MR 定量磁化率成像在帕金森病臨床診斷中的價(jià)值研究

馮燕韻 徐志鋒 賀小紅 吳文秀 劉健萍 羅純

佛山市第一人民醫(yī)院（中山大學(xué)附屬佛山醫(yī)院）影像科 528000

帕金森?。≒arkinson disease，PD）是一種中老年人常見的慢性進(jìn)行性神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病。隨著人口老齡化的加劇，其發(fā)病率逐年上升。目前對(duì)于PD 尚無(wú)有效的預(yù)防方法，但早期診斷和治療能有效提高患者的生活質(zhì)量。近些年的研究結(jié)果顯示，中腦鐵沉積與多巴胺能神經(jīng)元密切相關(guān)，而多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡是PD 最主要的病理改變，故了解中腦的鐵沉積變化情況有助于PD 的診斷[1]。MR定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）可從梯度回波磁共振相位圖上確定腦組織的整體磁化率的空間分布，較磁敏感加權(quán)成像（susceptibility weighted imaging，SWI）和T2 弛豫時(shí)間圖成像（T2 Mapping）等更能反映腦內(nèi)鐵含量的變化[2]。目前已有學(xué)者對(duì)PD 患者中腦黑質(zhì)的鐵沉積情況進(jìn)行研究[1]，但關(guān)于PD 患者中腦紅核鐵沉積情況及其對(duì)PD 的診斷價(jià)值仍缺少研究。本研究采用QSM 技術(shù)評(píng)估PD 患者中腦黑質(zhì)及紅核磁化率的變化情況，明確其對(duì)PD 診斷、病程、分級(jí)及患者臨床癥狀等評(píng)估的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2017 年2 月至2019 年8 月于佛山市第一人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院并診斷為PD 的患者39 例（PD 組），其中男性17 例、女性22 例，年齡47～80（65.44±9.78）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合英國(guó)PD 學(xué)會(huì)腦庫(kù)帕金森病的臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]。排除標(biāo)準(zhǔn)：①PD 綜合征及PD 疊加綜合征患者；②存在精神或代謝性疾病患者；③顱腦常規(guī)MRI 檢查中腦部存在器質(zhì)性病變的患者（如腦出血、腦梗塞或腫瘤性病變等）?；颊卟〕虨?.1～20.0（4.66±4.17）年；根據(jù)改良Hoehn-Yahr 分級(jí)將患者分為1～5 級(jí)，其中1級(jí)7 例、1.5 級(jí)5 例、2 級(jí)7 例、2.5 級(jí)4 例、3 級(jí)11 例、4 級(jí)3 例、5 級(jí)2 例。分級(jí)≤2.5 級(jí)為早期PD 組（23 例），分 級(jí)＞2.5 級(jí) 為 中 晚 期PD 組（16 例）。記錄患者發(fā)病初期肢體運(yùn)動(dòng)障礙的情況，其中早期PD 組發(fā)病初期表現(xiàn)為左側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)障礙者8 例、右側(cè)15 例；中晚期PD 組左側(cè)5 例、右側(cè)11 例。另選取20 名健康體檢者作為正常對(duì)照組，其中男性8 名、女性12 名，年齡49～83（59.85±11.52）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①體檢未見神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病及精神疾病等；②常規(guī)MRI 檢查顱腦除了退行性改變外，未見其他異常。所有受檢者在檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 掃描方法

所有掃描均使用美國(guó)GE Discovery 750W 3.0 T超導(dǎo)MRI 掃描儀，16 通道頭頸聯(lián)合線圈；在掃描過(guò)程中，提供了約束泡沫墊和耳塞以穩(wěn)定每個(gè)受試者的頭部并降低噪音，最大程度地減少運(yùn)動(dòng)偽影。圖像采用軸位掃描，平行于前、后聯(lián)合連線。所有受試者均行常規(guī)頭顱MRI 掃描，序列包括液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）-T1 加權(quán)成像、快速自旋回波序列-T2 加權(quán)成像、FLAIR-T2 加權(quán)成像及擴(kuò)散加權(quán)成像（b=0、1000 s/mm2）；掃描參數(shù)：層數(shù)20 層、層厚5.0 mm、層間距1.0 mm、視野240 mm×240 mm。三維擾相梯度回波序列用于QSM 技術(shù)數(shù)據(jù)采集：重復(fù)時(shí)間84.3 ms、回波時(shí)間 3.1 ms、回波鏈數(shù)16、激勵(lì)次數(shù)0.7、翻轉(zhuǎn)角12°、層厚2.0 mm、層間距0 mm、視野256 mm×256 mm、矩陣256 mm×256 mm。掃描范圍覆蓋全腦，掃描時(shí)間為6 min 46 s。

1.3 數(shù)據(jù)及圖像后處理

將QSM 技術(shù)掃描獲取的原始圖像導(dǎo)入GE AW4.6 工作站Functool 軟件（9.4.05 版）中的QSM模塊，設(shè)置閾值為0.06，獲得軟組織分辨率高、對(duì)比度良好的磁敏感圖和相位圖，利用相位圖獲取磁化率分布圖。由同一名有2 年神經(jīng)系統(tǒng)MRI 診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師在相位圖上找出清晰顯示中腦黑質(zhì)和紅核的層面，手動(dòng)勾畫左右兩側(cè)黑質(zhì)和紅核，并測(cè)量記錄其磁化率，每個(gè)部位測(cè)量2 次，取平均值；由另一名有5 年神經(jīng)系統(tǒng)MRI 診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)師進(jìn)行核對(duì)。如有異議，則重新勾畫中腦雙側(cè)黑質(zhì)和紅核并記錄測(cè)量值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS17.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示。組間比較采用χ2檢驗(yàn)和t 檢驗(yàn)（方差齊）。采用ROC 曲線分析，計(jì)算確定中腦黑質(zhì)及紅核的診斷閾值。PD 患者的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率與其臨床Hoehn-Yahr 分級(jí)及病程、黑質(zhì)與紅核磁化率變化的相關(guān)性均采用Pearson 相關(guān)性分析；PD 組的中腦左右兩側(cè)黑質(zhì)及紅核磁化率變化與患者臨床發(fā)病時(shí)肢體運(yùn)動(dòng)障礙癥狀側(cè)比較采用單因素方差分析。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者一般資料的比較

PD 組與正常對(duì)照組在性別、年齡方面的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.07，P=0.79；t=2.22，P=0.19），早期PD 組與中晚期PD 組在性別、年齡方面的差異亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.00，P=0.62；t=0.83，P=0.21）。

2.2 正常對(duì)照組與PD 組的中腦黑質(zhì)、紅核磁化率的差異性

QSM 圖像上正常對(duì)照組和PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核均表現(xiàn)為對(duì)稱高信號(hào)，邊界清晰（圖1）。由表1可知，PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率均較正常對(duì)照組顯著升高，且差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-2.125，P=0.043； t=-2.605，P=0.015）。

2.3 正常對(duì)照組、早期PD 組和中晚期PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率的差異性

由表1 可知，早期PD 組的中腦黑質(zhì)磁化率顯著高于正常對(duì)照組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.014,P=0.031）；中晚期PD 組與早期PD 組的中腦黑質(zhì)磁化率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.025, P=0.984）；早期PD 組及中晚期PD 組紅核的磁化率均顯著高于正常對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.417, P=0.009；t=2.445, P=0.014）；早期PD 組與中晚期PD 組的紅核磁化率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=0.117, P=0.927）。

圖1 正常對(duì)照者（女性，47 歲）與帕金森病患者（男性，51 歲）中腦定量磁化率成像的磁化率分布圖 圖中，A：健康體檢者中腦雙側(cè)黑質(zhì)（長(zhǎng)箭頭所示）、紅核（短箭頭所示）表現(xiàn)為對(duì)稱性高信號(hào)，邊界清晰；B：手工勾畫帕金森患者中腦雙側(cè)黑質(zhì)（長(zhǎng)箭頭所示）、紅核（短箭頭所示）表現(xiàn)為對(duì)稱性高信號(hào)，較正常對(duì)照者信號(hào)增高，測(cè)量得出左右雙側(cè)黑質(zhì)磁化率分別為0.058×10-3 和0.061×10-3，紅核磁化率分別為0.064×10-3和0.106×10-3Fig. 1 Magnetic susceptibility distribution of the midbrain in quantitative susceptibility mapping in the control (female, 47years old) and Parkinson disease patient(male, 51years old)

表1 4 組患者中腦黑質(zhì)和紅核的磁化率比較（ ±s, ×10-3）Table 1 Mean susceptibility values of substantia nigra and red nucleus in four groups ( ±s, ×10-3 )

表1 4 組患者中腦黑質(zhì)和紅核的磁化率比較（ ±s, ×10-3）Table 1 Mean susceptibility values of substantia nigra and red nucleus in four groups ( ±s, ×10-3 )

注：表中，a：與正常對(duì)照組比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.014～2.605，均P<0.05）。PD: 帕金森病

組別 例數(shù) 黑質(zhì) 紅核正常對(duì)照組 20 0.058±0.028 0.072±0.035 PD組 39 0.073±0.017a 0.094±0.020a 早期PD組 23 0.073±0.019a 0.093±0.021a 中晚期PD組 16 0.072±0.014 0.094±0.020a

由圖2 可見，ROC 曲線分析結(jié)果顯示，以中腦黑質(zhì)磁化率0.069×10-3為最佳閾值診斷PD，AUC 為0.710，95% CI 為0.567～0.853，靈敏度為51.3%、特異度為85.0%、準(zhǔn)確率為62.7%；以紅核磁化率0.068×10-3為最佳閾值診斷PD，AUC為0.717、95% CI 為0.549～0.886、靈敏度為94.9%、特異度為60.0%、準(zhǔn)確率為83.1%。

圖2 帕金森病患者的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率的受試者工作特征曲線Fig. 2 Receiver operating characteristic curve of magnetic susceptibility of substantia nigra and red nucleus in midbrain Parkinson disease patients

2.4 PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率與Hoehn-Yahr 不同分級(jí)、病程的相關(guān)性分析

PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核的磁化率與Hoehn-Yahr 不同分級(jí)均無(wú)相關(guān)性（r=0.051, P=0.759；r=0.045，P=0.788）。黑質(zhì)磁化率與病程呈顯著正相關(guān)（r=0.420，P=0.008），紅核磁化率與病程無(wú)顯著相關(guān)性（r=0.241，P=0.130）。PD 組的中腦黑質(zhì)磁化率與紅核磁化率呈正相關(guān)（r=0.477，P=0.002）。

2.5 PD 組的中腦左右側(cè)黑質(zhì)及紅核磁化率的單因素分析

單因素分析結(jié)果顯示，PD 組的中腦左側(cè)右側(cè)黑質(zhì)、紅核磁化率的變化與患者發(fā)病初期臨床肢體運(yùn)動(dòng)障礙癥狀側(cè)的表現(xiàn)無(wú)顯著相關(guān)性（黑質(zhì)：F左=0.661, P左=0.421；F右=1.153, P右=0.290。紅核：F左=0.006, P左=0.940；F右=0.109，P右=0.743）。

3 討論

本研究采用QSM 技術(shù)對(duì)PD 患者的中腦黑質(zhì)及紅核的磁化率變化進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果提示QSM 技術(shù)能準(zhǔn)確地測(cè)量中腦黑質(zhì)與紅核磁化率的變化，間接反映腦內(nèi)鐵沉積。中腦黑質(zhì)與紅核的磁化率可作為診斷PD 及病程評(píng)估的重要指標(biāo)，而QSM 技術(shù)評(píng)估PD 患者病情、偏側(cè)性肢體運(yùn)動(dòng)障礙臨床表現(xiàn)等仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

正常中腦黑質(zhì)中含有產(chǎn)生神經(jīng)黑色素的多巴胺能神經(jīng)元，神經(jīng)黑色素可使自由基失活或螯合金屬鐵來(lái)保護(hù)神經(jīng)元免受氧化損傷[4]。但在PD 患者中，多巴胺能神經(jīng)元的變性死亡使得神經(jīng)黑色素減少，黑質(zhì)紋狀體通路破壞，導(dǎo)致腦內(nèi)鐵代謝紊亂，最終引起腦內(nèi)相應(yīng)區(qū)域異常鐵沉積。這一系列病理的改變，尤其在腦內(nèi)深部核團(tuán)（黑質(zhì)、紅核等），在PD 患者出現(xiàn)典型的臨床癥狀前就已經(jīng)發(fā)生。QSM技術(shù)以SWI 技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)場(chǎng)圖擬合、相位解纏繞、背景場(chǎng)去除及磁化率反演計(jì)算得到磁化率圖像[5]；相較于SWI 技術(shù)，QSM 技術(shù)獲取的圖像偽影更少、組織結(jié)構(gòu)邊界更清晰，且可以定量腦組織內(nèi)整體磁化率空間分布，反映腦內(nèi)鐵的分布[6]。既往研究已證實(shí)，磁化率對(duì)腦內(nèi)鐵含量的變化非常敏感，尤其是在灰質(zhì)結(jié)構(gòu)中的鐵含量變化[7]。利用QSM 技術(shù)對(duì)正常人腦內(nèi)磁化率的研究發(fā)現(xiàn)，磁化率在蒼白球中最高，其次在紅核及黑質(zhì)，額葉白質(zhì)中最低[8]。

近年來(lái)，QSM 技術(shù)逐步用于檢測(cè)PD 患者腦內(nèi)鐵沉積并據(jù)此結(jié)果診斷和評(píng)估PD。本研究結(jié)果顯示，PD 組中腦黑質(zhì)及紅核磁率均較正常對(duì)照組顯著升高（P＜0.05），與已報(bào)道研究結(jié)果一致[9-11]，提示中腦黑質(zhì)和紅核均有異常的鐵沉積，符合PD患者因多巴胺能神經(jīng)元變性死亡導(dǎo)致異常鐵沉積的病理改變。本研究分別以黑質(zhì)磁化率0.069×10-3和紅核磁化率0.068×10-3為閾值診斷PD，具有較高的診斷效能（AUC 分別為0.710 和0.717）?？梢?，QSM 技術(shù)定量測(cè)量中腦黑質(zhì)及紅核磁化率有助于PD 診斷。

我們發(fā)現(xiàn)，早期PD 組與中晚期PD 組的中腦黑質(zhì)及紅核磁化率的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與An等[12]研究認(rèn)為PD 患者在疾病晚期黑質(zhì)磁化率明顯升高的結(jié)果不一致，這可能與其的研究納入對(duì)象全部在暫?？古两鹕∷幬镏辽?2 h 的狀態(tài)下進(jìn)行黑質(zhì)磁化率的測(cè)定有關(guān)。也有研究認(rèn)為，隨著PD患者的臨床癥狀加重，中腦黑質(zhì)內(nèi)鐵沉積量和鐵沉積速度也會(huì)發(fā)生變化[2]，該結(jié)果說(shuō)明中腦黑質(zhì)內(nèi)鐵沉積隨患者病情進(jìn)展而處于動(dòng)態(tài)變化過(guò)程?？梢娎肣SM 技術(shù)測(cè)定磁化率對(duì)PD 患者分期評(píng)價(jià)存在不確定性，或者說(shuō)PD 患者隨著病情的進(jìn)展，不一定會(huì)伴隨著黑質(zhì)、紅核鐵沉積量和鐵沉積速度的動(dòng)態(tài)變化。因此，中腦黑質(zhì)及紅核磁化率的測(cè)定可能不適用于PD 患者病情進(jìn)展階段的評(píng)估。

有研究者認(rèn)為，PD 不同階段不同區(qū)域的鐵沉積不同[7,13]。多巴胺能神經(jīng)元主要位于中腦黑質(zhì)，紅核內(nèi)較少，使得中腦黑質(zhì)及紅核的鐵沉積存在差異。早期PD 患者主要出現(xiàn)中腦黑質(zhì)的鐵異常沉積，而隨著病情進(jìn)展，紅核的鐵異常沉積也逐漸明顯，這表明中腦紅核與PD 疾病的某些階段相關(guān)[14]。但Guan 等[15]認(rèn)為，紅核中的鐵含量與PD 患者病情的嚴(yán)重程度無(wú)相關(guān)性。我們發(fā)現(xiàn)早期PD 組及中晚期PD 組患者中腦紅核的磁化率顯著高于對(duì)照組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而早期和中晚期PD 組間卻未見明顯差異。我們通過(guò)該結(jié)果推測(cè)中腦紅核磁化率測(cè)量可能有助于提示患者處于早期PD 階段，從而縮短傳統(tǒng)的PD 臨床診斷時(shí)間窗，為PD 患者早期臨床干預(yù)提供依據(jù)，但該測(cè)量值可能無(wú)助于中晚期PD 患者的病情進(jìn)展評(píng)估。我們也同時(shí)發(fā)現(xiàn)，中腦紅核磁化率與黑質(zhì)存在正相關(guān)，這可能是由于黑質(zhì)、紅核間存在臂旁核或神經(jīng)纖維通路[16]，導(dǎo)致紅核內(nèi)鐵的異常沉積受黑質(zhì)細(xì)胞代謝異常影響。但是從黑質(zhì)、紅核磁化率診斷PD 的靈敏度（51.3%、94.9%）和特異度（85.0%、60.0%）來(lái)看，二者顯然存在差異。這是否與入組對(duì)象或病理改變程度等其他因素有關(guān)，尚待進(jìn)一步研究。

目前因Hoehn-Yahr 分級(jí)操作簡(jiǎn)單，能有效顯示PD 的病情進(jìn)展情況、評(píng)價(jià)治療效果，并能作為手術(shù)指征等重要參考，在臨床上得到廣泛應(yīng)用。Guan 等[15]把中腦黑質(zhì)分為致密部和網(wǎng)狀部?jī)蓚€(gè)亞結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，結(jié)果表明黑質(zhì)致密部的鐵含量與Hoehn-Yahr 分級(jí)顯著相關(guān)。也有研究認(rèn)為，腦內(nèi)磁化率分布與PD 患者臨床癥狀相關(guān)性存在一種異質(zhì)性模式，即病程較短患者的黑質(zhì)磁化率與Hoehn-Yahr 分級(jí)不相關(guān)，但隨著病程進(jìn)展，其相關(guān)性逐漸明顯[11]。而本研究結(jié)果提示，中腦黑質(zhì)及紅核磁化率與PD 的Hoehn-Yahr 不同分級(jí)均無(wú)相關(guān)性。本研究結(jié)果與文獻(xiàn)[11]結(jié)果存在差異，這可能是由于二者在研究方法上的差異而導(dǎo)致。本研究未把黑質(zhì)分為致密部和網(wǎng)狀部?jī)蓚€(gè)亞結(jié)構(gòu)，而是作為一個(gè)整體進(jìn)行評(píng)估，也可能是由于本研究納入的晚期患者相對(duì)少。故應(yīng)用QSM 技術(shù)測(cè)定中腦黑質(zhì)及紅核磁化率評(píng)估PD 患者Hoehn-Yahr 分級(jí)的方法和效能，有待進(jìn)一步優(yōu)化與驗(yàn)證。但中腦黑質(zhì)的磁化率隨著病程的增加而增加，提示黑質(zhì)磁化率對(duì)病程評(píng)估具有一定價(jià)值。

本研究結(jié)果提示，中腦左右兩側(cè)黑質(zhì)和紅核的磁化率的變化與患者發(fā)病初期臨床肢體運(yùn)動(dòng)障礙癥狀側(cè)無(wú)顯著性差異，考慮黑質(zhì)及紅核左右側(cè)磁化率變化對(duì)臨床癥狀無(wú)顯著性影響，與Murakami 等[9]報(bào)道結(jié)果一致。王波等[17]認(rèn)為，PD 患者雖然是一側(cè)肢體表現(xiàn)出臨床癥狀，但事實(shí)上中腦左右兩側(cè)黑質(zhì)及紅核都已經(jīng)在病理生理上發(fā)生了改變，因此不能根據(jù)黑質(zhì)及紅核磁化率來(lái)判斷PD 患者的肢體運(yùn)動(dòng)障礙偏側(cè)性臨床表現(xiàn)。PD 患者的肢體運(yùn)動(dòng)障礙偏側(cè)性臨床癥狀表現(xiàn)與黑質(zhì)、紅核多巴胺能神經(jīng)元變性死亡導(dǎo)致異常鐵沉積病理改變的關(guān)系需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，QSM 技術(shù)能測(cè)量中腦內(nèi)黑質(zhì)與紅核磁化率，間接反映腦內(nèi)鐵沉積情況，對(duì)PD 的診斷及病程評(píng)估具有臨床價(jià)值。

利益沖突本研究由署名作者按以下貢獻(xiàn)聲明獨(dú)立開展，不涉及任何利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明馮燕韻負(fù)責(zé)研究的選題與設(shè)計(jì)、試驗(yàn)的實(shí)施、數(shù)據(jù)的分析、論文的撰寫與修改；徐志鋒負(fù)責(zé)研究的選題與設(shè)計(jì)、方案的建立、資料的選??；賀小紅負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、論文的修改；吳文秀負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析；劉健萍、羅純負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的測(cè)量、記錄與核對(duì)。