結(jié)構(gòu)MRI診斷早期阿爾茨海默病的進(jìn)展

侯 芬，劉 霞

[1.長(zhǎng)沙市中醫(yī)醫(yī)院(長(zhǎng)沙市第八醫(yī)院)放射科，湖南 長(zhǎng)沙 410100；2.深圳市精神衛(wèi)生中心 深圳市康寧醫(yī)院精神影像中心，廣東 深圳 518000]

阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)是一種以進(jìn)行性認(rèn)知功能衰退和記憶能力損害為特征的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，發(fā)病機(jī)制尚不明確，是誘發(fā)老年癡呆的重要病因[1], 嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，給社會(huì)和家庭帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。隨著世界范圍內(nèi)人口老齡化速度的不斷加快，預(yù)計(jì)至2050年，全世界AD患者將高達(dá)2 660萬(wàn)[2]。既往臨床診斷早期AD缺乏可靠指標(biāo)，多數(shù)患者確診時(shí)已屬中晚期，而此時(shí)療效欠佳，導(dǎo)致患者平均生存期較短(約5.5年)[3]。輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment, MCI)6年后轉(zhuǎn)化為癡呆的比率高達(dá)80%[4-5]。隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)磁共振成像(structural magnetic resonance imaging， sMRI)在AD的早期診斷中發(fā)揮了重要作用。sMRI利用人體的不同組織器官以及正常與異常組織間氫質(zhì)子的不同弛豫特性來(lái)進(jìn)行成像。大腦組織中，皮質(zhì)T1長(zhǎng)于白質(zhì)，腦脊液T1和T2均較長(zhǎng)，主要由于自由水的比重較高。腦部不同組織在sMRI上可顯示出相異的灰度特征。sMRI關(guān)于灰質(zhì)的研究主要包括皮層厚度及基于體素的腦形態(tài)學(xué)(voxel-based morphometry, VBM)，可體現(xiàn)腦組織結(jié)構(gòu)的生物物理學(xué)屬性。本文對(duì)sMRI在AD早期診斷中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 sMRI對(duì)MCI向AD轉(zhuǎn)化的預(yù)測(cè)分析及其相應(yīng)的早期干預(yù)措施

sMRI可早于臨床量表得分變化顯示MCI患者大腦結(jié)構(gòu)異常[6]。Misra等[7]采用sMRI觀察MCI患者與AD以及正常老年人(normal control, NC)大腦結(jié)構(gòu)特征之間的聯(lián)系，對(duì)MCI向AD轉(zhuǎn)化進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為AD的MCI患者與AD患者具有相似的大腦病變結(jié)構(gòu)特征，隨訪期內(nèi)未轉(zhuǎn)化的MCI患者與NC具有相似的大腦結(jié)構(gòu)特征。海馬及顳葉是學(xué)習(xí)記憶相關(guān)的重要腦區(qū)，二者萎縮是AD的重要病理表現(xiàn)。冠狀位海馬體積測(cè)量已成為臨床上早期診斷AD的重要參考指標(biāo)之一。有學(xué)者[8-9]發(fā)現(xiàn)AD最早發(fā)生改變的部位是海馬和內(nèi)側(cè)顳葉的內(nèi)嗅皮層。姚志軍[10]采用基于VBM的sMRI分析NC、MCI及AD患者大腦皮層的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)改變，觀察大腦皮層灰質(zhì)體積、腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(聚類(lèi)系數(shù)、特征路徑長(zhǎng)度及節(jié)點(diǎn)系數(shù)等)以及大腦皮層厚度變化情況，認(rèn)為MCI是處于NC與AD之間的一種過(guò)渡狀態(tài)。Gomar等[11]采用sMRI觀察轉(zhuǎn)化為AD的MIC患者，發(fā)現(xiàn)條目編碼的情景記憶與內(nèi)嗅皮層厚度密切相關(guān)，而關(guān)系編碼的情景記憶與海馬旁回厚度和海馬體積密切相關(guān)；同時(shí)MIC患者條目編碼和關(guān)系編碼的情景記憶功能均已受損，受損程度與上述部位的皮質(zhì)厚度和體積減少具有相關(guān)性。上述研究提示內(nèi)嗅皮層厚度、海馬旁回厚度及海馬體積可作為預(yù)測(cè)MCI向AD轉(zhuǎn)化的重要指標(biāo)[12-13]。

研究[14]發(fā)現(xiàn)，豐富的環(huán)境刺激(如多感官及社會(huì)性刺激、自愿物理運(yùn)動(dòng))會(huì)對(duì)大腦結(jié)構(gòu)(海馬及顳葉)產(chǎn)生影響。其中重復(fù)經(jīng)顱磁刺激[15-17]是一種安全、無(wú)創(chuàng)、價(jià)廉的顱外刺激方法，能增加海馬新生神經(jīng)元數(shù)量，促進(jìn)海馬神經(jīng)元及突觸的可塑性，影響神經(jīng)元活性，有效延緩AD認(rèn)知功能損傷。相比AD，MCI的神經(jīng)元尚未達(dá)到死亡狀態(tài)，與認(rèn)知功能相關(guān)的海馬及顳葉皮層仍具有一定的突觸可塑性,使大腦仍具有對(duì)外來(lái)干預(yù)的有效響應(yīng)能力，故對(duì)AD的早期干預(yù)能有效緩解衰老，減緩認(rèn)知障礙發(fā)生，促進(jìn)受損后大腦恢復(fù)。

2 sMRI在AD早期超微腦結(jié)構(gòu)改變中的應(yīng)用

超高場(chǎng)7.0T MR設(shè)備的臨床應(yīng)用使進(jìn)一步清晰呈現(xiàn)腦區(qū)成為可能。Kerchner等[18]采用7.0T MRI觀察AD患者海馬的超微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)輕度AD患者海馬CA1-輻射層與腔隙分子層區(qū)萎縮明顯，且延遲記憶表現(xiàn)與CA1-輻射層與腔隙分子層(r2=0.69，P=0.005)、CA1-椎體細(xì)胞層(r2=0.5，P=0.034)和內(nèi)嗅皮層(r2=0.62，P=0.012)的寬度呈正相關(guān)，而齒狀回/CA3的大小與記憶表現(xiàn)無(wú)顯著相關(guān)性，提示可根據(jù)CA1-輻射層與腔隙分子層的寬度預(yù)測(cè)延遲記憶能力，通過(guò)觀察CA1-輻射層與腔隙分子層的萎縮情況可了解AD患者記憶功能障礙的嚴(yán)重程度，有助于追蹤疾病的嚴(yán)重性。Berron等[19]發(fā)現(xiàn)采用7.0T MRI可手工分割內(nèi)側(cè)顳葉各個(gè)亞區(qū)，明確劃分了內(nèi)嗅皮層、嗅周皮層(細(xì)分為BA35和36區(qū))、海馬旁回和海馬，而海馬又細(xì)分為CA1、CA2、CA3和齒狀回，甚至可單獨(dú)分離橫跨海馬長(zhǎng)軸的終葉傳導(dǎo)束，為早期發(fā)現(xiàn)AD和精神疾病腦結(jié)構(gòu)變化提供了更有力的工具。

3 人工智能聯(lián)合sMRI建立AD預(yù)測(cè)模型

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能聯(lián)合sMRI數(shù)據(jù)，建立AD預(yù)測(cè)模型，使個(gè)體化預(yù)測(cè)AD成為可能。以AD早期診斷相關(guān)的關(guān)鍵腦區(qū)作為特征向量，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)[20-23]的支持向量機(jī)和基于流形正則化極限學(xué)習(xí)機(jī)方法建立AD神經(jīng)影像學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，可準(zhǔn)確鑒別AD與MIC和NC[24]。

4 展望

sMRI對(duì)于早期腦微細(xì)結(jié)構(gòu)的改變較敏感，有助于早期診斷AD，但sMRI研究方法(皮層厚度測(cè)量及VBM)仍需不斷改進(jìn)，以盡可能擴(kuò)大變形的自由度，減少誤差，更好地用于AD的診斷及病理生理機(jī)制研究。

此外，以sMRI成像數(shù)據(jù)為主要依據(jù)的預(yù)測(cè)模型已初步建立，還需臨床進(jìn)一步驗(yàn)證，并不斷優(yōu)化。除利用特征腦區(qū)之外，sMRI還需結(jié)合能夠反映AD的功能連接與認(rèn)知功能損害相關(guān)情況的fMRI[25-28]、可分析AD患者海馬和海馬亞區(qū)代謝濃度變化及其臨床意義的MRS[29]、可通過(guò)構(gòu)建不同網(wǎng)絡(luò)模型了解AD患者白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)改變[30]的DTI對(duì)AD進(jìn)行更深入的探討，以不斷提高早期診斷AD的準(zhǔn)確性[31]。