复发缓解型多发性硬化患者深部灰质核团体积和灌注改变与临床评分的相关性

顾 瑶，李咏梅，韩永良，廖 旦，付佳亮，孔丽娜，陈晓娅，向雅芸

(重庆医科大学附属第一医院放射科，重庆 400016)

多发性硬化(multiple sclerosis， MS)是一种中枢神经系统慢性炎性脱髓鞘疾病[1]，是造成中青年非创伤性神经功能障碍的最常见原因之一。约43%～70%的MS患者伴认知功能障碍，记忆障碍是其中最常见者之一[2]。Benedict等[3]发现MS患者深部灰质存在损伤且与记忆障碍有关。基于体素的形态学(voxel based morphometry, VBM)方法可发现常规MRI不能发现的大脑细微结构改变，可全面、准确、客观地分析脑体积变化。3D伪连续动脉自旋标记(pseudo continuous arterial spin labeling， pCASL)技术可无创测量人体组织的血流量，与传统脉冲式及连续式动脉自旋标记(arterial spin labeling， ASL)相比，具有更高的信噪比和标记效率，可靠性更高，是目前较为成熟的灌注成像技术。本研究采用VBM和3D pCASL方法观察复发缓解型MS(relapsing-remitting MS, RRMS)患者深部灰质核团体积和灌注改变，并探讨其与临床量表评分间的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年9月—2017年12月于我院临床确诊的30例RRMS患者(RRMS组)，男14例，女16例，年龄20～57岁，平均(40.2±12.1)岁；病程2个月～16年，平均(6.71±4.89)年；受教育年限(12.04±3.53)年。纳入标准：①RRMS均符合2010年发布的McDonald临床诊断标准[4]；②疾病处于缓解期，MR增强扫描无强化病灶；③常规MRI未发现脑缺血、梗死、萎缩、肿瘤等其他器质性疾病。

收集同期与RRMS组年龄、性别相匹配的神经系统检查正常的24名健康志愿者(对照组)，男10名，女14名，年龄23～57岁，平均(35.9±13.8)岁，受教育年限(13.88±3.26)年。所有受试者均为右利手。本研究经我院生物医学伦理委员会批准，所有受试者或其家属均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR扫描仪，头部8通道相控阵线圈。嘱受试者闭目，保持平静、清醒。先行常规扫描除外脑部其他器质性病变：轴位T1WI，TR 250 ms，TE 2.86 ms；T2WI，TR 3 600 ms，TE 120 ms。3D T1WI结构像：TR 8.3 ms，TE 3.3 ms，层厚1 mm，无层间隔，矩阵256×256，层数156层。3D pCASL：标记后延迟时间1 525 ms，TR 4 521 ms，TE 9.8 ms，层厚4 mm，NEX 3，FOV 24 cm×24 cm，矩阵512×8，扫描时间4 min 22 s。

1.3 临床量表评估 由2名神经内科医师共同对RRMS患者行临床扩展残疾状态量表(expanded disability status scale， EDSS)评分。对所有受试者行神经心理学量表测验以评估记忆功能：以数字广度测试(digit span test, DST)评估工作记忆；以Rey听觉词语学习测试(Rey auditory verbal learning test, RAVLT)评估语言记忆，包括即刻记忆(RAVLT-immediate recall, RAVLT-IR)、延迟记忆(RAVLT-delay recall, RAVLT-DR)；以Rey-Osterrieth复杂图形测试(complex figure test, CFT)评估视空间记忆，包括即刻记忆(CFT-immediate recall, CFT-IR)、延迟记忆(CFT-delay recall, CFT-DR)；以符号数字转换测试(symbol digit modalities test, SDMT)评估信息处理速度。

1.4 图像处理 采用WFU_PickAtlas软件预先设计制作深部灰质ROI模板，包括丘脑、海马、壳核、伏隔核、尾状核、杏仁核及苍白球。

3D pCASL图像处理：将3D pCASL原始数据传输至AW 4.6工作站生成脑血流量(cerebral blood flow, CBF)灌注图，采用Matlab平台SPM 8软件对灌注图像进行预处理，包括：①头动校正；②将3D T1WI结构像与灌注图像配准；③空间标准化，将灌注图像配准到蒙特利尔神经病学研究所(Montreal Neurological Institute， MNI)标准脑空间；④平滑。

图1 与对照组比较，RRMS组深部灰质体积下降脑区

VBM图像处理：采用Matlab平台的VBM 8工具包对3D T1WI数据进行预处理，包括：①空间标准化，将3D T1WI图像配准到MNI标准大脑空间；②图像分割，将3D T1WI分割为灰质、白质和脑脊液；③非线性调幅；④平滑。

采用SPM软件并结合深部灰质ROI模板，以双样本t检验比较RRMS组与对照组间深部灰质体积和CBF之间的差异,以性别、年龄、受教育年限为协变量，结果经FDR校正(P<0.05，簇阈值>30个体素)后获得2组间差异有统计学意义的脑区。采用REST软件，将2组间体积和CBF有差异的脑区作为ROI，载入平滑后的数据，提取这些脑区的体积和CBF值，与EDSS和记忆测试评分分别行Spearman和偏相关分析，以年龄、性别及受教育年限作为协变量，P<0.05为差异有统计学意义。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。首先对计量资料行正态性和方差齐性检验，符合正态分布者以±s表示，不符合正态分布者以中位数表示。采用独立样本t检验比较RRMS组与对照组间年龄、受教育年限的差异；采用χ2检验比较2组间性别差异。以多变量协方差分析比较2组间记忆量表评分，以年龄、性别、受教育年限为协变量。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

RRMS组与对照组间年龄(t=1.168，P=0.248)、性别(χ2=0.135，P=0.713)、受教育年限(t=-1.941，P=0.058)差异均无统计学意义。RRMS组EDSS评分为1.0～4.5分，中位评分2.0分。RRMS组DST、RAVLT-IR、CFT-IR和SDMT评分均明显低于对照组，差异有统计学意义(P均<0.05)，2组间RAVLT-DR和CFT-DR评分差异无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

2.1 深部灰质体积比较 与对照组比较，RRMS组双侧丘脑、左侧海马、左侧壳核、右侧苍白球体积下降，差异有统计学意义(P均<0.05，FDR校正，簇阈值>30个体素)，见表2、图1；双侧丘脑体积下降明显，图1示均为黄色。

2.2 深部灰质CBF比较 与对照组比较，RRMS组双侧丘脑、双侧尾状核CBF下降，差异有统计学意义(P均<0.05，FDR校正，簇阈值>30个体素)，见表3、图2。

表1 RRMS组与对照组记忆测试评分比较(±s)

表1 RRMS组与对照组记忆测试评分比较(±s)

组别DSTRAVLT-IRRAVLT-DRCFT-IRCFT-DRSDMTRRMS组12.58±2.7438.04±13.486.04±2.5218.60±4.5016.37±4.7643.83±15.02对照组14.96±2.3154.14±11.788.51±3.3221.05±3.9519.09±4.1560.37±14.30F值7.03115.7143.6004.1233.72913.123P值0.011<0.0010.0640.0480.0600.001

表2 与对照组比较，RRMS组深部灰质体积下降脑区

表3 与对照组比较，RRMS组深部灰质CBF下降脑区

图2 与对照组比较， RRMS组深部灰质CBF下降脑区

2.3 相关性分析 RRMS组患者左侧丘脑体积与SDMT和RAVLT-IR评分呈正相关(rs=0.757，P<0.001；rs=0.565，P=0.006)；右侧丘脑体积与SDMT和RAVLT-IR评分呈正相关(rs=0.709，P<0.001；rs=0.503，P=0.017)；右侧苍白球体积与SDMT评分呈正相关(rs=0.463，P=0.030)；左侧丘脑CBF与SDMT和RAVLT-IR评分呈正相关(rs=0.454，P=0.044；rs=0.492，P=0.027)。其他深部灰质体积和CBF与临床EDSS评分和记忆分数均无明显相关性(P均>0.05)。

3 讨论

深部灰质核团是大脑的重要组成部分，其中丘脑、边缘系统及纹状体在脑皮质、脑干和小脑功能系统中作为核心结点，参与大脑多个主要功能回路。Damjanovic等[5]发现MS患者深部灰质萎缩，且与认知障碍相关。本研究定量测量RRMS患者深部灰质体积和CBF，并分析其与记忆功能的关系，探讨RRMS患者深部灰质体积和灌注改变对记忆功能的影响。

本研究结果显示，相比对照组，RRMS组患者双侧丘脑、左侧海马、左侧壳核、右侧苍白球体积显著下降，这可能与局灶性脱髓鞘病变、弥漫性氧化损伤及神经元丢失有关[6]。组织病理学研究[7]表明，MS患者皮质萎缩的驱动因素可能是神经退行性变(轴突和神经元丢失)。本研究结果显示RRMS组深部灰质存在萎缩，丘脑明显萎缩，提示丘脑可能是RRMS患者深部灰质中最常出现神经退行性变的脑区，与Minagar等[8]研究结果一致。壳核接收前额叶皮层的输入，与执行功能和工作记忆高度相关。本研究在校正了年龄、性别、受教育年限后，未发现壳核体积与工作记忆评分存在相关性，可能与本研究样本例数较少有关。苍白球是基底神经节环路的重要核团，连接大脑皮层和丘脑神经元网络，苍白球受损导致神经元网络部分受到破坏，从而引起相应功能障碍。本研究发现RRMS患者右侧苍白球体积与记忆功能评分呈正相关，与Batista等[9]报道相符。

脑灌注下降与神经元代谢功能紊乱密切相关[10]。本研究结果显示，相比对照组，RRMS组患者双侧丘脑、双侧尾状核CBF显著下降，与Francis等[11]采用动态磁敏感对比增强MRI研究继发进展型MS患者的结果一致。而Debernard等[10]采用ASL方法研究发现RRMS患者深部灰质CBF下降与对照组比较差异无统计学意义，考虑与样本选择有关，也可能由灌注成像方法不同所致。既往形态学研究[12]发现，大脑功能改变常伴随相关脑区萎缩。本研究RRMS患者双侧丘脑CBF和体积均显著下降，推测该处存在神经元损伤。

本研究发现RRMS患者深部灰质体积参数值与EDSS评分均无明显相关性，与Quarantelli等[13]研究结果一致，提示深部灰质体积预测疾病严重程度的敏感性较低。Debernard等[14]认为早期不伴有脑萎缩的RRMS患者CBF已存在明显下降，且与EDSS无相关，推测RRMS患者在疾病早期深部灰质即可发生灌注异常。本研究发现双侧丘脑体积和左侧丘脑的CBF与SDMT、RAVLT-IR评分呈正相关。SDMT是一项视觉任务，需要工作记忆、处理速度以及视觉感知的参与。RRMS患者SDMT评分与丘脑体积和CBF有相关性，可能与丘脑位于外侧膝状体近侧、介导视觉前加工结构的视觉输入有关。丘脑发生损害时，视觉输入功能产生障碍，从而导致SDMT评分减低。RAVLT-IR受损反映受试者学习新信息能力和即刻记忆下降。本研究中，RRMS患者丘脑体积和灌注下降均与RAVLT-IR相关，推测丘脑异常改变或可预测学习新信息和即刻记忆能力降低。本研究还发现RRMS组与对照组延迟记忆(RAVLT-DR、CFT-DR)评分差异无统计学意义，而即刻记忆功能(RAVLT-IR、CFT-IR)存在明显下降。皮质下痴呆患者的记忆障碍以近期记忆受损为主，远期记忆多不受损或晚期受损，提示MS记忆障碍为皮质下痴呆的一种，与Benedict等[3]研究一致。

综上所述，VBM联合3D pCASL可清晰显示RRMS患者大脑深部灰质体积和灌注异常脑区；而深部灰质体积和灌注下降与记忆功能受损有关，二者有望成为预测MS患者记忆功能受损的敏感指标。