认知功能与1 H-MRS波谱功能成像的关系

张立苹 张 媛 宋连英 苗迎春 张 红 谭中建 (北京中医药大学附属东直门医院,北京 00700)

轻度认知功能障碍(MCI)的症状并不明显,尤其是记忆减退外的其他认知功能的衰退就更为轻微,必须通过各种神经心理学评价工具才可发现。目前用于轻度认知功能障碍的神经心理学测试量表众多,本研究选取了与整体认知功能和记忆功能较为密切的三个量表,MMSE、延迟故事回忆(DSR)、即刻故事回忆(ISR)与遗忘型轻度认知功能障碍(aMCI)、阿尔茨海默病(AD)和正常对照(NC)组两侧内侧颞叶及扣带回后部1HMRS代谢物比值进行相关分析。

1 材料与方法

1.1 研究对象及分组 以北京地区50～80岁居民为调查对象,于2008年12月至2010年1月经北京中医药大学东直门医院老年病科进行筛查,按照受试者就诊次序,对其进行神经心理学评价和临床体检,筛选出aMCI组10例、AD组10例和NC组10例,共30例。所有研究对象均为右利者。

1.1.1 aMCI组 10例,女6例,男4例,年龄54～80岁,平均年龄(69.80±6.61)岁,受教育年限6～18年,平均受教育年限(8.20±4.70)年。MMSE评分(26.00±2.00)分;DSR评分(10.40 ±2.78)分;ISR评分(6.20 ±2.78)分。

1.1.2 痴呆组 10例,男6例,女 4例,年龄54～75岁,平均年龄(64.80±7.95)岁,受教育年限6～9年,平均受教育年限(8.40±1.30)年。MMSE评分(16.00±4.60)分;DSR评分(2.10±3.66)分;ISR评分(4.80±5.00)分。

1.1.3 NC组 10例,女6例,男4例,年龄58～69岁,平均年龄(64.80±3.52)岁,受教育年限 0～19年,平均受教育年限(8.60±4.40)年。MMSE评分(29.00±0.82)分;DSR评分(27.70 ±9.78)分;ISR评分(31.00±10.21)分。

1.2 成像方法和技术 采用Siemens公司生产的1.5T超导磁共振仪行常规MRI及单体素1H-MRS检查,采用头部正交线圈。病人静息15 min后摆好扫描位置行以下检查:

1.2.1 常规扫描 应用SE序列分别对36例研究对象行头颅MRI扫描:①定位扫描,在矢状位、轴位及冠状位行T1WI定位扫描,FOV 280 mm,FOVphase100%,层厚 10 mm,TR 20 ms,TE 5 ms,扫描时间9.2 s。②T1WI矢状位成像t1-mpr-ns-sag,TR 300 ms,TE 8 ms,层厚6.0 mm,无间隔扫描,扫描时间1 min 23 s。③T2WI轴位黑水成像 t2-tirm-tra-dark-fluid,TI 2 300 ms,TR 8100 ms,TE 126 ms,层厚6.0 mm,扫描时间1 min 55 s。④T2WI冠位黑水成像t2-tirm-cor-dark-fluid,TI 2 300 ms,TR 8 100 ms,TE 126 ms,层厚5.0 mm,扫描时间1 min 55 s。

常规扫描用于海马容积扫描和1H-MRS采集的定位,同时用于除外所选对象中有多发性腔隙性梗死、脑积水、颅内肿瘤等病变,如有阳性发现者即不再行海马体积扫描及波谱检查。

1.2.21H-MRS采集技术参数 采用单体素波谱序列为SVSSE-30序列,TR 1 500 ms,TE 30 ms,FA 90度 ,平均256次采样,矩 阵 1 024×1 024,水激发 BW 35 MHz,采集 BW 1 000 MHz。兴趣区(ROI)为左侧内侧颞叶、右侧内侧颞叶及左侧后扣带回,体素大小双内侧颞叶1.2 cm×1.2 cm×1.2 cm,后扣带回为1.5 cm ×1.5 cm ×1.5 cm,每个ROI都在T2WI横断位及T2WI冠状位黑水、T1WI矢状位3个方向上准确定位,ROI尽量多包含颞叶组织及灰质,尽量少地包含侧脑室内脑脊液,避开岩尖脂肪及沟回内脑脊液(避免其造成磁场不均匀),每个体素扫描时间3 min 18 s。自动预扫描程序完成增益调节、匀场、水抑制和无水抑制扫描,设备提供的软件自动识别并计算各代谢物波峰曲线下面积。各代谢物的化学频移位置为:N-乙酰天门冬氨酸(NAA)2.0 ppm、肌酸(Cr)3.0 ppm、胆碱(Cho)3.2 ppm、肌醇(mI)3.5 ppm。以Cr为内参照计算各代谢物的相对浓度。磁共振扫描仪自带软件自动完成基线校准、信号平均、代谢物识别、各代谢物波峰曲线下面积计算。NC,aMCI和AD各阶段的MRS的表现不同。

1.3 统计方法 所有数据采用SPSS 13.0软件进行统计分析与处理,主要的统计学方法包括卡方检验、方差齐性检验、方差分析及 LSD、SNK-q检验、秩和检验(秩和检验显著性检验的水准,P＜0.017)。相关性分析采用Spearman相关检验法。

2 结 果

2.1 各实验组两侧内侧颞叶及扣带回后部1H-MRS代谢物比值的比较 如表1所示,左内侧颞叶aMCI组NAA/Cr明显低于NC组,差异显著(P=0.008),AD组NAA/Cr明显低于NC组,差异显著(P=0.014),aMCI组NAA/Cr与AD组比较差异不显著(P=0.859);左内侧颞叶 aMCI组 NAA/mI明显低于 NC组,差异显著(P=0.006),AD组NAA/mI明显低于NC组,差异显著(P=0.016),aMCI组NAA/mI与AD组比较差异不显著(P=0.739),Cho/Cr及mI/Cr三组间比较差异无统计学意义(P＞0.05);右内侧颞叶 AD组和 aMCI组的 NAA/mI低于NC组,差异有统计学意义(P=0.005),AD组NAA/Cr明显低于NC组,差异显著(P=0.010),aMCI组NAA/mI与AD组比较差异不显著(P=0.712);Cho/Cr三组比较AD＞aMCI＞NC,但差异无统计学意义,NAA/Cr、mI/Cr三组比较,差异不显著;三组左扣带回后部NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr及 NAA/mI均无差异。

表1 各组两侧内侧颞叶及左扣带回后部1H-MRS代谢物比值比较(±s,n=10)

表1 各组两侧内侧颞叶及左扣带回后部1H-MRS代谢物比值比较(±s,n=10)

与NC组比较:1)P＜0.01;与NC组比较:2)P＜0.05

指标 NC aMCI AD NAA/Cr右内侧颞叶 1.501 4±0.387 0 1.669 6±1.366 1.625 4±0.941 2左内侧颞叶 2.406 0±0.983 5 1.324 7±0.790 51)1.405 5±0.646 82)左后扣带回 1.920 3±0.370 2 1.925 6±0.355 0 1.630 0±0.475 0 Cho/Cr右内侧颞叶 0.661 7±0.233 0 0.859 3±0.564 3 1.084 9±0.813 7左内侧颞叶 0.778 9±0.411 7 0.795 5±0.422 0 0.777 1±0.458 6左后扣带回 0.660 8±0.143 4 0.637 4±0.193 9 0.602 82±0.193 8 mI/Cr 右内侧颞叶 0.297 4±0.202 6 0.669 5±0.322 5 0.423 4±0.203 2左内侧颞叶 0.305 6±0.152 7 0.349 2±0.196 2 0.556 9±0.435 7左后扣带回 0.438 8±0.134 5 0.333 8±0.119 5 0.369 5±0.114 9 NAA/mI右内侧颞叶 6.593 9±2.148 3 3.851 4±2.390 21)4.227 3±3.044 02)左内侧颞叶 8.096 1±3.010 8 3.961 3±3.158 01)4.351 7±2.907 32)左后扣带回 4.5819±1.612 1 6.2584±2.898 6 4.512 0±1.162 0

2.2 MMSE评分与1H-MRS的相关性分析 如表2所示,aMCI组的MMSE评分与1H-MRS相关性:aMCI组与左后扣带回NAA/Cr呈负相关;AD组的MMSE评分与1H-MRS相关性:AD组与左后扣带回Cho/Cr呈负相关而与其他两个部位的代谢物比值均不相关;MMSE评分与左内侧颞叶所有受试者的NAA/Cr、NAA/mI呈正相关,有统计学差异(P ＜0.05),而与其他代谢比值无明显相关。

2.3 DSR评分与1H-MRS的相关性分析 如表3所示,aMCI组的DSR评分与1H-MRS相关性:aMCI组与左内侧颞叶NAA/Cr呈正相关(P＜0.05);AD组的DSR评分与1H-MRS相关性:AD组与左后扣带回的NAA/mI呈正相关(P＜0.05);DSR评分与左内侧颞叶所有受试者的NAA/Cr、NAA/mI呈明显正相关,差异有统计学意义(P＜0.05),而与其他代谢无明显相关。

2.4 ISR 评分与1H -MRS 的相关性分析 如表4 所示, aMCI组的ISR评分与1H-MRS相关性:aMCI组与左内侧颞叶mI/Cr及Cho/Cr呈正相关(P＜0.05),与NAA/Cr无明显相关(P=0.051),aMCI组与左后扣带回Cho/Cr呈正相关;AD组的ISR评分与1H-MRS相关性:AD组与左后扣带回的NAA/Cr呈正相关(P＜0.05);ISR评分与左内侧颞叶所有受试者的NAA/Cr、NAA/mI呈明显正相关,并与后扣带回的NAA/Cr呈正相关(P＜0.05),而与其他代谢比值无明显相关。

表2 MMSE评分与1H-MRS代谢比值的相关分析(n=10)

表3 DSR评分同1H-MRS代谢物比值相关分析(n=10)

表4 ISR评分1H-MRS代谢物比值的相关分析

3 讨 论

目前AD和MCI诊断尚缺乏特异的生物学标志,临床诊断除病史、体检外,神经心理学评定是重要的诊断依据。记忆障碍是MCI和AD早期最主要、最突出的临床表现,记忆功能评定,可反映MCI和AD记忆障碍特点并有助于早期诊断MCI和AD。

神经心理学检查已经形成了一系列标准化的测验工具,包括成套神经心理测验和一些简明的用于认知功能筛查的量表。本研究用于神经心理学测评工具包括:MMSE、ISR、DSR、Mo-CA、HVLT、CDT、ADL、HAMD、HIS。 研究表明〔1〕MMSE 是与临床痴呆评定量表(CDR)、信息-记忆-集中试验(IMC)得分相关性良好的临床筛查量表,并与海马结构、杏仁核体积均高度相关。我们将1H-MRS的代谢物的比值与MMSE做了相关性分析。研究发现MMSE评分与双内侧颞叶aMCI和AD两组1HMRS代谢物的比值相关性不明显,与以前的研究不一致〔2,3〕,MMSE评分与左内侧颞叶所有受试者的NAA/Cr、NAA/mI呈正相关,有统计学差异(P＜0.05),与丁萍〔4〕报道同,aMCI组与左后扣带回NAA/Cr呈负相关,而与其他代谢物比值和右内侧颞叶代谢物比值无明显相关。

近年有学者〔5〕对韦氏记忆测验(WMS-R)的研究提出,听觉词语学习测验(AVLT)的延迟回忆是AD认知损害最早、最敏感的指标,并能有效鉴别正常老化、MCI和轻度AD。AVLT主要反映瞬时记忆和学习新事物后的短时记忆能力。还有研究显示〔6〕MCI和轻度AD组的回忆正确数均低于对照组,其中延迟回忆降幅最大。反映MCI和轻度AD的近事记忆和学习新事物的能力均明显下降,尤以短时记忆的保持能力下降最突出,另外,该研究还发现MCI和轻度AD组的七次回忆均有显著差异,延迟回忆差异最大。提示轻度AD瞬时记忆和短时记忆能力较MCI进一步下降,其中延迟回忆下降在所有记忆指标中最显著,可作为MCI和轻度AD诊断和鉴别的首选记忆指标。本研究发现:aMCI和AD的DSR评分较正常组均有明显减低。在DSR与1H-MRS代谢指标的相关分析发现,aMCI组DSR与左内侧颞叶的NAA/Cr显著相关,而AD组与其没有明显相关性,就是说DSR可作为aMCI和AD早期诊断及鉴别的重要辅助工具。 与魏镜〔7〕的结论一致,史伟雄〔8〕也报道 MCI患者延迟记忆有明显下降。

孙亮等〔9〕的研究发现,在AD发病之前就出现了时间、空间定向和延迟记忆的损害,但并未对MCI患者进行系统研究。

AD组DSR与左后扣带回1H-MRS代谢物比值的有明显相关。同时所有受试者的DSR与左内侧颞叶和左后扣带回NAA/Cr明显相关,和NAA/mI左内侧颞叶1H-MRS代谢物比值相关,与Kantarci〔10〕的研究结果一致。值得注意的一个现象是AD组DSR与左扣带回后部的NAA/m I有明显相关,可能提示AD阶段的后扣带回有明显的胶质增生和神经元丢失,表明左后扣带回受到明显的累及。病理学三大特征:老年斑、神经纤维缠结及细胞丧失等,而神经纤维缠结与AD的病理分期和临床严重程度有相关性〔11〕,当然这还需要更多的研究予以佐证。

ISR评分同1H-MRS代谢指标相关分析显示,ISR没有DSR在鉴别aMCI与AD敏感。ISR评分同aMCI组左内侧颞叶m I/Cr呈明显正相关,提示aMCI阶段已有明显的胶质增生,支持了MCI与AD病理改变的同源性。同时ISR评分同aMCI组左内侧颞叶Cho/Cr呈明显正相关,提示在MCI阶段,Cho的代谢异常已经在多个脑区存在,反映了MCI阶段细胞膜已出现了代谢异常和神经胶质的增生。

比较aMCI和AD的ISR和DSR与1H-MRS代谢指标相关分析,虽然ISR与多组代谢物比值有很好的相关性,但与左内侧颞叶的NAA/Cr相关程度没有统计学意义,在第一部分的研究发现,左内侧颞叶可能是aMCI受累最早的部位,该部位的NAA/Cr及NAA/mI的降低,能将aMCI与NC鉴别开,而右内侧颞叶和左后扣带回的NAA/Cr三组间差异无统计学意义,虽然右内侧颞叶的NAA/m I在aMCI与NC鉴别也很有价值,但与三个量表的相关性不明显。

MMSE可反映痴呆的严重程度和总体认知功能状态,即刻故事回忆反映瞬时记忆,延迟故事回忆反映学习后短时记忆的保持能力,海马和内侧颞叶的结构和功能异常很可能是aMCI和AD记忆障碍的基础 。MRS能提供细胞水平代谢物生化改变的信息,从三个量表与1H-MRS代谢指标相关分析的结果看出,aMCI组DSR,ISR与左内侧颞叶的NAA/Cr有明显相关,而以DSR的相关性最明显;AD组DSR,ISR与左后扣带回的NAA/Cr和NAA/m I有明显相关,从发病的进程看,aMCI与AD最早受累的部位是双内侧颞叶,左后扣带回的代谢物质变化有可能是AD诊断成立的信号。因此,延迟故事回忆(DSR)与脑影像学检查结合可作为aMCI和轻度AD早期诊断及鉴别的重要辅助工具,更可作为aMCI动态监测的指标。

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8 史伟雄,郭起浩,洪 震,等.轻度认知功能损害患者听觉词语记忆特点〔J〕.中华老年医学杂志,2006;25(2):93-6.

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