阿尔茨海默病脑内深部核团磁敏感相位值与MMSE的相关性研究

董晨羽，王晓明

磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)是一种高空间分辨率三维梯度回波序列，包含相位信息及幅值[1]，可定量测量磁化率区别。脑内铁沉积随年龄增长而增多，过量铁沉积是神经系统退行性变的主要危险因素之一。阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是一种中枢神经系统退行性疾病。掌握脑内铁含量变化有利于鉴别正常脑内铁沉积和病理状态异常铁沉积，也有利于监测铁过量沉积所致的神经系统疾病，并对其进行半定量评估[2]。有研究表明，AD患者的部分皮质以及深部灰质核团部位的铁沉积量明显增加，这些核团是铁沉积的敏感部位，可以判断患者病情严重程度[3-4]。

因此，本研究通过对AD患者及认知正常研究对象行头部SWI序列扫描，测得双侧尾状核头、丘脑、壳核、苍白球、黑质及红核相位位移值，计算相位值，比较病例组与对照组的差异，并分析病例组各感兴趣区(region of interest，ROI)深部脑核团相位值与简易智力状况评分(mini-mental state examination，MMSE)的相关性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

自2015年 11月至2016年12月，募集我院AD患者17例，年龄47～82岁，平均年龄(65.1±9.6)岁，其中男4例，女13例。病例组(AD组)：符合美国国立神经病学、语言交流障碍和卒中研究所—老年性痴呆及相关疾病学会诊断指标；简易智力状况评分为12～26分；缺血指数量表得分＜4分；汉密顿抑郁量表评分＜7分；常规头磁共振扫描序列未发现脱髓鞘、腔隙性或大面积脑梗死等特殊改变；排除肝功能、肾功能障碍，叶酸、VitB12缺乏及其他原因引起的痴呆。对照组(CN组)：收集同期我院就诊者21例作为认知正常组，年龄48～78岁，平均年龄(59.7±9.8)岁，均无神经系统及全身系统性疾病，MR检查脑内无异常。病例组和对照组均为右利手。参与研究对象均知情同意并签署知情同意书。

1.2 设备和扫描参数

所有试验对象均采用Philip Ingenia 3.0 T磁共振进行扫描，采用头部8通道相控阵线圈，受试者仰卧位。扫描之前和患者进行沟通，告知患者保持静止状态，提前取得患者的配合，扫描时带好耳塞，固定好线圈，防止患者头部运动。SWI序列采用横断面扫描，序列参数：TR=31.00 ms，TE=7.20 ms，FOV 230 mm×230 mm，翻转角15°，矩阵 384×361，空间分辨率 0.6 mm×0.6 mm×1.0 mm，扫描时间4 min 29 s。

1.3 图像后处理

采用 Philips EDW 4.0工作站，对扫描所得相位信息后处理得到校正相位图，并将其与磁矩图多次叠加，最终得到重建SWI图像。选择ROI时，对比T1WI、T2WI图像，在相位图中仔细勾画相应核团，并测量相位值。该过程由3名放射科医师在校正相位图像上，在解剖结构清晰最大层面用多边形测量工具手动测量双侧尾状核、双侧苍白球、双侧壳核、双侧丘脑(图1)、双侧黑质及双侧红核(图2)相位值，同一部位重复测量3次，取平均值，得到相位值，由公式-X×π/4096计算得到校正相位值。

图1 基底节核团ROI测量示意图。1、3、5、7分别为右侧尾状核、壳核、苍白球、丘脑；2、4、6、8分别为左侧尾状核、壳核、苍白球、丘脑 图2 双侧红核、黑质区测量示意图。1、3分别为右侧黑质、红核；2、4分别为左侧黑质、红核Fig. 1 A map of the measurement of the region of interest in the basal ganglia nuclei. Region 1, 3, 5, 7: Right caudate nucleus, putamen, globus pallidus, thalamus; Region 2, 4, 6, 8: Left caudate nucleus, putamen, globus pallidus, thalamus. Fig. 2 Bilateral red nucleus and substantia nigra measurements. Region 1, 3: Right substantia, red nucleus; Region 2, 4: Left substantia, red nucleus.

1.4 统计学分析

统计学处理采用SPSS 19.0和MedCalc统计软件包。采用One-Sample K-S检验，得双侧黑质、红核、尾状核、丘脑相位值符合正态分布(0.023≤P≤0.925)，故采用均值±标准差表示。双侧壳核、苍白球不符合正态分布，采用中位数(四分位数间距)表示。AD组与CN组双侧黑质、红核、尾状核、丘脑相位值比较采用两独立样本t检验(P＜0.05)(进行t检验之前进行了方差同质性检验，符合方差齐性)。AD组与CN组双侧壳核、苍白球相位值比较采用两独立样本Mann-Whitney检验(P＜0.05)。对病例组ROI相位值与简易智力状况评分行Spearman相关分析。

表1 病例组与对照组各核团相位值(×10-3)Tab.1 Phase values of each nuclear group in the case group and the control group (×10-3)

续表1 病例组与对照组各核团相位值(×10-3)Tab.1 (Cont) Phase values of each nuclear group in the case group and the control group (×10-3)

2 结果

2.1 病例组与对照组深部脑核团相位值

病例组与对照组左侧尾状核、右侧尾状核、右侧黑质相位值差异有统计学意义(P＜0.05)；双侧丘脑、双侧苍白球、双侧壳核、左侧黑质、双侧红核相位值差异无统计学意义(P＞0.05)，见表1。

2.2 病例组ROI相位值与简易智力状况评分行Spearman相关分析

双侧红核、壳核、苍白球、丘脑相位值与MMSE评分无相关性(图3)，双侧尾状核、双侧黑质相位值与简易智力状况评分呈正相关(图4)。说明简易智力状况评分越低，双侧尾状核、黑质铁沉积越多。

3 讨论

3.1 磁敏感加权成像的应用

磁敏感加权成像是一种3D梯度回波序列，利用血氧水平依赖效应及精确相位信息用于磁共振静脉造影术的对比增强磁共振技术。SWI可获得相位图和幅度图像，通过后处理得到的最小密度投影，敏感显示血液成分、非血红素铁及钙化，因此可为多种神经系统病变提供诊断及治疗信息[5]，如脑出血、血管畸形、外伤、肿瘤、先天性感染及神经退行性病变[6]。

脑内铁沉积相关神经系统退行性变这一概念由Hayflick首先提出，包括以进行性锥体外系反应、智力缺陷及脑内过度铁沉积为特征的神经障碍[7]。AD患者脑内存在异常高水平铁沉积[8]。脑内过度铁水平上升导致氧化应激损伤被认为与AD患者脑内神经元死亡密切相关。Valdés Hernández等[9]研究表明黑质铁沉积总量与认知障碍密切相关，Schneider等[10]研究表明神经系统退行性变与基底节、黑质铁异常聚积相关。Quintana等[11]应用中子活化分析法、次级离子质谱分析法得到AD患者脑内铁含量增加的结论。

3.2 磁敏感加权成像与脑内铁沉积

脑中铁沉积与磁敏感加权成像序列得到的相位值呈正相关[12]。铁与老年斑形成、神经纤维缠结相关。通过相位值可判断铁沉积的程度，进而评估AD。本研究结果显示，黑质铁含量高于红核、壳核、尾状核，与Spazt黑质铁含量较高的结果一致。Gerlach等[13]、夏爽等[14]研究发现，黑质、苍白球铁含量最高，额叶白质区铁含量最低。本研究结果苍白球铁含量较红核低，可能是由于本研究所选研究对象年龄均较大，且苍白球区域随着年龄增长多有钙化改变；钙作为一种顺磁性物质，本身会产生部分容积效应，造成测量相位值不能完全代表相应测量部位实际铁沉积情况。本研究病例组与对照组黑质相位值右侧有差异，左侧无差异，与Liu等[15]研究结果一致，可能与所选对象均为右利手有关。组织化学分析结果表明脑内核团中铁分布并非双侧完全对称。Zhang等[16]推测，这种不对称性与人脑偏侧运动(运动功能的半球优势)、多巴胺代谢(多巴胺系统)铁需求相关。在功能上，人脑的左右半球多不对称，但成年人偏侧运动与脑铁含量是否相关尚无定论。另外，本研究结果显示病例组与对照组双侧尾状核相位值均有差异，与Xu等[17]、Hu等[18]研究结果一致，尾状核的主要作用是连接联合皮质区域，对躯体运动没有进行直接调节，所以多巴胺偏侧性在尾状核中体现不十分显著。而张省亮[19]的实验结果表明病例组与对照组左侧尾状核头铁沉积差异有统计学意义，右侧无差异。此问题争议较多，尚需更进一步研究来探讨。

3.3 磁敏感加权成像与MMSE评分

本研究还发现，双侧尾状核、双侧黑质相位值与简易智力状况评分呈正相关，与Gao等[20]、Dimitriadis等[21]实验结果相符；黄清玲等[22]对36例轻度认知障碍病例及40例AD患者进行SWI扫描，得出脑区间低信号与MMSE评分呈正相关。MMSE评分与患者病情严重程度呈负相关，而与相位值呈正相关；由此可以得出，相位值与病情严重程度呈负相关。根据计算公式，相位值与铁含量呈负相关，因此，铁含量与疾病严重程度呈正相关，脑内局部铁含量可能随着病情进展而增加。

3.4 局限性

本研究存在一定的局限性，首先，样本量较小，且没有排除选取研究对象其他因素的影响，比如：人口分布、地域、环境、日常生活方式、从事职业差异等。另外，本研究选取的ROI也与部分研究不同，一些研究将ROI选定为固定面积最小区域，而未根据解剖结构测量核团显示最清晰层面勾画ROI区域相位值，虽避免了脑脊液及钙化灶对测量结果影响，但未能反映整个核团相位信息。值得引起注意的是，MRI图像的信号可能会随时间而发生变化，即影像改变可能先于临床症状而出现，另外部分患者疾病早期脑内铁缺失，或随时间改变表现形式。因此，如果初始MRI改变不显著，可适当进行重复检测[23]。本研究仅从影像学角度，由相位值判断铁沉积，未对脑组织行组织学分析，无法达到病理水平上判断铁沉积。

综上，SWI能半定量评估脑内铁沉积，对AD诊断、预测预后有一定价值，对临床工作有指导意义。

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