中腦和基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)MR擴(kuò)散張量成像在帕金森病診斷中的作用

張玉柱，徐露露，周潔，姜勇，于瑞磊，王傳兵

南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，江蘇南京210029

帕金森病（PD）是靜止性震顫、肌強(qiáng)直、運(yùn)動(dòng)遲緩、姿勢(shì)步態(tài)異常為主要運(yùn)動(dòng)癥狀的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，亦會(huì)發(fā)生嗅覺(jué)障礙、認(rèn)知功能障礙、睡眠障礙及自主神經(jīng)功能障礙等非運(yùn)動(dòng)癥狀［1-2］，常見(jiàn)于老年群體，疾病進(jìn)展緩慢，發(fā)病機(jī)制尚未完全明確［3］。黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元大量丟失變性及殘留細(xì)胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)路易小體是PD最主要的兩大組織病理特征［4］。磁共振擴(kuò)散張量成像（DTI）是可以定量分析大腦微結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)［5］。雖已有研究表明腦深部核團(tuán)的DTI參數(shù)有助于PD的診斷［6-8］，但其對(duì)PD病情嚴(yán)重程度評(píng)估的價(jià)值尚無(wú)相關(guān)研究。有文獻(xiàn)報(bào)道，中腦及基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)微結(jié)構(gòu)損傷的病理改變參與了PD運(yùn)動(dòng)癥狀的形成［9-12］。因此，本研究擬通過(guò)對(duì)PD患者中腦及基底節(jié)腦神經(jīng)核團(tuán)的DTI參數(shù)各項(xiàng)異性分?jǐn)?shù)（FA）和平均擴(kuò)散系數(shù)（MD）定量分析神經(jīng)核團(tuán)微結(jié)構(gòu)改變，探討其在PD診斷及病情評(píng)估中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年7月～2020年11月于南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院就診的27例PD患者為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：PD組患者需符合2015年國(guó)際運(yùn)動(dòng)障礙學(xué)會(huì)制定的PD診斷標(biāo)準(zhǔn)［13］；受教育時(shí)間≥6年；簽署知情同意書(shū)并可配合完成臨床量表采集及MR檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：MR平掃檢查發(fā)現(xiàn)被試具有顱內(nèi)結(jié)構(gòu)異常；合并其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病或精神疾??；合并嚴(yán)重的全身其他系統(tǒng)疾病；MR圖像偽影影響分析。27例患者中，男11例，女16例，年齡32～76（60.5±11.1）歲，受教育年限6～16（10.4±3.4）年。另選擇同時(shí)期受檢正常人群作為對(duì)照組，共23例，其中男7例，女16例，年齡51～76（60.8±6.7）歲，受教育年限6～17（10.9±3.2）年，病程0.5～5.0（1.5±1.1）年，Hoehn-Yahr（H-Y）分級(jí)1.5（1.0,2.0）級(jí)，統(tǒng)一帕金森病評(píng)定量表運(yùn)動(dòng)部分（UPDRS III）評(píng)分8～33（20.5±7.8）分。PD組和對(duì)照組的年齡（t=-0.113,P=0.910）、受教育年限（t=-0.442,P=0.661）及性別構(gòu)成比（χ2=0.573,P=0.449）差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本研究通過(guò)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

檢查使用Discovery 750 W 3.0 T MR掃描儀（美國(guó)GE），8通道頭線圈，患者取仰臥位。常規(guī)MRI包括：橫斷位T2WI、DWI，矢狀位T1WI和冠狀位液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列序列。DTI序列采用15個(gè)方向擴(kuò)散權(quán)重采集，采集平面從顱頂至枕骨大孔，b值采用0和1000 s/mm2，TR/TE 9000 ms/80 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，層厚3.0 mm，層間距0.0 mm，層數(shù)45 層，矩陣128×128，掃描時(shí)間4 min 25 s。

1.3 數(shù)據(jù)分析

DTI原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入MR自帶后處理工作站。對(duì)DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行渦流畸變和頭動(dòng)校正，采用軟件默認(rèn)閾值，自動(dòng)計(jì)算生成FA和MD參數(shù)圖。由2位影像科醫(yī)師分別對(duì)照MR結(jié)構(gòu)圖在DTI的b0圖中腦和基底節(jié)層面手動(dòng)勾畫(huà)雙側(cè)黑質(zhì)、紅核、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核為感興趣區(qū)（ROI）（圖1），所有ROI均軟件自動(dòng)復(fù)制至FA和MD參數(shù)圖，測(cè)量各神經(jīng)核團(tuán)的FA和MD值，取2位醫(yī)師測(cè)量值的均值納入分析，以兩側(cè)均值表示該核團(tuán)的測(cè)量值。

圖1 手動(dòng)勾畫(huà)中腦和基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)的ROIFig.1 Manually delineate the ROI of the midbrain and basal ganglia nuclei

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，符合正態(tài)分布以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示；HY分級(jí)資料以中位數(shù)（四分位數(shù)）表示。兩組間年齡、受教育年限及各核團(tuán)的DTI參數(shù)比較行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；組間性別構(gòu)成比的比較行χ2檢驗(yàn)。采用受試者工作特征（ROC）曲線分析各核團(tuán)DTI參數(shù)單獨(dú)及聯(lián)合應(yīng)用的診斷效能。采用MedCalc18.9 軟件對(duì)曲線下面積（AUC）進(jìn)行Z檢驗(yàn)比較。FA、MD值與PD病程及臨床量表的相關(guān)性采用Pearson或Spearman相關(guān)性分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組神經(jīng)核團(tuán)DTI參數(shù)的比較

PD組黑質(zhì)、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核的FA值均低于對(duì)照組，尾狀核頭MD高于對(duì)照組（P<0.05，表1）。兩組紅核FA值及各核團(tuán)的MD值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表1 兩組中腦和基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)擴(kuò)散張量成像參數(shù)比較Tab.1 Comparison of diffusion tensor imaging parameters of midbrain and basal ganglia nuclei between PD and NC groups(Mean±SD)

2.2 DTI參數(shù)對(duì)PD的診斷效能

ROC曲線分析示黑質(zhì)的FA值、尾狀核頭FA和MD值、丘腦FA值、蒼白球FA值、殼核FA值單獨(dú)及聯(lián)合應(yīng)用（黑質(zhì)FA+尾狀核頭FA+尾狀核頭MD+丘腦FA+蒼白球FA+殼核FA）于診斷PD的效能（圖2、表2）。單獨(dú)應(yīng)用各參數(shù)診斷PD，黑質(zhì)FA值具有最高的AUC和約登指數(shù)，但其AUC與尾狀核頭FA（Z=0.295,P=0.768）、尾狀核頭MD（Z=1.148,P=0.251）、丘腦FA（Z=0.539,P=0.590）、蒼白球FA（Z=0.265,P=0.791）和殼核FA（Z=0.689,P=0.491）的AUC統(tǒng)計(jì)學(xué)分析未見(jiàn)差異。聯(lián)合應(yīng)用的AUC和約登指數(shù)最高，其AUC與黑質(zhì)的FA（Z=2.787,P=0.005）、尾狀核頭FA（Z=3.164,P=0.002）、尾狀核頭MD（Z=3.983,P<0.001）、丘腦FA 值（Z=3.258,P=0.001）、蒼白球FA（Z=3.107,P=0.002）和殼核FA（Z=3.397,P<0.001）的AUC差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 DTI參數(shù)與PD患者病程及臨床量表的相關(guān)性分析

尾狀核頭MD值與PD患者UPDRS III評(píng)分呈正相關(guān)（r=0.402,P=0.038），丘腦FA值與PD患者H-Y分級(jí)（r=-0.490,P=0.009）、UPDRS III 評(píng)分（r=-0.547,P=0.003）呈負(fù)相關(guān)。黑質(zhì)、尾狀核頭、蒼白球及殼核FA值與PD患者病程、H-Y分級(jí)和UPDRS III評(píng)分均無(wú)明顯相關(guān)性（圖3、表3）。

圖2 擴(kuò)散張量成像參數(shù)診斷帕金森病的受試者工作特征曲線分析Fig.2 Receiver operating characteristic curve analysis for diagnosis of Parkinson's disease by diffusion tensor imaging parameters.

3 討論

PD是發(fā)病率僅次于阿爾茲海默病的常見(jiàn)神經(jīng)變性疾病［14-18］。DTI技術(shù)從量和方向上對(duì)成像體素內(nèi)水分子擴(kuò)散信息進(jìn)行評(píng)估，其最常用的后處理參數(shù)指標(biāo)是FA和MD值，分別從擴(kuò)散的各項(xiàng)異性程度和各方向的平均擴(kuò)散兩方面分析腦組織微結(jié)構(gòu)改變。DTI因其對(duì)腦組織微結(jié)構(gòu)損傷的敏感性而在神經(jīng)變性疾病的研究中廣泛應(yīng)用［19-20］。本研究對(duì)PD患者中腦及基底節(jié)層面的神經(jīng)核團(tuán)FA和MD參數(shù)進(jìn)行量化分析，比較了PD組與對(duì)照組間的差異，并分析了使用神經(jīng)核團(tuán)DTI參數(shù)診斷PD的效能以及與臨床指標(biāo)的相關(guān)性。

表2 擴(kuò)散張量成像參數(shù)對(duì)帕金森病的診斷效能Tab.2 Diagnostic efficacy of diffusion tensor imaging parameters in Parkinson's disease

圖3 尾狀核頭及丘腦擴(kuò)散張量成像參數(shù)與H-Y分級(jí)和UPDRS III評(píng)分相關(guān)性Fig.3 The correlations of diffusion tensor imaging parameters of caudate head and thalamus with H-Y grading and UPDRS III score H-Y:Hoehn-Yahr grade,UPDRS III:Unified Parkinson's disease rating scale;FA:各項(xiàng)異性分?jǐn)?shù),MD:平均擴(kuò)散系數(shù).

表3 擴(kuò)散張量成像參數(shù)與病程及臨床量表的相關(guān)性Tab.3 Correlation of diffusion tensor imaging parameters with course of disease and clinical scale

對(duì)兩組神經(jīng)核團(tuán)DTI參數(shù)比較分析發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)、尾狀核頭、丘腦、蒼白球及殼核的FA值在PD組均低于對(duì)照組，可見(jiàn)PD患者的腦深部核團(tuán)微結(jié)構(gòu)廣泛損傷，該結(jié)果與既往對(duì)PD患者腦深部核團(tuán)的研究基本相符［6,10,21］。不一致的是，在滕佳岐等［6］研究中丘腦及蒼白球FA值在PD組中未見(jiàn)明確異常減低，在李燕等［21］研究中PD患者黑質(zhì)FA值未見(jiàn)明顯異常。分析其原因?yàn)椋煌芯恐兴x取的PD患者人群不同，不可避免的存在患者病情嚴(yán)重程度不一致，換而言之，深部核團(tuán)微結(jié)構(gòu)損傷程度則不盡相同，因此出現(xiàn)了不同研究中部分核團(tuán)的FA值結(jié)果不一致的現(xiàn)象。另外，PD患者相對(duì)于對(duì)照組而言，MD值除了在尾狀核頭升高，其余核團(tuán)未見(jiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，該結(jié)果與既往研究［6］結(jié)果相符。該結(jié)果表明，在本組研究對(duì)象中神經(jīng)核團(tuán)的神經(jīng)元丟失壞死、神經(jīng)髓鞘受損，引起了微結(jié)構(gòu)破壞，從而各項(xiàng)異性指標(biāo)發(fā)生了改變，然而神經(jīng)元壞死的同時(shí)存在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的增生［12］，MD值作為反映整體各方向擴(kuò)散平均水平的指標(biāo)，得到了一定程度的中和，因此本研究中PD患者多數(shù)腦深部神經(jīng)核團(tuán)MD值未能表現(xiàn)出與對(duì)照組的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

進(jìn)一步采用ROC曲線對(duì)存在組間差異的參數(shù)診斷效能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)應(yīng)用各參數(shù)診斷PD，雖然黑質(zhì)FA值、尾狀核頭FA和MD值均能獲得較高的診斷敏感度（90%以上），然而特異性均非常低（60%以下）。丘腦、蒼白球和殼核FA值的診斷敏感度和特異性均不高。單獨(dú)某一核團(tuán)FA或MD值診斷效能不高的結(jié)論與既往研究相符［3,7,21］。本研究進(jìn)一步對(duì)各參數(shù)單獨(dú)應(yīng)用的AUC進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而，各參數(shù)聯(lián)合應(yīng)用則明顯提高了對(duì)PD的診斷效能，診斷敏感度高達(dá)100.0%，特異性高達(dá)92.6%，其AUC明顯高于任何一個(gè)參數(shù)的單獨(dú)應(yīng)用，該結(jié)果在既往研究中未見(jiàn)涉及。究其原因可能因?yàn)镻D癥狀是多個(gè)核團(tuán)間相互作用的結(jié)果，借助任何一個(gè)單獨(dú)神經(jīng)核團(tuán)的微結(jié)構(gòu)改變?cè)\斷PD均不能達(dá)到綜合考慮各個(gè)核團(tuán)而達(dá)到的診斷效能。

H-Y分級(jí)在一定程度上代表了PD患者病情的整體嚴(yán)重程度，UPDRS III評(píng)分是對(duì)PD患者運(yùn)動(dòng)功能癥狀的量化。研究進(jìn)一步分析神經(jīng)核團(tuán)DTI參數(shù)與PD患者臨床指標(biāo)之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，僅尾狀核頭MD 值與UPDRS III評(píng)分存在正相關(guān)，丘腦FA值與H-Y分級(jí)和UPDRS III評(píng)分存在負(fù)相關(guān)，余神經(jīng)核團(tuán)的DTI參數(shù)與PD患者臨床指標(biāo)均未見(jiàn)明顯相關(guān)。雖然有文獻(xiàn)報(bào)道殼核FA值與H-Y分級(jí)和UPDRS III評(píng)分呈正相關(guān)［10］，但本研究?jī)H表明尾狀核頭MD值和丘腦FA值與PD患者癥狀的嚴(yán)重程度相關(guān)，且癥狀越嚴(yán)重，尾狀核頭MD值越高，丘腦FA值越低。該結(jié)果在前人研究中未見(jiàn)報(bào)道，但符合神經(jīng)核團(tuán)的病理改變參與導(dǎo)致PD患者癥狀出現(xiàn)的研究理論，表明尾狀核頭和丘腦的微結(jié)構(gòu)損傷越明顯，則PD患者病情和癥狀越嚴(yán)重。

本研究的局限性在于：本研究搜集病例數(shù)較少，研究人員將持續(xù)入組病例，以期在后續(xù)分析中得到更可靠的結(jié)論；本研究中中腦及基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)的ROI采用手動(dòng)勾畫(huà)，不可避免的存在一定的誤差，但本研究已采用根據(jù)核團(tuán)所在位置，沿神經(jīng)核團(tuán)的邊緣勾畫(huà)的方式，并采用2位影像科醫(yī)師分別分析取均值的方式以期能盡可能的減小誤差。

綜上所述，中腦、基底節(jié)神經(jīng)核團(tuán)DTI參數(shù)有助于PD的診斷及病情嚴(yán)重程度的評(píng)估，聯(lián)合應(yīng)用多個(gè)核團(tuán)DTI參數(shù)具有較好的診斷效能。