轻度认知功能障碍弥散参数定量范围及与认知损伤程度的关系*

郭志伟 陈华平 母其文 周亮,2 蔡梦杰,3

(1. 南充市中心医院医学影像科，四川 南充 637000; 2. 西南医科大学影像医学与核医学专业，四川 泸州 646000; 3. 川北医学院影像医学与核医学专业，四川 南充 637000)

轻度认知功能障碍患者(Mild Cognitive Impairment, MCI)以超出年龄和教育程度造成的认知、记忆力下降为表现，介于痴呆和正常老龄化之间的一种过渡状态，是阿尔兹海默症(Alzheimer’s Disease，AD)的一种早期临床表现。约50%的MCI患者在发病后的5年内发展为AD[1]，是健康老年人AD发病率的9倍[2]。中晚期AD治疗效果不佳，因此如何确定MCI的特异性、敏感性诊断指标，建立客观、量化、准确的早期诊断标准，实现AD的早期诊断、干预治疗，减少或延迟AD发生及危害具有非常重要的意义[3]。弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging, DTI)技术可以定量检测大脑组织微结构及白质纤维束连接的改变[4]。国内外文献均已报道了MCI患者在DTI弥散参数[各向异性参数(Fractional Anisotropy, FA)]、平均弥散量(Mean Diffusivity, MD)的改变[2,5-11]，可以实现对MCI患者更早期的诊断。目前尚无研究报道确定MCI患者疾病相关脑区FA、MD值的定量大小及范围，不便对MCI患者进行DTI影像诊断。因此，本研究总结现有关于MCI的DTI及磁共振成像研究结论，选取MCI患者最具代表性的脑区，确定代表性脑区DTI图像各弥散参数的定量值及与临床评分的相关性，以期为临床DTI影像诊断提供检测方法及参考指标。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2017年3月～2017年9月我院收治的MCI患者21例。其中男性9例，女性12例，年龄53～79岁，平均65.38岁，受教育程度中学及以下。所有患者均按照Petersen诊断标准纳入：①存在由患者、家属或知情者提供的记忆力减退；②临床痴呆评定量表(Clinical Dementia Rating, CDR)0.5分；③Hachinski缺血指数量表<4；④简易智能检查量表(Mini-Mental State Examination, MMSE)评分：文盲<17分；小学文化<20分；中学文化<24分之间，所有评分均≤26分；⑤存在与年龄、教育程度不想当的记忆缺陷；⑥日常生活能力保持正常；⑦除痴呆外，无任何可以导致脑功能紊乱的躯体和精神疾病。排除存在磁共振检查禁忌症的患者，排除T2WI高信号、脑萎缩的患者。每个纳入研究的患者均被告知研究目的，并自愿签订知情同意书。

1.2 临床量表评估 所有患者入组前均接受早期痴呆症筛查量表(Alzheimer Disease 8, AD8)评分进行初步筛查，筛查被认为可能存在认知功能障碍的患者进一步经临床医师按照Petersen诊断标准确诊。此外，对被纳入患者进行日常生活能力(Activities of Daily Living, ADL)、MMSE、蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment, MoCA)评估，确定其认知功能损伤程度的临床表现。

1.3 磁共振图像采集 采用美国GE公司1.5T Signa HDxt MR扫描仪的8通道相位矩阵头线圈对入组的MCI患者进行磁共振图像采集。扫描序列包括：常规T1WI、T2 Flair、T2 FSE、DWI及DTI序列。其中DTI图像采用单次激发自旋回波-平面成像技术，扫描参数如下：TR/TE: 8500/96ms，翻转角：90°，FOV：24.0cm×24.0cm，采集矩阵：256×256，层厚/层间距：5.0/0.0mm，层数：32。弥散敏感系数b=l000s/mm2，弥散敏感梯度方向：30，B值：0.0/1000 mm2。

1.4 DTI图像处理方法 首先采用SPM 12(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)工具包对DTI图像进行头动矫正预处理，减少头动对图像的影响。之后，采用Diffusion Toolkit(http://trackvis.org/)软件根据插值流线追踪算法对预处理后的DTI图像进行图像重建及全脑纤维束追踪，追踪终止条件FA>0.15，追踪角<35°。重建得到每个患者的FA、MD及全脑纤维束图像。根据Montreal Neurological Institute (MNI)实验室提供的Anatomical Automatic Labeling (AAL)模板，选取左、右侧海马，左、右侧海马旁回，左、右侧后扣带回，左、右侧额中回和左、右侧颞中回分别作为感兴趣区(Region of Interest, ROI)，计算每个患者各ROI内的FA值、MD值的均值。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0软件统计所有入组患者的年龄、MoCA评分、MMSE评分及各ROI内FA、MD值的均值、标准差，确定MCI患者认知功能相关脑区FA、MD值的定量大小及范围。为评估各ROI内DTI影像弥散参数值与临床评分的关系，确定与临床表现存在显著相关的特异性脑区，采用Pearson相关性分析方法计算各ROI内FA、MD值的均值与临床评分的相关系数，P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 MCI认知功能相关脑区的选择 选取双侧海马、双侧海马旁回、双侧后扣带回、双侧额中回、双侧颞中回10个与MCI患者认知功能相关脑区作为ROI，左右半球用不同的颜色标记，不同颜色代表不同的ROI，见图1。

图1 认知相关的ROI选择Figure 1 Selection of the cognitive related ROI

注：A.左右侧海马；B.左右侧后扣带回；C.左右侧额中回；D.左右侧颞中回；E.左右侧海马旁回

2.2 FA、ADC值的定量范围 左、右侧海马、左、右侧后扣带回、左、右侧额中回、左、右侧颞中回及左、右侧海马旁回脑区内FA、MD的均值及标准差，见表1。

Table1QuantitativerangeofFAandMDvalueintheMCIrelatedbrainregions

脑区FA值MD值左侧海马0251±003400013±000024右侧海马0329±005400010±000018左侧后扣带回0291±005100012±000015右侧后扣带回0404±005200012±000024左侧额中回0197±002400013±000040右侧额中回0156±003800011±000047左侧颞中回0201±001400011±000009右侧颞中回0174±001100011±000011左侧海马旁回0242±002200017±000024右侧海马旁回0237±003400013±000027

2.3 DTI弥散参数与临床评分的相关性 对MCI认知功能相关脑区的FA值与MMSE、MoCA评分进行Pearson相关性分析发现，左侧海马、左侧颞中回、右侧额中的FA值与MMSE评分呈显著负相关(r=-0.529,-0.686,-0.457，P<0.05)；右侧后扣带回FA值与MMSE评分(r= 0.442，P< 0.05)及MoCA评分(r=0.6，P<0.05)均呈显著正相关关系，见表2。对MCI认知功能相关脑区的MD值与MMSE、MoCA评分进行Pearson相关性分析发现，左侧海马、右侧颞中回、左侧海马旁回的MD值与MMSE评分呈显著正相关(r=0.555，0.540，0.580，P<0.05)；左侧海马旁回的MD值与MoCA评分显著正相关(r= 0.443,P<0.05)，见表3。

表2MCI相关脑区FA值与患者临床评分的相关性

Table2CorrelationbetweentheFAvalueofthecognitiverelatedbrainregionsandtheclinicalassessmentscores

脑区MoCA评分MMSE评分rPrP左侧海马⁃01930403⁃05290014①右侧海马⁃00410858⁃01750449左侧后扣带回⁃01660472⁃03660103右侧后扣带回0600041①04420045①左侧额中回⁃00710759⁃03480122右侧额中回⁃01970392⁃04570037①左侧颞中回⁃02550264⁃068600006①右侧颞中回⁃0060797⁃042900503左侧海马旁回⁃00570807⁃02640247右侧海马旁回0090698003770871

注：①P<0.05，表示脑区内的平均FA值与临床评分显著相关

3 讨论

本研究采用基于体素的分析方法定量确定了MCI疾病相关主要脑区的DTI弥散参数FA、MD值的大小、变化范围，并分析了上述脑区内弥散参数与MCI临床指标的相关性，结果发现左侧海马、左侧海马旁回、右侧后扣带回、右侧额中回、双侧颞中回内DTI弥散微结构的变化认知功能评分存在显著相关性，尤其是左侧海马，FA、MD值均与MMSE评分显著相关，为MCI疾病的DTI影像诊断提供一定的量化参考指标和重点关注脑区。

表3MCI相关脑区MD值与患者临床评分的相关性

Table3CorrelationbetweentheMDvalueofthecognitiverelatedbrainregionsandtheclinicalassessmentscores

脑区MoCA评分MMSE评分rPrP左侧海马0327014705550009①右侧海马⁃00016099500380871左侧后扣带回⁃023031600029099右侧后扣带回⁃02940196⁃01780439左侧额中回⁃01980388⁃01540506右侧额中回⁃02260326⁃02210335左侧颞中回⁃0087070902320311右侧颞中回042100570540012①左侧海马旁回04430044①0580006①右侧海马旁回03140165020386

注：①P<0.05，表示脑区内的平均ADC值与临床评分显著相关

MCI疾病的组织体积、弥散成像、波谱成像、功能磁共振成像研究均报道了其病理累计的大脑组织结构及功能的变化[12]。海马区是人类记忆功能的重要中枢，而MCI患者的主要临床症状表现为记忆力下降，目前MCI患者海马组织的异常已在绝大多数研究中证实。结构磁共振成像研究表明，与正常老年人相比，MCI患者的海马组织表现为显著的体积萎缩[3，7，13-16]，DTI弥散微结构参数上表现为FA值的显著降低及MD的显著增高[7，13]，且FA值的改变与认知功能评分存在显著的相关性。海马组织的功能磁共振成像表现为N-乙酰天冬氨酸(NAA)/肌酸(Cr)、肌醇(mI)/Cr、mI/NAA值的显著增高及神经激活强度与功能连接的降低。NAA是神经和轴突密度的标志物，而mI被认为是神经胶质细胞的标志。因此，上述各项指标的降低预示着人脑记忆功能的下降以及认知功能的减退。除海马组织外，MCI组织结构、功能的异常在海马旁回、后扣带回、前额叶、颞叶皮层、内嗅皮层等组织也有相关研究报道。与海马组织相同，后扣带回、海马旁回、颞叶、额叶白质的FA值降低，MD值增高，且这些区域DTI弥散参数指标与临床认知功能评分存在相关性[9]。MCI患者的额叶NAA/Cr降低，mI/Cr增高；左侧内颞叶NAA/Cr降低，双侧内颞叶NAA/mI降低。与健康人的对比发现，MCI患者后扣带回皮层的ADC值增加，FA值降低，且后扣带回部位的ADC值与词汇及视觉记忆均具有很强的相关性[17]，这种相关性在MCI患者的执行功能和双侧后扣带回皮层的脑血流体积之间也存在显著性表现[18]。Tomasz等[19]研究发现颞叶皮层的体积测量对MCI鉴别诊断的敏感性和特异性分别达到90%及93%；且与健康对照相比，双侧颞叶皮层的MD值在遗忘型MCI和非遗忘型MCI患者中均显著增高[20]。因此，这些组织的结构及功能损伤可能参与MCI的病理、生理过程，对这些组织的弥散参数的检测可以实现对MCI疾病的诊断。

虽然现有研究已证实了DTI等其他成像方法对MCI的诊断价值，但直观影像图像上表现不明显，常规诊断方式无法实现对MCI的临床诊断，且目前尚无关于MCI患者相关脑区弥散参数值定量大小及范围的报道。该指标的确定能够为影像诊断提供特异性的参考范围，更利于实现对MCI的早期影像诊断。此外，与临床指标的相关性分析提示我们诊断过程中重点关注的脑区，提高诊断的敏感性和特异性。因此，该研究对MCI的早期DTI影像诊断，AD疾病的早期预防、早期干预具有非常重要的意义。

本研究不足之处尚存在以下不足：①样本量较小，本研究只纳入了21例MCI患者，若为临床诊断确定定量的诊断标准，该研究结果仍需进一步大样本量研究证实；②本研究只给出了MCI患者DTI弥散参数的定量值及范围，需进一步验证该结果对MCI疾病诊断的灵敏性和准确性；③本研究只给出了MCI疾病相关的主要脑区的DTI弥散参数定量值，其他相关脑区的弥散参数也需进一步研究提供，以提高DTI对MCI疾病诊断的准确率。

4 结论

MCI患者主要脑区的定量DTI弥散参数值及范围或许可以为MCI的DTI影像诊断提供一定的参考依据，尤其是与MCI临床表现存在显著相关的左侧海马、右侧后扣带回、左侧额中回及双侧颞中回脑区的弥散参数对诊断作用更大。该结果对MCI的灵敏性和特异性仍需进一步大样本研究，单一的MRI检查方法在MCI早期诊断中有一定的局限性，多模态检测方法联合可实现优势互补，从形态学、功能、代谢等角度对MCI诊断进行研究，提高MCI疾病诊断的准确性、敏感性和特异性，这也是未来研究值得关注的研究。

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