中腦和基底節神經核團MR擴散張量成像在帕金森病診斷中的作用

張玉柱，徐露露，周潔，姜勇，于瑞磊，王傳兵

南京醫科大學第一附屬醫院放射科，江蘇南京210029

帕金森病（PD）是靜止性震顫、肌強直、運動遲緩、姿勢步態異常為主要運動癥狀的神經系統變性疾病，亦會發生嗅覺障礙、認知功能障礙、睡眠障礙及自主神經功能障礙等非運動癥狀［1-2］，常見于老年群體，疾病進展緩慢，發病機制尚未完全明確［3］。黑質多巴胺能神經元大量丟失變性及殘留細胞質內出現路易小體是PD最主要的兩大組織病理特征［4］。磁共振擴散張量成像（DTI）是可以定量分析大腦微結構的成像技術［5］。雖已有研究表明腦深部核團的DTI參數有助于PD的診斷［6-8］，但其對PD病情嚴重程度評估的價值尚無相關研究。有文獻報道，中腦及基底節神經核團微結構損傷的病理改變參與了PD運動癥狀的形成［9-12］。因此，本研究擬通過對PD患者中腦及基底節腦神經核團的DTI參數各項異性分數（FA）和平均擴散系數（MD）定量分析神經核團微結構改變，探討其在PD診斷及病情評估中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年7月～2020年11月于南京醫科大學第一附屬醫院就診的27例PD患者為研究對象。納入標準：PD組患者需符合2015年國際運動障礙學會制定的PD診斷標準［13］；受教育時間≥6年；簽署知情同意書并可配合完成臨床量表采集及MR檢查。排除標準：MR平掃檢查發現被試具有顱內結構異常；合并其他神經系統疾病或精神疾病；合并嚴重的全身其他系統疾病；MR圖像偽影影響分析。27例患者中，男11例，女16例，年齡32～76（60.5±11.1）歲，受教育年限6～16（10.4±3.4）年。另選擇同時期受檢正常人群作為對照組，共23例，其中男7例，女16例，年齡51～76（60.8±6.7）歲，受教育年限6～17（10.9±3.2）年，病程0.5～5.0（1.5±1.1）年，Hoehn-Yahr（H-Y）分級1.5（1.0,2.0）級，統一帕金森病評定量表運動部分（UPDRS III）評分8～33（20.5±7.8）分。PD組和對照組的年齡（t=-0.113,P=0.910）、受教育年限（t=-0.442,P=0.661）及性別構成比（χ2=0.573,P=0.449）差異均無統計學意義。本研究通過我院倫理委員會批準，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

檢查使用Discovery 750 W 3.0 T MR掃描儀（美國GE），8通道頭線圈，患者取仰臥位。常規MRI包括：橫斷位T2WI、DWI，矢狀位T1WI和冠狀位液體衰減反轉恢復序列序列。DTI序列采用15個方向擴散權重采集，采集平面從顱頂至枕骨大孔，b值采用0和1000 s/mm2，TR/TE 9000 ms/80 ms，FOV 24 cm×24 cm，層厚3.0 mm，層間距0.0 mm，層數45 層，矩陣128×128，掃描時間4 min 25 s。

1.3 數據分析

DTI原始數據導入MR自帶后處理工作站。對DTI數據進行渦流畸變和頭動校正，采用軟件默認閾值，自動計算生成FA和MD參數圖。由2位影像科醫師分別對照MR結構圖在DTI的b0圖中腦和基底節層面手動勾畫雙側黑質、紅核、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核為感興趣區（ROI）（圖1），所有ROI均軟件自動復制至FA和MD參數圖，測量各神經核團的FA和MD值，取2位醫師測量值的均值納入分析，以兩側均值表示該核團的測量值。

圖1 手動勾畫中腦和基底節神經核團的ROIFig.1 Manually delineate the ROI of the midbrain and basal ganglia nuclei

1.4 統計學分析

使用SPSS20.0軟件進行數據分析。對計量資料進行正態分布檢驗，符合正態分布以均數±標準差表示；HY分級資料以中位數（四分位數）表示。兩組間年齡、受教育年限及各核團的DTI參數比較行獨立樣本t檢驗；組間性別構成比的比較行χ2檢驗。采用受試者工作特征（ROC）曲線分析各核團DTI參數單獨及聯合應用的診斷效能。采用MedCalc18.9 軟件對曲線下面積（AUC）進行Z檢驗比較。FA、MD值與PD病程及臨床量表的相關性采用Pearson或Spearman相關性分析。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組神經核團DTI參數的比較

PD組黑質、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核的FA值均低于對照組，尾狀核頭MD高于對照組（P<0.05，表1）。兩組紅核FA值及各核團的MD值差異無統計學意義（P>0.05）。

表1 兩組中腦和基底節神經核團擴散張量成像參數比較Tab.1 Comparison of diffusion tensor imaging parameters of midbrain and basal ganglia nuclei between PD and NC groups(Mean±SD)

2.2 DTI參數對PD的診斷效能

ROC曲線分析示黑質的FA值、尾狀核頭FA和MD值、丘腦FA值、蒼白球FA值、殼核FA值單獨及聯合應用（黑質FA+尾狀核頭FA+尾狀核頭MD+丘腦FA+蒼白球FA+殼核FA）于診斷PD的效能（圖2、表2）。單獨應用各參數診斷PD，黑質FA值具有最高的AUC和約登指數，但其AUC與尾狀核頭FA（Z=0.295,P=0.768）、尾狀核頭MD（Z=1.148,P=0.251）、丘腦FA（Z=0.539,P=0.590）、蒼白球FA（Z=0.265,P=0.791）和殼核FA（Z=0.689,P=0.491）的AUC統計學分析未見差異。聯合應用的AUC和約登指數最高，其AUC與黑質的FA（Z=2.787,P=0.005）、尾狀核頭FA（Z=3.164,P=0.002）、尾狀核頭MD（Z=3.983,P<0.001）、丘腦FA 值（Z=3.258,P=0.001）、蒼白球FA（Z=3.107,P=0.002）和殼核FA（Z=3.397,P<0.001）的AUC差異均有統計學意義。

2.3 DTI參數與PD患者病程及臨床量表的相關性分析

尾狀核頭MD值與PD患者UPDRS III評分呈正相關（r=0.402,P=0.038），丘腦FA值與PD患者H-Y分級（r=-0.490,P=0.009）、UPDRS III 評分（r=-0.547,P=0.003）呈負相關。黑質、尾狀核頭、蒼白球及殼核FA值與PD患者病程、H-Y分級和UPDRS III評分均無明顯相關性（圖3、表3）。

圖2 擴散張量成像參數診斷帕金森病的受試者工作特征曲線分析Fig.2 Receiver operating characteristic curve analysis for diagnosis of Parkinson's disease by diffusion tensor imaging parameters.

3 討論

PD是發病率僅次于阿爾茲海默病的常見神經變性疾病［14-18］。DTI技術從量和方向上對成像體素內水分子擴散信息進行評估，其最常用的后處理參數指標是FA和MD值，分別從擴散的各項異性程度和各方向的平均擴散兩方面分析腦組織微結構改變。DTI因其對腦組織微結構損傷的敏感性而在神經變性疾病的研究中廣泛應用［19-20］。本研究對PD患者中腦及基底節層面的神經核團FA和MD參數進行量化分析，比較了PD組與對照組間的差異，并分析了使用神經核團DTI參數診斷PD的效能以及與臨床指標的相關性。

表2 擴散張量成像參數對帕金森病的診斷效能Tab.2 Diagnostic efficacy of diffusion tensor imaging parameters in Parkinson's disease

圖3 尾狀核頭及丘腦擴散張量成像參數與H-Y分級和UPDRS III評分相關性Fig.3 The correlations of diffusion tensor imaging parameters of caudate head and thalamus with H-Y grading and UPDRS III score H-Y:Hoehn-Yahr grade,UPDRS III:Unified Parkinson's disease rating scale;FA:各項異性分數,MD:平均擴散系數.

表3 擴散張量成像參數與病程及臨床量表的相關性Tab.3 Correlation of diffusion tensor imaging parameters with course of disease and clinical scale

對兩組神經核團DTI參數比較分析發現黑質、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核的FA值在PD組均低于對照組，可見PD患者的腦深部核團微結構廣泛損傷，該結果與既往對PD患者腦深部核團的研究基本相符［6,10,21］。不一致的是，在滕佳岐等［6］研究中丘腦及蒼白球FA值在PD組中未見明確異常減低，在李燕等［21］研究中PD患者黑質FA值未見明顯異常。分析其原因為，不同研究中所選取的PD患者人群不同，不可避免的存在患者病情嚴重程度不一致，換而言之，深部核團微結構損傷程度則不盡相同，因此出現了不同研究中部分核團的FA值結果不一致的現象。另外，PD患者相對于對照組而言，MD值除了在尾狀核頭升高，其余核團未見統計學差異，該結果與既往研究［6］結果相符。該結果表明，在本組研究對象中神經核團的神經元丟失壞死、神經髓鞘受損，引起了微結構破壞，從而各項異性指標發生了改變，然而神經元壞死的同時存在神經膠質細胞的增生［12］，MD值作為反映整體各方向擴散平均水平的指標，得到了一定程度的中和，因此本研究中PD患者多數腦深部神經核團MD值未能表現出與對照組的統計學差異。

進一步采用ROC曲線對存在組間差異的參數診斷效能進行分析，發現單獨應用各參數診斷PD，雖然黑質FA值、尾狀核頭FA和MD值均能獲得較高的診斷敏感度（90%以上），然而特異性均非常低（60%以下）。丘腦、蒼白球和殼核FA值的診斷敏感度和特異性均不高。單獨某一核團FA或MD值診斷效能不高的結論與既往研究相符［3,7,21］。本研究進一步對各參數單獨應用的AUC進行統計學分析發現差異均無統計學意義。然而，各參數聯合應用則明顯提高了對PD的診斷效能，診斷敏感度高達100.0%，特異性高達92.6%，其AUC明顯高于任何一個參數的單獨應用，該結果在既往研究中未見涉及。究其原因可能因為PD癥狀是多個核團間相互作用的結果，借助任何一個單獨神經核團的微結構改變診斷PD均不能達到綜合考慮各個核團而達到的診斷效能。

H-Y分級在一定程度上代表了PD患者病情的整體嚴重程度，UPDRS III評分是對PD患者運動功能癥狀的量化。研究進一步分析神經核團DTI參數與PD患者臨床指標之間的相關性發現，僅尾狀核頭MD 值與UPDRS III評分存在正相關，丘腦FA值與H-Y分級和UPDRS III評分存在負相關，余神經核團的DTI參數與PD患者臨床指標均未見明顯相關。雖然有文獻報道殼核FA值與H-Y分級和UPDRS III評分呈正相關［10］，但本研究僅表明尾狀核頭MD值和丘腦FA值與PD患者癥狀的嚴重程度相關，且癥狀越嚴重，尾狀核頭MD值越高，丘腦FA值越低。該結果在前人研究中未見報道，但符合神經核團的病理改變參與導致PD患者癥狀出現的研究理論，表明尾狀核頭和丘腦的微結構損傷越明顯，則PD患者病情和癥狀越嚴重。

本研究的局限性在于：本研究搜集病例數較少，研究人員將持續入組病例，以期在后續分析中得到更可靠的結論；本研究中中腦及基底節神經核團的ROI采用手動勾畫，不可避免的存在一定的誤差，但本研究已采用根據核團所在位置，沿神經核團的邊緣勾畫的方式，并采用2位影像科醫師分別分析取均值的方式以期能盡可能的減小誤差。

綜上所述，中腦、基底節神經核團DTI參數有助于PD的診斷及病情嚴重程度的評估，聯合應用多個核團DTI參數具有較好的診斷效能。