蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科

(甘肅 蘭州 730000)

朱道明 郭順林

綜 述

DKI和SWI在阿爾茲海默癥腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

蘭州大學(xué)第一醫(yī)院放射科

(甘肅 蘭州 730000)

朱道明 郭順林

阿爾茲海默癥；DKI；SWI；腦微結(jié)構(gòu)損害

AD是以記憶功能減低和空間定向能力改變?yōu)橹鞯睦夏晷月赃M(jìn)展性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。隨著中國(guó)老年化程度的逐漸加重，AD的發(fā)生率會(huì)逐漸增加。AD主要引起腦實(shí)質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，隨病程進(jìn)展會(huì)逐漸喪失全部認(rèn)知功能。AD患者現(xiàn)在公認(rèn)的發(fā)病機(jī)制是β-淀粉樣蛋白沉積，β-淀粉樣蛋白沉積使神經(jīng)元纖維纏結(jié)和膽堿能神經(jīng)元死亡，從而引發(fā)腦血管淀粉樣變性。磁共振DKI和SWI都是在顯示腦細(xì)微結(jié)構(gòu)上有優(yōu)勢(shì)，DKI能夠精準(zhǔn)顯示腦灰白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變，而SWI則可以精準(zhǔn)顯示腦微出血灶及鐵質(zhì)沉積，因此，這兩種技術(shù)對(duì)AD疾病中的評(píng)價(jià)、診斷、治療和預(yù)后等方面的應(yīng)用有著重要價(jià)值。

1 DKI在AD腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

1.1 DKIDKI是由DTI發(fā)展而來，于2005年由Jenson等[1-2]提出，之后，吳學(xué)奎[3]對(duì)DKI參數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展和完善，現(xiàn)逐漸應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)并得到較好的研究效果。DKI主要通過分析不同方向上水分子非高斯分布情況，較為準(zhǔn)確、真實(shí)的反映組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化。而且，峰度參數(shù)受到的干擾因素較擴(kuò)散參數(shù)小[4]，獲得的信息準(zhǔn)確度更高。

1.2 DKI對(duì)AD患者腦灰白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變的顯示AD患者腦實(shí)質(zhì)因β-淀粉樣蛋白沉積使神經(jīng)元纖維纏結(jié)和膽堿能神經(jīng)元死亡，使細(xì)胞結(jié)構(gòu)從細(xì)胞水平發(fā)生變化，細(xì)胞結(jié)構(gòu)改變必然導(dǎo)致腦組織微結(jié)構(gòu)使得發(fā)生變化，腦組織中水分子受到的約束和限制下降，水分子各方向彌散率發(fā)生改變。

Struyfs H等[5-6]對(duì)AD患者較對(duì)照組的腦組織KA值及KA值均降低。Gong N-J等[7]和郭龍軍等[8]通過顯著增加擴(kuò)散率和減低峰度參數(shù)觀察發(fā)現(xiàn)AD患者較對(duì)照組MK值、AK值均與MMSE評(píng)分呈正相關(guān)，MD值與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。這說明DKI可以通過腦白質(zhì)和灰質(zhì)的特征性微結(jié)構(gòu)改變來評(píng)價(jià)AD患者腦損害情況。另有Bartzokis G等[9]研究表明，AD患者胼胝體受損非常明顯，且胼胝體的膝部和壓部病變發(fā)生機(jī)制不同，壓部是灰質(zhì)神經(jīng)元損害，膝部則是髓鞘損害，并且KA及MK值與MMSE評(píng)分有相關(guān)性。Zhu W-z等[10]研究表明，AD患者的灰質(zhì)核團(tuán)中MK值和KA值均升高，這說明AD患者各向異性彌散差別增大，水分子彌散限制能力下降，通過KA值的變化能夠反應(yīng)出阿爾茲海默患者疾病進(jìn)展情況。

由上述研究我們可以得到，DKI各參數(shù)能夠?qū)Π柶澓Ｄ颊吣X細(xì)微結(jié)構(gòu)改變作較為精準(zhǔn)的反映。在DKI各參數(shù)中，MK值與AD患者腦微結(jié)構(gòu)損害的相關(guān)性最高，對(duì)評(píng)價(jià)腦微結(jié)構(gòu)損害最為準(zhǔn)確，可以推測(cè)MK值將成為評(píng)價(jià)AD腦微結(jié)構(gòu)損害的更加精準(zhǔn)的一個(gè)指標(biāo)，這對(duì)AD早期診斷具有重要的臨床指導(dǎo)意義。

1.3 DKI參數(shù)結(jié)果支持AD與糖尿病有相似性Kandimalla R等[11]和Mittal K等[12]研究表明，AD與糖尿病在分子學(xué)和生化等特性有諸多重疊，且人類研究證據(jù)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯拷Y(jié)果均支持AD是一種糖尿病。Vanhoutte G等[13]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，糖尿鼠腦組織中β-淀粉樣蛋白增多，而β-淀粉樣蛋白在腦組織的沉積是AD的發(fā)病機(jī)制。Wang A等[14]研究表明AD患者的胰島素和胰島素樣生長(zhǎng)因子表達(dá)水平明顯下降，說明AD的胰島素和和胰島素樣生長(zhǎng)因子表達(dá)和信號(hào)機(jī)制受損，因此AD被認(rèn)為是第三類糖尿病。

胼胝體、額葉及扣帶回等區(qū)域的變化會(huì)導(dǎo)致的認(rèn)知功能出現(xiàn)問題，糖尿病患者和AD患者在這些區(qū)域的微結(jié)構(gòu)方面有共同結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。Falangola M F等[15]和Yau PL等[16]對(duì)于糖尿病人的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病人視輻射、輻射冠、額顳葉皮層FA值明顯減低。Hsu等[17]和Reijmer等[18]的研究表明糖尿病患者與正常對(duì)照組腦組織尤其是雙側(cè)大腦半球纖維素MD值升高，額葉白質(zhì)的KA值明顯減低。而關(guān)于AD患者的研究中，Preti等[19]研究發(fā)現(xiàn)，胼胝體、扣帶回、額葉等區(qū)域KA減低。

以這些參數(shù)值的變化說明糖尿病患者和AD患者的類似功能核團(tuán)區(qū)神經(jīng)纖維變得稀疏，出現(xiàn)腦白質(zhì)脫髓鞘改變。AD患者和糖尿病患者在腦組織相應(yīng)區(qū)域和核團(tuán)的有相似影像表現(xiàn)，這也從影像學(xué)角度印證了相關(guān)生化和分子學(xué)上二者具有共同病理基礎(chǔ)。

DKI通過非高斯曲線得到的水分子擴(kuò)散偏離模型能獲取更多信息來描述體內(nèi)擴(kuò)散受限過程。Vanhoutte G等[13]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，DKI獲取更加敏感提供擴(kuò)散和峰度系數(shù)，從而使許多腦白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)變化在DKI參數(shù)值上顯示出來。DKI還可以對(duì)神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量及組織結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行較精確的顯示，對(duì)復(fù)雜腦組織結(jié)構(gòu)和隨病程進(jìn)展腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

2 SWI在AD腦微結(jié)構(gòu)損害中的應(yīng)用研究

2.1 SWISWI原理是采用低通濾波后的復(fù)數(shù)圖像與原始復(fù)數(shù)圖像相除，從而獲得高通濾波的相位圖像，高通濾波能過濾背景場(chǎng)中的低頻成份，進(jìn)而形成SWI圖像。SWI采用流動(dòng)補(bǔ)償三維梯度回波序列采集數(shù)據(jù)[20]，對(duì)順磁性物質(zhì)敏感性高，對(duì)微出血灶及鐵質(zhì)沉積等的檢出率高，并實(shí)現(xiàn)亞毫米級(jí)微小血管顯影。

2.2 SWI對(duì)AD鐵質(zhì)沉積的應(yīng)用研究Takano K等[21]研究表明AD患者腦組織中鐵及鐵蛋白明顯增多。Wee C-Y等[22]研究表明鐵質(zhì)沉積程度與AD患者疾病進(jìn)展有密切關(guān)系。Wang D等[23]通過尸檢表明AD患者的基底節(jié)區(qū)有鐵質(zhì)異常集聚。Parks-Medina E等[24]和Moon Y等[25]的研究表明β-淀粉樣蛋白沉積是導(dǎo)致AD患者鐵質(zhì)沉積的原因。β-淀粉樣蛋白沉積導(dǎo)致氧化應(yīng)激，使得腦組織內(nèi)鐵氧化，而氧化應(yīng)激又會(huì)導(dǎo)致β-淀粉樣蛋白沉積，進(jìn)而加重氧化應(yīng)激，這樣惡性循環(huán)導(dǎo)致鐵質(zhì)在AD患者腦組織中聚集。

腦組織內(nèi)鐵質(zhì)沉積的量可以通過SWI相位圖反映出來，測(cè)量特定區(qū)域校正后的相位圖的相位值可以相應(yīng)反映出該區(qū)域的鐵質(zhì)含量。Liu C等[26]及和Liu H等[27]研究表明AD患者皮質(zhì)下區(qū)、海馬區(qū)、蒼白球、基底節(jié)區(qū)的鐵質(zhì)沉積較正常對(duì)照組多。Wang D等[23,28]所述文獻(xiàn)均表明，雙側(cè)海馬區(qū)、尾狀核、丘腦區(qū)、蒼白球等區(qū)域鐵質(zhì)沉積與MMSE評(píng)分量表有明顯相關(guān)性，且隨著病程進(jìn)展鐵質(zhì)沉積會(huì)越多。Ding B等[29]通過SWI相位圖研究發(fā)現(xiàn)腦部諸區(qū)域中，海馬區(qū)鐵質(zhì)沉積與MMSE評(píng)分量表的相關(guān)性最高。

以上文獻(xiàn)研究結(jié)果說明AD患者主要鐵質(zhì)沉積區(qū)域?yàn)楹ｑR區(qū)、丘腦區(qū)、基底節(jié)區(qū)，并隨著病程進(jìn)展鐵質(zhì)沉積量亦逐漸增加，鐵質(zhì)沉積的量與MMSE評(píng)分量表有很好相關(guān)性，這在臨床上對(duì)疾病診斷有很重要的應(yīng)用價(jià)值。

2.3 SWI對(duì)AD微出血灶的應(yīng)用研究腦微出血灶中的鐵均為順磁性物質(zhì)，能夠產(chǎn)生局部磁場(chǎng)不均勻的磁敏感效應(yīng)，SWI能夠?qū)⑦@種局部磁敏感效應(yīng)捕捉并顯示出來，得到清晰的微出血灶。

SWI能將直徑小于1mm的腦微出血灶在相位圖上顯示。Guo等[30]研究表明SWI對(duì)微出血灶的檢出率較常規(guī)序列要高。Sepehry A A等[31]、劉勁峰等[32]和Buch S等[33]研究表明，SWI腦微出血灶檢出率要優(yōu)于T1WI和T2WI，對(duì)腦實(shí)質(zhì)出血的敏感性和準(zhǔn)確性能接近100%。

Matsushita T等[34]實(shí)驗(yàn)表明SWI所測(cè)病灶體積要大于標(biāo)本所測(cè)值。SWI分辨率很高，增強(qiáng)的相位圖使得失相位表現(xiàn)為低信號(hào)而產(chǎn)生放大現(xiàn)象。因此，SWI對(duì)出血灶顯示病灶比真實(shí)病灶體積大，反映病灶真實(shí)大小不如T2WI，所以微出血灶要多序列綜合合評(píng)價(jià)才能做出準(zhǔn)確診斷。

3 SWI及DKI在AD患者腦微結(jié)構(gòu)損害的相關(guān)性研究

鐵在體內(nèi)能使DNA底物氧化，影響DNA自身修復(fù)而引起DNA損傷[35]。細(xì)胞內(nèi)如果DNA損傷會(huì)帶給細(xì)胞正常的生命活動(dòng)帶來很嚴(yán)重的影響，細(xì)胞的損傷必然引起組織結(jié)構(gòu)功能異常，如果損傷的是在腦細(xì)胞，就會(huì)引起患者認(rèn)知功能的障礙。AD最早表現(xiàn)出來的就是認(rèn)知功能障礙，Yates P等[36]文獻(xiàn)表明，輕度腦認(rèn)知功能障礙患者中約3/4最終發(fā)展成為AD，而AD中月2/3是由輕度認(rèn)知功能障礙進(jìn)展而來。

Zhu W-z等[10]通過對(duì)腦灰質(zhì)核團(tuán)用ROI法發(fā)現(xiàn)AD患者異常鐵質(zhì)沉積區(qū)的MK值和KA值的升高，說明AD患者灰質(zhì)核團(tuán)MK值和KA值與鐵質(zhì)沉積存在相關(guān)性。van Rooden S等[37]研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能障礙患者殼核區(qū)的鐵含量比正常對(duì)照組要高，并且研究過程中腦微出血患者部分進(jìn)展為AD，這表明SWI可以作為評(píng)價(jià)認(rèn)知功能障礙向AD進(jìn)展的方法。

以上研究說明AD患者灰質(zhì)核團(tuán)區(qū)的鐵質(zhì)沉積是有相關(guān)性，對(duì)于而者之間具體聯(lián)系目前研究尚少，還有待于進(jìn)一步研究。

綜上所述，磁共振DKI和SWI能夠顯示腦組織微結(jié)構(gòu)變化，DKI能對(duì)灰白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)顯示，SWI則是對(duì)腦微出血和鐵質(zhì)沉積進(jìn)行較為精確的顯示。目前已經(jīng)有研究者在關(guān)注白質(zhì)纖維與鐵質(zhì)沉積之間的關(guān)系，但仍需從病理、生化和分子生物學(xué)等多學(xué)科上對(duì)二者的相關(guān)性做進(jìn)一步研究，從而有更充分的證據(jù)來支持影像學(xué)結(jié)論，以便更有理有據(jù)的將這些新的前沿技術(shù)應(yīng)用于臨床，進(jìn)而更好揭示疾病發(fā)生發(fā)展規(guī)律及各種病變間的相互關(guān)聯(lián)。

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(本文編輯:謝婷婷)

R651.1

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.11.044

郭順林

2017-09-18