鹿娜，李春媚，李淑華，蘇聞，俞璐，吳仆射，陳敏*

自1817年由James Par kinson醫(yī)生發(fā)現(xiàn)以來，帕金森病(Par kinson's disease，PD)已成為了目前最常見的運動障礙性疾病[1]。這種疾病在工業(yè)化國家的發(fā)病率約0.3%，且60歲以上人群發(fā)病率約1%，目前認(rèn)為平均發(fā)病年齡在60～65歲[2-4]。帕金森病是一種慢性、進(jìn)展性疾病，其臨床表現(xiàn)包括運動和非運動性癥狀，如靜止性震顫、步態(tài)不穩(wěn)、僵硬、姿勢障礙以及神經(jīng)功能障礙等，并在疾病的進(jìn)展中伴隨著認(rèn)知障礙及癡呆的發(fā)生[5-6]。這些癥狀將會導(dǎo)致患者生活質(zhì)量下降，進(jìn)而使家庭和社會承受巨大負(fù)擔(dān)。目前，帕金森病主要的臨床診斷依賴于臨床癥狀和體格檢查，常用的方法是量表打分法，即MDS-UPDRS (MDS-unif ied Par kinson's Disease Rat ing Scal e)[7]。但不同評分者會使評分結(jié)果存在主觀偏差的潛在可能性。Ber nheimer等[8]研究表明，在帕金森病患者出現(xiàn)臨床癥狀之前，已經(jīng)有70%～80%的紋狀體神經(jīng)末梢的多巴胺神經(jīng)元和50%～60%的黑質(zhì)致密部的多巴胺神經(jīng)元損傷。因此研究帕金森病的影像生物標(biāo)記，尤其能夠反映其臨床前期改變至關(guān)重要，這對臨床醫(yī)生和影像科醫(yī)生來說都是巨大的挑戰(zhàn)[9]。

目前針對帕金森病的影像學(xué)檢查方法主要為磁共振成像、PET、SPECT、經(jīng)顱超聲和一站式CT掃描幾種[10]。以往的磁共振成像的生物學(xué)標(biāo)記主要包括結(jié)構(gòu)成像、形態(tài)及信號變化評估、鐵沉積評估、功能成像、分割和體積定量測量、弛豫值測定、磁化轉(zhuǎn)換率和擴散指數(shù)等，但目前對帕金森病的定量研究仍然很匱乏[11]。合成磁共振成像(synt het ic MRI)是一種新的磁共振影像技術(shù)，可以在一次掃描中同時提供弛豫值定量與多種合成的對比權(quán)重圖像[12]，并實現(xiàn)腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)、腦脊液及髓鞘的自動分割與體積測量[13]。War ntj es等[12]研究表明，合成磁共振成像方法可在僅5 min時間內(nèi)實現(xiàn)對全腦進(jìn)行高清定量T1和T2弛豫值、PD和B1場的計算。現(xiàn)在的研究已對腦分割有了比較明確的方法。但是對比目前比較常用的幾種分割方法中，合成磁共振成像具有以下幾個優(yōu)勢：①在3.0 T機器中，它自動分割準(zhǔn)確性的可重復(fù)性最好[14]；②它是與手動分割的可匹配性最高的[15]；③它可以最大程度減少1.5 T和3.0 T機器對全腦體積分割的差異[16]；④它比手動分割節(jié)省時間，每個后處理大約只需1 min。Tanenbaum等[17]研究證實，合成磁共振成像和常規(guī)磁共振成像具有相似的診斷效能，并且進(jìn)一步在腦退行性疾病、多發(fā)性硬化、腦轉(zhuǎn)移、St ur ge-Weber綜合征、特發(fā)性正常壓力腦積水及增齡等研究中得到證實[18-20]。

本研究旨在使用合成磁共振成像方法，定量探討帕金森病患者與正常對照者的全腦差異。根據(jù)以往對于帕金森病的影像研究[10-11，21]，推測帕金森病患者與正常對照組相比，會有全腦容積值和弛豫值的差別，可以此結(jié)果作為臨床診斷的一項參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 受試人群

本研究經(jīng)北京醫(yī)院倫理委員審查通過，倫理審查批件號：2019BJYYEC-158-02，每位患者及正常對照者均簽署知情同意書。本試驗為前瞻性研究，共收集臨床診斷為帕金森病患者28例［男17例，女11例，年齡(67±11)歲］及正常對照組28例［男12例，女16例，年齡(68±9)歲］。帕金森病患者入組標(biāo)準(zhǔn)為：按照中華醫(yī)學(xué)會神經(jīng)病學(xué)分會帕金森病及運動障礙學(xué)組制定的《中國帕金森病的診斷標(biāo)準(zhǔn)(2016版)》，由一位經(jīng)驗豐富的神經(jīng)病學(xué)家對帕金森病患者進(jìn)行診斷，評估前12 h內(nèi)停止服用多巴胺類藥物。正常對照者入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡選擇與病例組相匹配，男女不限，漢族，右利手；②身體健康，近1年頭部CT或磁共振檢查僅提示老年性腦改變，無大面積梗死灶；③可耐受磁共振檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：①中風(fēng)史、頭外傷史；②曾服用抗多巴胺藥物；③中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染、其他神經(jīng)或精神疾??；④頭磁共振檢查顯示組織病變或腦積水；⑤磁共振圖像質(zhì)量差者。

1.2 磁共振圖像采集

所有數(shù)據(jù)都是在GE 3.0 T磁共振掃描儀(SIGNA Pioneer，GE Heal thcare，Mil waukee，WI，USA)上收集。所有帕金森病患者及正常對照組均掃描合成磁共振成像(MAGnet ic r esonance imaging compil at ion，MAGi C)序列。掃描參數(shù)：FOV=240 mm×240 mm，矩陣=320×256，層厚/層間距=4/0.5 mm，層數(shù)=32，TR=4819 ms，TE=21.5/86.1 ms，TI=160/760/2270/4680 ms，掃描時長4 min 49 s。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將所收集得到的圖像數(shù)據(jù)使用SyMRI 8.0后處理軟件(Synt hetic MR，Link?ping，Sweden)對合成磁共振成像的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，以自動生成弛豫值及腦分割結(jié)果。自動計算獲得每一層面與全腦的體積定量參數(shù)，包括白質(zhì)體積(whit e mat t er vol ume，WMV)、灰質(zhì)體積(gr ay mat t er vol ume，GMV)、腦脊液體積(cer ebr al spinal f l uid vol ume，CSFV)、髓鞘體積(myel in vol ume，MYV)、腦實質(zhì)體積(br ain par enchymal vol ume，BPV)、顱 內(nèi) 體 積(int r acr anial vol ume，ICV)。用所得到的白質(zhì)體積、灰質(zhì)體積、髓鞘體及腦脊液積除以腦實質(zhì)體積得到白質(zhì)分?jǐn)?shù)(whit e mat t er f r act ion，WMF=WMV/BPV)、灰質(zhì)分?jǐn)?shù)(gr ay mat t er f ract ion，GMF=GMV/BPV)、髓鞘分?jǐn)?shù)(myel in f r act ion，MYF=MYV/BPV)和腦脊液分?jǐn)?shù)(cer ebr al spinal f l uid f r act ion，CSFF=CSF/ICV)。弛豫值定量參數(shù)包括T1、T2和質(zhì)子密度(pr ot on densit y，Pr D)值 則 另外使用自行編寫的MATLAB代碼進(jìn)行計算，計算方法為，以部分容積超過95%對應(yīng)組織(白質(zhì)、灰質(zhì)或腦脊液)的所有體素作為蒙片，并計算此蒙片中的定量參數(shù)平均值，最后得到相應(yīng)的白質(zhì)、灰質(zhì)或腦脊液的T1、T2和PD值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

通過SPSS Statistics軟件，版本23.0(IBM，Armonk，NY，USA)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。計量資料采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用獨立樣本t檢驗來評估帕金森病組和正常對照組間體積值、體積分?jǐn)?shù)、弛豫值定量參數(shù)和年齡的差異。用卡方檢驗來評估兩組之間的性別差異。均以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

帕金森病患者及正常對照組間的年齡(P=0.587)與性別(P=0.181)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。帕金森病患者病程范圍為1～16年，中位病程時間為6年，UPDRS(the Unif ied Parkinson's Disease Rating Scale)評分平均值為(43.6±28.2)分。

體積值方面，發(fā)現(xiàn)帕金森病患者的WMV(P=0.005，t=-0.667)和MYV(t=2.776，P=0.008)顯著高于正常對照組。GMV、CSFV、BPV及ICV在兩組間則無統(tǒng)計學(xué)差異。見表1，圖1、2。

表1 帕金森病與正常對照組體積值和體積分?jǐn)?shù)比較Tab.1 Comparison of the volume value and volume fraction of Parkinson's disease and the normal control group

圖1 帕金森病與正常對照組的髓鞘體積對照圖。綠色到黃色表示髓鞘含量由低到高，根據(jù)后處理軟件自動計算得出的每個層面的髓鞘值顯示，相同層面的帕金森病患者的髓鞘體積值高于正常對照 圖2 帕金森病與正常對照組體積值(A)和體積分?jǐn)?shù)(B)的比較Fig.1 Comparison of myelin volume maps between Parkinson's disease and normal control groups.Color from green to yellow indicate the amount of myelin volume from low to high,and the patient with Parkinson's disease has higher myelin volume than normal control.Fig.2 Comparison of the volume value(A)and volume fraction(B)of Parkinson's disease and the normal control group.

體積分?jǐn)?shù)方面，帕金森病患者的WMF(t=3.303，P=0.002)及MYF(t=3.126，P=0.003)顯著高于正常對照組；GMF(t=-4.038，P=0.000)則顯著低于正常對照組。CSF在兩組間無統(tǒng)計學(xué)差異。見表1，圖2。

弛豫值方面，帕金森病患者的白質(zhì)T1(t=-2.036，P=0.047)、灰質(zhì)Pr D(t=-1.874，P=0.066)及腦脊液Pr D(t=-2.229，P=0.030)顯著低于正常對照組，而灰質(zhì)T1(t=2.292，P=0.026)和灰質(zhì)T2(t=2.872，P=0.006)顯著高于正常對照組。腦脊液T1、白質(zhì)T2、腦脊液T2及白質(zhì)Pr D在兩組間則無統(tǒng)計學(xué)差異。見表2，圖3。

表2 帕金森病與正常對照組的弛豫值比較Tab.2 Comparison of relaxation values between Parkinson's disease and normal control group

圖3 帕金森病與正常對照組的弛豫值比較Fig.3 Comparison of relaxation valuesbetween Parkinson'sdisease and normal control group.

3 討論

本研究優(yōu)勢在于首次使用合成磁共振成像技術(shù)，證實帕金森病患者與正常對照者間在腦體積值、腦體積分?jǐn)?shù)及弛豫值之間有一定的差異。更精確地說，本研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者的WMV、MYV、WMF、MYF、灰質(zhì)T1和灰質(zhì)T2高于正常對照組，且具有統(tǒng)計學(xué)差異；帕金森病患者的GMF、白質(zhì)T1、灰質(zhì)Pr D和腦脊液Pr D則低于正常對照組，且具有統(tǒng)計學(xué)差異。使用合成磁共振成像的最大優(yōu)勢在于實現(xiàn)全自動分割，且掃描和后處理時間明顯縮短，分別只需4 min 49 s和約1 min。

帕金森病是一種多系統(tǒng)性突觸核蛋白病，由遺傳和環(huán)境因素共同導(dǎo)致。由于α共核蛋白在多個腦區(qū)堆積形成其特征性路易體和路易神經(jīng)突，導(dǎo)致神經(jīng)元退化與神經(jīng)膠質(zhì)的過度沉積，進(jìn)而引發(fā)各種臨床表現(xiàn)[22-23]。鐵過載會引發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，也會導(dǎo)致神經(jīng)元退行性改變[24]。

3.1 體積值和體積分?jǐn)?shù)

過往文獻(xiàn)中，F(xiàn)ang等[25]、Shao等[26]研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者全腦GMV值低于正常對照組。本研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者GMV低于正常對照組，結(jié)果與其一致，且GMF顯著低于正常對照組。之前的研究表明，全腦及區(qū)域性GMV減低與癡呆、步態(tài)不穩(wěn)及呼吸功能障礙有相關(guān)性[25，27]。Mu等[28]研究發(fā)現(xiàn)GMV縮小與髓鞘化和鐵沉積有關(guān)。帕金森病患者會出現(xiàn)腦內(nèi)鐵沉積[29]，這與本研究所獲得的結(jié)果相一致。

本研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者M(jìn)YV、MYF顯著高于正常對照組。Hagiwara等[27]研究發(fā)現(xiàn)小鼠在學(xué)習(xí)新的運動技能時需要髓鞘生成。由于帕金森患者大都伴隨非隨意運動增多的癥狀，因此推測髓鞘體積和占比增多與運動相關(guān)。當(dāng)腦實質(zhì)缺氧時，腦膠質(zhì)細(xì)胞會髓鞘化來減少突觸的丟失[28]，也可以此推測MYV及MYF增高的原因。

關(guān)于腦白質(zhì)的研究，許多研究使用擴散張量成像(dif f usion tensor imaging，DTI)，多分析腦白質(zhì)纖維束的完整性和細(xì)胞排列情況[30]，部分結(jié)果證明帕金森病患者的腦白質(zhì)纖維束完整性受損。本試驗使用合成磁共振成像來評估全腦白質(zhì)的體積。以往沒有文獻(xiàn)證實腦白質(zhì)纖維束完整性與相應(yīng)區(qū)域腦白質(zhì)體積間的關(guān)系。本試驗發(fā)現(xiàn)帕金森病患者的WMV高于正常對照組，因為髓鞘是組成白質(zhì)的重要部分，所以推測該結(jié)果與髓鞘形成相關(guān)。而本研究發(fā)現(xiàn)MYV顯著高于對照組，也進(jìn)一步證實了該結(jié)果的推測。

3.2 弛豫值

Bar kovich等[31]研究表明當(dāng)腦白質(zhì)髓鞘化時，T1和T2弛豫值會減小，本研究中腦白質(zhì)T1值顯著減低，T2值稍減小，推測與腦白質(zhì)髓鞘形成相關(guān)，這與本試驗中得到的腦白質(zhì)體積增加也相符。T1值可以反映微觀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成成分變化，例如水分、髓鞘、鐵蛋白；過往文獻(xiàn)報道若腦皮質(zhì)的水分、鐵蛋白或者髓鞘減少，T1值會隨之降低[32-35]。腦髓鞘化可能與T1、T2弛緩時間縮短、PD減少、磁化轉(zhuǎn)移增加有關(guān)[36]。關(guān)于皮質(zhì)的弛豫值研究并不很多，且年份比較久遠(yuǎn)。Nür nber ger等[37]對帕金森疾病的腦皮質(zhì)萎縮程度與T1弛豫值定量的隊列研究表明，帕金森病患的T1弛豫值在多個腦區(qū)顯著降低，并且T1弛豫值降低的空間分布與腦皮質(zhì)萎縮區(qū)域重疊。Hagiwar a等[20]使用定量磁共振成像技術(shù)對年齡的研究發(fā)現(xiàn)GM的T1、T2和Pr D值從60歲開始增加，T1在80歲顯示出顯著的增加，這可能是因為含水量的增加。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)帕金森病患者灰質(zhì)T1顯著高于正常對照組，這與以往的結(jié)果不同，推測可能與帕金森病患者腦實質(zhì)含水量增高有關(guān)。

T2的弛豫值與游離水含量呈正相關(guān)，在許多病理過程中T2弛豫值會增高，例如神經(jīng)元和神經(jīng)軸突的損傷、炎癥和水腫[38]。本研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者灰質(zhì)T2值明顯高于正常對照組，推測帕金森病患者的灰質(zhì)中游離水含量增多，神經(jīng)元和神經(jīng)軸突也可能存在一定的損傷。

Shen等[39]的一項臨床研究加薈萃分析得出帕金森病患者的腦脊液中鐵含量低于正常對照組，而血漿中鐵含量沒有明顯差異。而本研究發(fā)現(xiàn)CSF的T1值及T2值均稍低于正常對照組，但兩組間沒有明顯統(tǒng)計學(xué)差異，這可能與腦脊液的影響因素過多有關(guān)。

帕金森病臨床表現(xiàn)多樣，患者間的個體差異性也很明顯，這說明病變累及較為廣泛的腦實質(zhì)，且各部分程度不同。因此，合成磁共振成像技術(shù)對于全腦的定量分析從整體出發(fā)，找尋帕金森病患者的特征表現(xiàn)，期望其作為一種高危人群的篩查檢查，當(dāng)在這些人群中觀察到定量值改變時，警惕帕金森病的發(fā)展。后續(xù)還需要進(jìn)一步的相關(guān)研究來明確各組值的變化規(guī)律。

本研究還存在一定的局限性。(1)本研究僅限于帕金森病與正常對照者間，沒有進(jìn)行帕金森病各種亞型間的比較分析，往后的研究應(yīng)著手于帕金森病的亞型間的特征研究。(2)未使用腦區(qū)分割以觀察局部的定量值改變，進(jìn)一步的研究應(yīng)該加掃3D-T1結(jié)構(gòu)圖像相關(guān)序列，并將腦區(qū)分割及相關(guān)性研究納入。(3)本研究的病例數(shù)較少，對研究結(jié)果有一定的局限性，希望以后的研究能納入更多的病例數(shù)。(4)所選擇的PD患者都是比較典型的患者，沒有對臨床早期或者無臨床癥狀的患者進(jìn)行評估，希望以后的研究可以對帕金森病無臨床癥狀期或者早期患者研究，更好地為臨床提供診斷幫助。

綜上，合成磁共振成像可以同時獲得體積測量值和弛豫值。本研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者WMV、MYV、WMF、MYF、灰質(zhì)T1和灰質(zhì)T2顯著高于正常對照組；而GMF、白質(zhì)T1、灰質(zhì)Pr D和腦脊液Pr D則明顯低于正常對照組。以上特征有望進(jìn)一步為臨床前期帕金森病患者診斷提供參考。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。