磁共振功能成像在血管性癡呆診斷中的應用進展

王倩楠 孫慧勤 宋 璞 趙 莉 張青山1，△

1)蚌埠醫(yī)學院研究生院，安徽 蚌埠 233030 2)徐州市中心醫(yī)院，江蘇 徐州 221009

血管性癡呆(vascular dementia，VaD)多在中年以后發(fā)病，波動病程，呈階梯式進展，是腦血管病變或血管危險因素引起的腦損害所致的認知障礙[1]?；颊弑憩F(xiàn)為記憶、注意、執(zhí)行功能和語言等高級認知功能的嚴重損害，伴有局灶性神經(jīng)系統(tǒng)受損的癥狀體征[2]，是癡呆的第二大病因，并且其發(fā)病率在未來極有可能會有顯著的增長[3]。隨著人口老齡化，VaD發(fā)病率呈上升趨勢，進而加重家庭及社會負擔。VaD具有病因復雜、異質(zhì)性強等特點[4]，在臨床表現(xiàn)上與阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)有很多相似之處，但VaD的執(zhí)行功能受損更加突出，常規(guī)的簡易精神狀態(tài)評價量表篩查不敏感[5]。腦磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)能從分子、細胞水平上對腦的結構和功能進行分析，是了解腦的結構生理及代謝的重要影像學檢查方法。影像學評估不僅能反映其血管損傷病理類型、部位和嚴重程度，還可幫助鑒別其他原因?qū)е碌恼J知障礙，對VaD的早期發(fā)現(xiàn)和診斷具有重要價值[6]。本文主要闡述磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)、彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)和磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)在VaD診斷中的研究進展。

1 VaD的病因和分類

VaD是由于腦血管受損，其供給腦實質(zhì)的氧氣和營養(yǎng)減少導致腦功能衰退。該病是多種因素共同作用的結果，其發(fā)生發(fā)展與腦血管病變(腦卒中、腦小血管病變、腦微出血)、高血壓、糖尿病、心臟疾病、高同型半胱氨酸血癥和老年抑郁癥等因素有關[7]，其中腦卒中是VaD發(fā)生的直接原因，KALARIA 等[8]研究發(fā)現(xiàn)腦卒中幸存者中有25%～30%會發(fā)展為立即或延遲的VaD。依據(jù)病灶特點和病理機制的不同，臨床上將VaD分為多發(fā)性梗死性癡呆(multiple infarct dementia，MID)、單發(fā)性梗死性癡呆(single infarct dementia，SID)、小血管疾病引起的癡呆(如Binswanger，s病、CADASIL)、低灌注性癡呆、出血性癡呆、其他機制引起的癡呆(如煙霧病和先天性血管異常合并的癡呆)等多種類型。

2 MRS的研究進展

MRS是一種安全的可提供早期神經(jīng)元生化代謝指標的非侵入性技術，1H-MRS在腦部的應用最為廣泛，臨床上用來檢測腦內(nèi)代謝物，包括N一乙酰天冬氨酸(NAA)、膽堿復合物(Cho)、肌酸(Cr)、磷酸肌酸(PCr)、肌醇(mI)、谷氨酸(Glu)和乳酸(Lac)等。其中常用于認知損害研究的代謝物質(zhì)有：NAA、Cho、mI及Cr等，NAA代表神經(jīng)元結構的完整性，當神經(jīng)元凋亡時其水平降低；Cho可反映細胞膜代謝，在腦卒中患者中其水平降低；Cr是細胞能量狀態(tài)的標志物，其水平降低見于腦卒中、低氧、腫瘤等[9-11]。SHIINO 等[12]通過MRS定量檢測31例VaD患者NAA濃度，發(fā)現(xiàn)VaD患者較正常對照組患者海馬和扣帶回NAA濃度明顯降低，提示NAA濃度改變對VaD的診斷有一定價值。GASPAROVIC 等[13]研究發(fā)現(xiàn)側(cè)腦室上區(qū)白質(zhì)NAA/Cr比值明顯降低，Cho/Cr比值升高，且Cr濃度與執(zhí)行、注意及記憶功能相關，NAA濃度與執(zhí)行功能相關。LUTZ 等[14]應用1H-MRS技術發(fā)現(xiàn)VaD患者病變對側(cè)小腦代謝物質(zhì)NAA/Cr、Cho/Cr的比值發(fā)生了改變，并進一步證實小腦的代謝異常可能參與了血管性癡呆的發(fā)生。GUO等[15]應用1H-MRS及DTI技術發(fā)現(xiàn)1H-MRS與DTI結合能更好地檢測出丘腦可能存在的隱匿性損傷，同時發(fā)現(xiàn)左丘腦Cho/Cr及MD值與執(zhí)行功能相關。

3 DTI的研究進展

DTI可重建白質(zhì)纖維束，是目前唯一可無創(chuàng)觀測并定量分析活體人腦中不同白質(zhì)纖維束的技術，能反映纖維束的完整性，可以給出纖維束定量數(shù)據(jù)，能直接、準確的評估白質(zhì)損傷[16-17]，常用的評估參數(shù)包括部分各向異性分數(shù)(FA)、表觀擴散系數(shù)(ADC)和平均彌散率(MD)[18]。全腦DTI研究顯示當白質(zhì)有損傷時FA值會降低，MD值會增高，并且兩者均與執(zhí)行、注意及記憶功能有關[19]。近幾年的研究表明腦白質(zhì)損害(white matter Lesions，WMLs)可擾亂大腦認知網(wǎng)絡進而直接影響認知過程[20]。腦室旁白質(zhì)完整性的破壞是腦小血管病(cerebral small vessel disease，CSVD)患者認知損害的重要影像學標志，且與大腦的低灌注及代謝障礙密切相關。SMITH等[21]研究發(fā)現(xiàn)有認知功能障礙的CSVD患者額葉及腦白質(zhì)DTI的FA值明顯降低，并與其認知功能障礙程度有密切關系。皮質(zhì)下缺血性血管性癡呆(subcortical ischemic vascular disease，SIVD)是VaD中最常見的一種類型，其在MRI上主要表現(xiàn)為腦白質(zhì)高信號即腦白質(zhì)病變和腔隙性腦梗死[22]。相對于其他功能磁共振，DTI對發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)下缺血性認知損害患者白質(zhì)微結構的改變更加敏感，能夠反映患者認知功能早期異常改變，認知功能的受損與慢性缺血引起腦白質(zhì)損傷、軸突運輸受損以及局部炎癥反應所致的神經(jīng)信息傳遞障礙有關，內(nèi)側(cè)前額葉白質(zhì)微結構的改變是影響患者執(zhí)行能力的重要因素。同時，SIVD患者多個腦白質(zhì)不同感興趣區(qū)的FA值降低及ADC值的增高程度，可反映認知功能障礙的程度；腦白質(zhì)病變患者外在表現(xiàn)的認知功能下降越嚴重，其內(nèi)在的大腦白質(zhì)微結構受損程度也越大。另外，進一步的研究發(fā)現(xiàn)SIVD患者多個感興趣區(qū)的DTI改變證明聯(lián)絡纖維損傷明顯；DTI技術有助于了解SIVD患者的認知功能與聯(lián)絡纖維損害的具體關系尤為重要。LIU 等[23]研究發(fā)現(xiàn)SIVD患者腦白質(zhì)FA、PA和ADC改變具有區(qū)域選擇性，前部及左側(cè)腦區(qū)損傷明顯，后部及右側(cè)相對保留白質(zhì)的完整性。研究發(fā)現(xiàn)VaD患者DTI小腦形態(tài)結構發(fā)生了改變且這種變化與認知狀態(tài)相關，小腦可能參與了VaD 的發(fā)生。DTI是研究SIVD腦白質(zhì)損傷的一種理想的方法，能夠準確評估皮質(zhì)-皮質(zhì)下環(huán)路破壞的嚴重程度，反映WMLs與認知功能的關系，較sMRI可更好地提供腦結構損傷的具體區(qū)域和認知的相關性。

4 rs-fMRI的研究進展

rs-fMRI是在靜息狀態(tài)下，研究大腦自發(fā)腦功能活動的腦磁共振成像，通過檢測各腦區(qū)基線狀態(tài)下的自發(fā)神經(jīng)元電活動，研究相關腦區(qū)之間的網(wǎng)絡連接，判斷大腦自發(fā)性功能活動[24]。靜息態(tài)時正常腦組織包含多種網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接，如默認網(wǎng)絡(DMN)、注意網(wǎng)絡、運動網(wǎng)絡、視覺網(wǎng)絡、聽覺網(wǎng)絡等，其中DMN在基礎狀態(tài)下較為活躍，與認知、情感等思維活動有關，也更適合于臨床VaD患者的早期診斷[25-26]。有研究表明，血管性認知障礙患者前額葉、前扣帶回后部及頂葉DMN活性降低，這提示大腦某些區(qū)域在靜息狀態(tài)下激活程度的改變可以作為早期篩查認知功能下降的一項敏感指標[27]。rs-fMRI的分析方法主要包括分數(shù)低頻振幅(ALFF)、比低頻振幅、局部一致性、功能連接分析及獨立成分分析等，LIU等[28]采用ALFF分析方法計算VaD患者腦功能活動的改變，發(fā)現(xiàn)其雙側(cè)前扣帶皮質(zhì)、左側(cè)島葉和左側(cè)海馬ALFF值較對照組顯著增加。研究顯示利用基于分數(shù)低頻振幅算(ALFF)的功能磁共振測量靜息態(tài)下49例VaD患者和非血管性癡呆患者腦功能變化，發(fā)現(xiàn)VaD患者左側(cè)眶額回、殼核、顳橫回、丘腦ALFF的降低與認知功能改變有關，這提示著測量前扣帶皮質(zhì)、顳橫回、左側(cè)海馬、殼核等處的ALFF值有助于 VaD患者的早期診斷。BHARATH 等[29]采用rs-fMRI結合DTI對48例輕度血管性認知障礙患者進行研究分析，發(fā)現(xiàn)其默認網(wǎng)絡及執(zhí)行網(wǎng)絡較正常對照組存在異常功能連接，而連接這些腦區(qū)的白質(zhì)纖維束完整性被破壞。這些研究表明，應用rs-fMRI可探究早期VaD患者腦功能連接情況，對VaD的早期診斷具有重要意義。

5 SWI的研究進展

SWI是一個較新近發(fā)展起來的成像技術。實質(zhì)上，SWI是一個三維采集，完全流動補償?shù)模叻直媪Φ?，薄層重建的梯度回波序列，它所形成的影像對比有別于傳統(tǒng)的T1加權成像、T2加權成像及質(zhì)子加權像，可充分顯示靜脈血、出血(紅細胞不同時期的降解成分)、鐵離子等的沉積等[30-31]。腦微出血(cerebral microbleeds，CMBs)是指腦內(nèi)微小血管破裂或滲出所引起的微小的慢性出血，是腦微小血管病變的重要標志，同時也是認知功能損害的重要危險因素[32-34]。SWI成像技術可以很好地檢出CMBs，近年來有研究認為認知功能損害亦與CMBs的位置和數(shù)量關系密切，額葉、顳葉或基底節(jié)等位置的CMBs更容易導致認知功能下降。CMBs的病灶越多，認知功能減退的程度越嚴重；CMBs分布彌散的患者認知損害最重，其次為深部CMBs組，再其次為腦葉CMBs[35-36]。SWI對靜脈血管內(nèi)脫氧血和血管外血流成分非常敏感，在CMBs診斷中具有較高的檢出率[37]。由于SWI技術檢測CMBs具有較高的敏感性，因此在對早期腦內(nèi)微出血和隱匿性出血性病灶的診斷中具有重要價值[38]。CMBs數(shù)量與血管性認知功能障礙共有相關性，可作為臨床早期評估血管性認知功能障礙的生物學標志。

6 小結與展望

MRI成像技術在VaD的早期診斷及評估疾病嚴重程度等方面具有重要價值，尤其是DTI技術可更好的提供腦結構損傷的具體區(qū)域，有助于做出更正確的診斷結果，及早開展治療工作，減輕社會負擔。在未來，隨著我國人口老齡化越來越嚴重，我們希望MRI成像技術可常規(guī)作為血管性癡呆早期篩查的重要手段，進一步提高疾病的檢出率。