基于人工智能脑分区体积定量测量、1H-MRS 对轻度认知功能障碍患者与正常健康老年人的脑容积差异研究

覃 滢，冯善臣，刘铁军

（1 柳州市人民医院放射科 广西 柳州 545006）

（2 广西中医药大学附属国际壮医医院放射科 广西 南宁 530001）

轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment,MCI）是正常老化和轻度痴呆之间的一种过渡状态，其临床特点是患者表现为与年龄不符的记忆力下降，或其他认知功能轻度损害，但不影响日常生活，且未达到痴呆诊断标准[1-3]。MCI 被认为是阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的前期临床阶段，具有较高转化为AD 的风险，是临床干预、防治AD 的关键节点[3]。为进一步了解MCI 患者与正常健康老年人脑容积的差异，本研究通过回顾性分析上述人群的MRI 图像，并通过人工智能脑分区体积定量测量、1H-MRS 在MCI 和正常健康老年人中的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取柳州市人民医院2021 年1 月—2023 年8 月期间收治的29 例MCI 患者和35 例年龄匹配的认知正常患者，分为MCI 组和正常健康老年组。

MCI 组中女16 例，男13 例，年龄46 ～90 岁，平均年龄（69.9±10.0）岁。入组标准参照Petersen2004 年和NIA-AA2011 年的MCI 诊断标准[4-5]：①存在知情者证实的记忆力减退；②无日常生活能力受损；③患者记忆力损害未达到痴呆的诊断标准或临床痴呆评定量表为0.5 分；④2 年内无药物滥用或成瘾史。排除标准：其他能引起脑功能障碍的疾病。正常健康老年组中女20 例，男15 例，年龄42 ～91 岁，平均年龄（63.7±10.1）岁。纳入标准：①有独立的行为能力且神经检查正常；②无认知功能减退和记忆力障碍病史，且MMSE 评分正常。排除标准：血管性痴呆、颅脑肿瘤患者。

1.2 方法

应用Philips Achieva 3.0T MRI 头颅专用线圈扫描横断位3D T1WI TFE 序列。序列参数为：TE 3.7 ms，TR 7.6 ms，翻转角8°，层厚2 mm，层间距-1 mm，FOV 240 mm×240 mm，采集体数1×1×1（各向同性）。1H-MRS 扫描参数如下：TR 1 000 ms，TE 35 ms，层厚2 mm，间隔2 cm，激励次数2，压水96%～99%，匀场半高带宽（2 ～6）Hz，扫描部位为双侧海马，其后处理在飞利浦配置的工作站上进行。

1.3 观察指标

①应用联影AI 软件自动完成MRI 脑分割并计算区域脑组织体积。②另应用后处理软件测量两侧海马N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、胆碱复合物（Cho）、肌酸和磷酸肌酸（Cr）等波峰高度。

1.4 统计学方法

采用SPSS 24.0 统计软件分析数据。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（）表示，采用t检验；计数资料以频数（n）、百分率（%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 脑分区体积定量测量

人工智能脑分区体积定量测量显示两组患者海马、海马旁回、杏仁核、尾状核、苍白球等脑区平均脑实质容积如表1 所示。经统计分析发现MCI 患者双侧海马、杏仁核、丘脑、岛叶、颞上回、颞中回、颞下回、顶下小叶、楔前叶、缘上回、枕外侧回、内嗅皮质及左侧中扣带回的脑容积均较正常健康老年人患者减少（P＜0.05），双侧海马旁回、尾状核、苍白球、壳核、前扣带回、中扣带回、后扣带回、颞横回及右侧中扣带回的脑容积较正常老年患者差异无统计学意义（P＞0.05）。1 例记忆力下降患者脑萎缩区域标注图，见图1。

表1 基于人工智能脑分区体积定量测量脑区平均体积（ ± s, cm3）

表1 基于人工智能脑分区体积定量测量脑区平均体积（ ± s, cm3）

脑区正常组（左）MCI 组（左）tP海马3.75±0.662.94±1.013.7170.001海马旁回1.63±0.481.45±0.461.4980.139杏仁核1.69±0.311.42±0.512.5220.015尾状核3.04±0.352.87±0.571.3890.172苍白球1.50±0.451.56±0.420.5910.556壳核4.12±0.573.82±0.771.8260.073丘脑6.22±1.205.70±0.832.0250.047前扣带回2.00±0.511.90±0.480.8020.426中扣带回1.53±0.391.29±0.302.6750.010后扣带回2.71±0.462.51±0.391.8960.063岛叶6.31±0.905.67±1.042.7000.009颞上回11.33±1.779.55±1.604.191 ＜0.001颞中回9.83±1.608.26±1.793.708 ＜0.001颞下回10.34±1.498.95±2.272.9400.005颞横回0.89±0.260.96±0.231.2070.232顶下小叶11.21±1.8610.2±1.732.0960.040楔前叶8.73±1.477.69±1.133.1310.003缘上回10.20±1.599.14±1.502.7210.008枕外侧回11.11±1.649.93±1.712.8140.007内嗅皮质1.76±0.431.45±0.482.7090.009脑区正常组（右）MCI 组（右）tP海马4.00±0.643.21±0.933.969 ＜0.001海马旁回1.46±0.501.41±0.450.4710.640杏仁核1.83±0.281.52±0.493.1690.002尾状核3.03±0.412.89±0.521.1720.246苍白球1.36±0.571.61±0.481.8590.068壳核4.15±0.693.97±0.771.0180.312丘脑6.10±1.215.40±0.872.6910.009前扣带回1.56±0.391.68±0.411.2520.215中扣带回1.73±0.51.70±0.350.5720.569后扣带回2.83±0.482.66±0.481.4390.155岛叶6.60±0.885.86±0.923.3020.002颞上回11.18±1.859.60±1.573.6420.001颞中回11.18±1.459.52±1.664.287 ＜0.001颞下回9.80±1.228.48±1.813.3400.002颞横回0.72±0.240.73±0.170.1370.892顶下小叶13.49±1.8511.79±1.973.5530.001楔前叶9.07±1.509.10±1.212.9270.005缘上回9.10±1.218.25±1.182.8440.006枕外侧回10.70±1.859.73±1.532.2300.029内嗅皮质1.70±0.331.46±0.452.4240.018

2.2 海马MRS 波峰高度

所有研究对象中，17 人完成1H-MRS 检查（MCI 组15 人，正常老年组2 人）。较正常对照组相比，除1 例MCI 患者外，余下14 例MCI 患者一侧或双侧海马的NAA 峰减低。其中2 例患者双侧海马NAA、NAA/Cr峰值减低，9 例显示为左侧海马上述谱峰减低，3 例显示为右侧海马上述谱峰减低，仅3 例患者Cho 峰升高，1 例Cho 峰减低。

3 讨论

MCI 是AD 的临床前阶段，其主要症状是认知功能减退，日常基本能力正常，但复杂的工具性日常能力轻微损害。据统计每年约有10%～20% MCI 转化为AD，MCI 患者在初诊1、2、3 及4 ～5 年内进展为AD 的转化率分别为10%～15%、40%、20%～53%、55%[6]。由此可见，MCI 具有高度转化为AD 的风险。目前，MCI 的诊断主要依据患者主诉、临床表现和神经心理学量表评价，上述方法存在一定的主观性，会导致疾病的误诊、漏诊[7]。因此，寻找MCI 的早期影像诊断标志物具有重要临床意义。

MCI 及AD 的早期阶段，首先是内嗅皮层发生严重变化，而海马、扣带回、颞极及岛叶变化较轻，随着疾病的进展，海马等区域损伤加重，同时新皮层关联区域（例如杏仁核、壳核基部、伏隔核、丘脑等边缘脑区）出现损伤，最后病变会累及锥体外系[8]。既往研究认为MCI 患者灰质萎缩主要发生在双侧海马、双侧颞叶上部、双侧丘脑、左侧岛叶、左侧扣带回等区域[9]。与正常健康老年人相比，MCI 患者的双侧海马、内嗅皮层、海马旁回、双侧扣带回、双侧岛叶、双侧颞叶体积减小，第三脑室、双侧侧脑室（侧脑室下角）体积增大[10]。本研究所示MCI患者脑容积减小区与既往研究基本相符，主要发生在双侧海马、杏仁核、丘脑、岛叶、颞上回、颞中回、颞下回、顶下小叶、楔前叶、缘上回、枕外侧回、内嗅皮质及左侧中扣带回等区域，与正常健康老年人相比，差异有统计学意义（P＜0.05）。本研究正常健康老年人与MCI患者海马旁回体积比较，差异无统计学意义（P＞0.05），这与既往研究结果有差异。通过查找数据，本文发现正常健康老年人组中一名77 岁和80 岁女性患者海马旁回体积较小是导致本次数据偏差的主要原因。排除偏移数据，本研究大多数MCI 患者海马旁回体积较正常健康老年人偏小。

1H-MRS 是一种无创检测活体组织能量代谢、生化改变及化合物定量分析的影像学方法，既往研究认为MRS 能够鉴别MCI、AD 和正常健康老年人患者。大多数研究结果指出MCI 患者与正常老年人相比NAA 代谢水平降低，两侧海马NAA/Cr 降低可不同步，以左侧海马受累最早[9,11-12]。本研究发现MCI 患者海马存在NAA减低，且以左侧海马受损多见，这一观点与既往研究相符。一项关于MCI 患者的MRS 研究显示MCI 患者在海马和后扣带回代谢物水平与认知功能评分存在相关性；左海马NAA/Cr 比值为1.195、右侧海马NAA/Cr 比值为1.19是区分正常健康老年人和MCI 患者的临界点，对于早期MCI 筛查、诊断有一定参考价值[13]。

综上所述，人工智能脑分区体积定量测量和海马1H-MRS 成像对鉴别轻度认知功能障碍与正常健康老年人方面有一定的价值。应用人工智能脑分区体积定量测量可以发现患者脑萎缩区域，海马1H-MRS 成像也能显示神经元受损改变。