多b值彌散加權成像與動脈自旋標記評估輕度認知功能障礙海馬灌注的對比研究

汝艷輝，王新怡，楊志強 ，董 棟

（1.泰山醫(yī)學院，山東 泰安 271016；2.山東大學附屬千佛山醫(yī)院影像科，山東 濟南 250014）

?中樞神經(jīng)影像學?

多b值彌散加權成像與動脈自旋標記評估輕度認知功能障礙海馬灌注的對比研究

汝艷輝1，王新怡2，楊志強2，董 棟2

（1.泰山醫(yī)學院，山東 泰安 271016；2.山東大學附屬千佛山醫(yī)院影像科，山東 濟南 250014）

目的：對比分析多b值彌散加權成像（MB－DWI）與動脈自旋標記（ASL）在評價輕度認知功能障礙（MCI）患者海馬灌注異常中的臨床應用價值。方法：依據(jù)診斷標準與排除標準，選擇輕度認知功能障礙患者（MCI組）和認知功能正常的老年人（NC組）各20例，進行常規(guī)磁共振平掃、MRA、ASL以及多b值DWI掃描，根據(jù)ASL－CBF圖測量雙側海馬最大rCBFASL值，并測量相應區(qū)域 MB－DWI與灌注相關參數(shù) fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fast ADC－bi、fraction of fast ADC－bi值，對MCI組和NC組分別進行相應參數(shù)的組間統(tǒng)計學差異分析和Pearson相關性分析。結果：MCI組雙側海馬rCBFASL值較NC組降低（P＜0.05）；MCI組雙側海馬 fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fraction of fast ADC－bi值與 NC 組的比較差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），雙側海馬 fast ADC－bi較 NC 組減低，差異無統(tǒng)計意義（P＞0.05）；除 fast ADC－bi外，MCI組 fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fraction of fast ADC－bi與 rCBFASL的相關性具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。結論：MB－DWI和 ASL 在檢出MCI患者海馬的灌注改變方面具有一致性，可用于評估MCI患者灌注改變，有利于指導臨床。

認知障礙；磁共振成像

輕度認知功能障礙（Mild cognitive impairment，MCI）作為阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）的前驅階段，以記憶力下降但保持日常生活行為能力為主要特征，并且每年約10%～15%的MCI患者進展為AD[1]，給家庭和社會帶來沉重的負擔。早期準確診斷MCI，并給予及時的藥物干預和治療，對降低MCI向AD轉化的風險和減緩進程極其重要。Maria等[2]研究發(fā)現(xiàn)在AD超早期（MCI階段）就存在灌注障礙，并且持續(xù)至晚期階段，這表明灌注減低的進展和疾病的發(fā)生、發(fā)展相關。作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)記憶回路中的重要結構——海馬，其微觀結構的改變成為研究熱點。目前常用于評價MCI和AD灌注改變的影像學技術主要包括正電子發(fā)射體層成像（Positron emission tomography，PET）、單光子發(fā)射計算機斷層成像 （Single photon emission computed tomography，SPECT）、動態(tài)磁敏感對比增強灌注加權成 像 （Dynamic susceptibility contrastenhanced perfusion weighted－imaging，DSC－PWI） 和動脈自旋標記法 （Arterial spin labeling perfusion imaging，ASL）等[3]。基于磁共振體素內(nèi)不相干運動（Intravoxel incoherent motion，IVIM）的多b值彌散加權成像（Multiple b value diffusion weighted imaging，MBDWI）是一種用于量化評價活體組織擴散運動和灌注的新技術，本研究目的是分析MCI患者MB－DWI海馬區(qū)灌注參數(shù)的改變，并將結果與ASL的rCBFASL參數(shù)進行相關性分析，評價兩者在評估MCI海馬灌注中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2015年1月—2016年8月在山東大學附屬千佛山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科就診的主訴記憶力減退的患者45例，由神經(jīng)內(nèi)科專業(yè)人員對所有患者進行神經(jīng)心理學評價和病史采集，將滿足條件的受試者分為MCI組和正常對照組（NC組），各20例，其中男22例，女18例。所有研究對象均簽署知情同意書。

1.1.1 MCI診斷標準

依據(jù)2013年美國精神病學協(xié)會（The American Psychiatric Association，APA）制定的第5版精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊 （The fifth edition of the diagnostic and statistical manual for mental disorders，DSM－5）中的MCI臨床診斷標準[4]：①源于患者、知情者或臨床醫(yī)師觀察后對認知改變的擔憂；②出現(xiàn)一個或多個認知區(qū)域的功能障礙，并且有恰當、規(guī)范的數(shù)據(jù)支持；③存在獨立行為能力；④無癡呆。本試驗中選用臨床應用較廣的簡明精神狀態(tài)量表（Minimental state examination，MMSE） 作為評估工具，滿分30分，認知功能正常者≥28分，MCI患者評分須符合：中學以上教育程度≥24分，小學≥20分，文盲≥17分。

1.1.2 MCI組和 NC 組排除標準

MCI組和NC組排除標準：①老年癡呆癥患者；②嚴重的代謝性疾病；③嚴重的腦部疾病，如頭部外傷、腫瘤、腦膜炎或其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎性病變、血管并發(fā)癥（如腦梗死、腦軟化灶）等；④MRI禁忌癥；⑤在過去的3月內(nèi)服用精神或類固醇激素藥物的患者。

1.2 掃描方法

所有研究對象均采用GE Discovery MR750 3.0T超高場磁共振掃描儀進行掃描，使用頭部8通道專用線圈（美國GE公司）。掃描前進行勻場、掃描定位像。①受試者先接受常規(guī)MRI掃描，包括軸位T2WI、軸位 3D 顱腦容積成像（3D－BRAVO）T1WI、T2－FLAIR、矢狀位T2WI及頭部MRA，以排除其他器質性病變，3D－BRAVO T1WI還可用于和 ASL、MBDWI后處理圖像融合精確定位海馬。常規(guī)MRI掃描參數(shù)：軸位 T2WI掃描（TR=9 832 ms，TE=92 ms），軸位 3D－BRAVO T1WI掃描 （TR=8.2 ms，TE=3.2 ms），T2－FLAIR 軸位掃描（TR=9 000 ms，TE=90 ms，TI=2466ms），掃描層數(shù) 21，層厚 5mm，層間距 1.5mm，視野（FOV）24 cm×24 cm，激勵次數(shù)（NEX）1，矩陣 256×256。②3DASL成像掃描，掃描參數(shù)為TR=4 632 ms，TE=10.5 ms， 視野 （FOV）24 cm×24 cm， 激勵次數(shù)（NEX）3，層厚5 mm，標記后延遲時間 （Post label delay time）1525ms。③應用 MB－DWI序列軸位掃描，采用單次激發(fā)自旋回波平面回波成像技術 （SS－SEEPI）采集，掃描參數(shù) TR=3 500 ms，TE=71～75 ms，b=0、50 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、400 s/mm2、600 s/mm2、800 s/mm2、1 000 s/mm2、1 500 s/mm2，層厚5.0 mm，間隔 1.5 mm，帶寬（bandwidth）±250 kHz；在3個方向上施加擴散梯度；NEX=2～4，F(xiàn)OV=24 cm×24 cm，PHASE FOV=1.00；矩陣=160×160；重建矩陣256×256。

1.3 圖像處理及數(shù)據(jù)記錄

為保證實驗結果的準確，先對所采集的圖像進行目測審查，對存在嚴重偽影的圖像進行剔除。符合選用標準的圖像，應用GE ADW 4.6后處理工作站Functool軟件進行ASL及MB－DWI圖像后處理，自動生成 3D ASL腦血流量 （Cerebral blood flow，CBF）圖及標準ADC值、單指數(shù)模型fast ADC－mono、單指數(shù)模型 fraction of fast ADC－mono、雙指數(shù)模型fast ADC－bi、雙指數(shù)模型 fraction of fast ADC－bi等偽彩圖，選取相同層面、相同大小ROI進行測量，得到相應的灌注參數(shù)值。

1.4 統(tǒng)計學方法

所有數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0統(tǒng)計學軟件進行分析，所有灌注數(shù)值結果以均數(shù)±標準差（±s）表示，首先采用方差齊性檢驗數(shù)據(jù)的分布，MCI與NC組間差異比較采用兩獨立樣本t檢驗，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。兩種技術所得數(shù)據(jù)之間的相關性比較采用Pearson相關性檢驗。

圖1 同一MCI患者3DBRAVO T1WI、ASL、MB －DWI 及MRA后處理圖像。圖1a：3D T1 BRAVO；圖 1b： CBF 偽彩；圖 1c：DWI原始； 圖 1d：fast ADC－mono； 圖 1e： fraction offast ADC－mono； 圖 1f： fast ADC－bi；圖1g：同一層面 fraction of fast ADC－bi；圖 1h： 同一患者 MRA。Figure 1. 3D－BRAVO T1WI,ASL,MB－DWIandthe MRA images of the same patient with MCI.Figure 1a:3D T1BRAVO;Figure 1b:CBF color map.Figure 1c:DWI map;Figure 1d:fast ADC－mono map;Figure 1e:fraction of fast ADC－mono map;Figure 1f:fast ADC－bi map;Figure 1g:fraction of fast ADC－bi map;Figure 1h:MRA.

2 結果

2.1 MCI組和NC組一般特征比較

如表1所示：①兩組患者在年齡及受教育程度方面的差異沒有統(tǒng)計學意義 （P＞0.05）； ②MCI組MMSE評分低于NC組，差異有統(tǒng)計學意義 （P＞0.05）。

表 1 MCI組與 NC 組一般特征比較（±s，n=20）

表 1 MCI組與 NC 組一般特征比較（±s，n=20）

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2.2 MCI組和NC組雙側海馬 3D－ASL及MB－DWI灌注參數(shù)的比較

①MCI組雙側海馬區(qū)腦血流量值rCBFASL較NC組減低，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；②MCI組雙側海馬區(qū) fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fraction of fast ADC－bi較NC組減低，差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；雙海馬區(qū) fast ADC－bi較 NC 組減低，差異無統(tǒng)計意義（P＞0.05）（表 2）。

2.3 3D－ASL和 MB－DWI灌注參數(shù)的相關性分析

MCI組rCBFASL分別與雙側海馬區(qū)fast ADC－mono、fraction of fast ADC －mono、fraction of fast ADC－bi的相關性分析均有統(tǒng)計學意義，而rCBFASL與雙側海馬區(qū)fast ADC－bi之間相關性分析無統(tǒng)計學意義（表 3）。

表2 MCI組與NC組海馬區(qū)3D－ASL參數(shù)（rCBFASL）與MB－DWI灌注相關參數(shù)t檢驗結果

表3 rCBFASL與MB－DWI灌注相關參數(shù)之間的相關性分析

3 討論

AD起病隱匿、進展緩慢，特征性病理改變?yōu)樯窠?jīng)元減少伴膠質細胞增生、β淀粉樣蛋白沉積致細胞外老年斑形成、Tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)細胞內(nèi)神經(jīng)原纖維纏結等。MCI作為正常老齡化和AD的臨床過渡階段，其病理學表現(xiàn)是異質性的，許多病理改變可以看作是認知功能正常和癡呆之間的連續(xù)統(tǒng)一體[5]。Desikan等[6]發(fā)現(xiàn)海馬作為記憶通路中的重要結構，在認知功能中起著重要作用，也是MCI和AD患者的病理易損區(qū)，對于MCI來說，海馬微觀結構的損傷會引起認知功能和記憶力的下降。近年來，研究表明在AD發(fā)病機制中血管因素起著重要作用[7]。

動脈自旋標記成像（ASL），作為近幾年發(fā)展起來的灌注成像技術，具有不需要注射對比劑、無創(chuàng)性、可重復操作性強等優(yōu)點，并且近年來快速自旋回波序列 （Fast spin echo，F(xiàn)SE）、 螺旋槳技術（Propeller）、3D容積采集技術及Spiral中心過采樣技術應用于ASL采集中，大大改善了圖像質量，使之在定量分析組織器官灌注方面的應用日益廣泛。有研究表明，在腦血流灌注定量分析方面ASL與PET、SPECT腦血流灌注顯像有良好的相關性，ASL測量CBF有望替代PET、SPECT成為診斷AD及MCI的簡便易行的檢查方法[8]。本研究結果顯示，MCI組與NC組相比，雙側海馬區(qū)rCBFASL減低，與以往應用其他方法（PET、SPECT、DSC－MR、ASL 等）研究 MCI腦血流灌注所得到的結果一致[9－10]。亦有研究發(fā)現(xiàn)[11－12]MCI患者雙側海馬區(qū)灌注無異常改變甚至出現(xiàn)灌注增高，考慮與神經(jīng)代償反應、神經(jīng)病理學改變異質性等因素有關，也可能與患者是否處于穩(wěn)定期有關。基于體素內(nèi)不相干運動的多b值DWI（Multiple b value diffusion weighted imaging，MB－DWI） 可以提供活體組織的微循環(huán)灌注、水的自由擴散和水分子經(jīng)水通道擴散等信息，成為有效定量分析腦血流灌注的新技術[13]。Lemke 等[14]認為，理論上 MB－DWI成像中，b值個數(shù)越多、b值越高則所得參數(shù)的準確性越高、能更好地體現(xiàn)活體組織的狀態(tài)，但由于成像時間太長等原因的限制，臨床試驗中使用分布合理的4～10個b值也能獲得較為滿意的參數(shù)。本研究中所涉及的單指數(shù)模型 （Monoexponential model）參數(shù)fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono 是 GE公司推出的單指數(shù)模型的一種特例，對多b值的DWI信號進行指數(shù)擬合，得到相應擴散參數(shù)和灌注參數(shù)。雙指數(shù)模型 （Biexponential model）參數(shù)fast ADC－bi、fraction of fast ADC－bi則根據(jù)體素內(nèi)不相干運動原理，將彌散信號衰減歸因于擴散和灌注兩種因素，建立兩室模型進行數(shù)據(jù)擬合，得出與水分子擴散速率相關的單純擴散系數(shù)slow ADC－bi和與體素內(nèi)灌注效應相關的假性擴散系數(shù)fast ADC－bi；fraction of fast ADC－bi為灌注分數(shù)，即成像體素內(nèi)灌注效應占總體擴散效應的容積百分率[15]。本研究中 MCI組雙側海馬區(qū) fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fraction of fast ADC－bi較 NC 組減低，差異均有統(tǒng)計學意義 （P＜0.05)；雙海馬區(qū)fast ADC－bi較 NC 組減低，差異無統(tǒng)計意義（P＞0.05）。目前國內(nèi)外MB－DWI的研究主要應用在腦腫瘤術前評估和體部研究中。Wu等[16]對18名健康志愿者進行IVIM－MRI灌注參數(shù)測量，并與ASL和DSCMR進行交叉研究分析表明，f值可作為無創(chuàng)測量腦灌注的定量參數(shù)，特別是在灰質內(nèi)，D*（fast ADC）的意義有限，與本組結果類似。Liu等[17]在研究2型糖尿病腦損傷中發(fā)現(xiàn)，雙指數(shù)模型參數(shù)（fast ADC－bi，slow ADC－bi，fraction of fast ADC－bi） 和拉伸指數(shù)模型參數(shù)（DDC，α）改變更顯著，并且都優(yōu)于單指數(shù)模型參數(shù)，ROC曲線分析顯示slow ADC檢出慢性腦損傷的敏感性和特異性更高，與本組結果部分不同，考慮可能與研究對象選擇、b值的選擇以及感興趣區(qū)的選取等因素有關。

本研究中ASL與MB－DWI灌注參數(shù)的Pearson相關性分析：MCI組rCBFASL分別與雙側海馬區(qū)fast ADC－mono、fraction of fast ADC－mono、fraction of fast ADC－bi的相關性分析有統(tǒng)計學意義，而rCBFASL與雙側海馬區(qū)fast ADC－bi之間相關性分析無統(tǒng)計學意義。分析可能與下列因素有關：①b值的選擇與分布：本組所采用10個b值中有8個在1 000 s/mm2以下，多b值彌散加權成像結果受b值分布及所選彌散參數(shù)的影響[14]，國內(nèi)有學者研究表明[18]灌注參數(shù)中f和D*受回波時間TE影響較大；②參數(shù)測量精確度受到周圍腦脊液容積效應、血管周圍間隙的影響[19]；③研究對象選擇：本組中MCI組未進行穩(wěn)定期和進展期的進一步分類，MCI神經(jīng)病理學的異質性和疾病表達的個體差異對試驗結果有一定的影響；④由于信噪比（Signal to noise ratio，SNR）低，fast ADC較fraction of fast ADC受其影響更大。

綜上所述，本研究顯示多b值DWI和3D－ASL作為無創(chuàng)性影像學檢查方法，揭示了MCI患者海馬灌注異常，并且在評價MCI患者海馬灌注改變方面有較好的一致性。本研究存在不足之處：樣本量較小；僅對患者進行了一次MR檢查，未進行動態(tài)隨訪；由于條件有限，未能與PET及SPECT等成熟檢查方法進行對照研究。后續(xù)研究尚需要進一步擴大樣本量，并進行動態(tài)隨訪以及與臨床評分的相關性分析。

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Comparative study on evaluating hippocampus perfusion of patients with mild cognitive impairment by multiple b value diffusion weighted imaging and arterial spin labeling imaging

RU Yan-hui1,WANG Xin-yi2,YANG Zhi-qiang2,DONG Dong2
(1.Taishan Medical University,Taian Shandong 271016,China;2.Department of Radiology,Qianfoshan Hospital Affiliated to Shandong University,Jinan Shandong 250014,China)

Objective:To compare and analyze the clinical application value of both the multiple b value diffusion weighted imaging(MB－DWI)and arterial spin labeling(ASL)imaging for evaluating changes of hippocampus perfusion of patients with mild cognitive impairment.Methods:Based on diagnostic criteria and exclusion criteria,40 subjects(include 20 mild cognitive impairment and 20 elderly cognitively healthy)underwent routine MRI with ASL,and MB－DWI.Bilateral hippocampus areas were selected as regions of interest and local cerebral blood flow(rCBFASL)were measured by using ASL.Parameters measured by MB－DWI were fast ADC－mono,fraction of fast ADC－mono,fast ADC－bi,and fraction of fast ADC－bi.t test was performed for bilateral hippocampus areas between MCI group and NC group.Pearson correlation analysis was performed for changes of relative values(fast ADC－mono,fraction of fast ADC－mono,fast ADC－bi,and fraction of fast ADC－bi)of parameters of MB－DWI and rCBFASL.Results:The rCBFASL of MCI group was lower than that of NC group and the difference was significant(P＜0.05).There were significantly differences among of fast ADC－mono,fraction of fast ADC－mono and fraction of fast ADC－bi between the MCI group and NC group(P＜0.05).The fast ADC－bi of MCI group was lower than that of NC group,and the difference was not statistically significant(P＜0.05).Except fast ADC－bi group,the differences between fast ADC－mono,fraction of fast ADC－mono,fraction of fast ADC－bi of bilateral hippocampus areas and rCBFASL were statistically significant(P＜0.05).Conclusion:The results of MB－DWI and ASL for changes of hippocampus perfusion of patients with mild cognitive impairment are consistent,which can be used for evaluating changes of brain perfusion in mild cognitive impairment and are helpful for clinical diagnosis and treatment.

Cognition disorders;Magnetic resonance imaging

R749.1；R445.2

A

1008－1062（2017）08－0533－05

2016－11－17

汝艷輝（1984－），女，山東聊城人，在讀碩士研究生。E－mail：1002183357＠qq.com

王新怡，山東大學附屬千佛山醫(yī)院影像科，250014。E－mail：wxy_88＠163.com

山東省科技發(fā)展計劃項目（2009GG10002024）；山東省醫(yī)藥衛(wèi)生科技發(fā)展計劃項目（2009HW075）。