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        定量磁敏感圖黑質(zhì)“燕尾征”在帕金森病診斷中的應(yīng)用價值

        2018-05-10 03:47:46管曉軍謝非徐曉俊
        關(guān)鍵詞:燕尾黑質(zhì)帕金森病

        管曉軍 謝非 徐曉俊

        帕金森?。≒D)是老年人群常見的神經(jīng)變性病。流行病學調(diào)查顯示,我國≥65歲的老年人群患病率達1.7%[1]。由于缺乏客觀生物學標志物,帕金森病的診斷主要依靠臨床醫(yī)師對患者臨床癥狀與體征的評價[2],很大程度受主觀因素的干擾,故近20年來帕金森病的診斷準確性無明顯提高[3?4]。積極探尋可以提示帕金森病的客觀生物學標志物,將有助于提高疾病診斷水平。黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元缺失是臨床期帕金森病的特征性病理改變。尸體解剖研究顯示,黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)即Nigrosome 1區(qū)是帕金森病多巴胺能神經(jīng)元缺失最早、最嚴重的區(qū)域[5?6];且該區(qū)域鐵沉積(加重局部神經(jīng)元氧化應(yīng)激負荷)與多巴胺能神經(jīng)元缺失密切相關(guān)[7]。因此,黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)鐵沉積有助于提示帕金森病。作為磁性物質(zhì),鐵元素可以影響MRI信號。正常人群磁敏感加權(quán)成像(SWI)顯示黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)呈現(xiàn)“燕尾”狀高信號即“燕尾征”,而帕金森病患者該區(qū)域高信號消失,稱為“燕尾征”消失[8]。研究顯示,“燕尾征”消失征象用于診斷帕金森病的靈敏度較高(>88%),而特異度變化較大(37% ~ 95%)[7?11]。定量磁敏感圖(QSM)是在SWI基礎(chǔ)上的進一步發(fā)展,具有更清晰的信號對比度和分辨力[12?15]。在本研究中,我們采用QSM觀察帕金森病患者黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)“燕尾征”,探討該項技術(shù)是否有助于提高“燕尾征”在帕金森病診斷中的應(yīng)用價值。

        資料與方法

        一、臨床資料

        1.納入標準 (1)帕金森病的診斷符合英國帕金森病學會腦庫帕金森病臨床診斷標準[16]。(2)均行頭部MRI檢查。(3)本研究經(jīng)浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院道德倫理委員會審核批準,所有患者或其家屬均知情同意并簽署知情同意書。

        2.排除標準 (1)其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病病史、精神病病史和顱腦創(chuàng)傷史。(2)臨床資料或影像學資料不全。(3)由于震顫等原因造成運動偽影較大,影響圖像質(zhì)量而無法進一步處理。

        3.一般資料 (1)帕金森病組:根據(jù)納入與排除標準,選擇2010年10月-2016年10月在浙江大學醫(yī)學院附屬第二醫(yī)院明確診斷的帕金森病患者共計76例,男性38例,女性38例;年齡35~77歲,平均(55.69±8.94)歲;病程0.25~17.10年,中位病程2.92(1.58,6.50)年;統(tǒng)一帕金森病評價量表第三部分(UPDRSⅢ)評分為 7~72分,平均為(28.75±15.53)分;Hoehn?Yahr分期 1~4級、平均(2.28±0.69)級,其中1級9例、1.5級5例、2級17例、2.5級30例、3級12例、4級3例。(2)正常對照組:選擇同期在我院進行體格檢查的健康志愿者共47例,頭部MRI均未見明顯異常,男性22例,女性25例;年齡37~79歲,平均(57.53±9.69)歲。兩組受試者性別(χ2=0.118,P=0.731)和年齡(t=1.077,P=0.284)比較,差異均無統(tǒng)計學意義,具有可比性。

        二、研究方法

        1.頭部MRI檢查 采用美國GE公司生產(chǎn)的Signa EXCITE 3.0T MRI掃描儀,8通道頭部線圈,梯度場強50 mT/m。受試者以醫(yī)用海綿墊固定頭部、佩戴耳塞降低噪音,以提高舒適度、減少運動偽影,首先進行T2?FLAIR成像掃描,以排除潛在病變,如占位性病變、畸形、軟化灶或腦白質(zhì)高信號(WMH)等,再行三維高分辨力 MRI(3D?HRMRI)、擴散張量成像(DTI)、靜息態(tài)fMRI(rs?fMRI)、多回波采集的增強T2*加權(quán)血管成像(ESWAN)掃描。(1)3D?HRMRI:重復(fù)時間(TR)5.10 ms、回波時間(TE)1.20 ms,掃描視野(FOV)240 mm×240 mm,矩陣256×256,激勵次數(shù)(NEX)1次,層厚1.20 mm、層間距為零,掃描時間160 s,共掃描124層,掃描范圍覆蓋大腦和小腦。(2)DTI:重復(fù)時間 12 000 ms、回波時間 105 ms,掃描視野240 mm×240 mm,矩陣128×128,激勵次數(shù)1次,b值為1000 s/mm2,層厚3 mm、層間距為零,掃描時間170 s,共37層,掃描范圍覆蓋大腦和小腦。(3)rs?fMRI:重復(fù)時間 2000 ms、回波時間 30 ms,掃描視野240 mm×240 mm,矩陣64×64,激勵次數(shù)1次,層厚5 mm、層間距1 mm,掃描時間370 s,共掃描23層,掃描范圍覆蓋大腦和小腦。(4)ESWAN序列:重復(fù)時間45 ms,回波次數(shù)8次,首次回波時間為5 ms,間隔 5.02 ms,末次回波時間 40.14 ms,翻轉(zhuǎn)角(FA)25°,帶寬頻率31.25 kHz,平面內(nèi)分辨率0.78×0.78,掃描視野200 mm×200 mm,重建后矩陣256×256,激勵次數(shù)1次,層厚2.80 mm、層間距為零,加速因子為2,掃描時間210 s,共52層,掃描范圍覆蓋大腦和小腦。

        2.圖像處理 由同一位經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師采用盲法獨立完成。參照文獻[13?14]方法,采用STI Suite軟件包(美國加利福尼亞大學伯克利分校研發(fā))[17?18]進行 QSM 圖像處理。(1)采用 Laplacian 法對相位圖去包裹,該方法可以較好地保留所有腦組織空間低頻成分,如灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液。(2)由于未去包裹的相位圖背景相位掩蓋腦組織相位信息,采用V?SHARP法將球形半徑由0.60 mm(腦邊界處)擴大至25 mm(腦中心處),以去除背景相位。(3)由于重建單方向的QSM圖可能出現(xiàn)線狀偽影,導致細微結(jié)構(gòu)(微病灶)丟失,采用iLSQR公式[17]估算磁化率邊界,迭代評價僅來自異常K空間填充引起的磁化偽影,以獲得剩余腦組織相位圖和磁化率,最終獲得QSM圖。與SWI圖不同,QSM圖顯示,正常人群由于黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)鐵含量較低,故磁化率較低,表現(xiàn)為細條形或卵圓形低信號;帕金森病患者由于黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)鐵沉積明顯,故磁化率較高,表現(xiàn)為低信號消失,即“燕尾征”消失。雙側(cè)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)低信號均存在為正常;單側(cè)或雙側(cè)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)低信號消失為異常,即“燕尾征”消失[7?11]。為便于比較幾種技術(shù)對黑質(zhì)的成像,選擇同一層面的QSM圖、SWI圖、幅度圖(magnitude image)和R2*圖。

        3.統(tǒng)計分析方法 采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。呈正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差(x±s)表示,采用兩獨立樣本的t檢驗;呈非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)和四分位數(shù)間距[M(P25,P75)]表示。計數(shù)資料以相對數(shù)構(gòu)成比(%)或率(%)表示,采用χ2檢驗;計算帕金森病患者和正常對照者黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)“燕尾征”出現(xiàn)率和消失率;計算“燕尾征”消失征象診斷帕金森病的靈敏度、特異度和準確度。以P≤0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

        結(jié) 果

        QSM圖具有極高的磁化率對比,可以清晰顯示黑質(zhì)部位,準確評價“燕尾征”的存在或消失,而SWI圖、幅度圖和R2*圖分辨力較低,在本研究中無法達到診斷意義(圖1~3)。

        76例帕金森病患者中73例(96.05%)出現(xiàn)單側(cè)或雙側(cè)“燕尾征”消失,包括單側(cè)22例和雙側(cè)51例;47例正常對照者中28例(59.57%)出現(xiàn)單側(cè)或雙側(cè)“燕尾征”消失,包括單側(cè)15例和雙側(cè)13例,組間差異有統(tǒng)計學意義(χ2=26.311,P=0.000)。“燕尾征”消失診斷帕金森病的靈敏度為96.05%、特異度為40.43%、準確度為74.80%。

        討 論

        本研究結(jié)果顯示,QSM圖具有極高的磁化率對比,是目前較為先進的黑質(zhì)成像技術(shù),可以滿足“燕尾征”定性分析的需要;QSM圖黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)“燕尾征”消失診斷帕金森病的靈敏度較高(96.05%)、特異度較低(40.43%),準確度為74.80%。

        病理學研究顯示,帕金森病患者腦組織多巴胺能神經(jīng)元缺失進程具有明顯的梯度變化,即隨著疾病進展由外至內(nèi)逐漸增多,其中影響最早且最嚴重的區(qū)域是黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)[5?6]。2008 年,Martin等[19]采用R2*技術(shù)定量測量黑質(zhì)致密部鐵含量,結(jié)果顯示,帕金森病早期黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)即有明顯的鐵沉積,且該部位鐵含量與帕金森病運動癥狀嚴重程度呈正相關(guān)(r2=0.270,P=0.010)。此后,研究者們采用不同MRI鐵成像技術(shù)如SWI圖、相位圖(phase image)和幅度圖等證實,大多數(shù)帕金森病患者黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)存在與鐵元素相關(guān)的MRI信號改變[7?11]。Blazejewska 等[7]將 MRI與病理學相結(jié)合,進一步揭示MRI信號改變位置為黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū),且“燕尾征”消失與該區(qū)域鐵沉積、黑色素減少和神經(jīng)元缺失密切相關(guān)。本研究采用QSM技術(shù)觀察帕金森病患者黑質(zhì)MRI信號改變,96.05%(73/76)的患者黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)“燕尾征”消失,即存在鐵沉積導致的局部磁敏感性改變,與既往研究結(jié)果相一致[7?11]。

        圖1 女性患者,53歲,臨床診斷為帕金森病。頭部MRI檢查所見 1a 橫斷面QSM圖顯示,左側(cè)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)卵圓形低信號影(箭頭所示) 1b~1d 同層面SWI圖、幅度圖和R2*圖均顯示不佳Figure 1 A 53 ?year?old female patient was diagnosed as PD.Head MRI findings Axial QSM showed an oval hypointensity in dorsolateral part of left substantia nigra pars compacta(arrow indicates,Panel 1a).SWI,magnitude image and R2*image in the same level failed to visualize"swallow tail sign"(Panel 1b-1d).

        圖2 女性患者,57歲,臨床診斷為帕金森病。頭部MRI檢查所見 2a 橫斷面QSM圖未見黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)低信號影 2b~2d 同層面SWI圖、幅度圖和R2*圖均顯示不佳Figure 2 A 57?year?old female patient was diagnosed as PD.Head MRI findings Axial QSM showed the absence of hypointensity in dorsolateral part of substantia nigra pars compacta(Panel 2a).SWI,magnitude image and R2*image in the same level failed to visualize"swallow tail sign"(Panel 2b-2d).

        圖3 正常女性,60歲。頭部MRI檢查所見 3a 橫斷面QSM圖顯示,雙側(cè)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)可見卵圓形低信號影(箭頭所示) 3b~3d 同層面SWI圖、幅度圖和R2*圖均顯示不佳Figure 3 Head MRI findings of a 60?year?old normal female Axial QSM showed bilateral oval hypointensity in dorsolateral part of substantia nigra pars compacta(arrows indicate,Panel 3a).SWI,magnitude image and R2*image in the same level failed to meet the diagnostic requirement(Panel 3b-3d).

        盡管MRI在體研究和體外研究均證實帕金森病患者存在黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)鐵沉積,且該區(qū)域鐵沉積與多巴胺能神經(jīng)元缺失密切相關(guān),但能否根據(jù)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)MRI信號改變以診斷帕金森病尚存爭議。研究顯示,正常老年人群“燕尾征”消失較為罕見,根據(jù)該征象鑒別診斷帕金森病患者與正常對照者的特異度高達 83% ~ 85%[7?9,11]。亦有研究顯示,“燕尾征”消失診斷帕金森病的特異度僅為37%[10],與本研究特異度為40.43%相近。究其原因,可能包括以下幾方面:(1)腦組織正常老化可以導致黑質(zhì)?紋狀體多巴胺能神經(jīng)元缺失和黑質(zhì)致密部鐵沉積[20],“燕尾征”存在與否可能不足以區(qū)分腦組織正常老化與神經(jīng)退行性變,定量測量鐵含量可能有助于鑒別二者。(2)有文獻報道,“燕尾征”消失也可見于多發(fā)性硬化(MS)和進行性核上性麻痹(PSP)等帕金森疊加綜合征患者[11],因此,該征象可能是黑質(zhì)?紋狀體多巴胺能神經(jīng)元變性的共同表現(xiàn)而并非原發(fā)性帕金森病的特征性表現(xiàn)。本研究正常對照者未經(jīng)嚴格的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師評價,可能混有前驅(qū)期帕金森病患者[21]或其他神經(jīng)變性病高危人群,如原發(fā)性快速眼動睡眠期行為障礙(RBD)[22]。(3)黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)體積較小,但本研究圖像采集層厚較大(層厚2.80 mm),部分容積效應(yīng)可能影響黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)MRI信號的判斷。

        綜上所述,本研究采用QSM技術(shù)觀察到大多數(shù)帕金森病患者黑質(zhì)致密部背外側(cè)區(qū)存在磁化率差異導致的MRI信號改變,即“燕尾征”消失,但僅根據(jù)“燕尾征”消失診斷帕金森病的特異性較低。本研究為回顧性研究,無法嚴格控制研究對象和針對性地調(diào)整MRI參數(shù),尚待前瞻性研究采用更高分辨力的MRI掃描儀(避免部分容積效應(yīng))、更優(yōu)化的MRI參數(shù)提高圖像分辨力、更精確的定量分析方法提高QSM技術(shù)在帕金森病診斷中的應(yīng)用價值。

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