3.0 T MR非高分辨 ESWAN上黑质“燕尾征”在帕金森病诊断中的价值

刘太元，白岩，马潇越，马伦，史大鹏，窦社伟，王梅云

3.0 T MR非高分辨 ESWAN上黑质“燕尾征”在帕金森病诊断中的价值

刘太元，白岩，马潇越，马伦，史大鹏，窦社伟，王梅云*

目的 应用3.0 T磁共振常规多回波采集T2三维梯度回波序列(enhanced gradient echo T2 star weighted angiography, ESWAN)观察黑质核团1的存在与否在诊断帕金森病 (parkinson’s disease, PD)中的价值。材料与方法 回顾性分析58例PD病人和年龄相匹配的364例对照组病人的ESWAN图像，根据黑质核团1能否在ESW AN序列上显示出来，即是否存在“燕尾征”，将被试区分为PD病人和非PD病人，并对其准确性进行分析。结果 PD病人组58例病人中，55例无“燕尾征”(94.83%)，3例不确定；364例对照组病人中，344例表现出“燕尾征”(94.51%)。采用“燕尾征”来区分PD病人和非PD病人的敏感性为95%，特异性为91%。结论 3.0 T磁共振成像常规ESWAN序列上黑质“燕尾征”的缺失，是一种简单、可靠的诊断PD的新方法。

磁共振成像；燕尾征；帕金森病

Received 9 Jan 2016, Accepted 4 M ar 2016

ACKNOW LEDGM ENTSThis w ork w as part o f National Natural Science Foundation (No. 31470047, 81271565); Henan Province Scientific and Technological Innovation Talents Project.

帕金森病(parkinson’s disease, PD)又称震颤麻痹，是一种以静止性震颤、运动迟缓、肌张力增高和姿势平衡障碍为典型临床表现、黑质多巴胺能神经元进行性缺失为主要病理变化的进行性神经系统退行性疾病[1]。目前对PD的诊断多依赖患者的病史、临床表现及对多巴胺类药物的反应[2]，缺乏客观依据。应用于PD的影像学的检查方法主要包括MRI、PET和SPECT等。运用核医学的方法诊断PD病人敏感性高，但由于花费高，有一定的辐射，并且区分PD病的不同进展阶段的能力有限，因此临床工作中很少采用。而常规磁共振成像仅能显示脑结构变化，缺乏影像学特异性表现，很难诊断PD。新的MRI检查方法如磁化传递成像(magnetization transfer imaging, MTI)、扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)和功能磁共振成像(function magnetic resonance imaging, fMRI)，都是无创性的方法，有助于PD和非典型帕金森综合征之间的鉴别，可在体观察结构连接、功能连接和认知功能之间是否存在相关性[3]。但是这些新技术后处理过程复杂，且处理方法的标准不统一，难以运用于临床[4]。因此寻求一种安全有效、简便无创的诊断方法，对于PD的诊断、治疗和预后评估是非常必要的。最新一项研究指出，健康人3 T磁共振高分辨磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging, SW I)上可观察到黑质核团1，表现为“燕尾征”，而PD患者往往缺如，因此认为该征象的缺如有望为诊断PD提供一个有价值的新工具[5]，但该研究PD患者样本量小，且采用高分辨SW I(0.55 mm×0.55 mm×0.7 mm)采集时间长，不易在临床工作中广泛应用。多回波采集T2三维梯度回波序列(enhanced gradient echo T2 star weighted angiography, ESWAN)是一种SW I成像方法，本文采用较大样本的分析，以及非高分辨(0.75 mm×0.9 mm×3 mm)的快速ESWAN扫描参数，观察PD和非PD患者ESWAN上黑质核团显示“燕尾征”的情况，来评估此方法对诊断PD的价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

所有病例均来自2014年1月至2015年1月于河南省人民医院就诊者，共422例。其中PD病人58例，男30例，女28例，年龄最小者50岁，最大者68岁，平均年龄(60.65±2.99)岁。所有PD患者均由神经内科专家确诊，符合英国PD学会脑库PD的临床诊断标准[6],除外各种原因所致的PD综合症。同时，选取无脑干病变的非PD病人364例作为对照组，其中男性180例，女性184例，年龄最小者50岁，最大者62岁，平均年龄(56.39±3.74)岁。

1.2 数据收集方法

所有病人磁共振数据均通过本地的放射诊断工作站获得，所有病人都进行了常规头MRI和ESWAN检查，20例因运动伪影而不能评判图像的病人被排除在外。

MRI检查方法：磁共振扫描仪为美国GE公司Discovery M R750，采用8通道颅脑线圈。所有受试者均同时采集了T1WI、T2W I、FLAIR、DW I和ESWAN图像。横轴ESWAN序列：TR=37 m s，TE=22 ms，翻转角=15°，Bandw idth=31.25，层厚= 3.0 mm。其定位中心点与常规MR扫描一致。扫描时间为2 m in 8 s 。

1.3 “燕尾征”的表现

黑质核团1位于黑质的后1/3，在SW I上呈线状、逗号或楔形的高信号，前面和外侧的黑质的致密部以及内侧的内侧丘系都表现为低信号，见图1。因此，从整体来看，黑质核团1在轴位的ESWAN/SWI上呈“燕尾征”表现[5, 7]。

1.4 ESWAN图像分析方法

采用双盲的原则，由两位有经验的放射诊断医生根据ESWAN图像上黑质后部近尾端是否存在黑质核团1高信号，即“燕尾征”，分别评判所有ESWAN图像。由于PD病为单侧起病，所以只要一侧黑质核团1表现为低信号，不管另一侧有或无都诊断为PD病。根据黑质核团1是否在ESWAN图像上表现为高信号，将所有的扫描图像分为两组：正常组，双侧都存在或者单侧存在而对侧可能存在；异常组，单侧无或者两侧都无，见图2。如两位医师有不同意见，以共同协商后得出的一致意见为最终结果。

1.5 统计学分析

采用SPSS 19.0统计软件进行统计学分析，P＜0.05认为差异有统计学意义；采用χ2检验对试验组和对照组进行统计学分析，根据ESWAN图像上是否存在黑质核团1高信号即“燕尾征”进行分组比较，结合临床结果分析“燕尾征”在区分PD 和非PD患者方面的敏感性、特异性和准确率等，并采用Kappa加权分析对两组结果的一致性进行评价。

2 结果

两位医师的分组结果中，422例病人中有413例分组相同(55例PD病人和358例对照组)，而在两位医师讨论达成一致性意见之后，得出最终分组结果，见表1。统计学分析显示，两位医师之间的一致性为97.9%(Kappa=0.79，P＜0.001)。两位医师分别评估和达成一致性意见后最终结果的敏感性、特异性和准确率见表2。

图1 A：一非帕金森病人的黑质末端层面的ESWAN序列图像；B：ESWAN序列图像上脑桥的局部解剖结构，1：脑桥大脑脚，2：黑质，3：中脑水管，4：脑桥被盖，5：黑质核团1，6：内侧丘系 图2 非PD病人和PD病人的黑质末端层面的ESWAN序列图像对比。A和B为非PD病人组，两图都可以清晰看到黑质核团1的结构，即“燕尾征”；C和D为PD病人，黑质的边界已经模糊不清，“燕尾征”消失Fig. 1 A: Demonstrated is a ESWAN axial slice just at the level of nigrosome-1 of a non-PD patients; B: Magnification of the cerebral peduncle structures, 1: Cerebral peduncle, 2: Substantia nigra, 3: Aqueduct, 4: M idbrain tegmentum, 5: Nigrosome-1, 6: Medial lem iniscus. Fig. 2 ESWAN MRI at the slice of the caudal of substantia nigra in PD and Non-PD patients. A and B: Nigrosome-1 and “swallow tail” appearance can be showed clearly in the Non-PD patients. C and D: The structural details of the SN can not be clearly delineated in the control groups, and the “swallow tail” disappeared.

表1 PD组和非PD组是否表现“燕尾征”详细分组情况Tab. 1 Demographic information of the appearance of "Swallow tail " between PD group and non-PD group

表2 根据ESWAN上“燕尾征”是否存在诊断PD的准确率结果分析Tab. 2 The accuracy of " Swallow tail " appearance in the diagnosis of PD

3 讨论

本研究结果显示，在3.0 T磁共振的常规ESWAN图像上非PD病人能够观察到黑质核团1的存在，即表现为“燕尾征”，而PD病人则缺失，根据这种表现来诊断PD病，准确率很高。之前有研究表明阿尔茨海默病、PD和肌萎缩侧索硬化等多种神经系统变性病的患者均可发生脑内铁含量增加，而在PD病人中，铁主要在黑质和苍白球周围沉积，因此SW I序列对于评价运动障碍性疾患脑内铁异常沉积非常有价值[8]。黑质分为致密部和网状部，致密部主要是含神经黑色素的多巴胺能细胞，而网状部则聚集着大的和中等的GABA能神经细胞[9]。通过钙结合蛋白D28K免疫染色可观察到，黑质的致密部主要有5个含多巴胺能神经元的钙结合蛋白阴性区域构成，即黑质核团。最大的核团为黑质核团1，位于黑质的腹侧，在PD病人中受到的影响最大，表现为多巴胺能神经元的大量消失耗尽，最多可达98%[7, 10]。

在3.0 T的磁共振上运用高分辨SW I可以观察到黑质，健康对照组的黑质外观非常像燕尾，而在PD病人中则看不到“燕尾征”的存在，这可能是由于神经细胞的损失，神经黑色素的损耗，黑质核团内铁含量的增加，铁氧化状态的改变，或者是这些因素共同作用的结果，致使黑质核团1的顺磁性增加，信号由高变低，不能观察到黑质核团1的高信号[11]。而在正常对照组中，黑质中的黑质核团1表现为楔形高信号，前面和外侧的黑质的致密部以及内侧的内侧丘系都表现为低信号，故表现出“燕尾征”。本研究回顾性分析了SW I技术ESWAN序列在PD病人中的应用，通过观察PD病人和非PD病人在常规ESWAM黑质层面的表现不同，发现采用“燕尾征”来判别PD和非PD患者的准确率可高达95%。这些发现与之前在7.0 T磁共振上的小样本对照研究一致，预示着7.0 T磁共振的初步发现可以成功地被推广到3.0 T磁共振仪的常规检查中，在临床中可以得到更广泛的应用[12-13]。“燕尾征”的消失会使黑质表现为均一的低信号，目前认为其可能的机制有两个：铁含量的增加，或者神经黑色素量的减少伴铁储存量的减少，致使自由铁增加，从而使黑质核团的顺磁性增加[14]。

迄今为止，采用SW I的“燕尾征”缺失来诊断PD的研究中，多采用高分辨SW I序列，但高分辨率SW I扫描时间长，在临床工作的推广受到限制。而常规SW I或ESWAN是否可以同样的利用“燕尾征”缺失来诊断PD，尚缺乏研究报道。该研究采用常规ESWAN序列进行检查，扫描时间仅为2 m in8 s，结果表明，3 T磁共振非高分辨的ESWAN上黑质“燕尾征”缺失也可以用以诊断PD。该研究中，黑质“燕尾征”有关的阴性预测值为99%，表明黑质核团1出现的病人患PD可能性很小。其中5%的50岁以上的非PD病人不能检测到黑质核团1的存在，这一比例与PD病在老年人中的发病率相近，表明这些病人中很可能有未被确诊的PD病人，之前有研究也表明在原发性PD的亚临床期已经有铁的沉积[15]。

在目前的临床工作中，主要是通过核医学的方法，把可疑的PD病从非PD运动障碍疾病中区分出来，准确率约为95%[16]。然而由于核医学成像花费高，且具有一定的辐射，在临床中难以广泛使用。而常规M RI检查方法仅仅可以用来显示脑结构改变，区分血管性原因和其他的疾病引起的非典型PD综合症[17]，但对PD的诊断价值非常有限。而本研究结果表明，3 T磁共振非高分辨的ESWAN上黑质“燕尾征”缺失很可能成为诊断PD病的一个新的、简便有效的影像学征象，与之前的影像学方法相比有明显的优势。近年研究显示，新的磁共振检查方法如DTI和容积测量法有助于实现在1.5 T磁共振上非典型PD综合征的鉴别诊断，而不仅仅局限在3.0 T磁共振扫描仪上[18]。那么ESWAN/SW I在1.5 T磁共振上是否能够根据“燕尾征”的存在与否来诊断PD，尚需进一步研究。

该研究存在以下一些局限性：(1)由于颅底骨气界面会产生磁敏感伪影，对图像质量会造成一定影响，所以ESWAN/SWI技术的优化和提高也是今后研究的方向；(2)由于此项研究是回顾性研究，临床信息有限，最终结果的准确率会受一定的影响，所以接下来需要在大样本的前瞻性研究中进一步证实该结果；(3)由于不能完全排除非PD病人分组中有临床前期的PD病人，因此在非PD组中可能会有亚临床期的PD病人，对结果准确率的影响也是不确定的。由于病人组都是临床已经确诊为PD的病人，所以本研究无法通过黑质核团1的改变来评判疾病的严重程度，未来需要对症状前期和症状期的各个临床阶段的PD病人进行更详细的分组分析。

4 结论

在3.0 T MR较快速的常规ESWAN序列上，健康人的黑质的腹侧可观察到“燕尾征”，而PD病人则没有此征象。“燕尾征”区分对PD病人和非PD病人准确率很高。因此，3.0 T MRI上常规ESWAN序列上黑质“燕尾征”的缺失，很可能成为诊断PD的一种简单可靠的新方法。

参考文献 [References]

[1]Fearn ley JM, Lees AJ. Ageing and Parkinson’s disease: substantia nigra regional selectivity. B rain, 1991, 114(Pt5): 2283-2301.

[2]Schapira AH. Etiology of Parkinson’s disease. Neurology, 2006, 66(10 Suppl 4): 10-23.

[3]Peng S, Chen M, Li CM, et al. A resting-state functional MRI study in Parkinson's disease. Chin J Magn Reson Imaging, 2014, 5(5): 321-327.

彭帅, 陈敏, 李春媚, 等. 帕金森病静息态脑功能MRI研究. 磁共振成像, 2014, 5(5): 321-327.

[4]Meijer FJ, Goraj B. Brain MRI in Parkinson’s disease. Frontiers in Bioscience, 2014, (6): 360-369.

[5]Schwarz ST, Mohammed A, Morgan PS, et al. The ‘swallow tail' appearance of the healthy nigrosome-a new accurate test of Parkinson's disease: a case-control and retrospective crosssectional MRI study at 3 T. PLoS One, 2014, 9(4): e93814.

[6]Gelb DJ, Oliver E, Gilman S. Diagnostic criteria for Parkinson disease. Arch Neurol, 1999, 56(1): 33-39.

[7]Dam ier P, H irsch EC, Agid Y, et al. The substantia nigra of the human brain. II. Patterns of loss of dopam ine-containing neurons in Parkinson’s disease. Brain J Neurol, 1999, 122(Pt 8): 1437-1448.

[8]Chen DQ, He D. The princip les and the progression of clinical applications of neuroimaging w ith susceptibility weighted imaging. J Brain And Nervous Diseases, 2009, 17(2): 152-154.

陈德强, 贺丹. 磁敏感加权成像技术原理及临床应用进展. 脑与神经病杂志, 2009, 17(2): 152-154.

[9]Haines DE. Fundamental neuroscience for basic and clinical app lications. Philadelphia: Churchill Livingstone Elsevier, 2006: 169-180.

[10]Damier P, Hirsch EC, Agid Y, et al. The substantia nigra of the human brain. Brain, 1999, 122(Pt 8): 1421-1436.

[11]Anna I, Blazejewska, Stefan T, et al. Visualization of nigrosome 1 and its loss in PD. Neurology, 2013, 81(6): 534-540.

[12]Kw on DH, K im JM, Oh SH, et al. Seven-Tesla m agnetic resonance images of the substantia nigra in Parkinson disease. Ann Neurol, 2012, 71(2): 267-277.

[13]Cosottini M, Frosini D, Pesaresi I, et al. Comparison of 3 T and 7 T susceptibility-weighted angiography of the substantia nigra in diagnosing parkinson disease. AJNR Am J Neuroradiol, 2015, 36(3): 461-466.

[14]Zecca L, Casella L, A lbertini A, et al. Neuromelanin can protect against iron-mediated oxidative dam age in system modeling iron overload o f brain aging and Parkinson’s disease. J Neurochem, 2008, 106(4): 1866-1875.

[15]Wang B, Dai MF. Research progress of magnetic resonance imaging in Parkinson disease. Chin J M agn Reson Im aging, 2013, 4(6): 459-462.

王波, 戴敏方. 帕金森病的MRI研究进展. 磁共振成像, 2013, 4(6): 459-462.

[16]Bajaj N, Hauser RA, Grachev ID. C linical utility of dopam ine transporter single photon em ission CT (DaT-SPECT) w ith (123I) ioflupane in diagnosis of parkinsonian syndromes. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2013, 84(11): 1288-1295.

[17]M assey LA, M icallef C, Paviour DC, et al. Conventional magnetic resonance im aging in confirmed p rogressive supranuclear palsy and multiple system atrophy. Mov Disord, 2012, 27(14): 1754-1762.

[18]M eijer FJA, Bloem BR, M ahlknech t P, et al. Update on diffusion MRI in Parkinson’s disease and atypical parkinsonism. J Neurol Sci, 2013, 332(1-2): 21-29.

The value of “swallow tail” appearance of nigrosome on ESWAN at 3.0 T MR in the diagnosis of Parkinson’s disease

LIU Tai-yuan, BAI Yan, MA Xiao-yue, MA Lun, SHI Da-peng, DOU She-wei, WANG Mei-yun*
Department of Radiology, Zhengzhou University Peop le’s Hospital & Henan Provincial People’s Hospital, Zhengzhou 450003, China

Ob jective: To explore the value of Enhanced gradient echo T2 star weighted angiography (ESWAN) findings of nigrosome at 3.0 T MR imaging in the diagnosis of Parkinson’s Disease (PD). M aterials and M ethods: The ESWAN findings of 58 patients w ith PD and 364 age-matched healthy control w ere retrospectively analyzed. A ll the subjects w ere divided into PD and non-PD group according to the presence or absence of nigrosome 1 on ESWAN imaging, e.g.“sw allow tail” appearance, and the accuracy w as evaluated. Resu lts: Fifty-five (94.83%) of 58 PD patients did not show “swallow tail” appearance and the rest 3 were doubtful, while 344 (94.51%) of 364 non-PD patients did have this appearance. The sensitivity of “swallow tail” appearance in differentiating PD from non-PD patients was 95% and the specifity was 91%. Conclusion: The absence of “swallow tail” appearance in nigrosome on ESWAN imaging at 3.0 T MRI provides a new, easy and reliable tool for the diagnosis of PD.

M agnetic resonance imaging; Sw allow tail; Parkinson's disease

国家自然科学基金(编号：31470047，81271565)；河南省科技创新杰出人才项目

郑州大学人民医院/河南省人民医院放射科，郑州 450003

王梅云，E-mail: mywang@ha.edu.cn

2016-01-09接受日期：2016-03-04

R445.2；R742.5

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.04.005刘太元, 白岩, 马潇越, 等. 3.0 T MR非高分辨 ESWAN上黑质“燕尾征”在帕金森病诊断中的价值. 磁共振成像, 2016, 7(4): 265–269.

*Correspondence to: Wang MY, E-mail: mywang@ha.edu.cn