多模态功能MRI对血管性认知障碍的研究进展

张晓倩 孟祥水*

血管性认知障碍（vascular cognitive impairment,VCI）是指与脑血管因素相关的认知障碍全过程，包括从轻度血管性认知障碍（vascular mild cognitive impairment,VaMCI）到晚期的血管性痴呆（vascular dementia,VaD）这一大类病症。VCI的脑血管因素既包括脑血管本身的疾病，如脑出血、脑梗死、蛛网膜下腔出血等，也包括心脏病变与颅外大血管病变所间接引起的脑血流灌注异常。这些导致血流灌注异常的疾病都可能引起认知功能障碍[1]。目前国际上常用的VCI分类方法为2002年Rockwood K分类法，即根据病情程度分为3个亚型：非痴呆性血管性认知障碍 （vascular cognitive impairment no dementia,VCIND）、VaD和伴有血管因素的阿尔茨海默病（Alzheimer’sdisease，AD）混合性痴呆[2]。

流行病学研究表明，VCI发病率仅次于AD，严重影响老年人生活质量。我国轻度认知障碍（mild cognitive impairment,MCI）的发病率为 20.8%，其中VCI占42.0%，早期通过各种手段发现、诊断VaMCI，对延缓其进一步的发展具有重大的临床意义[3]。随着影像技术的快速发展，MRI已成为诊断中枢神经系统肿瘤、炎症、血管性病变及代谢等疾病的重要检查手段，尤其是扩散张量成像（DTI）、灌注加权成像（PWI）、磁敏感加权成像（SWI）、磁共振波谱成像（MRS）、血氧水平依赖（BOLD）等功能 MRI（fMRI）技术的快速发展，能够从分子水平对中枢神经系统代谢、微血管灌注、分子扩散、脑功能等方面进行疾病机制的研究[4]。目前，有关脑认知功能障碍的多模态fMRI研究已成为国内外脑科学研究的热点。

1 DTI

1.1 基本原理 DTI是在扩散加权成像（DWI）的基础上在6个以上的线性方向上施加扩散敏感梯度而获取的影像，是DWI的发展和深化，也是目前唯一的能有效观察和追踪脑白质纤维束的无创性检查方法[5]。其主要参数包括平均扩散率（MD）、各向异性分数（FA）、相对各向异性、容积比等。

1.2 研究应用 有研究者[6]采用DTI分析皮质下缺血性脑血管病（subcortical ischemic vascular disease，SIVD），研究显示存在VCI的SIVD病人组较认知功能正常的对照组脑白质区MD值增大、FA值减低，可能与执行-注意功能、记忆功能具有显著相关性。郭等[7]的研究支持DTI对皮质下缺血性认知损害病人白质微结构改变，认为DTI能够更敏感地反映病人认知功能早期异常改变，并提出内侧前额叶白质微结构的改变是影响病人执行能力的重要因素。支等[8]对58例脑小血管病病人脑室旁及放射冠区白质的DTI研究结果与Kim等[6]对SIVD白质区MD、FA的研究结果一致，并提出脑室旁白质完整性的破坏是脑小血管病病人认知损害的重要影像学标志，MD值与注意执行功能间具有显著相关性。

在动物实验方面，López-Gil等[9]利用 DTI分析不同时间节点自发性高血压（spontaneous hypertensive，SAH）和正常血压大鼠的脑结构和网络属性的差异，并将结果与体现大鼠认知功能的行为学指标进行相关性分析，结果表明SAH大鼠在许多白质及灰质区域存在纤维连接不完整，基于图论的脑结构网络分析显示SAH大鼠脑网络的全局效率和局部效率较正常血压大鼠明显减低，而且这些网络属性结果与SAH大鼠不同时间节点的行为学指标呈明显相关性，表明DTI可以较好地预测SAH大鼠的认知功能。

在VCI的发病机制方面，Liu等[10]研究发现，VCIND病人的胆碱能纤维投射通路损害，FA值显著降低，这可能是导致VCIND的内在机制。Saggu等[5]的研究结果表明，脑低灌注后白质星形胶质细胞的反应性增生及促炎性改变可能与后续白质损伤、脱髓鞘、轴突退化及连续空间记忆缺失有关，是血管认知障碍发病机制中一个内在因素，而针对这些途径的靶向治疗可能会为临床治疗提供新思路。

2 MRS

2.1 基本原理 MRS是利用原子核的磁共振现象和化学位移作用进行特定原子核及其化合物定量分析方法。不同化合物的相同原子核之间，相同化合物的不同原子核之间，其共振频率的差别是MRS的理论基础。MRS具有临床意义的主要代谢物参数有 N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr/Pcr）、胆碱（Cho）、肌醇（mI）、乳酸（Lac）、脂质（Lip）、谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）等[11]。

2.2 研究应用 利用1H-MRS对认知障碍的研究已成为国内外研究的热点之一。多项研究显示，与正常对照组相比，VCI组病人在丘脑、海马、颞叶、扣带回等部位NAA含量和/或NAA/Cr比值降低[12-14]。其中，Zhu等[12]研究发现，VaMCI病人左额叶NAA/Cr比值与剑桥认知测试-中文版（CAMCOG-C）的认知评分及其在定向、语言和语言理解等项目的亚评分均呈正相关，VaMCI病人在左海马区NAA/Cr比值降低，且记忆评分与NAA/Cr比值之间存在显著的相关性。陆等[14]进一步研究发现，血管源性认知障碍不同临床发展阶段脑内代谢物含量亦存在差异，与VCIND组比较，VaD组左侧扣带回后部、海马NAA/Cr比值更低，差异具有统计学意义。还有研究提出，MRS对认知障碍的病情预后监测有一定的应用价值，NAA和Cr绝对水平下降可预测病人认知功能进行性下降，这可能对疾病的预后及药物干预效果的评价提供帮助[15]。

此外，由于不同病因引起的认知障碍的代谢特点不同，1H-MRS还有助于VCI和AD等其他类型认知障碍的鉴别诊断。一项临床研究[16]发现，与正常对照组和AD组比较，VCI组病人左侧丘脑NAA绝对浓度值降低，后扣带回Cho和甘油磷酰胆碱绝对浓度值升高，Glx绝对浓度值下降；而AD组病人则表现为左额叶Glx绝对浓度值降低，后扣带回NAA绝对浓度值降低。另有研究[17]发现，1H-MRS同样可以有助于多领域遗忘型轻度认知损伤（multiple-domain amnestic mild cognitive impairment,M-aMCI）[18]和VCIND的鉴别诊断，与正常对照组比较，M-aMCI和VCIND组中的所有区域的NAA/Cr比值均显著降低；M-aMCI组在后扣带回的Glu/Cr比值明显低于VCIND组，VCIND组额叶白质区的mI/Cr比值和侧脑室周围的白质区Cho/Cr均显著高于M-aMCI组。

3 BOLD-fMRI

3.1 基本原理 BOLD-fMRI主要有任务态和静息态2种应用模式。任务态主要是测量任务表现期间的大脑活动，有block实验设计和事件相关的实验设计2种主要实验模式。静息态BOLD-fMRI被广泛地应用于功能性连接，探索大脑功能网络改变引起的相关疾病[19-20]。静息态fMRI分析方法主要包括：局部一致性、低频振荡振幅 （amplitude of low frequency fluctuation,ALFF）、功能连接、独立成分分析、脑网络等。目前国内外针对VCI的研究多为静息态fMRI对VCI的影响。

3.2 研究应用 林等[21]研究发现在静息态下VCIND病人较对照组的双侧额下回、颞上回以及左侧岛叶等司语言管理认知区域的ALFF增强，在扣带回、舌回、楔前叶等默认网络功能连接点的ALFF减低；并且VCIND病人在扣带回/楔前叶处的脑活动改变与蒙特利尔认知评估评分呈显著的正相关。陈等[22]研究发现VCI病人在眶额回、壳核、丘脑等处存在广泛的ALFF值改变，其中左侧壳核及丘脑的ALFF值与认知功能损害相关。Lei等[23]研究发现由烟雾病导致的VCI表现出一种特定的ALFF内在模式，且ALFF的变化与临床认知功能的减退相关。

4 SWI

4.1 基本原理 SWI是近年发展起来的一种根据不同组织间磁敏感性差异形成影像对比的新技术，能够更敏感地显示脑静脉及脑内微出血灶[24]。

4.2 研究应用 Ii等[25]认为对于老年人，在SWI序列中发现微出血病灶可以作为发现大脑淀粉样血管病的有力工具。Liu等[26]通过研究脑皮质缺血性血管性痴呆（subcortical ischemic vascular dementia，SIVaD）的脑铁积累及其与认知障碍的相关性，发现SIVaD病人左海马、右尾状核的相位值和神经心理评分之间具有高度相关性，并提出了脑铁沉积可能是SIVaD的生物标志物，将影响着SIVaD的病理生理进程。

5 PWI

5.1 基本原理 PWI反映的主要是组织中微观血流动力学信息，分为对比剂首次通过法和动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）法。目前在利用 PWI对VCI的研究中较常用的为ASL技术，其对卒中病人侧支循环的血流灌注改变极为敏感，因此还可以通过检测侧支循环的存在进行疾病治疗及认知恢复的评价。

5.2 研究应用 Sun等[27]利用ASL MRI技术研究发现，皮质下血管性认知功能损害组病人与无认知障碍的SIVD组病人比较，前者皮质脑血流量普遍减少，主要集中在左侧海马、左侧颞上极、右上额眶叶、右内侧额眶叶、右侧颞叶中部、双侧丘脑等部位。另有研究[28]发现，已存在MCI的AD病人与无认知损害表现而后发展为轻度认知减退病人相比，两者ASL表现相似，从而提出ASL可能成为从正常人中筛选发生认知障碍的高危人群的有效检测方法。

6 小结

多模态fMRI能够在VCI发生形态学改变前就提示脑组织微结构及脑功能的改变[29]，对VCI早期诊断、干预、治疗，甚至预后具有一定的研究及诊断价值，但目前fMRI对VCI的研究还存在一定局限性。例如：DTI的数据后处理较为繁琐，病人不能完全配合fMRI的静息态、任务态测定；病人检查当时的病理、生理状态等都可能影响脑血流量的变化等；除典型脑血管病表现外，VCI疾病本身与其他病源性认知损害是否存在脑结构或功能差异，目前尚未得到较一致的结果。在未来的研究中，应进行针对VCI的MRI形态学与功能成像相结合的对比研究，以及将多模态MRI应用于VCI的治疗评估等。