T1-MPRAGE序列分析帕金森病脑结构的初步研究

马文辉 王云玲 罕迦尔别克·库锟 丁 爽 贾文霄

新疆医科大学第一附属医院，新疆 乌鲁木齐 830054

帕金森病（Parkinson’s disease，PD）是一种复杂的、与年龄相关的神经退行性疾病，有较高的发病率和病死率，其与多巴胺缺乏、运动和非运动症状有关［1-2］，常见于老年群体，疾病进展缓慢，发病机制尚未完全明确［3］。MRI 可显示PD 患者脑部结构，有助于评估脑部病变程度［4］。但常规MRI 仅能观察到病程较长患者脑结构的明显变化，可能忽略某些在前驱期PD 预警中发挥关键作用的指标［5-6］。有学者［7］指出，随着PD 患者的病情不断进展，基底节区核团结构和功能都会发生不同程度的改变，如尾状核和壳核多巴胺功能的不对称下降。对于PD 患者脑内核团的精准监测，常规序列远远不能满足。目前关于核团仅有部分研究，但关于PD患者各个核团体积方面的讨论较少。本研究使用T1-MPRAGE，一种通过180°预备反转脉冲和小角度激发梯度回波快速获取的三维磁共振扫描序列［8］。得到PD患者皮层下灰质及各核团的高清图像，与常规序列对比具有较高的空间和时间分辨率，并可用FreeSurfer软件（http：//surfer.nmr.mgh.harvard.edu）进行精确自动分割，分析PD 患者灰质及核团体积，旨在探讨PD 患者发病后和正常人的差异及其临床意义。

1 资料与方法

1.1 研究对象PD 组：收集2018—2021 年于新疆医科大学第一附属医院神经内科就诊的PD 患者36例，其中男20例，女16例，年龄60～80（63.7±11.4岁）岁，病程（6.2±2.4）a；均为右利手。纳入标准：（1）符合帕金森病的诊断标准；（2）无其他躯体或精神疾病；（3）年龄60～80 岁，（4）性别不限；（5）右利手。排除标准：（1）存在外伤、感染、卒中或占位性病变，脑实质病变；（2）存在MRI检查绝对禁忌证。对照组为与PD 组性别、年龄匹配的健康志愿者28 例，其中男15 例，女13 例，年龄60～80（65.6±7.4）岁，均为右利手。本研究通过新疆医科大学第一附属医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 数据收集所有参与者在SIEMENS SKYRA 3.0T 扫描仪（SIEMENS，Germany）上进行图像采集，采用12 通道头线圈。所有患者均接受T1-MPRAGE序列扫描。扫描参数：TR 2 300 ms，TE 2.32 ms，FA 8，层厚：0.9 mm，无间隙，FOV 240 mm×240 mm，体素0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，扫描时间：5 min 21 s。

1.3 数据分析与后处理所有图像质量检查和处理都在新疆医科大学第一附属医院磁共振室进行，由两名5 年以上经验的医师对图像及图像质量进行判读，使用第三方软件分析图像质量。使用MRIcron软件将T1-MPRAGE 序列扫描获取的DICOM 图像转换为NIFTI 格式，在UBUNTU20.04 平台下，应用Freesurfer 软件对转换得到的NIFTI 格式图像进行自动分割和结构分析，自动提取大脑皮质、皮层下灰质、核团及小脑皮层、白质体积等数据。

1.4 统计学分析应用SPSS 26.0统计软件对PD与对照组一般人口统计学资料（性别、年龄）进行统计学分析；对各个核团体积结构数据进行独立样本t检验；将PD组与对照组差异的区域与病程进行相关性分析；P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PD组与对照组一般资料对比PD组与对照组年龄、性别及受教育程度差异均无统计学意义（P>0.05），见表1。

表1 2组一般资料对比Table 1 Comparison of general data

2.2 PD组与对照组灰白质体积对比PD组与对照组小脑白质及脑灰质体积无明显差异（P>0.05），见表2。

表2 PD组与对照组小脑白质及脑灰质体积比较 （±s）Table 2 Comparison of cerebellar white matter and gray matter volume between PD group and control group （±s）

表2 PD组与对照组小脑白质及脑灰质体积比较 （±s）Table 2 Comparison of cerebellar white matter and gray matter volume between PD group and control group （±s）

体积左侧大脑半球皮质灰质体积右侧大脑半球皮质灰质体积皮质灰质总体积左侧小脑白质体积右侧小脑白质体积PD组/mm3 219 005±28 447对照组/mm3 209 433±24 639 P值0.390 222 546±28 493 442 225±56 499 14 625±2 947 14 581±2 949 223 508±33 129 424 760±45 981 16 201±2 314 14 925±2 788 0.667 0.320 0.930 0.467

2.3 FreeSurfer 分析皮层下灰质结构结果PD 组与对照组各个皮层下灰质结构的体积差异，右侧尾状核和右侧伏隔核体积较对照组差异有统计学意义（P<0.05），见表3，图1。

图1 A-E：男性，71岁，PD患者；F-J：男性，65岁，PD患者。图中蓝色为右侧尾状核、橙色为右侧伏隔核Figure 1 A-E：A 71-year-old male patient with PD;F-J：A 65-year-old male patient with PD.In this image，the right caudate nucleus is in blue and the right accumbens is in orange

表3 PD组与对照组皮层下灰质结构的体积比较Table 3 Volume comparison of subcortical gray matter nucleus between PD group and control group

2.4 PD组右侧尾状核及右侧伏隔核体积与病程关系散点图PD组右侧尾状核与右侧伏隔核体积改变与病程呈负相关关系（P<0.05，r值分别为—0.76，—0.54），见图2、图3。

图2 右侧尾状核体积与病程的关系Figure 2 The relationship between right caudate nucleus volume and disease duration

图3 右侧伏隔核体积与病程的关系Figure 3 The relationship between right nucleus accumbens volume and disease duration

3 讨论

PD 是一种以黑质多巴胺能神经元进行性缺失的退行性疾病，目前研究的难点是发现其具有特征性的影像学生物标志物，这对PD的诊疗指导及预后的判断尤为重要［9］。先前的神经影像学研究已经发现了帕金森病患者的多巴胺能通路和相关神经回路的受损［10］。

VBM是一种基于体素对脑结构进行自动分析的测量方法［11］，但其在皮层下灰质核团结构分析时会容易出现误差。而FreeSurfer 是当前用于MRI 图像处理和分析的一款新兴的自动后处理工具，可对脑内各个结构做出精准分割，并计算得出体积；与传统手动分割对比，能有效防止在运算时出现伪影而产生偏差，且当前很少有运用T1-MPRAGE 序列对帕金森患者脑内核团体积改变分析的研究。FreeSurfer可定量计算脑灰白质的体积大小，评价全脑解剖结构的差异，具备较佳的重复性价值，但目前有关PD 患者脑内结构的体积研究结果仍然存在一些争议。本研究发现PD组与对照组相比，大脑灰质体积及小脑白质体积无明显差异，这与相关报道结果一致［12-13］。同时还发现右侧尾状核体积较小，且与病程呈负相关关系。这些发现提示随着PD患者病情进展，右侧尾状核的受损程度可能也趋向严重。壳核和尾状核组成的纹状体是基底神经节较为重要的组成部分，也是脑内关键的灰质核团之一［14］。帕金森病患者轻度行为障碍与皮质纹状体的连接改变也有一定的关系［15］。部分PD 患者在出现明显的临床症状之前，多巴胺神经元的缺失就已发生。平均扩散率（MD）反映水分子的整体扩散水平和阻力情况，有研究发现PD患者黑质、尾状核头升高差异均有统计学意义，说明可能由于神经元丢失、变性，组织间结构松散，从而导致水分子扩散增快［16-17］。本次研究也一再探讨PD患者核团体积改变可能的意义。PD患者早期即存在广泛的脑白质纤维结构变化，随病程进展更为显著［18-22］。已有研究表明，伴多巴胺能缺陷的尾状核与帕金森病患者的抑郁相关［23-26］。而尾状核参与构成皮层-纹状体-苍白球-丘脑情绪调控环路，维持人体正常的情绪反射［27-30］，本次研究发现PD 患者的右侧尾状核体积萎缩，因而尾状核结构可能发生异常，会打破整体情绪调节系统的平衡，导致调控失衡，容易使患者产生负性情绪等相关问题［31-33］。

同时本研究发现，PD 患者与正常对照组比较，其体积减少区域还包括了右侧伏隔核，而伏隔核参与基底节-丘脑-皮质神经环路中纹状体站的边缘脑叶部分的组成，其功能与抑郁症、精神分裂症等疾病的发生发展相关［34-36］，而抑郁症又是帕金森病常见的非运动症状之一。在PD病程中，某些大脑核团的改变可能在出现明显运动症状前就已经发生。伏隔核的抑制性输出神经元发出的轴突所投射到的区域，在人类的负性情感及强化中起至关重要的作用［37-38］，这也说明了部分PD 患者伴发非运动症状的改变与这些脑区之间存在关系［39-40］。

PD 患者右侧尾状核及右侧伏隔核的体积与病程时间关系密切，随着病程延长而缩小，这一发现可能能够解释PD 患者后期伴发非运动症状的原因。本次研究探讨了基于T1-MPRAGE 图像和FreeSurfer分析技术的分割结果应用于PD 患者脑结构变化中的价值，对脑内结构改变区域的精准定位，可有效评估PD 患者脑深部核团微观变化情况，有助于PD 的诊断及病情严重程度的评估。右侧尾状核及右侧伏隔核体积的改变未来有可能为临床进一步评估及预测PD 患者伴发非运动症状提供影像学参考，推动MRI应用于PD诊断效能的提高，为患者的疗效监测提供客观依据。

本研究的局限性及不足之处：（1）本研究尚未将年龄因素可能对脑区结构改变产生的影响纳入讨论，有待今后扩大样本量并进一步深入研究；（2）未对患者进行相关的心理评估，仍需继续探讨以分析患者伏隔核体积改变与情绪异常的相关性。