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轻度认知障碍及轻度阿尔茨海默病的MRI研究进展概要
JDiagnConceptsPract2011,Vol.10,No.3
·综述·
轻度认知障碍及轻度阿尔茨海默病的MRI研究进展
邓
霖,缪飞,赵雪松
(上海交通大学医学院附属瑞金医院放射科,上海
200025)
关键词:
阿尔茨海默病;轻度认知障碍;弥散张量成像;
静息态脑功能;
磁敏感成像
中图分类号:
R749.1+6
文献标识码:
C
文章编号:
1671-2870(2011)03-0284-03
阿尔茨海默病(Alzheimer′sdisease,AD)是老年人最常见的一种神经变性疾病,主要发生于老年期及老年前期,以进行性痴呆为主要特征,主要损害记忆和认知等脑高级功能。
根据临床病程可将AD分为4个阶段。
①临床前期(Ⅰ期)又称为轻度认知障碍(mildcognitiveimpairment,MCI)期,患者仅表现为轻度的记忆力下降,以近期记忆障碍为主,而其他认知功能及日常行为能力正常;②轻度AD期(Ⅱ期),患者同时出现记忆和认知功能下降,表现为健忘、重复问题、日常生活行为能力减退等;③中度AD期(Ⅲ期),患者认知功能严重下降,并开始出现讲话不流利等症状,日常生活能力差;④重度AD期(Ⅳ期),患者出现行为改变,如易怒、出现幻觉等,生活不能自理。
MCI是介于正常老年状态与
AD间的一个过渡阶段。
据统计,约67%的AD患者由MCI
转化而来,而约75%的MCI者最终发展为AD。
可见,MCI者是发生AD的高危人群,而如何能在MCI及轻度AD阶段即确诊,是一项非常有意义的课题。
AD的病理学特征是在某些重要神经传导通路中出现
老年斑、神经纤维缠结、神经元数目减少及轴索和突触异常、颗粒空泡变性、星形细胞和小胶质细胞反应及血管淀粉样变。
对于AD的病因目前仍不明确,同时也缺乏特异的诊断及治疗方法。
尽管早期诊断、早期治疗的重要性已被证实,然而由于目前确诊AD的方法仍局限于尸体解剖及活体组织检查,而临床则主要依赖患者临床表现结合神经心理学测试来诊断,故诊断标准虽已建立,但诊断准确率却存在较大误差。
自20世纪80年代,MRI开始应用于临床以来,为AD诊断提供了一条重要的新途径。
由于AD患者大脑皮质神经元大量丢失,造成大脑皮质萎缩及相关脑功能缺陷,因此,利用MRI多种成像技术[包括结构、磁敏感、弥散张量成像(DTI、脑功能、磁共振波谱(MRS)等]可对其脑部结构及功能进行多方面评价,并可分辨MCI、轻度AD与中重度AD患者的脑部影像学差异,为AD患者的早期诊断提供重要的影像学资料。
MCI及轻度AD的脑结构MRI研究
AD是一种慢性进行性脑损害疾病,老年斑和神经纤维
缠结均可沿着主管认知、记忆的神经通路沉积播散,从仅开始沉积于海马旁回,逐渐向海马延伸,最后蔓延至颞顶叶皮质甚至整个新皮质,造成整个神经通路功能不可逆的丧失。
目前利用MRI的T1WI成像技术,能显示脑萎缩等结构改变,且主要有2种方法进行分析,即感兴趣区(regionof
interest,ROI)和基于体素的形态学测量(voxel-basedmorphometry,VBM)。
应用ROI时,研究者需自行设定研究区
域,主观性较大,可重复性较小。
VBM是一种新的基于体素的全脑形态分析方法,可将所有个体的脑结构图像在空间上标准化到一个完全相同的立体空间中,然后将经标准化的脑结构图根据信号强度分割成灰质、白质及脑脊液三部分,从而分别进行比较。
VBM法近年在研究中得到了广泛应用,并有专家提出了具有更高特异度的模板。
Ashburner等[1]开发的基于SPM5的DARTEL工具箱可将所有获得的脑结构图像进行更加精确的配准,是目前应用较多的模板之一。
病理学研究表明,神经纤维缠结首先累及内侧颞叶(主要是内嗅皮层和海马),其中海马及海马旁回主管长时记忆的情景记忆,而杏仁核则与短时记忆中的情绪记忆有关。
既往多项基于ROI的研究表明,AD患者均有明显的海马萎缩。
最早使用VBM法研究AD患者灰质萎缩模式的学者发现[2],患者除了有海马明显萎缩外,其尾状核头部、岛叶、颞中回、梭状回、楔前叶、中央后回及顶叶均可出现萎缩。
近年来,大多数VBM研究发现,MCI患者的灰质萎缩部位主要集中于内侧颞叶[2],其中包括海马、海马旁回及杏仁核、丘脑。
DiPaola等[3]研究发现,MCI患者与多突触上行结构有关的多个脑皮质及皮质下结构均可出现萎缩。
根据受试者情况,不同研究发现患者的灰质萎缩程度存在一些差异。
关于轻度AD患者的灰质萎缩情况,有文献报道,相比于MCI患者[4],轻度AD患者在内侧颞叶、丘脑、颞上回、顶叶联合皮质、扣带回出现更多的萎缩。
关于MCI患者的预后情况,据统计,每年有10%~15%的MCI患者最终转变为AD,其病程发展的时间长短及最终转归与MCI患者的早期诊断治疗乃至家庭护理,均具有非常重要的意义。
Fleisher等[5]研究提示,利用MRI随访MCI患者的脑体积变化,能提示其内侧颞叶结构改变,有预示MCI进展为AD的价值。
Karas等[6]研究发现,在MCI阶段左侧外侧颞叶及左侧顶叶皮质即出现萎缩的患者其转化为AD的危险性较高。
MCI及轻度AD基于体素的全脑DTI研究
除了脑灰质萎缩外,有学者发现,早期AD患者的脑白
通讯作者:
缪
飞
E-mail:
mf11066@
284··
诊断学理论与实践2011年第10卷第3期
质内出现大量髓鞘和轴索丢失、DNA断裂及缩醛磷脂缺失,甚至许多AD患者可出现脑白质疏松症(leukoaraiosis,LA)。
常规T2WI图像中,多种白质病变通常都表现为高信号,无法反映白质内部结构改变。
DTI是一种较新的MRI技术,其通过测量组织中水分子扩散的程度和方向,可反映脑白质纤维束并可定量测定其受损害程度,其中最主要的2项参数为部分各向异性(fractionalanisotropy,FA)及表观弥散系数(ADC)值。
FA主要反映神经纤维的完整性,是反映组织各向异性灵敏度最高的指标。
FA值越高,提示组织的各向异性越强,组织结构的排列越紧密。
ADC代表扩散椭圆体的大小,即与扩散方向无关的扩散程度,并不反映组织的各向异性,仅代表组织内水分子扩散特性。
ADC值越大,提示组织内自由水含量越多,扩散程度越高。
大部分研究中,MCI、AD患者的ADC值及FA值变化都是基于ROI的。
综合样本量及设定位置等主观原因上的差异,这些研究中普遍发现,患者的海马、颞叶、顶叶、扣带束这些部位中的白质纤维束易受累。
相对于正常衰老者大脑前部的区域易受累的情况,MCI及轻度AD患者大脑后部受累的区域明显多于前部区域。
当前,DTI成像研究主要采用快速EPI序列,虽然受移动伪影的影响较小,但图像分辨率较差,且有磁场不均匀及电流涡流造成的几何变形等不利因素。
因此,使用VBM方法分析前需对图像进行标化。
Medina等[7]使用VBM方法研究发现,大部分MCI及轻度AD患者的DTI图像中,FA值出现减低的部位主要集中于上纵束、额上回的弓状纤维、后扣带束、丘脑上及下脚、双侧大脑皮质下核团旁白质、双侧扣带回前部皮质下白质、内囊等。
Teipel等[8]研究显示,MCI患者胼胝体前部的FA值明显减低,而其额顶叶及额前区的颞叶及扣带回均发生灰白质萎缩,其中顶叶白质纤维形态同时发生改变。
MCI及轻度AD的MRI相位成像研究
病理研究表明,AD患者脑中某些特定部位存在过度铁质沉积,且铁质沉积量与痴呆的严重程度呈正相关。
顺磁性的铁蛋白在脑组织中沉积会导致组织磁性改变,由于磁敏感度的差异,可产生亚体素磁场不均匀,使处于不同位置的质子的自旋频率不一致,在回波时间足够长的情况下,自旋频率不同的质子间将形成相位差,这样使不同敏感度的组织在相位图上可以被区分出来,并可通过相位图量化分析。
磁敏感加权成像(susceptibilityweightedimaging,SWI是一种MRI新技术。
相位成像技术是建立在体磁化率效应基础上的一种成像技术。
在回波时间足够长的情况下,利用自旋频率不同的质子间形成的相位差,并将其量化得到相位图。
同时,脑组织内铁蛋白的沉积可改变局部磁场的均匀性,使局部磁场发生质子去相位,从而导致T2或T2*信号降低。
基于该原理,R2、R2′、R2*等序列被主要应用于评估脑组织内的铁含量,其中R2*值更是作为脑铁含量分析的常用指标。
研究发现,AD患者双侧苍白球、壳核和海马头体部均
出现不同程度的铁质沉积,这些部位的相位值较正常人出现相应的减低。
另外,有研究发现,在正常老年人和AD病例中均存在海马结构的左右不对称性,这在铁质沉积中也有所反应,右侧海马头部的相位值减低较其他部位更明显[9]。
Tapiola等[10]研究认为,右侧海马及右侧内嗅皮层的基线体积
对预测MCI向痴呆发展有重要作用。
右侧海马头部的相位值与MCI及轻、中度AD患者的病情发展程度密切相关。
MCI与轻度AD患者的静息态脑功能研究
通常脑功能分为刺激态与静息态2种。
近年研究发现,在进行任务刺激时,某些脑区活动性减弱,提示在没有刺激的情况下,大脑中仍存在功能活动,即在静息状态下,某些脑功能区处于负激活状态。
静息态功能MRI是指受试者在闭眼、放松、静止,并避免任何有结构的思想活动的状态下,进行数分钟的扫描,不需要复杂的试验设计,受试者配合情况良好,为研究提供了良好的条件。
Biswal等[11]首次证实,静息状态下血氧水平依赖(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)信号具有低频活动的特
性,并发现双侧感觉运动皮层的自发BOLD信号存在较强的同步性。
之后,陆续有研究证实了这一情况,并将这种低频同步波动分为多个网络,包括默认模式系统、运动系统、语言系统、感觉系统、视觉系统、注意系统和记忆系统等。
在这些静息态网络中最活跃的是默认模式系统。
PET研究发现,默认模式网络(DMN)中的结构包括有后扣带回、后外侧顶叶皮质、内侧颞叶和(或)海马在AD早期就已受累。
不少研究显示,在静息态时,与海马有功能连接的部位大部分都属
DMN系统,Wang等[12]则发现了右侧功能连接更为显著的特
点。
Li等[13]发现,MCI、轻度AD患者的双侧海马功能连接较正常人减弱。
Sorg等[14]在对MCI患者的研究中发现,在数个静息态网络中,DMN及执行注意网络的功能连接减弱,而相应部位的灰质结构并未见明显萎缩。
对应AD患者中,这些区域的连接功能也同时出现减弱,但其出现了灰质萎缩情况。
故认为,选择性的静息态网络功能连接减弱,是可反映AD患者认知减退情况的一项生物学指标。
更有研究发现,DMN与其他的静息态网络中的某些区域,如额岛皮质及背外侧前额皮质等部位,在功能活动中存在负相关的情况。
Sorg等[14]与Wang等[12]研究同时提示,在
MCI及AD时,以上这种负相关性被破坏了。
因此在研究中,
可同时结合正负相关性,从而得到更可靠的结果。
MCI与轻度AD的MRS研究
MRS是一种无创性测定活体内代谢物浓度的技术,可
用于活体脑组织病理生理状态下代谢、生化研究和半定量分析。
1H-MRS对AD脑组织代谢物的定性和半定量分析,能反映AD患者脑组织的病理变化。
研究认为,结合MRS波谱成像技术对AD患者的早期诊断有一定帮助[15],其1H-MRS共振峰位于2.0ppm。
1H在神经元内的浓度很高,被广泛应
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用为神经元的标志物。
单体素1H-MRS能监检测出的脑内代谢物主要有N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱复合物(Cho)、肌酸和磷酸肌酸(Cr)及肌醇(mI),分别计算这些物质的峰下面积得到相应的比值。
目前研究较多的部位主要集中在双侧海马及扣带回后部。
比较一致的发现是AD患者的双侧海马NAA/Cr值较正常老年人明显降低[16]。
同时也有研究发现,双侧海马mI/Cr及mI/NAA升高[17]。
Rupsingh等[18]研究发现,AD患者除了
NAA/Cr值较正常老年人降低外,其谷氨酸(Glu)/Cr、Glu/mI、Glu/NAA也均出现降低,且AD患者相对于MCI者各指标出
现了进一步降低。
针对扣带回后部的研究结果发现,MCI及轻度AD患者扣带回后部mI/Cr比值明显升高[17,19]。
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(收稿日期:
2010-12-01)
(本文编辑:
褚敬申)
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