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阿尔茨海默病脑白质改变的磁共振研究现状

发布时间 2020-09-24 16:18

  年世界健康组织宣布:全球大约有4750万人遭受痴呆的困扰,其中绝大部分为阿尔茨海默病(Alzheimer's,AD)。AD的脑灰质改变一直是AD病理和影像研究的热点。目前已经清楚AD患者很早就出现了以颞叶内侧结构萎缩为特点的脑形态学改变,萎缩逐渐向颞顶叶及其他各脑叶发展,其病理基础为老年斑(senile

  近年来,随着神经影像技术的迅猛发展,AD的脑白质改变受到了研究者的重视,本文就AD脑白质改变的研究进展做以综述。

  AD的主要病理学特征为SP、NFT、神经元的丢失、神经元颗粒空泡变性和血管壁淀粉样蛋白变性等。在脑白质方面,主要的改变为神经纤维髓鞘脱失、微管退化、轴突损伤、突触丧失等,最终导致神经纤维束减少,白质体积减少。目前神经病理学研究显示在AD早期神经纤维髓鞘成分就已经发生改变,如髓鞘蛋白和脂类的异常(髓鞘蛋白的变性和脂类成分减少)。这些异常改变导致神经元体积减小,使细胞外间隙明显扩大,水分子的弥散上升破坏了纤维轴的完整性。

  弥散张量成像研究:利用弥散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)技术能够对脑白质的完整性进行评估。DTI的两个基本参数是平均扩散率(meandiffusion,MD)和部分异向性指数(fractionalanisotropy,FA)。MD是衡量水分子平均扩散率,FA是评价水分子扩散异向性的程度。当白质纤维遭到破坏时,弥散屏障损害,致使水分子沿着白质纤维束方向弥散减弱,像四周弥散加强。所以MD值升高和(或)FA值下降可提示神经纤维髓鞘受损、脑白质纤维完整性下降。尽管结论不一,但AD的DTI研究总的显示AD的白质病变易选择性地累及那些与AD受损皮层(如颞顶叶)联系密切的脑白质纤维,如扣带束、胼胝体等,其余脑白质区如半卵圆中心、基底节区则不易受累,下文将具体阐述易受累的区域在DTI中的改变。

  扣带束是扣带回与其他脑灰质结构间的联络纤维,在AD时受损较为突出。一些研究认为在AD早期如轻度认知功能障碍(mildcognitiveimpairment,MCI)阶段后扣带回与海马间的扣带束就出现受损,是AD早期的影像学改变之一。NIRTM等人研究显示AD和MCI患者中,全脑白质病变最严重的部位是连接左侧海马和扣带回之间的扣带束。有研究显示MCI组只有扣带束的FA值下降,而AD组除扣带束外,其他脑区的FA值也有明显下降,可以推测AD的部分病理改变可能从颞叶内侧结构沿扣带束向其他脑区扩布。此外,许多研究显示扣带束的结构异常程度与AD认知功能障碍的严重程度相关。

  而一些研究发现对不同病程的AD患者的研究表明,扣带回后部白质改变可以反映AD病程进展变化,其FA值与简易智能量表(mini-mentalstateexaminatlon,MMSE)评分呈显著相关。扣带束受损加重认知功能障碍的原因可能与扣带束后部参与Paze环路的组成,与记忆、语言、注意力、视空间执行功能等认知领域的功能相关。当然这方面研究结论并不一致,也有研究显示扣带束FA值与MMSE量表得分之间并无相关性。DTI研究尤其是MCI患者的DTI研究受到研究入组标准、扫描参数和分析方法的影响很大,可能是造成研究结论不一的原因。

  胼胝体是脑内最大的连合纤维,其联合纤维呈放射状分布在两半球相应区域。大部分DTI研究均显示AD患者胼胝体FA值显著减低,尤其以压部改变更为明显,这为理解AD病理改变在脑内的扩布提供了依据。AD早期的MCI阶段胼胝体压部神经纤维是否受损研究意见不一。有的研究通过比较MCI组与健康组胼胝体压部的FA值、MD值,发现两组数值的差异无统计学意义,推测早期痴呆尚未累计胼胝体后部。但另一些研究显示胼胝体压部的FA值在MCI阶段就已出现明显下降,提示AD早期胼胝体压部就已受累。另有部分研究显示AD的胼胝体受累集中于胼胝体前部及体部,而不是压部。因此,AD患者胼胝体神经纤维受损的时期和具体受累的部位尚有很大争议,有待进一步研究。

  上纵束位于扣带束外侧,其纤维双向连接前额皮质和顶叶,其完整性受损常会引起严重的空间注意力和空间记忆紊乱。一些研究显示AD患者上纵束区域的FA值显著降低,其中左上纵束受损与传导性失语、命名障碍等症状有关,右上纵束受损与视空间障碍和注意力障碍等症状相关。下纵束起自枕极附近,向前经过侧脑室后角、下角和视辐射的外侧,终止于颞叶。有研究在AD患者中观察到下纵束FA值显著降低,与视觉失认、面容失认及近期视觉记忆障碍有关。个别研究还关注了AD患者钩束、穹窿和小脑等部位白质的变化。总体来讲与扣带束和胼胝体相比,考察这些部位白质的研究数量不多且具体受累部位和程度结论迥异,并不能形成一致的结论。

  既往DTI对AD的研究显示,在脑萎缩出现前即有以扣带束、下纵束等为代表的多纤维受损。并且Zhang等研究的观点也支持DTI对AD的早期诊断。先前的研究提示,DTI测量可以帮助识别MCI患者谁最有可能进展为AD患者。并且有研究表明在检测AD的早期变化中MD被认为是最敏感的。然而Nowrangictal等在根据12个月的跟踪研究发现MCI组与正常组比较时,DTI的参数变化无统计学意义。NAGGARA等在对全脑脑白质纤维束与相应DTI参数研究中,在全脑范围内均未发现其与MMSE评分之间的相关性。总之,有关DTI在诊断早期AD的诊断价值尚不完全统一,需要进一步的研究。可结合其他检查手段以便于早期诊断AD。

  DKI基于非高斯扩散模型,因此能更精确描述组织微观结构变化的特点。DKI的代表参数平均峰度值(meankurtosis,MK)能够反映组织微观结构的复杂程度,非正态分布水分子扩散受限越显著,MK也越大,更适于描述白质纤维束的扩散特点和灰质的研究。袁理想等对AD患者脑白质进行MK和FA参数的评估,结果显示MK较FA更能反映AD白质受累的程度。此研究结果与Wang等的研究一致。但有一些研究表明早期Aβ的沉积对MK值的影响较大,这对DKI在早期诊断AD患者的实用性上造成一定影响。

  MRS用于测定活体内代谢物浓度,反映组织细胞的代谢状况,对AD患者的早期诊断有一定价值。常见的被检测代谢物包括N-乙酰天门冬氨酸(NAA)、胆碱(CHO)、肌醇(mI)和肌酸(Cr)等。多数研究显示AD患者灰质区NAA浓度降低,与AD神经元的受损缺失有关,而白质区NAA降低不明显。AD的MRS研究由于感兴趣区的选择和测量指标的不同结论差异较大,有的研究显示扣带回后部NAA/Cr比值降低、NAA/mI比值降低和mI/Cr比值升高对早期诊断AD有一定的价值,有的研究则发现AD患者左颞叶外侧mI/Cr减小和右颞叶外侧Cho/Cr减小对早期诊断AD有意义。AD的MRS的研究尚需进一步深入。

  研究AD的脑白质改变有助于加深对AD脑病理改变进展规律的认识,目前对AD脑白质改变的研究尚有大量未知领域,有待于进一步研究探索。结合目前的研究现状,今后该领域的研究可着重以下方向进行:

  1)利用AD转基因动物模型进行病理和影像对照研究,明确白质各种影像参数变化的病理意义,开发新的更为准确的脑白质神经纤维检测序列。

  2)脑白质影像数据的分析方法有待于进一步改进优化和标准化。目前常用的DTI数据处理方法包括人工勾划感兴趣区(regionofinterest,ROI)、基于体素分析(voxel-basedanalysis,VBA)、基于纤维束骨架的空间统计学分析(tract-basedspatialstatistics,TBSS)等。上述方法各自有优缺点,ROI法可对任何关注的解剖结构进行考察,尤其适合研究较小解剖结构的扩散异常,但ROI的勾画主观性较强、可重复性较差并且耗时较长。VBA法减少了对操作者的依赖,但在数据处理上缺少标准化算法、图像空间配准准确率不高,易产生假阳性结果。TBSS法是一种基于纤维束示踪的配准法,利用FSL软件实现纤维束跟踪,与VBA相比配准更准确,其缺点是不适合检测细小纤维束,对交叉纤维检测的准确性尚不确定。目前的各种分析方法大多费时、复杂,不适合临床直接使用,有待于进一步改进。不同分析方法结果一致性较差,哪种方法最优有待于进一步对比研究。

  3)AD脑白质研究应注意结合脑灰质和脑网络研究一起进行,会更加有利于加深对AD脑整体变化的认识。AD的脑网络研究是目前AD脑功能研究的热点,脑白质形态学研究可为脑网络研究提供坚实的基础,而脑网络研究可加深对脑白质神经纤维束功能的理解。

  4)AD的脑白质研究尤其是MCI的脑白质研究应该注意结合AD的生物学标志物进行。目前很多研究的不一致性可能与研究对象中部分病例根本不是AD有关,在研究中纳入AD的生物学标志物可最大限度的避免这一问题。

  来源:李俊恒,毕国荣,郑东明. 阿尔茨海默病脑白质改变的磁共振研究现状[J]. 医学影像学杂志,2017,(10):2006-2009.

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