定量磁化率成像在帕金森病診斷、評(píng)估及手術(shù)方面的應(yīng)用

宋 娟, 李雨珊, 吳 曦

1. 海軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海 200433 2. 海軍軍醫(yī)大學(xué)附屬長海醫(yī)院神經(jīng)外科，上海 200433

帕金森病(Parkinson disease, PD)的病理學(xué)特征是大腦黑質(zhì)致密部(substantia nigra pars compacta，SNpc)多巴胺能神經(jīng)元的缺失，同時(shí)伴有該區(qū)域鐵含量的增加。腦內(nèi)鐵含量的增加或鐵穩(wěn)態(tài)的異常與PD等多種神經(jīng)退行性疾病之間存在聯(lián)系[1]。因此，腦特定區(qū)域的鐵含量可作為PD診斷的標(biāo)志物，并反映病情的進(jìn)展。

目前可用于體內(nèi)鐵含量測定的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術(shù)包括基于自旋回波序列的T2加權(quán)成像、磁化轉(zhuǎn)移技術(shù)的磁敏感加權(quán)成像、T2*成像及基于圖像重建技術(shù)的定量磁敏感成像(quantitive susceptibility mapping, QSM)，本文重點(diǎn)討論QSM。

QSM作為一種新型的圖像后處理技術(shù)，可用于定量評(píng)估感興趣組織的磁化率，近年來受到越來越多的科研關(guān)注和臨床應(yīng)用。QSM磁化率值和鐵含量線性相關(guān)，而且較傳統(tǒng)的橫向弛豫率(R2*)等成像方法有更好的對比信噪比，對深部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的辨識(shí)更清晰，因此在測定局部腦組織鐵含量方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。現(xiàn)已證實(shí)不同腦區(qū)中的鐵沉積和PD進(jìn)展密切相關(guān)。QSM目前在PD的鑒別診斷、病情評(píng)估、核團(tuán)顯像、解剖定位等方面均已得到應(yīng)用，本文對此進(jìn)行總結(jié)，以期為神經(jīng)外科醫(yī)師更合理地應(yīng)用該技術(shù)提供參考。

1 QSM在PD診斷和鑒別診斷方面的應(yīng)用

1.1 QSM可反映PD患者多區(qū)域腦組織的病理改變 基于磁化率和鐵含量之間的線性關(guān)系，借助QSM可實(shí)現(xiàn)基底節(jié)、中腦和齒狀核等結(jié)構(gòu)中鐵含量的測定[2]，再結(jié)合其他指標(biāo)可較好地反映PD患者腦組織的病理改變。早期PD患者黑質(zhì)(substantia nigra，SN；背側(cè)區(qū)更為顯著)、中腦部分的QSM均顯示磁化率增加[1-3]，且中腦的磁化率值與病程進(jìn)展顯著相關(guān)。隨著疾病進(jìn)入中晚期，患者紅核(red nucleus, RN)、蒼白球(globus pallidus ,GP)等區(qū)域也出現(xiàn)QSM指標(biāo)的異常[4]。這些腦區(qū)QSM值的異常，與PD病理學(xué)發(fā)展一致[5]，并獲得了病理學(xué)檢查的證實(shí)[6]。

1.2 QSM輔助PD的早期診斷 QSM可通過磁化率反映PD患者腦內(nèi)鐵的含量，與T2、T2*、R2*相比，這一指標(biāo)具有更高的靈敏度和特異度。研究[7]發(fā)現(xiàn)PD患者與對照組間的磁化率差異在SNpc最為顯著。研究指出，PD患者SNpc 的磁化率在疾病早期就已顯著升高[8]，且伴有黑質(zhì)小體1的缺失[9]，起到超早期預(yù)警式診斷作用。患者逐漸出現(xiàn)癥狀時(shí)，雙側(cè)黑質(zhì)和一側(cè)RN的QSM磁化率均升高，而R2*值僅單側(cè)SN內(nèi)升高[3]。QSM磁化率較R2*成像診斷效力更高[10]。

1.3 QSM輔助PD的鑒別診斷 臨床醫(yī)師在工作中常需辨識(shí)PD與其他神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。進(jìn)行性核上麻痹綜合征(progressive supranuclear palsy syndrome, PSPS)患者的RN與GP的磁化率也顯著升高[11]。通過利用QSM其他指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，如平均峰度-擴(kuò)散中腦腦膜/腦橋交叉束比率(mean kurtosis-diffusion MBT/PCT ratios, MK-dMPRs)和殼核磁化率值，可以較準(zhǔn)確地鑒別PD與其他神經(jīng)疾病[12]。QSM不同核團(tuán)的磁化率差異有助于PD的鑒別診斷。

2 QSM在PD病情方面的應(yīng)用

2.1 運(yùn)動(dòng)癥狀 基于癥狀的不同可將PD分為3種類型，即震顫為主(tremor dominant,TD)型、少動(dòng)強(qiáng)直型(akinetic-rigid dominant, ARD)型和混合型。He等[13]發(fā)現(xiàn)，齒狀核(dental nucleus，DN)內(nèi)的磁化率與PD患者的震顫評(píng)分正相關(guān)，據(jù)此認(rèn)為QSM或可用于TD型患者的診斷。而Guan等[14]發(fā)現(xiàn)，除了DN外，TD組患者RN的磁化率也升高；而尾狀核的磁化率則與ARD患者的癥狀評(píng)分一致。

2.2 非運(yùn)動(dòng)癥狀 晚期PD患者常伴隨非運(yùn)動(dòng)性并發(fā)癥，如癡呆和精神癥狀。目前一般點(diǎn)認(rèn)為，PD可累及黑質(zhì)外的其他區(qū)域，這些部位鐵含量的增加可能反映了相應(yīng)區(qū)域的功能損害，并導(dǎo)致部分非運(yùn)動(dòng)癥狀的產(chǎn)生[15]。與健康對照組相比，PD患者左右海馬區(qū)的磁化率均升高，而不伴癡呆的PD患者僅右側(cè)海馬區(qū)內(nèi)的磁化率升高。

2.3 生活活動(dòng)能力評(píng)估 新版世界運(yùn)動(dòng)障礙學(xué)會(huì)-帕金森病綜合評(píng)量表(MDS-UPDRS)作為一個(gè)綜合評(píng)分量表，可較全面地評(píng)估PD患者的日常生活活動(dòng)能力。有研究表明，PD患者SNpc、黑質(zhì)網(wǎng)狀部(substantia nigra pars reticula, SNr)、殼核(putamen，PU)磁化率與其UPDRS Ⅱ評(píng)分有正相關(guān)趨勢[1,16]；PU、GP、SN、殼核、尾狀核等區(qū)域的磁化率與UPDRSⅠ、Ⅲ評(píng)分亦存在相關(guān)性[16-17]。然而，各區(qū)域腦組織磁化率與UPDRS評(píng)分的關(guān)系有待進(jìn)一步評(píng)估。

2.4 病情進(jìn)展的評(píng)估 借助QSM研究早期與中晚期患者腦內(nèi)鐵沉積的模式可能有助于判斷PD患者的病程[16]。Xuan等[16]研究發(fā)現(xiàn)，各期PD患者SNpc和SNr中的鐵含量均增加，而僅中晚期患者的殼核中鐵含量增加。

Du等[18]研究發(fā)現(xiàn)，SNpc中的R2*值隨PD的進(jìn)展而增加，且這一縱向改變在疾病晚期(病程>5年)表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示SNpc中的R2*值可作為一種標(biāo)志物用于晚期PD病程的評(píng)估；而SNr中積聚的鐵隨著疾病進(jìn)展重新分配，由初期的較高水平逐漸進(jìn)行性降低。由此可見，借助QSM研究SNpc與SNr內(nèi)鐵沉積隨PD進(jìn)展的不同模式，并依據(jù)這些指標(biāo)在特定時(shí)期的特征變化有助于確定疾病的進(jìn)展。

還有研究[19]通過測量黑質(zhì)蒼白球束(fasicula nigrale, FN)頭側(cè)至尾側(cè)鐵沉積的梯度來評(píng)估PD的進(jìn)展。該研究發(fā)現(xiàn)，PD患者FN內(nèi)的鐵沉積從頭側(cè)至尾側(cè)增加的趨勢與年齡的增長顯著相關(guān)。這種相關(guān)性可能是一種累積效應(yīng)，并且可能與尚處于亞臨床期的疾病的遷延直接相關(guān)。

大腦的有髓白質(zhì)纖維在PD患者中也表現(xiàn)出退行性改變[20]，可借此評(píng)估病情的進(jìn)展。Guan等[20]指出， QSM可檢測PD患者腦組織中的白質(zhì)改變和深層網(wǎng)絡(luò)的破壞，且較傳統(tǒng)工具顯示更廣泛的白質(zhì)區(qū)域受累。據(jù)此認(rèn)為，利用QSM結(jié)合彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)分析不同組織的特性，可獲得對患者腦損傷情況及病程進(jìn)展更為完整的評(píng)估。

3 QSM在核團(tuán)顯影與手術(shù)定位方面的應(yīng)用

3.1 QSM在丘腦底核(subthalamic nucleus, STN)-腦深部電刺激術(shù)(deep brain stimulation, DBS)手術(shù)中的應(yīng)用 STN的精確定位與描繪對于PD患者DBS的制定十分重要，是PD外科治療中的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的T2加權(quán)自旋回波成像(T2WI) MRI用于DBS術(shù)時(shí)難以區(qū)分STN與SN的分界。而QSM可以克服T2WI MRI中基于弛豫率對比的不足，更清晰地顯示STN內(nèi)的鐵分布，有助于辨識(shí)STN與周圍結(jié)構(gòu)的分界，從而確定最佳的DBS靶向位點(diǎn)[21]。

另1項(xiàng)[22]研究顯示，PD患者SNpc(7.0T MRI)的平均磁化率值較對照組顯著升高，從而可以較準(zhǔn)確地辨識(shí)這一區(qū)域，而且此類成像可以提供更精確的解剖標(biāo)記。此外，在顯示腦組織方面，QSM圖像的定性評(píng)分明顯高于T2W、T2*W、R2*、phase或SW圖像(3.0T MRI)[23]。Alkemade等[24]的研究結(jié)果支持這一結(jié)論，發(fā)現(xiàn)相比T2*W圖像，QSM(7.0T MRI)對質(zhì)心位置的測定具有更高的評(píng)估者間一致性。不僅是7.0T MRI，臨床中更為常用的3.0T MRI也可以增強(qiáng)SN結(jié)構(gòu)的顯示效果，提示QSM可能是目前用于STN成像的最優(yōu)技術(shù)[25]。

然而，在高場強(qiáng)下應(yīng)用QSM可能會(huì)存在核團(tuán)的變形和失真現(xiàn)象，可以通過QSM與微電極記錄(microelectrode recording，MER)的比對研究這一問題。MER是體內(nèi)測量STN維度的參考標(biāo)準(zhǔn)，而基于高分辨率QSM(3.0 T)的STN維度的評(píng)估與組織學(xué)研究與MER結(jié)果一致[21]。Dimov等[21]指出，利用QSM定位STN時(shí)，1次MER確認(rèn)STN的概率可達(dá)85%。還有研究[27]證實(shí)，直接應(yīng)用QSM(3.0 T)靶向定位STN與MER定位存在一定相關(guān)性，且這種定位方式用于深部腦刺激電極的放置比較安全，臨床結(jié)果滿意。考慮到MER有創(chuàng)，單次穿刺僅能提供二維信息，還需要多次指導(dǎo)電極植入才能提供三維信息，而高分辨率QSM無創(chuàng)且可直接三維顯示STN的精細(xì)分區(qū)，因此更有優(yōu)勢。如果未來越來越多的證據(jù)表明以QSM為基礎(chǔ)的靶點(diǎn)定位準(zhǔn)確可信，則QSM有望取代MER。

3.2 GP內(nèi)側(cè)部的定位 GP可分為蒼白球內(nèi)側(cè)部(internal globus pallidus,GPi)和蒼白球外側(cè)部(external globus pallidus,GPe)。美國食品藥品監(jiān)督管理局于2003年批準(zhǔn)DBS聯(lián)合GPi刺激用于治療晚期PD[26]。因此，DBS術(shù)中GPi的準(zhǔn)確定位至關(guān)重要。

Ide等[26]發(fā)現(xiàn)，GPe中的QSM指標(biāo)隨患者年齡的增長而逐漸升高，而GPi中這一指標(biāo)不隨年齡變化，這有助于老年P(guān)D患者GPi的辨識(shí)。該研究表明，87% PD患者的QSM圖像可以較好地顯示GPi，雖然沒有與傳統(tǒng)的質(zhì)子相、T1相、T2*進(jìn)行對比，但也表明QSM技術(shù)有助于DBS術(shù)中電極的準(zhǔn)確植入。QSM未來或可用于PD患者DBS術(shù)中GPi的精確靶向定位。

3.3 GP傳出纖維輔助定位 PD患者STN的上外側(cè)邊界是較理想的DBS靶點(diǎn)，提示走行于該區(qū)域的蒼白球傳出纖維束可能是獲得理想治療效果的核心神經(jīng)通路之一。因此，精確定位GP傳出通路可能有助于DBS中電極的準(zhǔn)確植入[28]。研究[28]發(fā)現(xiàn)，QSM不僅可以直接顯示STN的上界，還可以顯示不同患者個(gè)體化分布蒼白球傳出纖維束。QSM有望用于輔助確定聚集或均勻分布的GP傳出纖維的功能特性，在立體定向規(guī)劃中實(shí)現(xiàn)最佳電極定位。

綜上所述，QSM作為現(xiàn)有磁共振序列中評(píng)估PD患者大腦區(qū)域鐵積聚最靈敏的定量技術(shù)，在PD的鑒別診斷、病情評(píng)估、腦結(jié)構(gòu)顯像、外科治療等方面均已顯示出重要的臨床意義，同時(shí)仍有廣闊的發(fā)展空間，相信在未來它將成為PD診治及鑒別診治的重要工具。