合成MRI 聯合3D-ASL 在阿爾茲海默病診斷中的價值

童玉潔，翟冬枝，李真真，劉 華

（鄭州大學第二附屬醫院醫學影像科，河南 鄭州 450000）

據統計，目前全世界大約有4400 萬人患有癡呆，預計這一數字將在2050 年增加兩倍以上[1]。而阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）被認為是癡呆最常見的原因之一，它是一種神經退行性病變，主要發生在大腦灰質區域的β-淀粉樣蛋白在細胞外沉積形成的老年斑（SP）和tau-蛋白在神經細胞內過度磷酸化形成的神經原纖維纏結（NFT）[2]。該病早期癥狀無明顯特異性，雖然腦脊液（CSF）檢查和正電子發射斷層掃描（PET）已被提議作為AD 早期檢測的方法[3]，但這些檢測方法檢測成本高，具有輻射性和侵入性。近年來隨著MRI 的發展，合成磁共振成像技術（synthetic magnetic resonance imaging，SynMRI）為AD 的診斷提供了新的思路。合成MRI可以通過一次掃描可獲得5 種定量弛豫圖，包括T1、T2、縱向弛豫率（R1）、橫向弛豫率（R2）和PD，以及8 種對比加權圖，包括質子密度加權圖像（PDWI）、短時反轉恢復圖像（STIR）[4]等。這些定量值可以對全腦進行后處理分析[5]。合成MRI 技術通過虛擬地設置TI、TR 和TE，基于這些數值可以創建新的對比加權圖像[6]。三維動脈自旋標記成像（three dimensioned arterial spin labelling，3D-ASL）是一種無需注射對比劑，利用對流入動脈的血液進行磁化標記的原理，迅速測得全腦血流量的變化[7]。本研究著重于研究合成MRI 聯合3D-ASL 在AD中雙側海馬的定量值與健康志愿者之間的差別，旨在判斷兩種技術聯合使用能否會對AD 進行早期診斷。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2022 年1 月-6 月于鄭州大學第二附屬醫院就診，最終經臨床診斷為AD 患者24 例設為AD 組，AD 組納入標準：①經過臨床診斷確診為AD，采用的診斷標準是阿爾茨海默病學會（Alzheimer’s Association，AA）和美國國家衰老研究所（National Institute of Aging，NIA）關于阿爾茲海默病診斷指南（NIA-AA 診斷標準）2011 年更新版本；②年齡60～90 歲；③不存在其他影響評分的顱腦疾病及手術史；④磁共振圖像質量良好、清晰；⑤有完整的臨床資料。AD 組排除標準：①患有顱腦腫瘤如轉移瘤、膠質瘤等其他中樞神經系統疾病的AD 患者；②存在急性多發或大面積腦梗者；③言語表達、理解能力嚴重受損（非重度癡呆所致）、有嚴重視聽障礙或者其他原因不能配合者。按年齡、性別、教育程度等一般信息納入健康志愿者26 例，HC 組納入標準：①經臨床診斷無認知功能障礙者；②無藥物、酒精依賴史；③近期無急性大面積腦梗或腦出血病史；④無頭部外傷及精神疾病史，年齡60～90 歲；⑤無磁共振掃描禁忌證。AD 組男11 例，女13 例；年齡（77.51±11.12）歲。HD 組男13 例，女13 例；年齡（76.20±8.42）歲。所有參與者均自愿簽署知情同意書，該研究得到鄭州大學第二附屬醫院倫理委員會批準，倫理批件號：2022078。

1.2 掃描參數 所有受試者均使用美國GE 3.0T 磁共振掃描儀（GE，SIGNA Pioneer）和32 通道頭部接收器陣列線圈上進行MRI 檢查。受試者取仰臥位，盡量保持安靜休息狀態，掃描的序列包括常規軸位T1WI、T2WI、MAGiC（magnetic resonance imaging compilation）序列和3D-ASL 序列掃描。詳細掃描參數如下：①常規序列：FOV=240 mm×240 mm，矩陣=256×256，層厚=5.0 mm；②MAGiC 序列：FOV=240 mm×240 mm，矩陣=256×256，層厚=3.0 mm，掃描時間=4 min 28 s；③3D-ASL 序列：FOV=240 mm×240 mm，矩陣=256×256，帶寬層厚=2.0 mm，PLD=2.0 s，掃描時間4 min 15 s。

1.3 圖像后處理與測量 將參與者雙側海馬作為感興趣區ROI，將獲取的MAGiC 圖像和3D-ASL 的圖像分別用3.0T GE（SIGNA Pioneer）磁共振掃描儀的MAGiC v100.1.1 后處理和MRAW47 的ready view后處理軟件進行感興趣區（region of interest，ROI）的勾畫和測量，選取以雙側海馬顯示最佳層面手動勾畫ROI，勾畫ROI 時應盡量避開腦脊液、腦溝及血管。所有感興趣區的勾畫與測量由2 名具備3 年以上工作經驗的神經影像診斷主治醫師來進行，取二者平均值。部分MAGiC 圖像見圖1。

圖1 患者雙側海馬合成磁共振成像

1.4 統計學方法 采用SPSS 25.0 對數據進行統計學分析，經過Shapiro-wilktest 正態性檢驗，本研究所納入的定量值符合正態性分布，故使用（±s）來表示。使用兩獨立樣本t檢驗來比較AD 組與HC組之間T1、T2、PD 以及CBF 值的差異，并采用Pearson 相關分析來評估上述定量參數與AD 患者的MMSE 評分之間的相關性，以P＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 雙側海馬區T1、T2、PD 及CBF 值的比較 與HC組比較，AD 組雙側海馬的T2值升高而CBF 值降低，差異有統計學意義（P＜0.05）；AD 組和HC 組之間的T1及PD 值比較，差異無統計學意義（P＞0.05），見表1。

表1 AD 組及HC 組雙側海馬區T1、T2、PD 及CBF 值的比較（±s）

表1 AD 組及HC 組雙側海馬區T1、T2、PD 及CBF 值的比較（±s）

2.2 AD 患者各定量值與MMSE 評分的關聯性分析AD 組雙側海馬區的T1及T2值隨著MMSE 評分的降低而升高，而CBF 值則是隨著MMSE 評分的升高而升高，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 AD 組定量參數與MMSE 評分的相關性

3 討論

AD 是癡呆癥的主要原因。癡呆癥的特點是認知思考能力和獨立性下降，而海馬在認知和記憶等方面起著至關重要的作用，并且還是神經原纖維纏結（NFT）最早累及的部位[8]，較新興的合成MRI 及3D-ASL 技術可以針對AD 雙側海馬定量測得T1、T2、PD 值及雙側海馬CBF 值，為AD 早期診斷及評價病情嚴重程度提供了機會。

目前研究表明合成MRI 技術已應用于全身各個系統的多種疾病，包括多發性硬化[9]、腦膜炎[10]、腦卒中[11]、膠質母細胞瘤[12]、新生兒腦功能評估[13]、椎間盤退行性變[14]等。該研究利用合成MRI 聯合ASL 技術對AD 雙側海馬進行定量測量時發現，與HC 組相比較，AD 組雙側海馬的T2值呈上升趨勢，推測這可能與AD 患者腦組織的水分含量、鐵負荷和髓鞘丟失有關[15]，這一研究結果與之前的研究結果一致[16，17]。然而Su L 等[18]的研究發現AD 組的T2值較HC 組減低。盡管AD 患者腦組織的含水量、鐵含量及髓鞘的改變等因素可能使T2值降低，但是患者雙側海馬萎縮可能使增加T2值，與既往研究結果相一致[19]。

盡管T1值及T2值被認為與腦組織的含水量和髓鞘密度相關，而PD 值可以提供組織含水量的信息，在一定程度上反映腦組織的損傷[20]，但是在該研究中尚未發現，這與Kelly RJ 等[21]的研究不一致，因此本研究仍需要進一步深層次的研究。

關于腦血流量的變化，在該研究中可以發現AD 組雙側海馬的血流量CBF 值減少，這一研究結果與Soman S 等[22]的研究結果像一致。AD 患者CBF下降和血管因素有著密切關系，當血管受損可引起血管床減少和血腦屏障的破壞,這樣相應腦區的血流灌注就會減少[23，24]。同樣，在一項阿爾茲海默病的3D-ASL 隨訪研究中發現，隨著AD 的進展，雙側海馬組織明顯萎縮，血流量會下降[25]。

在該研究中可以發現AD 雙側海馬的T1值及T2值與MMSE 評分呈負相關，分析原因可能主要是隨著AD 患者病情嚴重程度的進展，海馬體積減小及腔隙的增加而導致部分容積效應，從而使T1值及T2值升高。此外，在AD 進展過程中，隨著MMSE 評分的降低，海馬中的血流量CBF 值減少，這是基于血管壁損傷引起的血液灌注減少；而血管損傷可能導致組織間鐵蛋白滲漏和含鐵血黃素的沉積，游離鐵的增加通過過氧化應激反應進一步損傷血管壁[26]。反之，血管損傷可以降低認知障礙的閾值，加速癡呆的進展，進而導致MMSE 評分進一步下降。

合成MRI 是一種新興成像技術，具有掃描時間短的優勢，而該研究在此基礎之上又結合了3D-ASL技術，為AD 的早期發現及評定病情嚴重程度提供了一種可能。該研究的缺點在于搜集病例人數較少，測量結果可能存在一定得局限性，主要原因有AD患者年齡普遍偏大，掃描時間較長，部分患者無法堅持下來。

綜上所述，基于合成磁共振成像聯合動脈自旋標記技術可以發現AD 患者與健康志愿者之間弛豫值和腦血流量的差異性，并可以對AD 患者的病情嚴重程度進行評判，從而實現早發現，早干預，改善患者生活質量與預后。