黑質FA值對早期診斷帕金森病的臨床研究

陳文鑫　鄧遠飛　吳學良　鄒社昌　張丹霓　劉國江　黃妙珊　王成林　向先俊

515300　廣東省普寧市人民醫院神經內科[陳文鑫　吳學良　鄒社昌　張丹霓　劉國江　黃妙珊]；518000　北京大學深圳醫院特診老年科[鄧遠飛(通信作者)，影像科[王成林　向先俊]

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黑質FA值對早期診斷帕金森病的臨床研究

陳文鑫鄧遠飛吳學良鄒社昌張丹霓劉國江黃妙珊王成林向先俊

515300廣東省普寧市人民醫院神經內科[陳文鑫吳學良鄒社昌張丹霓劉國江黃妙珊]；518000北京大學深圳醫院特診老年科[鄧遠飛(通信作者)，影像科[王成林向先俊]

【摘要】目的探討帕金森病(PD)黑質各向異性分數(FA)值的變化特點。方法對PD患者單側癥狀組10例，PD雙側癥狀組20例和20例健康對照組行常規MRI和DTI掃描，描繪并測量黑質頭部(SNr)、黑質體部(SNm)、黑質尾部(SNc)各感興趣區(ROI)的FA值。結果PD單側癥狀組黑質體部(0.363±0.036,0.371±0.035)、尾部(0.454±0.027,0.464±0.038)FA值和PD雙側癥狀組黑質頭部(0.380±0.031)、體部(0.352±0.031)、尾部(0.431±0.033)FA值均較對照組(0.440±0.047，0.384±0.033，0.481±0.042)明顯降低(P<0.05)。結論黑質FA值下降對早期帕金森病的診斷有一定價值。

【關鍵詞】帕金森病黑質彌散張量成像FA值

【DOI】10.3969/j.issn.1007-0478.2016.02.009

帕金森病(Parkinson's disease, PD)是中老年人較常見的神經系統退性性疾病，具有高患病率、高致殘率和慢性病程的特點，給患者家庭和社會帶來沉重的負擔。全球已有超過400萬帕金森病患者，其發病率隨年齡增長而升高。50歲以上的人群發病率為0.7‰，60 歲以上為1‰，70歲以上達 3%～ 5%[1]。早期診斷并及時治療PD可以延緩疾病發展，提高患者后期治療效果，減輕家庭和社會負擔，對PD的防治具有重要意義。磁共振彌散張量成像技術(diffusion tensor imaging, DTI)已廣泛應用于神經系統細微病變的診斷及預后評估，但仍缺乏大量對PD早期診斷有意義的臨床數據。本研究擬通過比較PD患者及對照組DTI中黑質各感興趣區(region of interest，ROI)的FA(fractional anisotropy, FA)值，以期為早期診斷提供線索。

1資料與方法

1.1研究對象

選取2009年12月～ 2014年3月到北京大學深圳醫院神經內科和特診老年科診治的30例PD患者作為研究組，均符合2006年中華醫學會診斷標準[2]。PD組，男19例，女11例 ，年齡49～85 歲，平均年齡(66.33±9.94)歲，病程1～16 年，平均病程(3.87±4.05)年。按Hoehn&Yahr分期標準，1～1.5期10例作為PD單側癥狀組，2～5期20例作為PD雙側癥狀組。選取20例健康老年人作為對照組，男12例，女8例 ，年齡48～83歲，平均年齡(66.30±8.89)歲。PD組和對照組均已排除合并嚴重的心、肝、腎等內科疾病或消耗性疾病。2組性別、年齡等比較無明顯差異(P>0.05)(表1)。所有參與該研究患者均知情，并簽署知情同意書。

1.2DTI檢查

使用SIEMENS AVANTO 1.5T 超導型磁共振成像系統，運用十二通道頭部矩陣線圈。行常規T1WI、T2WI、FLAIR和DTI橫斷掃描；DTI為自旋回波-回波平面成像，掃描參數為TR=2700 ms，TE=88 ms，層厚5 mm，層間距1.5 mm，FOV =230 mm×186 mm，激勵4次，在20個方向上施加彌散敏感梯度，彌散加權系數(b值)為1000 s/mm2。

1.3圖像分析

將DTI 數據資料傳入SIEMENS公司提供的工作站，利用Neuro (3D) MR軟件對圖像進行后處理，重建出彩色FA圖，結合T1WI圖像在 DTI圖像上手動描繪黑質各ROI。從腹側到背側將黑質分為3個區：黑質頭部(rostral part of substantia nigra, SNr)、黑質體部(middle part of substantia nigra, SNm)和黑質尾部(caudal part of substantia nigra, SNc)，并用3個相同大小的圓，聯合彩色FA圖避免錐體束和紅核的影響，以求更精確的測量黑質各ROI的FA值(圖1)。設置ROI大小為(9±1)mm2。由兩位豐富經驗的影像學醫師分別進行以上興趣區的描繪及測量，PD 單側癥狀組分癥狀對側及癥狀同側分別取值，PD雙側癥狀組及對照組雙側對稱ROI區取平均值，最后取平均值。

圖1 為過黑質橫斷面T1WI 圖2 為過黑質橫斷面DTI,確定黑質所在層面,將黑質最清晰層面放大,由前到后依次手動設置黑質3個感興趣區,分別為SNr(黑質頭部)、SNm(黑質體部)、SNc(黑質尾部),大小為(9±1)mm2。

1.4統計學處理

2結果

2.1一般資料比較各組在性別、年齡無明顯差異(P>0.05)(表1)。

表1　各組一般資料比較

2.2PD單側癥狀組癥狀對側和同側比較

PD 單側癥狀組癥狀對側和同側黑質各感興趣區FA值比較，無明顯差異(P>0.05)(表2)。

2.3研究組和對照組比較

PD單側癥狀組癥狀對側和同側黑質體部、尾部各感興趣區的FA值明顯低于對照組(P<0.05)(表2)。

PD雙側癥狀組黑質頭部、體部、尾部FA值均明顯低于對照組(P<0.05)(表2)。

PD雙側癥狀組黑質頭部FA值明顯低于PD單側癥狀組同側及對側(P<0.05)(表2)。

表2　各組黑質各感興趣區FA值±s)比較

注：與對照組比較，▲P<0.05，與PD雙側癥狀組比較，#P<0.05。

3討論

PD以動作遲緩、震顫、肌強直、姿勢平衡障礙的運動癥狀和嗅覺減退、便秘、睡眠行為異常和抑郁等非運動癥狀的臨床表現為顯著特征[3]。PD主要病理特征是黑質多巴胺神經元的變性、缺失和殘存的黑質多巴胺神經元內路易小體形成，導致黑質紋狀體環路破壞，紋狀體內多巴胺含量降低，膽堿能系統功能相對亢進，從而產生肌強直、運動遲緩等臨床癥狀。黑質可分為結構和功能上都相差很大的腹側的黑質網狀部和背側的黑質致密部兩部分。黑質致密部由含有黑色素的多巴胺能多極大細胞組成，其合成的多巴胺通過黑質-紋狀體纖維釋放到紋狀體，是紋狀體內多巴胺的主要來源。黑質神經元消失具有特殊分布區，主要見于黑質致密帶。

DTI是彌散加權成橡的發展和深化，可以通過非侵入性的方法，計算組織中水分子擴散的方向和程度，反映組織中水分子的彌散特性，提供組織的完整性及病理方面信息并可定量計算其損害程度[4]。DTI技術已經用于多發性硬化、腦腫瘤、腦梗死、帕金森病、阿爾茨海默病等中樞神經系統疾病的研究[5-9]。FA值為DTI常用的量化指標，其反映水分子各向異性成分占整個彌散張量的比例，數值范圍從0～1。對于自由水，其值為0，而對于非常規則的纖維束，其值接近1。FA 值受神經纖維走形，微觀結構(纖維髓鞘化的程度、髓鞘內部結構、纖維排列等)因素影響。故FA值可反映神經纖維的完整性和方向性。FA值下降與神經纖維崩解、排列紊亂、脫髓鞘有關，因此FA值的下降表明神經纖維的損壞[5-8]。

Yoshikawa等[10]對12例有錐體外系癥狀的PD患者和10例健康對照進行DTI成像，顯示PD患者的黑質-紋狀體環路投射纖維(主要是黑質和紋狀體下部之間的連線部分)FA值顯著性下降。Du等[11]采用3.0T磁共振機測量40 例PD 患者(其中15 例早期PD患者)和28例對照組黑質的FA值后發現，PD患者黑質的FA值較對照組明顯降低，其區分早期帕金森病與對照組的敏感度和特異度均達到100%。鄧遠飛等[12]研究發現PD患者黑質的FA值較對照組下降。石峰等[13]發現早期帕金森病患者黑質的頭、體及尾部的FA值較正常對照組均明顯降低。可見黑質FA值測定可為臨床提供一種無創性且較敏感診斷早期帕金森病的方法。

本研究結果顯示PD單側癥狀組黑質體部、尾部FA值較對照組明顯下降。PD雙側癥狀組黑質頭、體、尾部的FA值較對照組均明顯降低。黑質神經元主要分布在黑質致密部，PD病程早期以背側的黑質致密部病變為主，隨著病程進展，逐漸累及腹側黑質網狀部。FA值下降的原因可能為黑質多巴胺能神經元丟失、神經元軸突發出的神經纖維數量減少，髓鞘脫失和膠質細胞增生等使病變處的白質纖維束排列和結構紊亂，導致該區域水分子的擴散運動受到影響，從而使局部的FA值下降。

病理研究發現PD患者腦內路易小體最早出現于嗅球，并于延髓逐漸向上進展到橋腦、中腦、最后到間腦和皮層，經過6個不同的神經病理階段。3～4期病變影響中腦的黑質及其他深部核團和端腦，臨床表現有運動癥狀并易被確診[14]。Yoshikawa等[10]甚至認為在PD癥狀開始前黑質-紋狀體系統已經有超過一半的多巴胺能神經元丟失。本研究中PD單側癥狀組同側黑質的FA值也下降，兩側FA值對比沒有明顯差異。表明PD患者在癥狀出現前就存在黑質細微結構改變。

綜上所述，研究發現，PD患者黑質FA明顯下降，提示PD患者在疾病早期即出現黑質細微結構改變。DTI具有無創、方便快捷、可重復等特點，隨著儀器設備及成像技術的改進，DTI在PD診斷尤其是早期診斷提供一定的臨床參考價值。

參考文獻

[1]Fritsch T,Smyth KA,Wallendal MS,et al.Parkinson disease:research update and clinical management[J].South Med J,2012,105(12):650-656.

[2]張振馨.帕金森病的診斷[J].中華神經科雜志,2006,39(6):408-409.

[3]中華醫學會神經病學分會帕金森病及運動障礙學組.中國帕金森病治療指南[J].中華神經科雜志,2014,43(6):428-433.

[4]Onu M,Roceanu A,Sboto-Frankenstein U,et al.Diffusion abnormality maps in demyelinating disease: Correlations with clinical scores[J].Eur J Radiol,2012,81(3):E386-E391.

[5]Jy L,Taghian K,Petratos S.Axonal degeneration in multiple sclerosis:can we predict and prevent permanent disability?[J].Acta Neuropathol Commun,2014,2(1):97-97.

[6]Miller P,Coope D,Thompson G,et al.Quantitative evaluation of white matter tract DTI parameter changes in gliomas using nonlinear registration[J].Neuroimage,2012,60(4):2309-2315.

[7]Melzer TR,Watts R,Macaskill MR,et al.White matter microstructure deteriorates across cognitive stages in Parkinson disease[J].Neurology,2013,80(20):1841-1849.

[8]Msc MS,Msc PK,Pr Phl,et.al..MRI texture analysis and diffusion tensor imaging in chronic right hemisphere ischemic stroke[J].Journal of Neuroimaging,2015,25(4):614-619.

[9]Preti MG,Baglio F,Lagana MM,et al.Assessing corpus callosum changes in alzheimer's disease: comparison between Tract-Based spatial statistics and Atlas-Based tractography[J].PLoS One,2012,7(4):e35856.

[10]Yoshikawa K,Nakata Y,Yamada K,et al.Early pathological changes in the parkinsonian brain demonstrated by diffusion tensor MRI[J].J Neurol Neurosurg Psychiatry,2004,75(3):481-484.

[11]Du GW,Lewis MM,Sen SM,et al.Imaging nigral pathology and clinical progression in Parkinson's disease[J].Movement Disorders,2012,27(13):1636-1643.

[12]鄧遠飛,羅筱,曾文雙,等.帕金森病認知障礙彌散張量成像初步研究[J].中國神經精神疾病雜志,2014,40(8):489-493.

[13]石峰,高陽,喬鵬飛,等.擴散張量成像在帕金森病認知障礙中的量化研究[J].磁共振成像,2015,6(5):326-332.

[14]Braak H,Ghebremedhin E,Rüb U,et al.Stages in the development of Parkinson's disease-related pathology[J].Cell Tissue Res,2004,318(1):121-134.2015.

(2015-11-23收稿2016-03-01修回)

Clinical study of fractional anisotropy in subtantia nigra in early diagnosis of Parkinson's disease

ChenWenxin,DengYuanfei,WuXueliang,etal.

DepartmentofNeurology,Pu'ningPeople'sHospital,Pu'ning515300

【Abstract】ObjectiveTo detect the changes of fractional anisotropy in subtantia nigra of PD patients with magnetic resonance diffusion tensor imaging (DTI). Methods50 subjects (10 PD patients with unilateral symptoms, 20 PD patients with bilateral symptoms and 20 subjects in the control group) were studied with DTI as well as conventional MRI. The substantia nigra is divided into the rostral part of substantia nigra (SNr), the middle part of substantia nigra (SNm), and the caudal part of substantia nigra (SNc). Regions of interst (ROI) were drawn in the SNr, SNm, SNc. Fractional anisotropy (FA) values were obtained from above ROIs and the results were analyzed. ResultsThe fractional anisotropy of SNm (0.363±0.036, 0.371±0.035) and SNc (0.454±0.027,0.464±0.038) in PD group with unilateral symptoms and the fractional anisotropy of SNr (0.380±0.031), SNm (0.352±0.031), and SNc (0.431±0.033) in PD group with bilateral symptoms were significantly different from those in the matched control group (0.440±0.047, 0.384±0.033，0.481±0.042). ConclusionThe decline of fractional anisotropy in substantia nigra has a practical value in the early diagnosis of Parkinson's disease.

【Key words】Parkinson's diseaseSubstantia nigraDiffusion tensor imagingFractional anisotropy

【中圖分類號】R742.5

【文獻標識碼】A

【文章編號】1007-0478(2016)02-0107-03