馮燕韻 徐志鋒 賀小紅 吳文秀 劉健萍 羅純

佛山市第一人民醫(yī)院（中山大學附屬佛山醫(yī)院）影像科 528000

帕金森?。≒arkinson disease，PD）是一種中老年人常見的慢性進行性神經系統(tǒng)變性疾病。隨著人口老齡化的加劇，其發(fā)病率逐年上升。目前對于PD 尚無有效的預防方法，但早期診斷和治療能有效提高患者的生活質量。近些年的研究結果顯示，中腦鐵沉積與多巴胺能神經元密切相關，而多巴胺能神經元的變性死亡是PD 最主要的病理改變，故了解中腦的鐵沉積變化情況有助于PD 的診斷[1]。MR定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）可從梯度回波磁共振相位圖上確定腦組織的整體磁化率的空間分布，較磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging，SWI）和T2 弛豫時間圖成像（T2 Mapping）等更能反映腦內鐵含量的變化[2]。目前已有學者對PD 患者中腦黑質的鐵沉積情況進行研究[1]，但關于PD 患者中腦紅核鐵沉積情況及其對PD 的診斷價值仍缺少研究。本研究采用QSM 技術評估PD 患者中腦黑質及紅核磁化率的變化情況，明確其對PD 診斷、病程、分級及患者臨床癥狀等評估的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017 年2 月至2019 年8 月于佛山市第一人民醫(yī)院神經內科住院并診斷為PD 的患者39 例（PD 組），其中男性17 例、女性22 例，年齡47～80（65.44±9.78）歲。納入標準：符合英國PD 學會腦庫帕金森病的臨床診斷標準[3]。排除標準：①PD 綜合征及PD 疊加綜合征患者；②存在精神或代謝性疾病患者；③顱腦常規(guī)MRI 檢查中腦部存在器質性病變的患者（如腦出血、腦梗塞或腫瘤性病變等）。患者病程為0.1～20.0（4.66±4.17）年；根據改良Hoehn-Yahr 分級將患者分為1～5 級，其中1級7 例、1.5 級5 例、2 級7 例、2.5 級4 例、3 級11 例、4 級3 例、5 級2 例。分級≤2.5 級為早期PD 組（23 例），分 級＞2.5 級 為 中 晚 期PD 組（16 例）。記錄患者發(fā)病初期肢體運動障礙的情況，其中早期PD 組發(fā)病初期表現為左側肢體運動障礙者8 例、右側15 例；中晚期PD 組左側5 例、右側11 例。另選取20 名健康體檢者作為正常對照組，其中男性8 名、女性12 名，年齡49～83（59.85±11.52）歲。納入標準：①體檢未見神經系統(tǒng)相關疾病及精神疾病等；②常規(guī)MRI 檢查顱腦除了退行性改變外，未見其他異常。所有受檢者在檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 掃描方法

所有掃描均使用美國GE Discovery 750W 3.0 T超導MRI 掃描儀，16 通道頭頸聯(lián)合線圈；在掃描過程中，提供了約束泡沫墊和耳塞以穩(wěn)定每個受試者的頭部并降低噪音，最大程度地減少運動偽影。圖像采用軸位掃描，平行于前、后聯(lián)合連線。所有受試者均行常規(guī)頭顱MRI 掃描，序列包括液體衰減反轉恢復序列（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）-T1 加權成像、快速自旋回波序列-T2 加權成像、FLAIR-T2 加權成像及擴散加權成像（b=0、1000 s/mm2）；掃描參數：層數20 層、層厚5.0 mm、層間距1.0 mm、視野240 mm×240 mm。三維擾相梯度回波序列用于QSM 技術數據采集：重復時間84.3 ms、回波時間 3.1 ms、回波鏈數16、激勵次數0.7、翻轉角12°、層厚2.0 mm、層間距0 mm、視野256 mm×256 mm、矩陣256 mm×256 mm。掃描范圍覆蓋全腦，掃描時間為6 min 46 s。

1.3 數據及圖像后處理

將QSM 技術掃描獲取的原始圖像導入GE AW4.6 工作站Functool 軟件（9.4.05 版）中的QSM模塊，設置閾值為0.06，獲得軟組織分辨率高、對比度良好的磁敏感圖和相位圖，利用相位圖獲取磁化率分布圖。由同一名有2 年神經系統(tǒng)MRI 診斷經驗的醫(yī)師在相位圖上找出清晰顯示中腦黑質和紅核的層面，手動勾畫左右兩側黑質和紅核，并測量記錄其磁化率，每個部位測量2 次，取平均值；由另一名有5 年神經系統(tǒng)MRI 診斷經驗的醫(yī)師進行核對。如有異議，則重新勾畫中腦雙側黑質和紅核并記錄測量值。

1.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS17.0 軟件對數據進行統(tǒng)計學分析。符合正態(tài)分布的計量資料以均數±標準差（±s）表示。組間比較采用χ2檢驗和t 檢驗（方差齊）。采用ROC 曲線分析，計算確定中腦黑質及紅核的診斷閾值。PD 患者的中腦黑質及紅核磁化率與其臨床Hoehn-Yahr 分級及病程、黑質與紅核磁化率變化的相關性均采用Pearson 相關性分析；PD 組的中腦左右兩側黑質及紅核磁化率變化與患者臨床發(fā)病時肢體運動障礙癥狀側比較采用單因素方差分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 患者一般資料的比較

PD 組與正常對照組在性別、年齡方面的差異無統(tǒng)計學意義（χ2=0.07，P=0.79；t=2.22，P=0.19），早期PD 組與中晚期PD 組在性別、年齡方面的差異亦無統(tǒng)計學意義（χ2=0.00，P=0.62；t=0.83，P=0.21）。

2.2 正常對照組與PD 組的中腦黑質、紅核磁化率的差異性

QSM 圖像上正常對照組和PD 組的中腦黑質及紅核均表現為對稱高信號，邊界清晰（圖1）。由表1可知，PD 組的中腦黑質及紅核磁化率均較正常對照組顯著升高，且差異均有統(tǒng)計學意義（t=-2.125，P=0.043； t=-2.605，P=0.015）。

2.3 正常對照組、早期PD 組和中晚期PD 組的中腦黑質及紅核磁化率的差異性

由表1 可知，早期PD 組的中腦黑質磁化率顯著高于正常對照組，且差異有統(tǒng)計學意義（t=2.014,P=0.031）；中晚期PD 組與早期PD 組的中腦黑質磁化率差異無統(tǒng)計學意義（t=0.025, P=0.984）；早期PD 組及中晚期PD 組紅核的磁化率均顯著高于正常對照組，差異均有統(tǒng)計學意義（t=2.417, P=0.009；t=2.445, P=0.014）；早期PD 組與中晚期PD 組的紅核磁化率差異無統(tǒng)計學意義（t=0.117, P=0.927）。

圖1 正常對照者（女性，47 歲）與帕金森病患者（男性，51 歲）中腦定量磁化率成像的磁化率分布圖 圖中，A：健康體檢者中腦雙側黑質（長箭頭所示）、紅核（短箭頭所示）表現為對稱性高信號，邊界清晰；B：手工勾畫帕金森患者中腦雙側黑質（長箭頭所示）、紅核（短箭頭所示）表現為對稱性高信號，較正常對照者信號增高，測量得出左右雙側黑質磁化率分別為0.058×10-3 和0.061×10-3，紅核磁化率分別為0.064×10-3和0.106×10-3Fig. 1 Magnetic susceptibility distribution of the midbrain in quantitative susceptibility mapping in the control (female, 47years old) and Parkinson disease patient(male, 51years old)

表1 4 組患者中腦黑質和紅核的磁化率比較（ ±s, ×10-3）Table 1 Mean susceptibility values of substantia nigra and red nucleus in four groups ( ±s, ×10-3 )

表1 4 組患者中腦黑質和紅核的磁化率比較（ ±s, ×10-3）Table 1 Mean susceptibility values of substantia nigra and red nucleus in four groups ( ±s, ×10-3 )

注：表中，a：與正常對照組比較，差異均有統(tǒng)計學意義（t=2.014～2.605，均P<0.05）。PD: 帕金森病

組別 例數 黑質 紅核正常對照組 20 0.058±0.028 0.072±0.035 PD組 39 0.073±0.017a 0.094±0.020a 早期PD組 23 0.073±0.019a 0.093±0.021a 中晚期PD組 16 0.072±0.014 0.094±0.020a

由圖2 可見，ROC 曲線分析結果顯示，以中腦黑質磁化率0.069×10-3為最佳閾值診斷PD，AUC 為0.710，95% CI 為0.567～0.853，靈敏度為51.3%、特異度為85.0%、準確率為62.7%；以紅核磁化率0.068×10-3為最佳閾值診斷PD，AUC為0.717、95% CI 為0.549～0.886、靈敏度為94.9%、特異度為60.0%、準確率為83.1%。

圖2 帕金森病患者的中腦黑質及紅核磁化率的受試者工作特征曲線Fig. 2 Receiver operating characteristic curve of magnetic susceptibility of substantia nigra and red nucleus in midbrain Parkinson disease patients

2.4 PD 組的中腦黑質及紅核磁化率與Hoehn-Yahr 不同分級、病程的相關性分析

PD 組的中腦黑質及紅核的磁化率與Hoehn-Yahr 不同分級均無相關性（r=0.051, P=0.759；r=0.045，P=0.788）。黑質磁化率與病程呈顯著正相關（r=0.420，P=0.008），紅核磁化率與病程無顯著相關性（r=0.241，P=0.130）。PD 組的中腦黑質磁化率與紅核磁化率呈正相關（r=0.477，P=0.002）。

2.5 PD 組的中腦左右側黑質及紅核磁化率的單因素分析

單因素分析結果顯示，PD 組的中腦左側右側黑質、紅核磁化率的變化與患者發(fā)病初期臨床肢體運動障礙癥狀側的表現無顯著相關性（黑質：F左=0.661, P左=0.421；F右=1.153, P右=0.290。紅核：F左=0.006, P左=0.940；F右=0.109，P右=0.743）。

3 討論

本研究采用QSM 技術對PD 患者的中腦黑質及紅核的磁化率變化進行測量，結果提示QSM 技術能準確地測量中腦黑質與紅核磁化率的變化，間接反映腦內鐵沉積。中腦黑質與紅核的磁化率可作為診斷PD 及病程評估的重要指標，而QSM 技術評估PD 患者病情、偏側性肢體運動障礙臨床表現等仍需進一步驗證。

正常中腦黑質中含有產生神經黑色素的多巴胺能神經元，神經黑色素可使自由基失活或螯合金屬鐵來保護神經元免受氧化損傷[4]。但在PD 患者中，多巴胺能神經元的變性死亡使得神經黑色素減少，黑質紋狀體通路破壞，導致腦內鐵代謝紊亂，最終引起腦內相應區(qū)域異常鐵沉積。這一系列病理的改變，尤其在腦內深部核團（黑質、紅核等），在PD 患者出現典型的臨床癥狀前就已經發(fā)生。QSM技術以SWI 技術為基礎，通過場圖擬合、相位解纏繞、背景場去除及磁化率反演計算得到磁化率圖像[5]；相較于SWI 技術，QSM 技術獲取的圖像偽影更少、組織結構邊界更清晰，且可以定量腦組織內整體磁化率空間分布，反映腦內鐵的分布[6]。既往研究已證實，磁化率對腦內鐵含量的變化非常敏感，尤其是在灰質結構中的鐵含量變化[7]。利用QSM 技術對正常人腦內磁化率的研究發(fā)現，磁化率在蒼白球中最高，其次在紅核及黑質，額葉白質中最低[8]。

近年來，QSM 技術逐步用于檢測PD 患者腦內鐵沉積并據此結果診斷和評估PD。本研究結果顯示，PD 組中腦黑質及紅核磁率均較正常對照組顯著升高（P＜0.05），與已報道研究結果一致[9-11]，提示中腦黑質和紅核均有異常的鐵沉積，符合PD患者因多巴胺能神經元變性死亡導致異常鐵沉積的病理改變。本研究分別以黑質磁化率0.069×10-3和紅核磁化率0.068×10-3為閾值診斷PD，具有較高的診斷效能（AUC 分別為0.710 和0.717）?？梢?，QSM 技術定量測量中腦黑質及紅核磁化率有助于PD 診斷。

我們發(fā)現，早期PD 組與中晚期PD 組的中腦黑質及紅核磁化率的差異均無統(tǒng)計學意義，與An等[12]研究認為PD 患者在疾病晚期黑質磁化率明顯升高的結果不一致，這可能與其的研究納入對象全部在暫?？古两鹕∷幬镏辽?2 h 的狀態(tài)下進行黑質磁化率的測定有關。也有研究認為，隨著PD患者的臨床癥狀加重，中腦黑質內鐵沉積量和鐵沉積速度也會發(fā)生變化[2]，該結果說明中腦黑質內鐵沉積隨患者病情進展而處于動態(tài)變化過程?？梢娎肣SM 技術測定磁化率對PD 患者分期評價存在不確定性，或者說PD 患者隨著病情的進展，不一定會伴隨著黑質、紅核鐵沉積量和鐵沉積速度的動態(tài)變化。因此，中腦黑質及紅核磁化率的測定可能不適用于PD 患者病情進展階段的評估。

有研究者認為，PD 不同階段不同區(qū)域的鐵沉積不同[7,13]。多巴胺能神經元主要位于中腦黑質，紅核內較少，使得中腦黑質及紅核的鐵沉積存在差異。早期PD 患者主要出現中腦黑質的鐵異常沉積，而隨著病情進展，紅核的鐵異常沉積也逐漸明顯，這表明中腦紅核與PD 疾病的某些階段相關[14]。但Guan 等[15]認為，紅核中的鐵含量與PD 患者病情的嚴重程度無相關性。我們發(fā)現早期PD 組及中晚期PD 組患者中腦紅核的磁化率顯著高于對照組，且差異有統(tǒng)計學意義，而早期和中晚期PD 組間卻未見明顯差異。我們通過該結果推測中腦紅核磁化率測量可能有助于提示患者處于早期PD 階段，從而縮短傳統(tǒng)的PD 臨床診斷時間窗，為PD 患者早期臨床干預提供依據，但該測量值可能無助于中晚期PD 患者的病情進展評估。我們也同時發(fā)現，中腦紅核磁化率與黑質存在正相關，這可能是由于黑質、紅核間存在臂旁核或神經纖維通路[16]，導致紅核內鐵的異常沉積受黑質細胞代謝異常影響。但是從黑質、紅核磁化率診斷PD 的靈敏度（51.3%、94.9%）和特異度（85.0%、60.0%）來看，二者顯然存在差異。這是否與入組對象或病理改變程度等其他因素有關，尚待進一步研究。

目前因Hoehn-Yahr 分級操作簡單，能有效顯示PD 的病情進展情況、評價治療效果，并能作為手術指征等重要參考，在臨床上得到廣泛應用。Guan 等[15]把中腦黑質分為致密部和網狀部兩個亞結構進行研究，結果表明黑質致密部的鐵含量與Hoehn-Yahr 分級顯著相關。也有研究認為，腦內磁化率分布與PD 患者臨床癥狀相關性存在一種異質性模式，即病程較短患者的黑質磁化率與Hoehn-Yahr 分級不相關，但隨著病程進展，其相關性逐漸明顯[11]。而本研究結果提示，中腦黑質及紅核磁化率與PD 的Hoehn-Yahr 不同分級均無相關性。本研究結果與文獻[11]結果存在差異，這可能是由于二者在研究方法上的差異而導致。本研究未把黑質分為致密部和網狀部兩個亞結構，而是作為一個整體進行評估，也可能是由于本研究納入的晚期患者相對少。故應用QSM 技術測定中腦黑質及紅核磁化率評估PD 患者Hoehn-Yahr 分級的方法和效能，有待進一步優(yōu)化與驗證。但中腦黑質的磁化率隨著病程的增加而增加，提示黑質磁化率對病程評估具有一定價值。

本研究結果提示，中腦左右兩側黑質和紅核的磁化率的變化與患者發(fā)病初期臨床肢體運動障礙癥狀側無顯著性差異，考慮黑質及紅核左右側磁化率變化對臨床癥狀無顯著性影響，與Murakami 等[9]報道結果一致。王波等[17]認為，PD 患者雖然是一側肢體表現出臨床癥狀，但事實上中腦左右兩側黑質及紅核都已經在病理生理上發(fā)生了改變，因此不能根據黑質及紅核磁化率來判斷PD 患者的肢體運動障礙偏側性臨床表現。PD 患者的肢體運動障礙偏側性臨床癥狀表現與黑質、紅核多巴胺能神經元變性死亡導致異常鐵沉積病理改變的關系需要進一步研究。

綜上所述，QSM 技術能測量中腦內黑質與紅核磁化率，間接反映腦內鐵沉積情況，對PD 的診斷及病程評估具有臨床價值。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻聲明獨立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻聲明馮燕韻負責研究的選題與設計、試驗的實施、數據的分析、論文的撰寫與修改；徐志鋒負責研究的選題與設計、方案的建立、資料的選取；賀小紅負責對數據的采集、論文的修改；吳文秀負責數據的統(tǒng)計學分析；劉健萍、羅純負責數據的測量、記錄與核對。