孫慧勤, 李晨旭, 白勝杰

帕金森病是神經(jīng)系統(tǒng)常見的退行性疾病,目前能依賴的可行性影像輔助檢查較少,普通磁共振不能發(fā)現(xiàn)帕金森病腦組織的異常。擴散磁共振成像(diffusion magnetic resonance imaging,dMRI)是基于水分子擴散原理的特殊成像序列,常用的有彌散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI),彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)。有研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者腦區(qū)DTI參數(shù)平均擴散系數(shù)(mean diffusivity,MD)、軸向擴散系數(shù)(axial diffusivity,AD)、徑向擴散系數(shù)(radial diffusivity,RD)、各向異性分數(shù)(fractional anisotropy,FA)的異常[1～3],但由于DTI建立在高斯分布基礎上,不能真實反映腦組織偏離高斯分布的情況。擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)的原理建立在非高斯分布基礎上,更符合人體真實組織情況,能反映組織的復雜性和異質性特點[4],故其不僅在白質分析方面更加準確,在灰質檢測方面也更加靈敏。不少研究發(fā)現(xiàn)DKI技術能發(fā)現(xiàn)帕金森患者腦區(qū)的微觀異常[5,6]。

嗅覺障礙被認為是帕金森病出現(xiàn)較早的非運動癥狀,該理論被Braak教授的病理研究[7]和大量臨床研究證實。目前國內(nèi)外將擴散峰度成像應用于帕金森病嗅覺障礙的研究較少,普通磁共振不僅不能發(fā)現(xiàn)帕金森病患者頭部影像異常,更不能區(qū)分有無合并嗅覺障礙的帕金森病患者間的差異。我們的研究使用符合中國人嗅覺習慣的金帕默(KinPamor)嗅覺檢測試劑盒進行嗅覺評估,依據(jù)伴和不伴嗅覺障礙將帕金森病患者分為兩組，分別進行頭部擴散峰度成像，分析帕金森病患者感興趣腦區(qū)微觀結構的改變,為早期診斷、評估帕金森病病情提供更多臨床輔助診療手段。

1 材料與方法

1.1 一般資料 納入2020年5月-2022年4月于徐州市中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院部和門診就診的帕金森病患者37例,根據(jù)嗅覺評分分為伴嗅覺障礙帕金森病組和不伴嗅覺障礙帕金森病對照組,H-Y(Hoehn-Yahr)分期1～4期[(2.5±0.95)期]。伴嗅覺障礙帕金森病組共16例,其中男10例,女6例,年齡54～76歲[(68.13±6.38)歲]。不伴嗅覺障礙帕金森組21例,其中男16例,女5例,年齡49～81歲[(65.71±9.04)歲]。

帕金森病患者納入標準：所有患者符合2015年國際運動障礙協(xié)會制定的原發(fā)性帕金森病診斷標準(Movement Disorder Society Clinical Diagnostic Criteria for Parkinson disease,MDS-PD)。嗅覺障礙排除標準：近期有感冒病史,鼻部外傷或頭部外傷史等其他可以導致嗅覺障礙的疾病,耳鼻喉科會診或鼻腔影像檢查排除鼻腔器官問題導致嗅覺障礙。本研究已獲得徐州市中心醫(yī)院倫理審查委員會審批,所有研究對象在入組前簽署知情同意書。

1.2 嗅覺檢測 選擇符合中國人嗅覺習慣的金帕默(KinPamor)嗅覺檢測試劑盒作為嗅覺檢測手段,在通風良好且安靜的環(huán)境下進行評分,隨機抽取其中一種氣味測試片,放置于受試者鼻前3～5 cm處,嗅完后給出答案并記錄,間隔15 s后進行下一個氣味的測定,隨機做完12種氣味測試,計算患者測試正確總分,滿分12分,低于8分被認為有嗅覺功能障礙。

1.3 磁共振數(shù)據(jù)采集 所有患者均接受20通道頭頸線圈3Tesla 全身磁共振系統(tǒng)(Siemens Skyra)進行掃描。擴散成像采取基于自旋回波的回波平面成像,分成兩次采集：第一組參數(shù)TR=5 600 ms,TE=97 ms,成像矩陣=128×128,視野=240 mm×240 mm,層數(shù)=30,層厚=4.5 mm,b=0 s/mm2、b=1 000 s/mm2、b=2 000 s/mm2,30個梯度方向,PAT=2,采集時間為6 min 50 s；第2組參數(shù)除b值為0外，其余參數(shù)與第一組大致相同,10次平均。

1.4 圖像及數(shù)據(jù)處理 將設備采集的DICOM數(shù)據(jù)轉換為可分析的NIFTI格式,進行渦流和頭動校正,使用FSL對數(shù)據(jù)再次進行校正。定量計算：使用DKItoolkit進行定量指標的計算,包括MD、FA、AD、RD值及DKI參數(shù)平均峰度(mean kurtosis,MK)值、峰度各項異性(kurtosis fractional anisotropy,KFA)、軸向擴散峰度(axial kurtosis,AK)、徑向擴散峰度(radial kurtosis,RK)徑向擴散峰度(radial kurtosis,RK)?？臻g標準化：由于每個受試者腦的形狀大小均存在差異,因此,為了對一組或多組數(shù)據(jù)進行逐像素的統(tǒng)計分析,首先需要將所有受試者進行逐像素對齊。以MNI空間的T2-wighted腦模板為參考標準,以渦流頭動校正后的b0圖像為源圖像來估計配準參數(shù),然后使用12參數(shù)仿射變換及非線性形變對定量指標圖像進行空間變換,將所有受試者的定量指標腦圖像標準化至模板空間,以消除受試者個體間的差異性。高斯平滑以進一步去除噪聲,并使待統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。定量指標的提取主要為基于MNI空間的AAL3腦圖譜[8]的感興趣區(qū)(region of interest,ROI),提取出所有定量指標在感興趣腦區(qū)的平均值,并存儲為excel表格。

1.5 統(tǒng)計學分析 對數(shù)據(jù)的分析采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件,定量指標的組間對比：伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組感興趣腦區(qū)的參數(shù)比較采用獨立樣本t檢驗,得到顯著性水平(P<0.05,視為有統(tǒng)計學意義的差異)；伴嗅覺障礙帕金森病組左右側參數(shù)指標的對比也采用獨立樣本t檢驗,得到顯著性水平(P<0.05,視為有統(tǒng)計學意義的差異)。逐像素統(tǒng)計分析：基于廣義線性模型,對所有定量指標進行組間對比,并加入年齡、性別為協(xié)變量信息,得到組間具有顯著性差異的區(qū)域,存儲為熱圖及定位文檔。感興趣區(qū)參數(shù)指標和嗅覺障礙評分進行Pearson相關分析,得到了相關系數(shù)r和相關顯著性P,P<0.05表示有顯著相關。

2 結 果

2.1 一般資料統(tǒng)計結果 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴有嗅覺障礙帕金森病對照組年齡(P=0.37,獨立樣本t檢驗)和性別(P=0.82,卡方檢驗)無統(tǒng)計學差異,具有可比較性。

2.2 伴嗅覺障礙帕金森病組和不伴嗅覺障礙帕金森病對照組感興趣腦區(qū)比較 伴嗅覺障礙帕金森病組右側顳橫回FA值、KFA值及左側顳下回FA值,雙側顳下回KFA值,右側緣上回AK、MK、KFA及右側中央后回MK、RK較不伴嗅覺障礙帕金森病組明顯降低(P<0.05),差異有統(tǒng)計學意義；伴嗅覺障礙帕金森病組右側中央后回及右側緣上回的AD、MD、RD值較不伴嗅覺障礙帕金森病組明顯升高(P<0.05),差異有統(tǒng)計學意義；而顳下回、顳橫回的AD、MD、RD數(shù)值兩組之間無明顯統(tǒng)計學差異(P>0.05)(見表1～4)。而上述感興趣腦區(qū)的逐像素分析熱圖能更加直觀地反映出指標的改變,把上述表格的數(shù)據(jù)差異利用圖像的方式呈現(xiàn),AD、MD、RD參數(shù)圖異常區(qū)域為暖色,代表該區(qū)域對應參數(shù)值升高,AK、RK、KFA、MK、FA參數(shù)圖異常區(qū)域為冷色,代表該區(qū)域對應的參數(shù)值下降(見圖1)。

2.3 伴嗅覺障礙帕金森病組左右兩側感興趣區(qū)DKI參數(shù)對比 伴嗅覺障礙帕金森病患者左右側DKI參數(shù)對比發(fā)現(xiàn)左側顳下回FA、MK值及左側顳橫回FA、MK、RK、KFA較右側下降明顯,有統(tǒng)計學差異(P<0.05),余部位左右側各DKI參數(shù)無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。

2.4 伴嗅覺障礙帕金森病患者和嗅覺評分之間的相關性分析 伴嗅覺障礙帕金森病組DKI參數(shù)值與嗅覺評分相關性分析發(fā)現(xiàn)右側緣上回,中央后回、顳下回,雙側的顳橫回和嗅覺評分之間有密切相關性,以右側緣上回RD值最為顯著相關(r=0.579,P<0.05)(見表5)。其余和嗅覺評分無明顯相關性的數(shù)據(jù)不一一列出。

表1 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組顳橫回DKI各項參數(shù)比較

表2 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組顳下回DKI各項參數(shù)比較

表3 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組緣上回DKI各項參數(shù)比較

表4 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組中央后回DKI各項參數(shù)比較

圖1 基于伴嗅覺障礙帕金森病患者與不伴有嗅覺障礙帕金森病患者DKI參數(shù)有統(tǒng)計學差異腦區(qū)的逐像素分析熱圖,注：“→” 黑色箭頭所指區(qū)域為伴嗅覺障礙帕金森病組較不伴嗅覺障礙帕金森病對照組有統(tǒng)計學差異腦區(qū),暖色代表該區(qū)域DKI對應參數(shù)值較對照組升高,冷色代表該區(qū)域DKI對應參數(shù)值較對照組下降

表5 伴嗅覺障礙帕金森病組患者和嗅覺評分之間的相關性分析

3 討 論

圍繞水分子彌散原理的磁共振成像技術在帕金森病患者和動物實驗的研究成為熱點,其中DKI技術為DTI技術的延伸,因成像原理建立在非正態(tài)分布基礎上,故更貼合人體腦組織真實情況[9]，在灰值測量上靈敏性更高。其主要研究參數(shù)包括MD、FA、AD、RD、MK、KFA、AK、RK。上述參數(shù)中MD反映水分子彌散情況,自由水越多擴散越強,MD值越高；FA主要評價彌散方向一致性或擴散限制,描述某一個方向上擴散的程度,故白質的FA值較灰值高，所以當白質纖維束受損后可以出現(xiàn)FA值減低； AD主要測量與白質纖維平行方向發(fā)生的擴散程度,RD測量垂直白質纖維的擴散程度,AD和RD可進一步反映軸索髓鞘的完整性；MK反映彌散偏離高斯分布的程度,MK值越大,偏離高斯分布程度越大,結構越復雜；KFA類似于FA,值越大,越趨于各向異性擴散; AK為平行于突觸方向擴散偏離高斯分布的指標,因彌散主要沿白質方向相對不受限,偏離高斯分布的程度最小,因此AK值一般比較小; RK指在垂直擴散方向上的平均值,如白質,因為擴散受限主要是在徑向,顯著地偏離高斯分布,指標通常高于AK值。

有研究發(fā)現(xiàn)[10,11]帕金森病患者常規(guī)磁共振正常,但在進行DKI相關參數(shù)分析時其黑質、紋狀體區(qū)域的FA值下降,MD、RD、AD值升高,而MK值增加。但Bai[5]將帕金森病患者根據(jù)Hoehn-Yahr分期分為兩組,Hoehn-Yahr期≤2患者為早期帕金森病組,Hoehn-Yahr期≥2.5例患者為中晚期帕金森病組,發(fā)現(xiàn)與對照組相比,兩組患者黑質部位FA、AD值升高,MK、AK值降低,蒼白球和丘腦部位的MK、RK值降低,而中晚期組蒼白球和丘腦的MK、RK降低更明顯,此結果與Guan等[6]研究的早期和晚期帕金森病患者黑質MK值明顯低于健康對照組的結果一致,但和Bingbing等的研究結果相比,MK值變化相悖。且相關性分析發(fā)現(xiàn)黑質部位MK與H-Y分期和帕金森病綜合量表評分(UPDRS)Ⅲ評分有正負相關性兩種結果。研究結果的差異可能與患者所處的疾病階段不同導致病理改變不同,進而影響DKI參數(shù)的結果有關。

帕金森病非運動癥狀研究[12]發(fā)現(xiàn)帕金森病輕度認知障礙組運動區(qū)和前運動區(qū)的AK值,丘腦、運動區(qū)及海馬的MK值和RK值,以及丘腦和海馬的FA值均低于無認知障礙帕金森病組。峰度值的降低考慮與疾病退行性病變,神經(jīng)元丟失可能關系大。劉依然等[13]對帕金森病伴嗅覺障礙患者進行研究,發(fā)現(xiàn)帕金森病患者左側杏仁核MK值較對照組下降,提示左側杏仁核可以作為診斷帕金森病的早期生物學標記物。ITO等[14]在帕金森病和帕金森綜合征鑒別發(fā)現(xiàn)MK圖上的MBT/PCT(中腦被蓋/橋跨束)比值在鑒別帕金森病、多系統(tǒng)萎縮和進行性核上性麻痹3種疾病時較FA、MD圖上的MBT/PCT比值更加敏感,進而說明DKI成像技術較DTI更敏感[1]。

目前針對帕金森病嗅覺障礙患者的DKI 研究較少,而針對伴嗅覺障礙帕金森病患者顳下回、顳橫回、緣上回及中央后回的功能磁共振研究更少,目前尚未發(fā)現(xiàn)針對伴嗅覺障礙帕金森病患者上述腦區(qū)的DKI研究。我們的研究發(fā)現(xiàn)顳橫回、顳下回、緣上回及中央后回區(qū)域伴嗅覺障礙帕金森病患者較無嗅覺障礙帕金森病患者的DKI參數(shù)有明顯統(tǒng)計學差異,伴嗅覺障礙帕金森病組感興趣區(qū)FA值、KFA較無嗅覺障礙帕金森病組明顯降低；伴嗅覺障礙帕金森病感興趣區(qū)AD、MD、RD的升高和AK、MK、KFA的下降。多巴胺神經(jīng)元的丟失增加了彌散空間,降低了組織的復雜性及不均質性,進而提高了組織的彌散參數(shù),如AD、MD、RD。當彌散更加相對自由,某一個方向彌散的趨向性下降,進而導致FA、KFA的下降?？臻g自由彌散的增加降低了組織的復雜性和不均質性,從而AK、MK、RK下降。我們的研究結果和前人關于帕金森病患者其他腦區(qū)的參數(shù)變化研究有部分相一致,且相關動物實驗也發(fā)現(xiàn)[15]Methamphetamine(METH)帕金森病小鼠模型在第5天時黑質中的MK,RK值減低,感覺運動皮質、紋狀體區(qū)域的MK值下降,而黑質RD和皮質AD升高,并通過免疫組織化學統(tǒng)計分析證實和多巴胺神經(jīng)元的丟失密切相關。

緣上回、中央后回、顳橫回、顳下回并非傳統(tǒng)意義上大家熟知的嗅覺中樞,國內(nèi)外關于其在帕金森病患者中的研究均鮮少提及,但Ciorba等[16]給予正常人嗅咖啡味道時,通過BOLD技術發(fā)現(xiàn)緣上回及顳下回區(qū)域的激活,說明二者參與了嗅覺的發(fā)生,而另一項[17]關于外傷后嗅覺障礙患者的磁共振體素形態(tài)分析研究中發(fā)現(xiàn)顳下回灰質密度下降；Petekkaya等[18]一項關于帕金森病和阿爾茨海默病嗅覺、味覺減退患者的基于體素形態(tài)的磁共振研究中發(fā)現(xiàn)，和正常對照組相比,中央后回的體積均有縮小。但關于伴嗅覺障礙帕金森病患者顳橫回區(qū)域的研究沒有相關文獻報道。我們的研究發(fā)現(xiàn)伴嗅覺障礙帕金森病患者緣上回、中央后回、顳下回DKI參數(shù)較無嗅覺障礙患者的差異,并將伴嗅覺障礙帕金森患者上述4個腦區(qū)的DKI參數(shù)和嗅覺評分進行Pearson相關性分析發(fā)現(xiàn)右側緣上回、中央后回、顳下回的MD值和RD值與嗅覺功能密切相關,驗證了前人關于嗅覺和上述腦區(qū)相關的研究,同時新發(fā)現(xiàn)雙側顳橫回的MD值和RD值與嗅覺評分均有密切相關性，進一步提示上述腦區(qū)的DKI參數(shù)可以作為帕金森病嗅覺障礙評估的生物學標記物。

伴嗅覺障礙帕金森病組左右兩側比較，發(fā)現(xiàn)差別有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)主要為顳橫回和顳下回,左側顳下回FA、MK值及左側顳橫回FA、MK、RK、KFA較右側下降明顯,有統(tǒng)計學差異(P<0.05),其余部位左右側各DKI參數(shù)無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。以往的研究結果也提示左右側DKI參數(shù)有一定的差異性,除了和疾病起病側有關外,可能和左右兩側的腦組織結構不對稱也有關系[19]。

DKI技術能夠測量帕金森病患者不同感興趣區(qū)微觀結構的各項參數(shù)值,較常規(guī)磁共振掃描具備更高的靈敏性,該研究證實DKI在區(qū)分有無合并嗅覺障礙帕金森病患者中能準確測量出現(xiàn)嗅覺相關中樞DKI指標的異常,為早期評估帕金森病的嗅覺障礙提供更加客觀、真實的影像學依據(jù)。但該研究沒有進行隨訪,只有橫向研究,沒有縱向對比帕金森病患者前后DKI參數(shù)的變化。未來，可進行長期的隨訪,并按時間段采集DKI參數(shù)和帕金森病臨床評分資料進行相關性分析,比較DKI技術隨時間推移、病情進展前后的影像學結果異同,為更全面地了解帕金森病腦組織微觀結構改變提供更好的輔助檢查手段。