基于体素的形态学测量方法诊断轻中度血管性痴呆的可行性研究

石玉萍，康英杰，朱旭莹，马 文，詹松华，龚志刚，黄炎文，王 辉，谭文莉

（上海中医药大学附属曙光医院①放射科，②神经内科，③针灸科，上海 200021）

血管性痴呆（vascular dementia，VaD）为痴呆的第2 常见类型［1］，是由脑血管疾病引起的一系列临床综合征，主要表现为认知功能障碍、自主神经功能障碍及行为和运动异常，对患者的日常生活造成了极大影响。随着人口老龄化的加剧及社会压力的增加，VaD 的患病率呈上升趋势，给个人及社会造成了极大负担。目前，VaD 的诊断方法主要为临床表现、神经认知量表及病理学检查，但病理学诊断创伤较大，其他诊断方法主观性较强，缺乏相对客观、敏感的诊断方法。基于体素的形态学测量方法（voxel based morhometry，VBM）［2］通过对MRI 脑结构图像进行标准化，消除个体脑结构与位置的差异，定位脑灰、白质的微小差异，发现较隐匿的脑结构变化，因其客观、易操作被广泛应用于观察神经退行性疾病所引起的脑结构变化［3］。本研究利用VBM 比较VaD 患者与无认知功能障碍（non-cognitive impairment，NCI）者的大脑灰质容积差异，并将存在差异的脑区与临床量表行相关性分析，从而发现诊断VaD 的影像学生物标志物。

1 资料与方法

1.1 一般资料 招募2019 年10 月至2020 年10 月于我院就诊的34 例轻中度VaD 患者（VaD 组），并招募与之年龄、受教育年限相匹配的34 例NCI 者（NCI 组）。本研究已通过医院伦理委员会批准（批号：2017-570-53-01），所有受试者或家属均签署知情同意书。

VaD 组纳入标准：①右利手，40～80 岁，性别不限；②有脑血管疾病病史，但近3 个月内无新发脑出血或脑梗死；③符合《美国国立神经疾病和卒中研究所-加拿大卒中网血管性认知障碍统一标准》［4］；④无抑郁症或焦虑症等相关精神障碍性疾病；⑤神经量表评分，即蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）量表评分和简易智力状态检查（mini-mental state examination，MMSE）量表评分，其中10 分＜MoCA＜26 分，10 分＜MMSE＜27 分［5］；⑥既往无颅脑手术史、脑内肿瘤、癫痫或外伤史；⑦患者体内无心脏起搏器、金属假牙、神经刺激器等金属物品；⑧可理解医师指示，配合MRI 检查；⑨无混合型痴呆；⑩头颅影像学发现脑内存在缺血灶；2 位及以上神经科医师同时诊断为VaD。

NCI 组纳入标准：①右利手，40～80 岁，性别不限；②头部MRI 检查无脑内占位性病变；③无焦虑、抑郁等精神类疾病；④理解医师指示，配合MRI 检查；⑤排除各种因素导致的认知功能障碍。

排除标准：①存在大面积脑梗死（直径＞1.5 cm）；②存在炎性脱髓鞘疾病；③存在MRI 检查禁忌证；④妊娠或哺乳期女性；⑤幽闭恐惧症；⑥严重的心脏、肝脏、肾脏疾病或脑内肿瘤患者；⑦近3 个月内新发心脑血管性疾病；⑧无法与医师正常沟通；⑨拒绝签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 MRI 扫描 嘱受试者保持安静、清醒、闭眼，尽量保持头部不动、不做吞咽动作、不进行思考。用棉垫插入针灸专用头颅线圈（AHC12）内固定头部减少移动，佩戴耳塞避免噪音干扰。利用联影uMR780 3.0 T MRI 扫描仪采集图像，以AHC12 为接收线圈。扫描序列与参数：①横断位T1WI，采用快速自旋回波液体抑制反转恢复序列，TR 2 000 ms，TE 12 ms，采集次数1，视野200 mm×230 mm，矩阵313×2 100，带宽180 Hz/Px，层厚5 mm，层距1.5 mm，并行采集加速因子2；②横断位T2WI，采用FSE 序列，TR 4 500 ms，TE 95 ms，视野200 mm×230 mm，矩阵667×768，层厚5 mm，层距1.5 mm，采集次数2，并行采集加速因子2；③矢状位3D T1WI，TR 7.2 ms，TE 3.1 ms，翻转角10°，TI 750 ms，视野256 mm×256 mm，矩阵256×256，层厚1 mm，层数192，体素1 mm×1 mm×1 mm，带宽250 Hz/Px。

1.2.2 观察指标 认知功能评价采用MMSE 量表和MoCA 量表，分别记录2 组MMSE 量表总分、MoCA量表总分，以及MoCA 量表视的视觉与执行功能、命名、注意力、语言、抽象、延迟记忆、定向力7 个子项评分；分数越低，则认知功能损害越大。影像学观察指标为通过VBM 方法获得的脑灰质容积。

1.2.3 图像数据后处理 在Matlab 2014 平台上使用SPM8（http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm；Wellcome Trust Centre for Neurographing，London，UK）软件包中的VBM8 工具箱处理3D T1WI 图像（http：//dbm.neuro.uni-jena.de/vbm）。数据处理前进行数据质控，剔除头动大于3 mm 的受试者。之后按照以下步骤进行数据后处理：①脑组织分割、空间标准化，将所有受试者的图像配准到MNI 空间模板，保证所有图像在同一空间，相同坐标对应的解剖位置一致，选择VBM8 中提供的改进的配准方法DARTEL 方法，减少配准过程中图像信息的损失；②从标准化的灰质、白质及剥脑后的标准化T1WI 图像，提取标准化灰质容积图，获得容积图后，再次进行图像质量检查，剔除标准化后图像质量较差的数据；③使用8 mm 的半高全宽高斯核函数，对检查后的灰质容积图像进行平滑，根据平滑后的灰质容积图进行统计分析。

1.3 统计学分析 采用SPSS 25.0 软件进行数据分析。2 组年龄、受教育年限和神经量表评分行独立样本t 检验，以表示；性别情况行χ2检验。

结构像的统计分析采用一般线性模型，自变量为二分类变量，即有、无VaD，因变量分别为年龄、受教育年限及性别。使用SPM8 软件对结构像进行统计分析，计算2 组灰质容积差异时，选择外部输入模板，绝对阈值0.2。对统计结果行团块水平的FWE校正，体素水平P＜0.001，簇水平P＜0.05 为差异有统计学意义，采用Xjview 软件（http：//www.alivelearn.net/xjview）查看结果。将2 组容积有差异脑区的灰质容积在Matlab 平台上采用DPABI（http：//www.rfmri.org/dpabi）软件进行数值提取。并将提取数值与MMSE、MoCA 量表认知功能总评分及子项目评分分别行相关性分析，年龄、性别、受教育年限、脑整体容积作为协变量予以剔除。对存在相关性的灰质脑区容积绘制ROC 曲线，并计算AUC、敏感度、特异度，获得鉴别轻中度VaD 与NCI 的阈值。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2 组临床资料及各量表评分比较（表1）VaD组34 例中，排除1 例头动大于3 mm 的患者。NCI 组34 例中，2 例因头动大于3 mm 予以排除。2 组年龄、性别、受教育年限差异均无统计学意义（均P＞0.05）。VaD 组的MMSE、MoCA 量表总分均低于NCI 组（均P＜0.05）。在MoCA 量表的子项目中，视觉与执行功能、注意力、语言、抽象、定向力方面2 组差异均有统计学意义（均P＜0.05），VaD 组上述评分均低于NCI组；而在命名与延迟记忆方面2 组差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

表1 2 组临床资料及各量表评分结果

2.2 2 组脑灰质容积比较（表2）使用两样本t 检验，经过FWE 校正，2 组比较，脑灰质容积减少的脑区主要为双侧丘脑、双侧中央后回、右侧海马、左侧颞中回、左侧嗅皮质、左侧颞中回、左侧顶下缘角回、左侧中央前回及右侧楔前叶（图1）。

图1 血管性痴呆（VaD）组与无认知功能障碍（NCI）组脑灰质容积差异图，40～80 岁，男女比例均衡，VaD 患者与NCI 者脑灰质容积差异图（黄色代表脑区灰质容积减少）图2 VaD 组与NCI 组脑灰质差异脑区容积值的ROC 曲线

表2 VaD 组与NCI 组脑灰质容积存在差异的脑区

2.3 2 组脑灰质容积存在差异脑区容积与MMSE、MoCA 量表评分的相关性（表3）将2 组脑灰质容积存在差异脑区的灰质容积与MMSE、MoCA 量表评分行相关性分析，结果显示双侧中央后回、双侧丘脑、右侧海马、左侧颞中回及左侧顶下缘角回的容积与MMSE、MoCA 量表评分均具有正相关性，其中左侧中央后回及左侧顶下缘角回与MMSE、MoCA 量表评分相关系数最高。

表3 VaD 组与NCI 组脑灰质容积存在差异的脑区容积与各量表评分的相关系数

2.4 ROC 曲线分析 将2 组与MMSE、MoCA 量表评分有相关性的脑区灰质容积值绘制ROC 曲线发现，左侧中央后回、左侧顶下缘角回的AUC 及敏感度最高（表4，图2）。

表4 与MMSE 量表、MoCA 量表相关各脑区的灰质容积值的诊断效能

3 讨论

VaD 是主要由脑小血管疾病引起的一系列综合征，其预后不同于阿尔茨海默病，如早期诊断、早期干预，控制病因和危险因素，可延缓其进展，因此准确诊断轻中度VaD 十分重要。目前，该疾病的诊断主要依赖于临床资料、神经量表评分和病理学检查，前两者具有主观性，而病理学检查创伤较大。随着影像学技术的发展，通过观察VaD 患者脑灰质容积的改变，可为诊断轻中度VaD 提供可视化、客观的影像学依据。本研究采用VBM，通过比较VaD 患者与NCI 者脑灰质容积的差异，发现VaD 患者脑灰质容积萎缩的脑区主要集中在双侧丘脑、双侧中央后回、右侧海马、左侧颞中回、左侧嗅皮质、左侧颞中回、左侧顶下缘角回、左侧中央前回及右侧楔前叶。郑连红等［6］研究发现，随着年龄增长，普遍存在脑萎缩。本研究2 组受试者临床资料相匹配，故认为2 组存在差异主要是由于VaD，实验证明鉴别轻中度VaD 与NCI 最敏感的脑区为左侧中央后回及顶下缘角回。

中央后回位于中央沟后方，是顶叶的一部分，其作为感觉中枢，接受躯体感觉的输入。Wang 等［7］报道双侧中央后回静息态fMRI 中低频振幅值的下降与精神分裂症患者的认知功能受损有关。本研究中，轻中度VaD 受试者中央后回灰质容积的萎缩，代表着个体感知外界刺激能力的下降，可能是发生认知功能障碍的早期脑结构改变，且中央后回的容积与MMSE、MoCA 量表评分呈正相关，并可良好地区分轻中度VaD 与NCI，该结果也支持中央后回是轻中度VaD 早期发生变化的脑区之一，可作为诊断轻中度VaD 的影像学生物标志物。

顶下缘角回属于顶叶的一部分，主要与听觉、视觉、语言理解以及记忆等多项功能有关。既往研究显示，与不伴认知功能障碍的帕金森病患者相比较，伴认知功能障碍患者左侧顶下缘角回的局部一致性值降低，提示其参与认知功能受损的过程［8］。在阿尔茨海默病患者中也证实，顶下缘角回的葡萄糖代谢率低于正常对照组［9］。本研究左侧顶下缘角回灰质容积与MMSE 量表、MoCA 量表评分均显著相关，其鉴别轻中度VaD 与NCI 者的诊断效能与左侧中央后回相近，提示其也可作为诊断轻中度VaD 的影像学生物标志物之一。

除左侧中央后回和顶下缘角回的灰质容积萎缩外，本研究还发现右侧海马、双侧丘脑灰质容积萎缩，上述改变与既往研究［10］基本一致。海马是边缘皮质下通路的一部分，参与调节情景记忆、调动记忆编码、实现记忆与回忆。海马等边缘系统容积的萎缩除了存在于VaD 患者中外，还是预测各种病因导致的认知功能障碍进展为痴呆的一种独立因素［11］。丘脑损伤常导致间歇性遗忘，尤其是在VaD 患者中，遗忘症状更加明显［12］。Wang 等［13］利用静息态fMRI 的方法也发现，轻度认知功能障碍患者丘脑与相关认知皮质的连通性降低，而左、右丘脑间连通性增强，丘脑连接的损伤与自我调节共同存在，以上高度提示丘脑是导致VaD 相关感觉损伤的重要脑区。

MMSE 和MoCA 量表因使用方便，是目前临床较常用的认知功能障碍筛查工具，MMSE 量表主要了解受试者的语言和记忆功能［14］，MoCA 量表主要评估认知功能障碍的程度，2 种神经量表在对认知障碍者的认知功能评价中的作用相当［15］。本研究发现，轻中度VaD 患者主要表现为视觉与执行功能、注意力、语言、抽象、定向力功能的降低，而命名和延时记忆功能正常。王苏珊等［16］研究也提示，脑小血管病患者认知功能障碍主要为执行能力、空间构象、注意力异常，而理解力、即时记忆及延迟回忆等方面未受损害，与本研究的结果基本一致，但在评估干预疗效时，由于重复使用相似量表，使得评估的准确性难以保证，因此采用一种客观、可重复的评价方法对疗效评价具有重要意义。本研究结果表明，VBM 显示的存在容积差异脑灰质与临床量表具有良好的相关性，且结果更客观，为今后的疗效评价研究提供了影像学评估方法。

本研究仍有一定局限性，在招募志愿者时，男女比例未能完全均衡，在今后的研究中，应严格控制性别因素的影响。此外，纵向追踪VaD 脑结构变化的连续性仍是一个重要的研究方向。

VBM 方法以体素为单位，对各部位脑组织的灰质容积进行定量分析，能够全面、客观、可视化地发现脑组织容积的异常变化，从而为轻中度VaD 的诊断提供了可重复的影像学方法。轻中度VaD 患者左侧中央后回与顶下缘角回的灰质容积与MMSE、MoCA神经量表评分呈正相关，两者对预测轻中度VaD 脑区功能受损有重要提示作用，可作为早中期VaD 诊断的影像学生物标志物。