磁共振成像在阿尔茨海默病诊断中的研究进展

巴成慧 王鑫雨 高文鑫 姜兴岳 许 昌

滨州医学院附属医院放射科 山东 滨州 256603

阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一种起病隐匿的进行性发展的神经系统退行性疾病，是最常见的老年期痴呆，对于AD的患病率，国内外研究均表明随着年龄的增长患病率会增加[1-2]。早期症状主要表现为短期记忆障碍，随后症状逐渐加重，表现为认知功能下降、行为障碍和一系列神经症状等[3]。AD的神经病理学特征包括神经原纤维缠结和淀粉样蛋白神经性斑块的形成[4]。目前尚缺乏改变AD病理和病程的治疗方法，且随着疾病的进展，治疗更加困难，因此需要对疾病进行早期诊断、早期治疗。近年来，随着影像学技术的不断发展，为AD的早期诊断提供重要的影像学依据，现分别从结构性磁共振成像(structural magnetic resonance imaging，sMRI)、弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)及动脉自旋标记磁共振成像(arterial spin labeling magnetic resonance imaging，ASL-MRI)四个方面简述MRI技术在AD早期诊断中的应用研究。

1 结构性磁共振(sMRI)

AD的大体病理主要是大脑萎缩，患者的脑沟、裂增宽加深，幕上脑室系统扩张。sMRI可显示脑萎缩和其他静态组织异常，基于MRI的脑萎缩评估被认为是一种有效的方法来分期疾病和评估AD的进展[5]。目前，最常用的研究方法为形态计量学研究，基于体素的形态测量法(VBM)易于应用于临床常规操作，执行时间短[6]。Matsuda等[7]使用VBM证实了AD的萎缩进展与Braak阶段相对应：阶段I和阶段II涉及位于内嗅皮层外侧边缘的跨内嗅区，并在内嗅皮层和颞新皮层之间起调节作用。内嗅区位于海马和跨内嗅区之间，分布于周围回和海马旁回的前部。大脑的变化仍然低于与临床症状相关的阈值。III期和IV期表现为内嗅区和经嗅区严重受累，同时海马区有轻度改变，而新皮质区几乎没有改变。在这一阶段，许多人临床评估都注意到认知功能的损害。阶段V和阶段VI表现为新皮层联合区域的参与。这些阶段与传统的AD的临床诊断的神经病理学诊断标准相一致。VBM方法的重要性在于它不偏向于某一特定结构，可全面评估整个大脑的解剖差异。

也有学者将网络理论研究应用到AD 的诊断研究中[8]。因为tau蛋白病理在整个大脑中以一种典型的方式发展，这表明连接性属性也可能在疾病过程中有序地改变，并可能具有诊断和预后的作用。人脑可以被建模为一个复杂的网络，在解剖学和功能连接性层面上都可能具有一个小世界结构。这种小世界结构能够通过本地处理和全局交互之间的最佳平衡，以最小的连接成本促进高效的信息传输。根据边缘的数量和分布，可以计算出各种度量来描述全局和局部的连通性。通过研究基于皮质厚度测量的相关网络的拓扑特性[9]，AD患者的皮质网络结构中出现了小世界结构的改变，表现为外侧颞顶叶区淋巴结中心性减弱，单峰枕叶皮质和旁边缘区淋巴结中心性增强。结果表明，网络理论测量有监测疾病进展的潜力，这是重要的研究进展。

2 弥散张量成像(DTI)

据研究表明，AD的白质异常存在于整个白质(WM)区域，而与内侧颞叶有直接连接的边缘纤维，多次被报道为脆弱的WM结构[10-11]。病理研究也揭示了AD中各种类型的白质改变，如髓磷脂和少突胶质细胞的改变、轴突变性和血管病变[12-14]。因此，白质似乎是AD的早期诊断和疾病监测的良好靶点。

磁共振弥散张量成像是弥散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)的发展和深化，可以有效地观察和跟踪白质纤维束。在神经纤维束等排列固定的组织结构中，水分子在各个方向的弥散是不同的。当弥散方向与神经纤维束的方向平行时，弥散比较容易；相反，如果与神经纤维束的方向垂直，则很难扩散。这种与方向有关的弥散称为弥散各向异性[15]。分析各向异性有很多参数，包括各向异性分数或称部分各向异性(fractional anisotropy, FA)、各向异性指数和相对各向异性；其中，FA图像由于脑白质纤维结构最清晰、灰质分界清楚而得到广泛应用。在普通黑白FA图中，白质是一个高信号，它可以识别出白质光束的主要运动，也可以形成二维彩色FA图，颜色强度代表各向异性的程度，红色代表左右运动，绿色代表前后运动，蓝色代表上下运动。

Medina等[10]通过DTI成像对AD的白质变化进行了研究，其检测了阿尔茨海默病(AD)患者和具有更大AD风险的遗忘型轻度认知障碍(MCI)患者的WM变化。计算了14名可能为轻度AD的患者、14名MCI参与者和21名老年健康对照者(NC) WM完整性的DTI指数(FA)。结果表明，与健康对照者比较AD患者在上纵束、额叶周围回下的弓状纤维、后扣带束、丘脑上后支、叶下核外白质和中央旁小叶下等区域的FA显著降低。由此可见，DTI成像可以通过对白质的检测应用于早期AD诊断。DTI技术对运动比较敏感性，这可能导致伪影的产生，较长的扫描时间会增加产生的概率。

3 磁共振波谱(MRS)

质子MRS是一种有价值的新型无创体内工具，可以评估和评价脑区生物化学代谢物的变化。1H-MR光谱可检测到各种代谢物，包括总肌酸、总N-乙酰天冬门氨酸、三甲胺以及肌醇、谷氨酰胺和谷氨酸的信号。其中，NAA是由乙酰辅酶A和天冬氨酸在神经元线粒体中合成的一种氨基酸，主要见于中枢神经系统的神经元、轴突和树突，在许多神经和精神疾病中，它可以作为神经正常的一个重要标记物。Schott等[16]通过对AD患者和正常人进行比较分析发现AD患者的NAA/Cr的降低出现在后扣带回、颞叶内侧、枕叶、顶叶和额叶。在顶叶、枕叶、颞叶、额顶叶和海马区NAA的“绝对”浓度也降低。此结果与在死后进行的体外研究一致。Wang等[17]对38项此类研究进行了meta分析，最终结果显示AD患者的后扣带回和双侧海马的NAA显著降低。因此，临床上我们可以通过对这些区域进行波谱成像检测NAA峰的变化来帮助诊断AD。

4 动脉自旋标记磁共振成像(ASL-MRI)

ASL-MRI是一种比较新的测量脑灌注的技术，它以磁标记的血液作内源性示踪剂，从而提供了一种非侵入性的成像方法来评估血流情况[18]。ASL最常见的用途是脑灌注成像，即在血液通过颈动脉和椎动脉进入大脑之前对其进行标记。经过一个短暂的延迟，一组“标记”的大脑图像被获得，其中血液-水磁化反转。接下来，获得与第一组相同的第二组“控制”图像，其中血液-水磁化不反转。用控制像减去标记像及得到颅脑灌注图像。一般来说，ASL减影图像已显示出与灌注率大致呈正比，并具有特定技术的适当比例因子[19]。

Sreketee等[20]通过ASL-MRI对早老性痴呆和额颞叶痴呆(FTD)进行研究，结果显示AD和FTD患者在后扣带回皮层灌注不足，与老年对照组相比，FTD患者的前扣带皮层灌注不足，而AD患者的前扣带皮层灌注不足更为普遍，表示ASL-MRI 有助于AD和FTD的诊断及鉴别。

Tosun等[21]将ASL-MRI及FDG-PET两种检查方法对AD的诊断价值进行研究比较，结果显示脑血流(CBF)和正常人全脑葡萄糖代谢率(CMRGlu)在诊断的敏感性及特异性方面尚无统计学上的差异，说明ASL-MRI在AD上的诊断与FDG-PET有相似的诊断价值，为发展ASL-MRI作为神经退行性痴呆的诊断工具提供了有力的依据。

De Vis等[22]研究CBF在基线时与随访时认知的关系发现：无创ASL成像可以预测4年后测量的一般认知能力；在所有脑叶中，额叶CBF对未来认知的预测最为敏感，尤其是在情景认知领域；CBF在预测认知方面老年人比年轻人更为敏感。

5 结语

随着人口老龄化，老年痴呆症的社会问题和潜在影响将增加。目前，临床诊断标准仅限于中晚期AD，尚缺乏早期诊断的证据。随着磁共振成像技术的不断发展和完善，对AD早期诊断和病因、病理学的研究变得越来越重要，特别是结构成像与功能成像相结合后，能更有效地分析大脑的宏观和微观变化，找出结构与功能变化的关系，成为AD早期诊断不可缺少的有效方法。