AD与MCI患者的静息态功能磁共振成像低频振幅研究

吴甜莺 郑永克 陈淑超 王一栋

阿尔茨海默病（AD）是老年人中最常见的痴呆类型。研究表明，AD病理、生理过程的启动比其临床症状的出现早10～20年［1］，神经影像学检查是早期诊断该病的有效手段。轻度认知功能障碍（MCI）是指有记忆障碍和（或）轻度的其他认知功能障碍，但个体的社会职业或日常生活功能未受影响，是介于正常老化与轻度痴呆之间的一种临床状态，是阿尔茨海默病的高危人群［2］。针对MCI群体的研究可以协助AD的早期诊断。MCI具有异质性：部分进展为AD或其他类型痴呆，部分长期保持轻度认知障碍，还有小部分能恢复正常。静息态功能磁共振成像（rsfMRI）自发性低频振幅（ALFF）分析法是通过直接观察脑BOLD信号相对基线变化的幅度反应脑神经元的自发活动，是国内外常用的fMRI分析方法之一。本研究采用ALFF分析法研究AD患者和MCI患者的脑神经元的自发活动，探讨两类患者脑功能的病理生理改变。

1 材料与方法

1.1 一般资料 选取2017年1月至12月本院干部科就诊的认知功能障碍患者33例。其中AD患者18例，男7例，女11例，平均年龄（74.52±9.01）岁；MCI患者15例，男6例，女9例，平均年龄（72.04±8.35）岁。AD组的入组符合美国国立神经病语言障碍卒中研究所和AD及相关疾病协会（NINCDS-ADRDA）2007版诊断“很可能AD”的标准［3］，MCI组的入组符合国际MCI工作组2004年诊断标准。两组均排除有意识障碍、癫痫、失语、恶性肿瘤、严重营养不良及认知功能障碍发生在谵妄期的患者。同时选取本院体检中心同期健康老年人15例为正常对照组，其中男7例，女8例，平均年龄（73.64±8.65）岁。纳入标准：年龄≥60岁，无严重躯体疾病，在认知功能、生活能力及社交能力等方面检查无异常者。所有观察对象均无体内金属植入并排除MRI检查禁忌，均取得知情同意。

1.2 方 法 （1）MRI检 查：采用Siemens公司的Skyra 3.0T超导磁共振扫描仪，配套8通道相控阵头正交线圈。受检者被嘱闭目静息平卧，头部固定，使用橡皮耳塞降低噪音。采用磁化准备梯度（MPRAGE）序列获取高分辨率的3D颅脑T1加权解剖像:TR=9.9ms，TE=4.6ms，翻转角8°，60层，视野24cm×24cm，矩阵256×256，层厚1mm，体素0.5mm×0.5mm×0.5mm。全脑回波平面成像（EPI）时间序列扫描参数如下：TR=3s，TE=35ms，翻转角90°，体素1.7mm×1.7mm×4mm。3组均行常规T1W和T2WI结构磁共振检查以排除脑部结构异常。（2）数据预处理：运用AFNI软件（http://afni.nimh.nih.gov/）将rsfMRI数据进行预处理。首先应用PESTICA 软件（http://www.nitrc.org/projects/pestica/）辨别 rsfMRI数据的心跳和呼吸的噪音，来校正生理性噪音。PESTICA包含了IRF-RETROICOR，其是一种提高准确性的方法，可以计算每一次心跳和呼吸的脉冲响应函数。在rsEPI中应用时间层校正和头部运动校正，然后用基于解剖学相关性的校正方式进行数据校正。数据回归包括：从头部运动校正获取的六个参数；来自已侵蚀的大的脑室膜层的信号以及来自白质侵蚀膜层区域的信号。由磁场不一致引起的强度不均匀性的T1图像，被分为白质，灰质，脑脊髓液分别进行校正。解剖图T1图像是用皮尔森相关成本函数去显示功能图像，所有的膜层转换成EPI空间。

1.3 数据处理 运用AFNI软件加工ALFF数据。时序用快速Fourier函数（FFT）第一次被转换成频率，然后获得能谱。在一开始的时序下，因为在能谱中的转换频率是正比于频率的幅值的平方，所以在频率范围0.009～0.08Hz，针对每个体素计算平均FFT获得的能谱，再取平方根，即得ALFF数据。在计算ALFF图后，运用空间平滑技术，用6mm半宽度（FWHM）高斯函数并且使其标准化至MNI152模板，以提高图像的信噪比。

1.4 统计学方法 采用AFNI软件进行rsfMRI数据的ALFF分析。为了提高ALFF的标准化，进一步采用fALFF，低频震荡下的能量与整个频谱（0.009～0.25Hz）的能量之比，每个个体标准化的ALFF值经减一处理进入组内及组间统计分析。平均所有受试者标准化后的高分辨率3D T1WI图像，产生全脑平均结构图，观看统计分析结果。三组各组内统计采用单样本t检验，各组间比较采用双样本t检验，以p＜0.05（未校正p＜0.01，F＞4.78）及簇大小 ＞270mm3（10 个体素）时确定为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 AD组、MCI组和正常对照组单样本t检验结果单样本t检验结果（见图1）：正常对照组t=3.01，p＜0.05（未校正），簇大小 ＞270mm3（10 个体素），MCI组 t=3.01，p＜0.05（未校正），簇大小 ＞270mm3（10个体素），AD 组 t=3.01，p＜0.05（未校正），簇大小＞270mm3（10个体素）。结果显示，脑默认网络结构区ALFF增高，包括双侧楔前叶、双侧扣带后回、双侧额叶内侧和双侧顶下叶。

图1 单样本t检验结果（第一行是针对健康对照组行rsfMRI检查的ALFF分析平均图像，第二行是针对MCI患者行rsfMRI检查的ALFF分析平均图像，第三行是针对AD患者行rsfMRI检查的ALFF分析平均图像。）

2.2 各组间ALFF差异双样本t检验结果 AD患者、MCI患者和对照组间ALFF存在显著性差异（p＜0.05），主要位于颞上回、内侧额回、中央后回、海马旁回、楔前叶、脑岛以及扣带回、尾核以及额上回（见图2）。AD、MCI组比较对照组AFL下降，AD比较MCI组AFLL亦下降。AD患者与对照组比较，在双侧颞上回、内侧额回、楔前叶、海马旁回、内侧额回、额上回、尾核表现出ALFF降低，在右侧豆状核表现出AFLL增高，差异有统计学意义（p＜0.05）。MCI患者与对照组比较，在下顶叶、缘上回、额上回、额中回、中央后回、海马旁回、颞上回、楔前叶、后扣带回（PCC）、内侧额回表现出ALFF降低，差异有统计学意义（p＜0.05）。AD患者与MCI 患者比较，在海马旁回、楔前叶、后扣带回以及小脑的ALFF显著降低（见图2）。

图2 对照组和AD、MCI患者之间的两样本t检验结果显示，ALFF数据存在显著性差异如下：（a）脑区显示在对照组和MCI、AD患者组之间差异显著［p＜0.05（未校正p＜0.01，F＞4.78，270mm3）］。MCI患者组与对照组比较在脑区（b）中存在显著的差异，在（C）中AD患者组与MCI患者组比较，和（d）中AD患者与正常对照组比较，均存在显著差异（p＜0.05）。

3 讨论

静息态功能磁共振是从能量角度反映大脑区域静息态下的自发活动水平［4］，可检测出MCI、AD高危人群的脑功能连接异常，且可辅助AD与其他疾病的鉴别诊断，对AD的早期诊断具有重要意义。有研究［5］提出人脑静息态下的默认网络（DMN）结构，主要包括前额叶中部皮质、双侧内顶叶、楔前叶和扣带回。其功能活动与情景记忆提取、认知情感和维持大脑对周围环境状况的监测有关。有研究针对全脑网格结构，结果显示，默认网格结构区域发生了弥漫性功能连接的改变，包括右侧顶下小叶、右内侧前额叶皮质及左侧梭状回，并且在右内侧颞叶出现了功能连接减低的趋势［6］。本研究显示，AD患者、MCI患者和对照组间ALFF值存在显著性差异，主要位于颞上回、内侧额回、中央后回、海马旁回、楔前叶、脑岛、扣带回、尾核、以及额上回，表现出DMN的脑区ALFF值异常，进一步证实人脑静息态下DMN的存在。近年来，有针对全脑网络结构的研究提出了前后失连接和脑叶间连接增强的概念，该研究表明，AD患者可能发生了全脑功能连接的改变［7］。赵彬等［8］在静息状态下采用自发性低频振幅（ALFF）的方法，研究了AD患者脑部基线活动，发现静息状态下AD组患者楔前叶和后扣带回、左侧丘脑ALFF减少，而右侧海马及海马旁回、左额下回及双侧小脑后叶ALFF值升高，差异有统计学意义（p＜0.05）。本研究显示，AD与对照组比较，在双侧颞上回、内侧额回、楔前叶、海马旁回、额上回、尾核表现出ALFF降低，表明AD患者这些区域脑功能连接减弱，仅在右侧豆状核表现出脑功能连接增强区域，提示AD患者可能在默认网络脑功能受损的情况下，存在其他脑区的功能性代偿。各研究显示不同脑区的差异可能与研究样本数、分析方法不同有关。

Jin等［9］将遗忘型MCI患者和健康对照组进行对比研究，结果表明，遗忘型MCI患者外侧前额叶皮质、右侧角回、左颞叶内侧、左颞上回及后扣带回/楔前叶等默认网络结构功能明显减弱，且右侧角回皮质区、外侧前额叶皮质、左颞叶内侧的默认网络功能减弱与记忆评分呈正相关。Laks等［10］针对PCC/楔前叶功能连接进行随访研究显示，PCC/楔前叶功能连接在aMCI组较健康对照组增强；经20个月随访，PCC/楔前叶功能连接在aMCI组明显下降，且与患者情景记忆的下降呈正相关。结果提示，早期激活的增加可能是脑组织的代偿反应，早期内侧颞叶激活预示着其后认知功能的快速减退。本研究亦提示MCI患者存在PCC/楔前叶功能连接下降，DMN结构功能减弱。

将AD与MCI进行比较的rsfMRI研究目前国内鲜有报道，因其MCI患者的临床诊断较困难导致入组样本不精确，目前的检查手段较难将MCI与早期AD患者区分开来。本研究显示AD与MCI 患者比较，在以默认网络为主的脑区ALFF值存在显著性差异，有助于临床上区分早期AD与MCI患者，为预测MCI患者是否会发生AD和AD患者的早期发现提供了重要的诊断意义，但仍需要大量样本的研究来进一步求证。

综上所述，本研究结果显示，AD和MCI患者静息态下脑功能区ALFF存在显著变化。静息态fMRI能揭示AD和MCI患者脑区功能性变化，有利于AD和MCI的早期诊断和评价预后，在临床上具有良好的发展前景。