出MCI和AD海马、海马结构楔前叶纤维束及海马后部扣带回纤维束较正常对照组体积变小而MD值升高，AD左侧海马、海马结构楔前叶纤维束MD值和MCI全脑白质FA值均与语言记忆功能相关，但是并没有分析以上区域FA值具体改变情况。

横向研究表明穹窿FA值与MCI、AD记忆力相关，纵向研究表明FA值和海马体积均能用于预测记忆力进行性下降 [27]。同时有研究表明AD和DLB(路易体痴呆)患者穹窿、胼胝体和终纹FA值均降低，然而MCI、AD患者穹窿FA值改变和海马结构改变之间的关系需要进一步证实 [28-29]。Remy 等 [30]利用DTI测量前驱期AD患者双侧钩束、海马旁回、胼胝体及穹窿FA值并与对照组对比发现有统计学差异，而钩束FA值降低和MD值升高与海马体积降低在半球内呈显著相关性，进一步提出前驱期AD双侧额叶海马结构白质纤维连接进行性损害与双侧海马体积降低伴行的观点，即AD早期边缘系统白质纤维束微观改变破坏可能源于海马结构神经元减少观点，但是该研究对于前驱期AD海马FA值和MD值的具体改变情况并没有做出说明。以上研究表明AD海马FA值以降低为主，但是需要进一步研究证明。

3 SWI

SWI是以T2 *序列为基础利用静脉内脱氧血红蛋白引起磁场不均匀性导致T2 *时间缩短和血管与周围组织相位差加大两种效应产生增强磁共振影像对比技术。SWI采取3D梯度回波扫描、完全速度补偿、射频脉冲扰相等技术，具有三维、高分辨率、高信噪比等特点。SWI包括幅值图像和相位图像。相位图像描述质子弛豫过程中行经的角度，反映组织对比特别是磁化率差异较大组织 [31]。用含有磁敏感对比信息的相位图像来加权幅值图像可提高幅值图像各组织之间的对比度，再对得到的加权图像进行最大密度投影可得到连续的血管图像 [32]。

4 SWI在AD海马结构中的应用

利用MRI技术得到证实AD脑部(主要为基底节区)存在铁的异常沉积 [33-34]。文献报道AD海马T2值显著降低归结于海马铁沉积增加 [35]。Zhu等 [36]利用高分辨MR相位纠正图像对15例AD和15例正常自愿者的海马、顶叶、额叶白质、壳和苍白球等铁含量进行了测量分析，发现AD双侧海马、顶叶、壳、尾状核、齿状核铁含量明显高于对照组，而且早期AD顶叶铁含量与认知能力下降呈显著正相关性。Wang等 [37]利用SWI对AD、MCI和正常对照组的双侧海马、尾状核头及丘脑等18个脑部区域铁沉积进行对比分析发现海马、尾状核头及丘脑三者存在显著性差异，并且双侧海马、尾状核头和丘脑铁含量均与认知能力评估量表得分(简易智力检查量表)呈显著相关性，该研究不足之处主要是感兴趣区海马区域选定容易包括邻居的内嗅皮质区。Wang等 [38]研究报道了相同年龄阶段的AD和正常自愿者苍白球、壳和尾状核头铁含量变化特点，60～70岁阶段AD与正常自愿者双侧苍白球铁含量均存在显著性差异，70～80岁阶段AD与正常自愿者右侧苍白球存在显著性差异，而60～70岁和70～80岁组的AD的壳铁含量显著不同，60～80岁的AD的双侧苍白球的铁含量与简易智力检查量表得分显著相关性，但是该文献并没有对海马区域铁含量进行测量分析。由以上研究报道可知AD基底节区域铁含量明显增加，而关于AD海马各部位区域铁含量如何改变，有没有左右侧和部位差异及与认知能力的关系需要进一步研究。

SWI对静脉血管显示具有独特的优势。静脉畸形、毛细血管扩张症、海绵状血管瘤等疾病都属于低速血管畸形，常规MR成像效果不佳，SWI应用的较小体素可降低部分容积效应而且结合图像相位信息能发现常规MRI无法显示的细小血管 [32]。抑郁症患者和正常自愿者海马和侧脑室周围静脉对比分析得出两组之间存在静脉数目、分支及走行的差异 [39]。查阅中文及英文文献未见利用SWI显示测量AD患者海马结构血管形态、数目的研究，因此AD患者海马结构血管形态数目的显示与海马结构本身形态之间的关系有待于进一步研究。

DTI可定量评价水分子扩散能力和特点及定量分析白质纤维束，SWI可以定量分析组织铁含量并在显示血管方面具有独特优势，两者均在显示微观结构改变方面显示出了突出优势。目前关于两种技术有效结合进行AD海马的研究比较少，AD海马扩散能力特点和白质纤维束改变和相应部位铁含量改变之间有什么关联，AD海马扩散能力特点与海马区域血管分部和多少是否有关联有待于进一步研究。