肝豆状核变性磁共振神经突起方向离散度和密度成像与临床症状相关性☆

肖霞 周香雪 初建平 李欣蓓

肝豆状核变性 （Wilson disease，WD）是由ATP7B基因突变导致的一种常染色体隐性遗传病，主要表现为肝脏症状和神经症状[1-2]。根据我们对WD患者的治疗发现，脑型患者对排铜药物青霉胺或者二巯丙磺钠的反应是不一样的，如青霉胺会使有些脑型患者病情加重。所以我们根据患者改良Young量表[6]又将脑型WD分为4种类型：运动障碍型、帕金森症状型、口-下颌肌张力障碍型和精神障碍型[3]。既往研究发现影像学在WD患者确诊、监测治疗效果等方面发挥重要作用，如DTI、DKI、SWI和 rs-fMRI等，而 NODDI是一种新型的影像学方法[4]，对大脑组织微结构变化敏感，可以提供直观的微观结构指标[5]。本文研究目的在于探讨WD患者大脑特定核团NODDI参数的变化情况，是否可以在体外反应WD患者大脑核团的损伤程度，并比较NODDI参数的变化与临床症状的相关性。

1 对象与方法

1.1 研究对象收集3年内就诊于我院经基因、临床和实验室检查确诊并定期排铜的24例脑型肝豆状核变性患者，主要临床诊断标准为：铜蓝蛋白＜0.2 g/L， 24 h尿铜＞100 μg， 角膜 K-F 环阳性，有阳性家族史。男14例，女10例，年龄13～37岁，平均24岁，入院后详细询问病史，首发症状，病程等，并使用改良Young量表对患者各项参数进行评分，每例患者均有2位高年资神经科专科医生打分，结果取平均值，该量表主要包括语言、咽喉肌张力、肢体肌张力、步态、共济失调、震颤、舞蹈样运动、高级神经功能等8个项目。结合患者改良Young量表，将24例WD患者分为4型，根据震颤和舞蹈样动作的评分将患者分为1型（运动障碍型），根据患者肌张力和步态评分将患者分为2型（帕金森症状型），根据患者语言和吞咽功能评分将患者分为3型（口-下颌肌张力障碍型），根据患者精神和智能评分将患者分为4型（精神障碍型）[6]。选取与WD患者年龄，性别，受教育程度相匹配的正常对照，所有受试者均为汉族，右利手，无MR检查禁忌证。排除既往有精神疾病，药物滥用和颅脑外伤史，排除颅内存在病变者，如脑出血、脑梗死、动脉瘤、动静脉畸形等。本研究经中山大学附属第一医院伦理审查委员会批准，在实验前所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法采用Siemens Magnetom Trio 3.0 T MR扫描仪，12通道头部线圈。NODDI扫描采用SE-EPI序列，TR 5500 ms，TE 83.6 ms，FOV 220 mm×220 mm，矩阵 110×110，层厚 4 mm，层间距0， b值为0、1000、2000 s/mm2，扩散敏感梯度场方向为30个，扫描时间6 min 3 s。扫描后在三维视图（轴位、矢状位和冠状位）中检查所有数据，排除存在严重伪像（如几何失真、信号丢失、头动较大等）的数据。

1.3 图像后处理①将原始Dicom数据转化成nifti格式，以FSL软件对图像进行涡流校正，并去掉图像中头皮、颅骨等非脑组织结构，以提高配准的准确性。②在Matlab平台上，对涡流校正后的数据采用Matlab NODDI工具包（http://www.nitrc.org/projects/noddi_toolbox）解算出NODDI参数图，包括神经突内体积分数（Vic）神经突方向离散度（ODI）和脑脊液体积分数（Viso）。③采用 SPM8-fMRI软件在蒙特利尔神经研究所 （Montreal Neurological Institute，MNI）空间中进行基于体素的非线性配准，并从AAL模板中提取8个核团的ROI，包括双侧尾状核、苍白球、壳核和丘脑的所有体素（图1），通过REST软件提取出每个ROI中所有体素的平均值，并计算双侧核团的均值。

2 结果

2.1 一般资料WD组与正常对照组的性别 （t=1.882，P=0.066）和年龄（t=-1.001，P=0.322）的差异均没有统计学意义。

2.2 各核团参数比较WD组双侧尾状核、壳核、基底节、苍白球的Vic、ODI值均小于正常对照组，而相应的Viso值大于正常对照组（均P＜0.05）；双侧丘脑 Vic值降低，Viso值增加（均 P＜0.05），见表 1。

表1 NODDI相关参数比较

2.3 WD组各核团NODDI参数与改良Young量表评分相关性WD组语言、咽喉肌张力、步态、共济运动评分和影像学无相关性，肢体肌张力严重程度和左侧苍白球Vic值负相关（r=-0.425，P=0.038），震颤严重程度与左侧苍白球（r=-0.437，P=0.033）、左侧壳核（r=-0.541，P=0.006）、左右侧丘脑（r=-0.556，P=0.005；r=-0.493，P=0.014） 的 Vic 值呈负相关，舞蹈样症状和左侧尾状核（r=-0.461，P=0.024）、左侧壳核（r=-0.489，P=0.015）Vic 值呈负相关，高级神经功能评分和左侧苍白球（r=-0.562，P=0.004）、壳核（r=-0.570，P=0.004）、右侧苍白 球 （r=-0.679，P＜0.001）、右侧丘脑（r=-0.490，P=0.015）的 Vic，左侧苍白球ODI值（r=-0.440，P=0.031）呈负相关，见表2。

表2 肝豆状核变性患者改良YOUNG量表各参数评分

2.4 各型WD的NODDI参数比较根据改良Young量表和 WD患者分型标准，口-下颌肌张力障碍型9例，运动障碍型3例和帕金森症状型12例，三种类型WD患者各核团NODDI参数（Vic、ODI、Viso）相比无统计学差异（均 P＞0.05）。

2.5 NODDI各参数诊断WD的诊断效能绘制各个核团（尾状核、壳核、苍白球、丘脑）NODDI参数（Vic、ODI、Viso）ROC 曲线 （双侧丘脑 ODI值因为没有统计学意义，不加入此次分析），用于分析这些指标对WD诊断的准确性、敏感度和特异度，并得到最佳截点（见表3）。从图1可以看出，右侧壳核Vic值具有最佳诊断效能，ROC曲线下面积为0.915，灵敏度为0.960，特异度为0.750，最佳截点为0.499。左侧尾状核ODI值具有最佳诊断效能，ROC曲线下面积为0.890，灵敏度为0.800，特异度为0.917，最佳截点为0.395。右侧尾状核Viso值具有最佳诊断效能，ROC曲线下面积为0.895，灵敏度为0.750，特异度为0.960，最佳截点为0.264。

表3 各个核团NODDI参数诊断WD的灵敏度、特异度

图1 各个核团NODDI参数的ROC曲线图

3 讨论

肝豆状核变性的神经症状是由于金属离子在脑内聚集导致神经细胞损伤引起的，可能与铜离子过量沉积引起的神经元细胞肥大，细胞水肿，脱髓鞘和囊性变化有关[7]。最常见的病变部位是壳核[8]（45%～85%），其次是尾状核（30%～60%）、丘脑（30%～60%）、 脑桥 （10%～80%） 和中脑 （20%～70%）[9]。病变部位多样性造成患者临床症状多种多样，既往有较多的影像学研究，目的是为了寻找临床症状与影像学的相关性。

神经突取向弥散和密度成像（NODDI），用于估计体内树突和轴突的微观结构复杂性，Vic反映神经突的密度，ODI反映神经突方向的离散程度。在白质中，ODI量化轴突的弯曲和分叉度，这对大脑连接成像有作用。在灰质中，ODI量化树突蔓延的情况，可以直接反应灰质的复杂性。Viso为脑脊液体积分数，反映水分子的自由扩散运动[10]。既往较多用于WD患者的影像学方法如DTI，其参数FA值，只能大致间接预测白质中神经纤维密度和髓鞘化程度，但具体是轴突密度变化还是方向离散度的变化是无法确定的，而明确其中病因确是研究灰白质微观结构的根本。而NODDI中参数能探测出FA变化的具体原因。由于该方法对于研究脑白质和脑灰质的微结构更具有敏感性，近年在中枢神经系统影像学检查技术应用中，NODDI已得到广泛应用。

在本次研究中，与正常对照组相比，WD组双侧尾状核、壳核、丘脑、苍白球处Vic值降低可能提示该部位存在神经突密度降低和神经元减少，ODI值降低可能是由于在灰质核团中存在海绵状变性和神经元坏死液化引起复杂性降低，而VISO升高可能是由于神经元轴突脱髓鞘引起水分子在垂直于轴突方向运动性增加导致[11-12]；这些值共同反应了WD患者大脑核团存在神经元细胞的损伤、细胞的脱髓鞘和液化坏死。此次研究提供了一种更直观的能在影像学上观察WD患者灰质核团微观结构的方法，后期可以通过观察NODDI参数的变化了解WD患者神经细胞损伤程度，从而预测疾病的进展和观察WD患者排铜治疗的效果。

对WD患者的NODDI参数与临床症状评分进行相关性分析结果说明苍白球损伤程度可能与肌张力严重程度有关，苍白球、壳核、丘脑损伤程度可能与震颤严重程度有关，尾状核、壳核损伤程度可能与舞蹈样症状严重程度有关，苍白球、壳核、丘脑损伤程度则可能与高级神经严重程度有关，可以通过NODDI核团变化的程度来了解患者大脑核团神经细胞损伤程度，后期可以通过对比排铜治疗后的NODDI参数变化，了解患者排铜治疗的效果，从而预判WD患者临床症状的进展情况。

通过结合患者的临床症状与改良Young量表，把患者分为4型后，通过分别比较4型患者各个核团的NODDI参数后发现，比较是没有统计学意义的，我们分析可能是具体分型后患者例数较少有关，后期将增加样本量进行比较。

ROC曲线结果证明，壳核Vic和尾状核ODI、Viso值分别具有一个最佳诊断效能，对后期观察WD患者神经元的减少和神经突密度的降低情况具有良好的灵敏度和特异度。

本次研究中，通过收集WD患者影像学数据（NODDI）和临床数据（改良 YOUNG量表评分），并对两项评分进行相关性分析，得到统计结果与先前研究与文献报告一致。但是我们使用的NODDI方法能在体外实现定量量化不同WD临床症状患者大脑内特定核团损伤的严重程度和损伤的具体原因，方法较新颖，改良Young量表信度和效度较其他量表高，主要针对脑型WD患者，将每一种表现类型具体分类并评分，适合中国脑型WD患者的特点。但是本次研究样本量较少，选取核团较少，后续将增大样本量、增加核团和其他白质位置的研究。同时会增加比对长期排铜治疗前后WD患者脑内核团的NODDI数值的差异，分析不同类型WD患者排铜治疗的效果。

综上所述，WD患者与正常对照组相比，NODDI各项参数在以上核团均存在改变，同时，核团在NODDI参数的改变的大小与临床表现轻重有关系。