磁共振扩散张量成像对阿尔茨海默病脑白质损害的研究

磁共振扩散张量成像对阿尔茨海默病脑白质损害的研究

阿尔茨海默病（ad）是一种以内存激活功能减退为主要临床特征的中枢神经系统退行性疾病，主要表现为记忆力减退。以往对AD的研究主要集中在灰质的病理及代谢功能改变。病理学研究发现,白质病变在AD的发病过程中也有很重要的作用。我们用磁共振扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)技术观测AD患者脑白质结构的病变情况并分析其与临床认知功能改变的相关性。数据和方法1.诊断及排除标准随机选取2004年4月至2005年7月在广东省南海福利中心住院的轻至中度AD患者16例,其中男6例,女10例;年龄60~80岁,平均年龄(65.2±8.6)岁,病程2~5年,符合美国神经病学、语言障碍及卒中-阿尔茨海默病和相关疾病学会(NINCDS-ADRDA)的诊断标准。所有患者均由两位神经内科医师做出诊断。简易精神状态量表[MMSE,(13.0±4.5)分;8~22分]及日常活动量表[ADL,(30.6±3.4)分;25~34分]评价患者认知行为功能状态,Loeb改良缺血量表评分均小于4分。受教育程度:文盲4例,小学4例,中学以上学历8例。选取中山大学附属第三医院体检者12名为健康对照组,其中男性5名,女性7名;平均年龄(64.4±9.2)岁。MMSE评分均在28分以上,无痴呆家族史,受教育年限与AD患者相当。所有研究对象均为右利手,均排除高血压、糖尿病、精神病史、酒精或药物滥用、肿瘤及自身免疫性疾病等。在T1液体衰减反转恢复序列(T1-fluidattenuatedinversionrecovery,T1-FLAIR)和T2-FLAIR序列检查中出现直径大于5mm的高信号灶或直径小于5mm但数量超过4个者被排除在研究对象之外。2.dti编码回波基本原理及设计所有受试对象均使用1.5T磁共振成像仪(GESIGNAEXCITEⅡ)进行颅脑扫描,选择头部线圈。行DTI扫描之前,所有对象均行T1-FLAIR和T2-FLAIR序列检查,扫描参数:T1-FLAIR:TR2000ms,TE10.9ms,TI750ms,FOV240mm×240mm,矩阵320×256,层厚5mm,层距1mm。T2-FLAIR:TR8800ms,TE120ms,TI2200ms,矩阵320×192,FOV240mm×240mm,层厚5mm,层距1mm。DTI(25个扩散编码方向)用自旋回波EPI脉冲序列,行轴位及冠状位扫描,TR8000ms,TE79.3ms,矩阵128×128,FOV240mm×240mm,层厚5mm,层距0,b1=0,b2=1000s/mm2。扫描结束后,将原始数据传输至工作站,用Functool2软件进行后处理,重建部分各向异性分数(fractionalanisotropy,FA)和平均弥散度(meandiffusivity,MD)图,分别测定胼胝体膝部和压部、内囊前肢和后肢、额颞顶枕叶白质的FA和MD值,作为评价脑白质各向异性及水分子扩散程度的指标。感兴趣区的选择:内囊前肢及后肢取内囊、额叶取额中回、顶叶取角回、颞叶取颞干,各取3个层面;枕叶取枕极,取2个层面;胼胝体膝部在视交叉层面、胼胝体压部在下丘层面选取,各取1个层面(图1)。各层面及左右对称的结构均取其平均值,感兴趣区大小为20~40mm2。放置感兴趣区时,避开灰质结构和脑脊液。3.ad组和对照组脑白质认知功能状态的比较采用SPSS11.0软件统计处理。用独立样本t检验对AD组和对照组脑白质的FA和MD值进行比较,用Pearson相关分析评价各部位的FA和MD值与认知功能状态的相关关系。结果1.叶、哌叶白质的fa值与对照组相比,AD患者胼胝体压部、额叶、顶叶、颞叶白质的FA值显著降低,差异有统计学意义(P<0.05),而枕叶、内囊前后肢、胼胝体膝部则无明显变化(P>0.05,表1)。2.脑白质的mdd与对照组相比,AD患者胼胝体压部、顶叶白质的MD值显著升高,差异有统计学意义(P<0.05),而其余脑白质区域的MD值则无明显变化(P>0.05,表2)。3.内囊前下肢巩固评分与mmse评分的关系对AD患者各脑白质区FA、MD值与MMSE评分的相关关系分析发现,胼胝体压部、额叶、颞叶、顶叶白质的FA值与临床认知功能评分呈正相关关系(r分别为0.809、0.721、0.711、0.700,P值均<0.05),而内囊前后肢、枕叶、胼胝体膝部的FA值与MMSE评分无相关关系;胼胝体压部及顶叶白质的MD值与MMSE评分呈负相关(r分别为-0.867、-0.808,P值均<0.01),而胼胝体膝部、内囊前后肢、额叶白质、颞叶白质、枕叶白质的MD值与MMSE评分无相关关系。ad患者脑内白质的扩散加权md在生物体组织结构中,局部水分子的扩散受多种因素的限制,单位体积内不同方向上分子的扩散程度各不相同,这种现象称为各向异性。水分子的各向异性与其所在介质的特定物理学排列特点或限制分子运动的障碍物的存在有关,获得了单位体积内的各向异性信息,即可获得生物体的细微解剖结构及功能改变。在中枢神经系统中,细胞结构(如细胞膜、轴突、神经丝、微管),细胞器,髓鞘等与水分子相互作用从而改变其运动特性。虽然传统磁共振可以显示AD患者大脑皮质以及海马等的萎缩,但也存在操作复杂、特异性不强的缺点,且不能显示白质纤维束微细结构和各向异性的受损。而DTI可以通过测量组织内水分子扩散的程度和方向从而显示脑白质纤维束并可定量测定其损害程度。FA是反映组织各向异性最敏感的指标,主要受神经纤维的直径、密度和髓鞘化程度的影响,可反映神经纤维的完整性及损伤情况,FA值越高,说明组织的各向异性越强,组织结构的排列越规则紧密。MD=Trace(D)/3,即扩散加权成像的ADC值,代表扩散椭圆体的大小,即与扩散方向无关的扩散程度,并不反映组织的各向异性,其数值不受组织T1、T2时间的影响,只表现出组织内水分子扩散特性。MD值越大,组织内自由水含量越多,说明扩散程度越高。我们采用DTI定量测定不同白质区域的FA和MD值,发现AD患者胼胝体压部、额叶、顶叶、颞叶白质的FA值显著下降,而内囊前后肢、枕叶、胼胝体膝部则相对不受影响,胼胝体压部、顶叶白质的MD值明显升高,表现为白质结构的选择性损害。Rose等及Choi等也发现,胼胝体压部、上纵束、扣带回FA值明显降低。这种选择性损害很可能与AD病理特征的分布特点以及脑内白质纤维的相互联系有关。神经原纤维缠结(NFT)主要分布于内嗅皮质的2和4层及联合皮质的2、3和5层,主要受影响的是大的谷氨酸能投射神经元,老年斑主要分布于皮质联合区,且主要位于含有承担传入传出功能的锥体细胞的皮质内。胼胝体压部的纤维主要联系颞叶及顶叶。顶叶联合皮质则是高级认知功能的重要结构,可接受颞上回、额叶皮质和扣带回等部位的投射纤维,同时也可发出纤维到前额叶、颞叶皮质和扣带回等部位。相反内囊前后肢、枕叶白质及胼胝体膝部的FA值无明显改变,这可能与AD全脑认知功能下降,但运动障碍及视觉障碍少见有关。虽然年龄及脑缺血等因素可以影响FA及MD值的大小,但本研究所有患者Loeb改良缺血量表评分均小于4分,在T2-FLAIR序列上只有轻度改变,且两组对象年龄之间无显著差异。因此,本研究发现的FA值降低而MD值升高,反映了脑白质中限制水分子扩散的结构,如髓鞘、轴突受到损伤以及神经纤维的减少等,而这种白质结构的损害可能是继发于AD相关病理改变所致的神经纤维变性(华勒变性)或轴突的丢失,反映了AD患者的皮质-皮质及皮质-皮质下联系的损害。这与以往的研究结果相似,即AD患者脑内白质出现脱髓鞘、神经轴索丢失、少突胶质细胞减少及脂质成分的丢失等病理变化,且白质病理改变独立于脑缺血病变而与淀粉样蛋白沉积、老年斑形成有关。进一步分析发现,额、颞、顶叶及胼胝体压部的FA值与MMSE评分呈正相关,而只有胼胝体压部及顶叶的MD值与MMSE呈负相关,提示FA值可表示AD患者脑白质微结构的损害,反映了认知功能障碍的严重程度,较MD值更好地反映AD患者脑白质结构的