肝豆狀核變性磁共振神經突起方向離散度和密度成像與臨床癥狀相關性☆

肖霞 周香雪 初建平 李欣蓓

肝豆狀核變性 （Wilson disease，WD）是由ATP7B基因突變導致的一種常染色體隱性遺傳病，主要表現為肝臟癥狀和神經癥狀[1-2]。根據我們對WD患者的治療發現，腦型患者對排銅藥物青霉胺或者二巰丙磺鈉的反應是不一樣的，如青霉胺會使有些腦型患者病情加重。所以我們根據患者改良Young量表[6]又將腦型WD分為4種類型：運動障礙型、帕金森癥狀型、口-下頜肌張力障礙型和精神障礙型[3]。既往研究發現影像學在WD患者確診、監測治療效果等方面發揮重要作用，如DTI、DKI、SWI和 rs-fMRI等，而 NODDI是一種新型的影像學方法[4]，對大腦組織微結構變化敏感，可以提供直觀的微觀結構指標[5]。本文研究目的在于探討WD患者大腦特定核團NODDI參數的變化情況，是否可以在體外反應WD患者大腦核團的損傷程度，并比較NODDI參數的變化與臨床癥狀的相關性。

1 對象與方法

1.1 研究對象收集3年內就診于我院經基因、臨床和實驗室檢查確診并定期排銅的24例腦型肝豆狀核變性患者，主要臨床診斷標準為：銅藍蛋白＜0.2 g/L， 24 h尿銅＞100 μg， 角膜 K-F 環陽性，有陽性家族史。男14例，女10例，年齡13～37歲，平均24歲，入院后詳細詢問病史，首發癥狀，病程等，并使用改良Young量表對患者各項參數進行評分，每例患者均有2位高年資神經科?？漆t生打分，結果取平均值，該量表主要包括語言、咽喉肌張力、肢體肌張力、步態、共濟失調、震顫、舞蹈樣運動、高級神經功能等8個項目。結合患者改良Young量表，將24例WD患者分為4型，根據震顫和舞蹈樣動作的評分將患者分為1型（運動障礙型），根據患者肌張力和步態評分將患者分為2型（帕金森癥狀型），根據患者語言和吞咽功能評分將患者分為3型（口-下頜肌張力障礙型），根據患者精神和智能評分將患者分為4型（精神障礙型）[6]。選取與WD患者年齡，性別，受教育程度相匹配的正常對照，所有受試者均為漢族，右利手，無MR檢查禁忌證。排除既往有精神疾病，藥物濫用和顱腦外傷史，排除顱內存在病變者，如腦出血、腦梗死、動脈瘤、動靜脈畸形等。本研究經中山大學附屬第一醫院倫理審查委員會批準，在實驗前所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法采用Siemens Magnetom Trio 3.0 T MR掃描儀，12通道頭部線圈。NODDI掃描采用SE-EPI序列，TR 5500 ms，TE 83.6 ms，FOV 220 mm×220 mm，矩陣 110×110，層厚 4 mm，層間距0， b值為0、1000、2000 s/mm2，擴散敏感梯度場方向為30個，掃描時間6 min 3 s。掃描后在三維視圖（軸位、矢狀位和冠狀位）中檢查所有數據，排除存在嚴重偽像（如幾何失真、信號丟失、頭動較大等）的數據。

1.3 圖像后處理①將原始Dicom數據轉化成nifti格式，以FSL軟件對圖像進行渦流校正，并去掉圖像中頭皮、顱骨等非腦組織結構，以提高配準的準確性。②在Matlab平臺上，對渦流校正后的數據采用Matlab NODDI工具包（http://www.nitrc.org/projects/noddi_toolbox）解算出NODDI參數圖，包括神經突內體積分數（Vic）神經突方向離散度（ODI）和腦脊液體積分數（Viso）。③采用 SPM8-fMRI軟件在蒙特利爾神經研究所 （Montreal Neurological Institute，MNI）空間中進行基于體素的非線性配準，并從AAL模板中提取8個核團的ROI，包括雙側尾狀核、蒼白球、殼核和丘腦的所有體素（圖1），通過REST軟件提取出每個ROI中所有體素的平均值，并計算雙側核團的均值。

2 結果

2.1 一般資料WD組與正常對照組的性別 （t=1.882，P=0.066）和年齡（t=-1.001，P=0.322）的差異均沒有統計學意義。

2.2 各核團參數比較WD組雙側尾狀核、殼核、基底節、蒼白球的Vic、ODI值均小于正常對照組，而相應的Viso值大于正常對照組（均P＜0.05）；雙側丘腦 Vic值降低，Viso值增加（均 P＜0.05），見表 1。

表1 NODDI相關參數比較

2.3 WD組各核團NODDI參數與改良Young量表評分相關性WD組語言、咽喉肌張力、步態、共濟運動評分和影像學無相關性，肢體肌張力嚴重程度和左側蒼白球Vic值負相關（r=-0.425，P=0.038），震顫嚴重程度與左側蒼白球（r=-0.437，P=0.033）、左側殼核（r=-0.541，P=0.006）、左右側丘腦（r=-0.556，P=0.005；r=-0.493，P=0.014） 的 Vic 值呈負相關，舞蹈樣癥狀和左側尾狀核（r=-0.461，P=0.024）、左側殼核（r=-0.489，P=0.015）Vic 值呈負相關，高級神經功能評分和左側蒼白球（r=-0.562，P=0.004）、殼核（r=-0.570，P=0.004）、右側蒼白 球 （r=-0.679，P＜0.001）、右側丘腦（r=-0.490，P=0.015）的 Vic，左側蒼白球ODI值（r=-0.440，P=0.031）呈負相關，見表2。

表2 肝豆狀核變性患者改良YOUNG量表各參數評分

2.4 各型WD的NODDI參數比較根據改良Young量表和 WD患者分型標準，口-下頜肌張力障礙型9例，運動障礙型3例和帕金森癥狀型12例，三種類型WD患者各核團NODDI參數（Vic、ODI、Viso）相比無統計學差異（均 P＞0.05）。

2.5 NODDI各參數診斷WD的診斷效能繪制各個核團（尾狀核、殼核、蒼白球、丘腦）NODDI參數（Vic、ODI、Viso）ROC 曲線 （雙側丘腦 ODI值因為沒有統計學意義，不加入此次分析），用于分析這些指標對WD診斷的準確性、敏感度和特異度，并得到最佳截點（見表3）。從圖1可以看出，右側殼核Vic值具有最佳診斷效能，ROC曲線下面積為0.915，靈敏度為0.960，特異度為0.750，最佳截點為0.499。左側尾狀核ODI值具有最佳診斷效能，ROC曲線下面積為0.890，靈敏度為0.800，特異度為0.917，最佳截點為0.395。右側尾狀核Viso值具有最佳診斷效能，ROC曲線下面積為0.895，靈敏度為0.750，特異度為0.960，最佳截點為0.264。

表3 各個核團NODDI參數診斷WD的靈敏度、特異度

圖1 各個核團NODDI參數的ROC曲線圖

3 討論

肝豆狀核變性的神經癥狀是由于金屬離子在腦內聚集導致神經細胞損傷引起的，可能與銅離子過量沉積引起的神經元細胞肥大，細胞水腫，脫髓鞘和囊性變化有關[7]。最常見的病變部位是殼核[8]（45%～85%），其次是尾狀核（30%～60%）、丘腦（30%～60%）、 腦橋 （10%～80%） 和中腦 （20%～70%）[9]。病變部位多樣性造成患者臨床癥狀多種多樣，既往有較多的影像學研究，目的是為了尋找臨床癥狀與影像學的相關性。

神經突取向彌散和密度成像（NODDI），用于估計體內樹突和軸突的微觀結構復雜性，Vic反映神經突的密度，ODI反映神經突方向的離散程度。在白質中，ODI量化軸突的彎曲和分叉度，這對大腦連接成像有作用。在灰質中，ODI量化樹突蔓延的情況，可以直接反應灰質的復雜性。Viso為腦脊液體積分數，反映水分子的自由擴散運動[10]。既往較多用于WD患者的影像學方法如DTI，其參數FA值，只能大致間接預測白質中神經纖維密度和髓鞘化程度，但具體是軸突密度變化還是方向離散度的變化是無法確定的，而明確其中病因確是研究灰白質微觀結構的根本。而NODDI中參數能探測出FA變化的具體原因。由于該方法對于研究腦白質和腦灰質的微結構更具有敏感性，近年在中樞神經系統影像學檢查技術應用中，NODDI已得到廣泛應用。

在本次研究中，與正常對照組相比，WD組雙側尾狀核、殼核、丘腦、蒼白球處Vic值降低可能提示該部位存在神經突密度降低和神經元減少，ODI值降低可能是由于在灰質核團中存在海綿狀變性和神經元壞死液化引起復雜性降低，而VISO升高可能是由于神經元軸突脫髓鞘引起水分子在垂直于軸突方向運動性增加導致[11-12]；這些值共同反應了WD患者大腦核團存在神經元細胞的損傷、細胞的脫髓鞘和液化壞死。此次研究提供了一種更直觀的能在影像學上觀察WD患者灰質核團微觀結構的方法，后期可以通過觀察NODDI參數的變化了解WD患者神經細胞損傷程度，從而預測疾病的進展和觀察WD患者排銅治療的效果。

對WD患者的NODDI參數與臨床癥狀評分進行相關性分析結果說明蒼白球損傷程度可能與肌張力嚴重程度有關，蒼白球、殼核、丘腦損傷程度可能與震顫嚴重程度有關，尾狀核、殼核損傷程度可能與舞蹈樣癥狀嚴重程度有關，蒼白球、殼核、丘腦損傷程度則可能與高級神經嚴重程度有關，可以通過NODDI核團變化的程度來了解患者大腦核團神經細胞損傷程度，后期可以通過對比排銅治療后的NODDI參數變化，了解患者排銅治療的效果，從而預判WD患者臨床癥狀的進展情況。

通過結合患者的臨床癥狀與改良Young量表，把患者分為4型后，通過分別比較4型患者各個核團的NODDI參數后發現，比較是沒有統計學意義的，我們分析可能是具體分型后患者例數較少有關，后期將增加樣本量進行比較。

ROC曲線結果證明，殼核Vic和尾狀核ODI、Viso值分別具有一個最佳診斷效能，對后期觀察WD患者神經元的減少和神經突密度的降低情況具有良好的靈敏度和特異度。

本次研究中，通過收集WD患者影像學數據（NODDI）和臨床數據（改良 YOUNG量表評分），并對兩項評分進行相關性分析，得到統計結果與先前研究與文獻報告一致。但是我們使用的NODDI方法能在體外實現定量量化不同WD臨床癥狀患者大腦內特定核團損傷的嚴重程度和損傷的具體原因，方法較新穎，改良Young量表信度和效度較其他量表高，主要針對腦型WD患者，將每一種表現類型具體分類并評分，適合中國腦型WD患者的特點。但是本次研究樣本量較少，選取核團較少，后續將增大樣本量、增加核團和其他白質位置的研究。同時會增加比對長期排銅治療前后WD患者腦內核團的NODDI數值的差異，分析不同類型WD患者排銅治療的效果。

綜上所述，WD患者與正常對照組相比，NODDI各項參數在以上核團均存在改變，同時，核團在NODDI參數的改變的大小與臨床表現輕重有關系。