磁共振成像在阿爾茨海默病診斷中的研究進展

巴成慧 王鑫雨 高文鑫 姜興岳 許 昌

濱州醫學院附屬醫院放射科 山東 濱州 256603

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種起病隱匿的進行性發展的神經系統退行性疾病，是最常見的老年期癡呆，對于AD的患病率，國內外研究均表明隨著年齡的增長患病率會增加[1-2]。早期癥狀主要表現為短期記憶障礙，隨后癥狀逐漸加重，表現為認知功能下降、行為障礙和一系列神經癥狀等[3]。AD的神經病理學特征包括神經原纖維纏結和淀粉樣蛋白神經性斑塊的形成[4]。目前尚缺乏改變AD病理和病程的治療方法，且隨著疾病的進展，治療更加困難，因此需要對疾病進行早期診斷、早期治療。近年來，隨著影像學技術的不斷發展，為AD的早期診斷提供重要的影像學依據，現分別從結構性磁共振成像(structural magnetic resonance imaging，sMRI)、彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)及動脈自旋標記磁共振成像(arterial spin labeling magnetic resonance imaging，ASL-MRI)四個方面簡述MRI技術在AD早期診斷中的應用研究。

1 結構性磁共振(sMRI)

AD的大體病理主要是大腦萎縮，患者的腦溝、裂增寬加深，幕上腦室系統擴張。sMRI可顯示腦萎縮和其他靜態組織異常，基于MRI的腦萎縮評估被認為是一種有效的方法來分期疾病和評估AD的進展[5]。目前，最常用的研究方法為形態計量學研究，基于體素的形態測量法(VBM)易于應用于臨床常規操作，執行時間短[6]。Matsuda等[7]使用VBM證實了AD的萎縮進展與Braak階段相對應：階段I和階段II涉及位于內嗅皮層外側邊緣的跨內嗅區，并在內嗅皮層和顳新皮層之間起調節作用。內嗅區位于海馬和跨內嗅區之間，分布于周圍回和海馬旁回的前部。大腦的變化仍然低于與臨床癥狀相關的閾值。III期和IV期表現為內嗅區和經嗅區嚴重受累，同時海馬區有輕度改變，而新皮質區幾乎沒有改變。在這一階段，許多人臨床評估都注意到認知功能的損害。階段V和階段VI表現為新皮層聯合區域的參與。這些階段與傳統的AD的臨床診斷的神經病理學診斷標準相一致。VBM方法的重要性在于它不偏向于某一特定結構，可全面評估整個大腦的解剖差異。

也有學者將網絡理論研究應用到AD 的診斷研究中[8]。因為tau蛋白病理在整個大腦中以一種典型的方式發展，這表明連接性屬性也可能在疾病過程中有序地改變，并可能具有診斷和預后的作用。人腦可以被建模為一個復雜的網絡，在解剖學和功能連接性層面上都可能具有一個小世界結構。這種小世界結構能夠通過本地處理和全局交互之間的最佳平衡，以最小的連接成本促進高效的信息傳輸。根據邊緣的數量和分布，可以計算出各種度量來描述全局和局部的連通性。通過研究基于皮質厚度測量的相關網絡的拓撲特性[9]，AD患者的皮質網絡結構中出現了小世界結構的改變，表現為外側顳頂葉區淋巴結中心性減弱，單峰枕葉皮質和旁邊緣區淋巴結中心性增強。結果表明，網絡理論測量有監測疾病進展的潛力，這是重要的研究進展。

2 彌散張量成像(DTI)

據研究表明，AD的白質異常存在于整個白質(WM)區域，而與內側顳葉有直接連接的邊緣纖維，多次被報道為脆弱的WM結構[10-11]。病理研究也揭示了AD中各種類型的白質改變，如髓磷脂和少突膠質細胞的改變、軸突變性和血管病變[12-14]。因此，白質似乎是AD的早期診斷和疾病監測的良好靶點。

磁共振彌散張量成像是彌散加權成像(diffusion weighted imaging, DWI)的發展和深化，可以有效地觀察和跟蹤白質纖維束。在神經纖維束等排列固定的組織結構中，水分子在各個方向的彌散是不同的。當彌散方向與神經纖維束的方向平行時，彌散比較容易；相反，如果與神經纖維束的方向垂直，則很難擴散。這種與方向有關的彌散稱為彌散各向異性[15]。分析各向異性有很多參數，包括各向異性分數或稱部分各向異性(fractional anisotropy, FA)、各向異性指數和相對各向異性；其中，FA圖像由于腦白質纖維結構最清晰、灰質分界清楚而得到廣泛應用。在普通黑白FA圖中，白質是一個高信號，它可以識別出白質光束的主要運動，也可以形成二維彩色FA圖，顏色強度代表各向異性的程度，紅色代表左右運動，綠色代表前后運動，藍色代表上下運動。

Medina等[10]通過DTI成像對AD的白質變化進行了研究，其檢測了阿爾茨海默病(AD)患者和具有更大AD風險的遺忘型輕度認知障礙(MCI)患者的WM變化。計算了14名可能為輕度AD的患者、14名MCI參與者和21名老年健康對照者(NC) WM完整性的DTI指數(FA)。結果表明，與健康對照者比較AD患者在上縱束、額葉周圍回下的弓狀纖維、后扣帶束、丘腦上后支、葉下核外白質和中央旁小葉下等區域的FA顯著降低。由此可見，DTI成像可以通過對白質的檢測應用于早期AD診斷。DTI技術對運動比較敏感性，這可能導致偽影的產生，較長的掃描時間會增加產生的概率。

3 磁共振波譜(MRS)

質子MRS是一種有價值的新型無創體內工具，可以評估和評價腦區生物化學代謝物的變化。1H-MR光譜可檢測到各種代謝物，包括總肌酸、總N-乙酰天冬門氨酸、三甲胺以及肌醇、谷氨酰胺和谷氨酸的信號。其中，NAA是由乙酰輔酶A和天冬氨酸在神經元線粒體中合成的一種氨基酸，主要見于中樞神經系統的神經元、軸突和樹突，在許多神經和精神疾病中，它可以作為神經正常的一個重要標記物。Schott等[16]通過對AD患者和正常人進行比較分析發現AD患者的NAA/Cr的降低出現在后扣帶回、顳葉內側、枕葉、頂葉和額葉。在頂葉、枕葉、顳葉、額頂葉和海馬區NAA的“絕對”濃度也降低。此結果與在死后進行的體外研究一致。Wang等[17]對38項此類研究進行了meta分析，最終結果顯示AD患者的后扣帶回和雙側海馬的NAA顯著降低。因此，臨床上我們可以通過對這些區域進行波譜成像檢測NAA峰的變化來幫助診斷AD。

4 動脈自旋標記磁共振成像(ASL-MRI)

ASL-MRI是一種比較新的測量腦灌注的技術，它以磁標記的血液作內源性示蹤劑，從而提供了一種非侵入性的成像方法來評估血流情況[18]。ASL最常見的用途是腦灌注成像，即在血液通過頸動脈和椎動脈進入大腦之前對其進行標記。經過一個短暫的延遲，一組“標記”的大腦圖像被獲得，其中血液-水磁化反轉。接下來，獲得與第一組相同的第二組“控制”圖像，其中血液-水磁化不反轉。用控制像減去標記像及得到顱腦灌注圖像。一般來說，ASL減影圖像已顯示出與灌注率大致呈正比，并具有特定技術的適當比例因子[19]。

Sreketee等[20]通過ASL-MRI對早老性癡呆和額顳葉癡呆(FTD)進行研究，結果顯示AD和FTD患者在后扣帶回皮層灌注不足，與老年對照組相比，FTD患者的前扣帶皮層灌注不足，而AD患者的前扣帶皮層灌注不足更為普遍，表示ASL-MRI 有助于AD和FTD的診斷及鑒別。

Tosun等[21]將ASL-MRI及FDG-PET兩種檢查方法對AD的診斷價值進行研究比較，結果顯示腦血流(CBF)和正常人全腦葡萄糖代謝率(CMRGlu)在診斷的敏感性及特異性方面尚無統計學上的差異，說明ASL-MRI在AD上的診斷與FDG-PET有相似的診斷價值，為發展ASL-MRI作為神經退行性癡呆的診斷工具提供了有力的依據。

De Vis等[22]研究CBF在基線時與隨訪時認知的關系發現：無創ASL成像可以預測4年后測量的一般認知能力；在所有腦葉中，額葉CBF對未來認知的預測最為敏感，尤其是在情景認知領域；CBF在預測認知方面老年人比年輕人更為敏感。

5 結語

隨著人口老齡化，老年癡呆癥的社會問題和潛在影響將增加。目前，臨床診斷標準僅限于中晚期AD，尚缺乏早期診斷的證據。隨著磁共振成像技術的不斷發展和完善，對AD早期診斷和病因、病理學的研究變得越來越重要，特別是結構成像與功能成像相結合后，能更有效地分析大腦的宏觀和微觀變化，找出結構與功能變化的關系，成為AD早期診斷不可缺少的有效方法。