合成MRI技术及海马体积测量联合MMSE评分对轻度血管性认知障碍患者早期筛查的价值

谢 超, 王云玲, 罕迦尔别克·库锟, 贾文霄

(新疆医科大学第一附属医院影像中心, 乌鲁木齐 830054)

卒中后认知障碍(Post-stroke cognitive impairment,PSCI)指在脑血管意外卒中发生后3～6个月内出现的达到认知障碍诊断标准的一系列综合征,是缺血性脑卒中(Ischemic stroke,IS)患者最常见的后遗症之一[1]。轻度血管性认知障碍(Mild vascular cognitive impairment,mVCI)表现为记忆力下降,言语不清,词不达意;重度认知障碍表现为近期记忆模糊或丧失,无法辨认亲属,行为及习惯的异常与改变,语言能力丧失等。mVCI作为IS患者发生PSCI及进展为痴呆表现的前期症状及关键时期[2],如能够预测mVCI的发生,或在mVCI发生时就能明确诊断并及时干预,对PSCI患者尽早治疗及预后转归有重要意义。本研究应用合成MRI技术后处理数据及海马体积(Hippocampal volume,HV)测量对mVCI患者海马体进行综合分析,联合简易智力状况检查量表(MMSE)评分,旨在了解mVCI患者海马整体细微变化及临床特征与PSCI的相关性,为早期干预治疗提供理论依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料回顾性收集新疆医科大学第一附属医院神经内科自2021年6月到2022年6月收治的IS患者,其中诊断mVCI患者30例(mVCI组),未出现认知障碍患者31例(对照组)。纳入标准:(1)年龄49～77岁;(2)IS为主诊断;(3)脑卒中累及部位主要集中在基底节区及放射冠区;(4)无交流障碍,且均为右利手;(5)患者病情稳定,可接受磁共振检查。排除标准:(1)文盲或阅读障碍者;(2)合并有其他可引起认知障碍的疾病,如阿尔茨海默症、肝性脑病、精神类疾病等;(3)已多次脑卒中或卒中部位累及海马区的患者;(4)入院前已出现认知障碍症状;(5)已服用精神类药物或提高脑功能药物的患者;(6)有磁共振检查禁忌证或无法配合的患者。收集两组患者头颅合成MRI技术图像、T1-MPRAGE图像及MMSE评分,对海马区进行后处理分析,得到量化值及HV。本研究经新疆医科大学第一附属医院医学伦理委员会批准(K202206-04)。

1.2 研究方法

1.2.1 认知功能评估 由神经内科医师结合MMSE评分评估患者的认知功能,评分由患者主管医生进行测评并记入病历,且临床诊断为mVCI。MMSE共包括5大项(定向力、记忆力、注意力计算力、回忆能力、语言能力)内容,30个细分小项,总分30分,文盲者>17分,小学文化>20分,初中及以上文化>24分为正常,反之则认定为认知障碍,分值越小,认知障碍程度越重[3]。

1.2.2 合成MRI技术(MAGiC序列)

1.2.2.1 序列扫描 采用GE architect 3.0T MRI扫描仪,48通道头颈联合线圈。合成MRI技术(MAGiC序列)。序列扫描参数:FOV=240 mm×240 mm,矩阵=320×256,层厚5 mm,层间隔1 mm,回波链长度16,带宽25 kHz,激励次数1,层数25层,采集时间4 min 30 s,TR值4 500 ms,TE值100 ms,TI值160 ms。

1.2.2.2 后处理 利用GE architect 3.0T MRI扫描仪自带MAGiC专用后处理软件,performing fitting MAGiC software version100.1.1对扫描的原始图像进行后处理分析,生成所需定量参数T1值、T2值、R1值、R2值。鉴于每位患者的海马形态结构千差万别的个体差异性,本研究采用人工手绘方法,在各图谱的横断位像上,根据每位患者海马整体的形态,勾画整个海马感兴趣区(ROI),操作时注意避开邻近血管、脑脊液、骨骼等区域。为保证在勾画海马体时所有患者的ROI相对一致,在扫描时角度参照矢状位定位相胼胝体膝部及压部水平连线定位,勾画ROI时在海马显示最大层面进行。图像质量由工作5年以上高年资神经系统影像诊断经验的医师把控,确保图像真实清晰,可做后处理,无法做后处理的病例直接淘汰。双侧整体海马区域均勾画ROI,见图1。最后,记录参数(T1值、T2值、R1值、R2值)并计算平均值,见图2。

注:患者男性,56岁,左侧基底节区脑卒中;a图,左侧海马整体T1值、T2值、R1值、R2值ROI;b图,右侧海马整体T1值、T2值、R1值、R2值ROI。图1 研究对象双侧海马整体勾画形式

1.2.3 海马体积测量

1.2.3.1 扫描序列 使用GE architect 3.0T MRI扫描仪的T1-MPRAGE序列对参与者头颅进行图像采集,使用48通道头颈联合线圈。

1.2.3.2 序列参数 FOV=240 mm×240 mm,矩阵=256×256,层厚1 mm,无层间隔,回波链长度16,带宽50 kHz,激励次数1,层数256层,采集时间4 min 44 s,TR值6.2 ms,TE值2.4 ms。

1.2.3.3 后处理软件 利用联影智能-uAI(1.0.8486.2885)分析T1-MPRAGE序列,对每一位患者的海马体积进行测量,该软件利用人工智能对脑内结构进行细分并精准测量海马整体体积,导出数据并记录,见图3。

图3 联影智能自动测量患者海马体积

2 结果

2.1 两组患者一般资料的比较mVCI组和对照组患者性别比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组平均年龄和受教育程度对认知障碍的影响差异具有统计学意义(P均<0.05),有认知障碍患者的平均年龄大于未出现认知障碍患者,mVCI组小学教育程度占比明显高于对照组;mVCI组和对照组患者MMSE评分比较,差异有统计学意义(P<0.05),mVCI组MMSE评分明显低于对照组。见表1。

表1 两组患者一般资料的比较

2.2 mVCI组和对照组合成MRI数据与HV比较mVCI组和对照组左侧和右侧海马整体的T1值、T2值、R1值、R2值数值比较,T1值、R1值差异有统计学意义(P<0.05),有认知障碍患者的T1值大于未出现认知障碍患者,R1值小于未出现认知障碍患者。两组双侧海马体积变化差异无统计学意义(P>0.05),见表2。

表2 mVCI组和对照组合成MRI数据与HV比较

2.3 各影响因素对mVCI的预测能力双侧海马整体T1值、R1值预测mVCI的最佳节点为左侧T1值1 319.50,R1值0.795;右侧T1值为1 305.50,R1值0.785,MMSE评分有效节点为23分(含23分),其特异度较高,灵敏度相对较弱,见表3、图4。

表3 各影响因素对mVCI的预测能力

图4 各影响因素的ROC曲线

3 讨论

据《中国卒中报告2020(中文版)》[4]显示,我国正面临着全球最大的卒中挑战,全球疾病负担(Global burden of disease,GBD)研究结果显示,2019年卒中成为我国伤残调整生命年(Disability-adjusted life years,DALYs)的所有原因之首,IS的年龄标化发病率增加,其中PSCI患者约占半数,可导致记忆力、生活习惯、语言能力等功能损害,不仅影响患者治疗后病情评估,同时降低患者后续生活质量,为家庭照顾人员带来沉重负担[5]。

目前临床上主要通过各种量表测评及临床表现,来综合分析诊断IS患者认知障碍情况并进行相应的干预与治疗。其中简易智力状况检查量表(MMSE)是我国临床检测认知障碍最常用的量表之一。本研究61例脑卒中患者中,mVCI组患者的平均年龄(66±8)岁大于对照组平均年龄(59±5)岁,差异有统计学意义。研究显示,在60岁以上脑卒中患者中,受教育程度与卒中后3个月内发展为PSCI的发生率呈显著的负相关[6],本研究结果显示,受教育程度对认知障碍的影响差异具有统计学意义(P<0.05),与Sachdev等[7]的研究结果一致。

目前对PSCI发生的病理生理机制尚未明确,可能与多种因素有关,如卒中部位、血管狭窄程度、脑萎缩、海马体积异常、合并慢性病(如糖尿病、高血压、高脂血症)等[8-9]。血管性认知障碍(VCI)是指由脑血管病的危险因素、脑出血、脑卒中、后循环缺血等一系列原因导致认知障碍最终可发展到痴呆的综合病症,SCI与VCI有着密切相关性,却又有所区别。VCI的出现可以不合并脑卒中病史,但必须有脑卒中的临床体征或影像学表现。脑血管病导致VCI的病因,与PSCI有密切关系,PSCI是VCI的组成部分,与血管性痴呆(VD)有较大重合性[10],而mVCI作为PSCI早期阶段,近年受到医学界的普遍重视。既往研究表明,认知功能与大脑皮层密切相关,而海马体的变化也对认知功能产生影响。Li等[11]对大鼠模型研究得出,对短暂性大脑中动脉阻塞(tMCAO)或假手术的大鼠,在卒中后7天或30天进行运动功能和认知功能的行为学测试。卒中后30天,出现PSCI的大鼠双侧海马的长时程增强(Long-termpotentnation,LTP)均降低。这种LTP损伤是通过阻断GABAA受体来实现的。因此,对mVCI的及时诊断及治疗,对IS患者的预后很有价值。

研究表明,阿尔茨海默症(AD)患者出现认知障碍与其海马萎缩关系密切[12]。脑卒中患者发展为mVCI与其海马体形态学改变是否存在相关性,目前尚缺乏灵敏的观察手段。近年来神经影像学发展迅速,MRI功能成像(fMRI)如DTI、DKI、ASL等对AD患者的海马体体积测量及亚区分割可以明确指导临床诊疗,在临床应用也越来越多[13]。然而,mVCI患者海马整体的变化与认知功能的关系目前鲜有研究。合成MRI技术,一个序列可以得到常规头颅MRI所有序列图像,同时经过后处理还能得到T1值、T2值、PD值、R1值、R2值等多组数据,提高扫描效率的同时,也为脑内研究提供新思路[14]。本研究发现mVCI组患者海马整体T1值均高于对照组,R1值均低于对照组(P<0.05),而mVCI组相应部位T2值、R2值数值变化及双侧HV与对照组比较未见明显差异(P>0.05)。T1值能较好地显示水肿、炎症及纤维化,T2值能反映组织中含水量的变化,R1值及R2值主要反映所测部位钆沉积及退行性改变[15]。由该研究可知IS患者发展为mVCI的过程中,海马内的微结构发生了改变,表现为神经元的轻度变性、退化等,而含水量变化不明显。本次研究探讨了合成MRI技术及海马体积测量应用于mVCI患者海马整体的定量分析,可有效评估mVCI患者海马的细微变化。

本研究发现,HV在两组的比较中差异无统计学意义,这与Stoub等[16]研究结果一致。结合合成MRI技术后处理数据结果推测,IS患者在mVCI时期,海马仅发生内部细微结构的变化,而萎缩并不明显。IS患者出现mVCI后海马体积变化不明显。MMSE在临床众多认知损害评估量表的应用中是最经典的,但由于其问题设置较少、简单,所以不能敏感地发现mVCI[17]。可以看出,MMSE评分不能作为认知障碍预测及MCI检测的唯一标准[18]。

本研究局限性及不足之处:(1)尚未将慢性病(如高血压、糖尿病、冠心病等)中可能对IS患者发展为mVCI的影响因素纳入讨论,有待今后扩大样本量并深入探讨研究;(2)未对mVCI患者对症治疗后进行复测,没有对治疗体系进行评估,可在今后临床医生治疗后进行相关研究,并得出完整预测及评估体系;(3)临床可联合多个量表对mVCI患者进行测评,尽可能使测量表的灵敏度与特异度达到最佳状态。(4)对海马区域划分的各部分体积(如海马头、海马体、海马尾等)未做具体研究。

综上所述,MMSE评分可筛查IS患者的认知障碍程度,结合合成MRI技术后处理参数变化,可为临床上IS患者发展至mVCI提供有效早期诊断及提前预测,同时两者结合,可有效降低MMSE假阴性率,也为临床医生在mVCI的预测方面提供新方法。