孫慧勤, 李晨旭, 白勝杰

帕金森病是神經(jīng)系統(tǒng)常見的退行性疾病,目前能依賴的可行性影像輔助檢查較少,普通磁共振不能發(fā)現(xiàn)帕金森病腦組織的異常。擴(kuò)散磁共振成像(diffusion magnetic resonance imaging,dMRI)是基于水分子擴(kuò)散原理的特殊成像序列,常用的有彌散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging,DWI),彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)。有研究發(fā)現(xiàn)帕金森病患者腦區(qū)DTI參數(shù)平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusivity,MD)、軸向擴(kuò)散系數(shù)(axial diffusivity,AD)、徑向擴(kuò)散系數(shù)(radial diffusivity,RD)、各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy,FA)的異常[1～3],但由于DTI建立在高斯分布基礎(chǔ)上,不能真實(shí)反映腦組織偏離高斯分布的情況。擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)的原理建立在非高斯分布基礎(chǔ)上,更符合人體真實(shí)組織情況,能反映組織的復(fù)雜性和異質(zhì)性特點(diǎn)[4],故其不僅在白質(zhì)分析方面更加準(zhǔn)確,在灰質(zhì)檢測方面也更加靈敏。不少研究發(fā)現(xiàn)DKI技術(shù)能發(fā)現(xiàn)帕金森患者腦區(qū)的微觀異常[5,6]。

嗅覺障礙被認(rèn)為是帕金森病出現(xiàn)較早的非運(yùn)動(dòng)癥狀,該理論被Braak教授的病理研究[7]和大量臨床研究證實(shí)。目前國內(nèi)外將擴(kuò)散峰度成像應(yīng)用于帕金森病嗅覺障礙的研究較少,普通磁共振不僅不能發(fā)現(xiàn)帕金森病患者頭部影像異常,更不能區(qū)分有無合并嗅覺障礙的帕金森病患者間的差異。我們的研究使用符合中國人嗅覺習(xí)慣的金帕默(KinPamor)嗅覺檢測試劑盒進(jìn)行嗅覺評(píng)估,依據(jù)伴和不伴嗅覺障礙將帕金森病患者分為兩組，分別進(jìn)行頭部擴(kuò)散峰度成像，分析帕金森病患者感興趣腦區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的改變,為早期診斷、評(píng)估帕金森病病情提供更多臨床輔助診療手段。

1 材料與方法

1.1 一般資料 納入2020年5月-2022年4月于徐州市中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院部和門診就診的帕金森病患者37例,根據(jù)嗅覺評(píng)分分為伴嗅覺障礙帕金森病組和不伴嗅覺障礙帕金森病對(duì)照組,H-Y(Hoehn-Yahr)分期1～4期[(2.5±0.95)期]。伴嗅覺障礙帕金森病組共16例,其中男10例,女6例,年齡54～76歲[(68.13±6.38)歲]。不伴嗅覺障礙帕金森組21例,其中男16例,女5例,年齡49～81歲[(65.71±9.04)歲]。

帕金森病患者納入標(biāo)準(zhǔn)：所有患者符合2015年國際運(yùn)動(dòng)障礙協(xié)會(huì)制定的原發(fā)性帕金森病診斷標(biāo)準(zhǔn)(Movement Disorder Society Clinical Diagnostic Criteria for Parkinson disease,MDS-PD)。嗅覺障礙排除標(biāo)準(zhǔn)：近期有感冒病史,鼻部外傷或頭部外傷史等其他可以導(dǎo)致嗅覺障礙的疾病,耳鼻喉科會(huì)診或鼻腔影像檢查排除鼻腔器官問題導(dǎo)致嗅覺障礙。本研究已獲得徐州市中心醫(yī)院倫理審查委員會(huì)審批,所有研究對(duì)象在入組前簽署知情同意書。

1.2 嗅覺檢測 選擇符合中國人嗅覺習(xí)慣的金帕默(KinPamor)嗅覺檢測試劑盒作為嗅覺檢測手段,在通風(fēng)良好且安靜的環(huán)境下進(jìn)行評(píng)分,隨機(jī)抽取其中一種氣味測試片,放置于受試者鼻前3～5 cm處,嗅完后給出答案并記錄,間隔15 s后進(jìn)行下一個(gè)氣味的測定,隨機(jī)做完12種氣味測試,計(jì)算患者測試正確總分,滿分12分,低于8分被認(rèn)為有嗅覺功能障礙。

1.3 磁共振數(shù)據(jù)采集 所有患者均接受20通道頭頸線圈3Tesla 全身磁共振系統(tǒng)(Siemens Skyra)進(jìn)行掃描。擴(kuò)散成像采取基于自旋回波的回波平面成像,分成兩次采集：第一組參數(shù)TR=5 600 ms,TE=97 ms,成像矩陣=128×128,視野=240 mm×240 mm,層數(shù)=30,層厚=4.5 mm,b=0 s/mm2、b=1 000 s/mm2、b=2 000 s/mm2,30個(gè)梯度方向,PAT=2,采集時(shí)間為6 min 50 s；第2組參數(shù)除b值為0外，其余參數(shù)與第一組大致相同,10次平均。

1.4 圖像及數(shù)據(jù)處理 將設(shè)備采集的DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可分析的NIFTI格式,進(jìn)行渦流和頭動(dòng)校正,使用FSL對(duì)數(shù)據(jù)再次進(jìn)行校正。定量計(jì)算：使用DKItoolkit進(jìn)行定量指標(biāo)的計(jì)算,包括MD、FA、AD、RD值及DKI參數(shù)平均峰度(mean kurtosis,MK)值、峰度各項(xiàng)異性(kurtosis fractional anisotropy,KFA)、軸向擴(kuò)散峰度(axial kurtosis,AK)、徑向擴(kuò)散峰度(radial kurtosis,RK)徑向擴(kuò)散峰度(radial kurtosis,RK)?？臻g標(biāo)準(zhǔn)化：由于每個(gè)受試者腦的形狀大小均存在差異,因此,為了對(duì)一組或多組數(shù)據(jù)進(jìn)行逐像素的統(tǒng)計(jì)分析,首先需要將所有受試者進(jìn)行逐像素對(duì)齊。以MNI空間的T2-wighted腦模板為參考標(biāo)準(zhǔn),以渦流頭動(dòng)校正后的b0圖像為源圖像來估計(jì)配準(zhǔn)參數(shù),然后使用12參數(shù)仿射變換及非線性形變對(duì)定量指標(biāo)圖像進(jìn)行空間變換,將所有受試者的定量指標(biāo)腦圖像標(biāo)準(zhǔn)化至模板空間,以消除受試者個(gè)體間的差異性。高斯平滑以進(jìn)一步去除噪聲,并使待統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。定量指標(biāo)的提取主要為基于MNI空間的AAL3腦圖譜[8]的感興趣區(qū)(region of interest,ROI),提取出所有定量指標(biāo)在感興趣腦區(qū)的平均值,并存儲(chǔ)為excel表格。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 對(duì)數(shù)據(jù)的分析采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件,定量指標(biāo)的組間對(duì)比：伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組感興趣腦區(qū)的參數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),得到顯著性水平(P<0.05,視為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異)；伴嗅覺障礙帕金森病組左右側(cè)參數(shù)指標(biāo)的對(duì)比也采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),得到顯著性水平(P<0.05,視為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的差異)。逐像素統(tǒng)計(jì)分析：基于廣義線性模型,對(duì)所有定量指標(biāo)進(jìn)行組間對(duì)比,并加入年齡、性別為協(xié)變量信息,得到組間具有顯著性差異的區(qū)域,存儲(chǔ)為熱圖及定位文檔。感興趣區(qū)參數(shù)指標(biāo)和嗅覺障礙評(píng)分進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,得到了相關(guān)系數(shù)r和相關(guān)顯著性P,P<0.05表示有顯著相關(guān)。

2 結(jié) 果

2.1 一般資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴有嗅覺障礙帕金森病對(duì)照組年齡(P=0.37,獨(dú)立樣本t檢驗(yàn))和性別(P=0.82,卡方檢驗(yàn))無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,具有可比較性。

2.2 伴嗅覺障礙帕金森病組和不伴嗅覺障礙帕金森病對(duì)照組感興趣腦區(qū)比較 伴嗅覺障礙帕金森病組右側(cè)顳橫回FA值、KFA值及左側(cè)顳下回FA值,雙側(cè)顳下回KFA值,右側(cè)緣上回AK、MK、KFA及右側(cè)中央后回MK、RK較不伴嗅覺障礙帕金森病組明顯降低(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；伴嗅覺障礙帕金森病組右側(cè)中央后回及右側(cè)緣上回的AD、MD、RD值較不伴嗅覺障礙帕金森病組明顯升高(P<0.05),差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而顳下回、顳橫回的AD、MD、RD數(shù)值兩組之間無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)(見表1～4)。而上述感興趣腦區(qū)的逐像素分析熱圖能更加直觀地反映出指標(biāo)的改變,把上述表格的數(shù)據(jù)差異利用圖像的方式呈現(xiàn),AD、MD、RD參數(shù)圖異常區(qū)域?yàn)榕?代表該區(qū)域?qū)?yīng)參數(shù)值升高,AK、RK、KFA、MK、FA參數(shù)圖異常區(qū)域?yàn)槔渖?代表該區(qū)域?qū)?yīng)的參數(shù)值下降(見圖1)。

2.3 伴嗅覺障礙帕金森病組左右兩側(cè)感興趣區(qū)DKI參數(shù)對(duì)比 伴嗅覺障礙帕金森病患者左右側(cè)DKI參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)左側(cè)顳下回FA、MK值及左側(cè)顳橫回FA、MK、RK、KFA較右側(cè)下降明顯,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),余部位左右側(cè)各DKI參數(shù)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。

2.4 伴嗅覺障礙帕金森病患者和嗅覺評(píng)分之間的相關(guān)性分析 伴嗅覺障礙帕金森病組DKI參數(shù)值與嗅覺評(píng)分相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)右側(cè)緣上回,中央后回、顳下回,雙側(cè)的顳橫回和嗅覺評(píng)分之間有密切相關(guān)性,以右側(cè)緣上回RD值最為顯著相關(guān)(r=0.579,P<0.05)(見表5)。其余和嗅覺評(píng)分無明顯相關(guān)性的數(shù)據(jù)不一一列出。

表1 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組顳橫回DKI各項(xiàng)參數(shù)比較

表2 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組顳下回DKI各項(xiàng)參數(shù)比較

表3 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組緣上回DKI各項(xiàng)參數(shù)比較

表4 伴嗅覺障礙帕金森病組與不伴嗅覺障礙帕金森病組中央后回DKI各項(xiàng)參數(shù)比較

圖1 基于伴嗅覺障礙帕金森病患者與不伴有嗅覺障礙帕金森病患者DKI參數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū)的逐像素分析熱圖,注：“→” 黑色箭頭所指區(qū)域?yàn)榘樾嵊X障礙帕金森病組較不伴嗅覺障礙帕金森病對(duì)照組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異腦區(qū),暖色代表該區(qū)域DKI對(duì)應(yīng)參數(shù)值較對(duì)照組升高,冷色代表該區(qū)域DKI對(duì)應(yīng)參數(shù)值較對(duì)照組下降

表5 伴嗅覺障礙帕金森病組患者和嗅覺評(píng)分之間的相關(guān)性分析

3 討 論

圍繞水分子彌散原理的磁共振成像技術(shù)在帕金森病患者和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的研究成為熱點(diǎn),其中DKI技術(shù)為DTI技術(shù)的延伸,因成像原理建立在非正態(tài)分布基礎(chǔ)上,故更貼合人體腦組織真實(shí)情況[9]，在灰值測量上靈敏性更高。其主要研究參數(shù)包括MD、FA、AD、RD、MK、KFA、AK、RK。上述參數(shù)中MD反映水分子彌散情況,自由水越多擴(kuò)散越強(qiáng),MD值越高；FA主要評(píng)價(jià)彌散方向一致性或擴(kuò)散限制,描述某一個(gè)方向上擴(kuò)散的程度,故白質(zhì)的FA值較灰值高，所以當(dāng)白質(zhì)纖維束受損后可以出現(xiàn)FA值減低； AD主要測量與白質(zhì)纖維平行方向發(fā)生的擴(kuò)散程度,RD測量垂直白質(zhì)纖維的擴(kuò)散程度,AD和RD可進(jìn)一步反映軸索髓鞘的完整性；MK反映彌散偏離高斯分布的程度,MK值越大,偏離高斯分布程度越大,結(jié)構(gòu)越復(fù)雜；KFA類似于FA,值越大,越趨于各向異性擴(kuò)散; AK為平行于突觸方向擴(kuò)散偏離高斯分布的指標(biāo),因彌散主要沿白質(zhì)方向相對(duì)不受限,偏離高斯分布的程度最小,因此AK值一般比較小; RK指在垂直擴(kuò)散方向上的平均值,如白質(zhì),因?yàn)閿U(kuò)散受限主要是在徑向,顯著地偏離高斯分布,指標(biāo)通常高于AK值。

有研究發(fā)現(xiàn)[10,11]帕金森病患者常規(guī)磁共振正常,但在進(jìn)行DKI相關(guān)參數(shù)分析時(shí)其黑質(zhì)、紋狀體區(qū)域的FA值下降,MD、RD、AD值升高,而MK值增加。但Bai[5]將帕金森病患者根據(jù)Hoehn-Yahr分期分為兩組,Hoehn-Yahr期≤2患者為早期帕金森病組,Hoehn-Yahr期≥2.5例患者為中晚期帕金森病組,發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比,兩組患者黑質(zhì)部位FA、AD值升高,MK、AK值降低,蒼白球和丘腦部位的MK、RK值降低,而中晚期組蒼白球和丘腦的MK、RK降低更明顯,此結(jié)果與Guan等[6]研究的早期和晚期帕金森病患者黑質(zhì)MK值明顯低于健康對(duì)照組的結(jié)果一致,但和Bingbing等的研究結(jié)果相比,MK值變化相悖。且相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)部位MK與H-Y分期和帕金森病綜合量表評(píng)分(UPDRS)Ⅲ評(píng)分有正負(fù)相關(guān)性兩種結(jié)果。研究結(jié)果的差異可能與患者所處的疾病階段不同導(dǎo)致病理改變不同,進(jìn)而影響DKI參數(shù)的結(jié)果有關(guān)。

帕金森病非運(yùn)動(dòng)癥狀研究[12]發(fā)現(xiàn)帕金森病輕度認(rèn)知障礙組運(yùn)動(dòng)區(qū)和前運(yùn)動(dòng)區(qū)的AK值,丘腦、運(yùn)動(dòng)區(qū)及海馬的MK值和RK值,以及丘腦和海馬的FA值均低于無認(rèn)知障礙帕金森病組。峰度值的降低考慮與疾病退行性病變,神經(jīng)元丟失可能關(guān)系大。劉依然等[13]對(duì)帕金森病伴嗅覺障礙患者進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)帕金森病患者左側(cè)杏仁核MK值較對(duì)照組下降,提示左側(cè)杏仁核可以作為診斷帕金森病的早期生物學(xué)標(biāo)記物。ITO等[14]在帕金森病和帕金森綜合征鑒別發(fā)現(xiàn)MK圖上的MBT/PCT(中腦被蓋/橋跨束)比值在鑒別帕金森病、多系統(tǒng)萎縮和進(jìn)行性核上性麻痹3種疾病時(shí)較FA、MD圖上的MBT/PCT比值更加敏感,進(jìn)而說明DKI成像技術(shù)較DTI更敏感[1]。

目前針對(duì)帕金森病嗅覺障礙患者的DKI 研究較少,而針對(duì)伴嗅覺障礙帕金森病患者顳下回、顳橫回、緣上回及中央后回的功能磁共振研究更少,目前尚未發(fā)現(xiàn)針對(duì)伴嗅覺障礙帕金森病患者上述腦區(qū)的DKI研究。我們的研究發(fā)現(xiàn)顳橫回、顳下回、緣上回及中央后回區(qū)域伴嗅覺障礙帕金森病患者較無嗅覺障礙帕金森病患者的DKI參數(shù)有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,伴嗅覺障礙帕金森病組感興趣區(qū)FA值、KFA較無嗅覺障礙帕金森病組明顯降低；伴嗅覺障礙帕金森病感興趣區(qū)AD、MD、RD的升高和AK、MK、KFA的下降。多巴胺神經(jīng)元的丟失增加了彌散空間,降低了組織的復(fù)雜性及不均質(zhì)性,進(jìn)而提高了組織的彌散參數(shù),如AD、MD、RD。當(dāng)彌散更加相對(duì)自由,某一個(gè)方向彌散的趨向性下降,進(jìn)而導(dǎo)致FA、KFA的下降?？臻g自由彌散的增加降低了組織的復(fù)雜性和不均質(zhì)性,從而AK、MK、RK下降。我們的研究結(jié)果和前人關(guān)于帕金森病患者其他腦區(qū)的參數(shù)變化研究有部分相一致,且相關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)[15]Methamphetamine(METH)帕金森病小鼠模型在第5天時(shí)黑質(zhì)中的MK,RK值減低,感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、紋狀體區(qū)域的MK值下降,而黑質(zhì)RD和皮質(zhì)AD升高,并通過免疫組織化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析證實(shí)和多巴胺神經(jīng)元的丟失密切相關(guān)。

緣上回、中央后回、顳橫回、顳下回并非傳統(tǒng)意義上大家熟知的嗅覺中樞,國內(nèi)外關(guān)于其在帕金森病患者中的研究均鮮少提及,但Ciorba等[16]給予正常人嗅咖啡味道時(shí),通過BOLD技術(shù)發(fā)現(xiàn)緣上回及顳下回區(qū)域的激活,說明二者參與了嗅覺的發(fā)生,而另一項(xiàng)[17]關(guān)于外傷后嗅覺障礙患者的磁共振體素形態(tài)分析研究中發(fā)現(xiàn)顳下回灰質(zhì)密度下降；Petekkaya等[18]一項(xiàng)關(guān)于帕金森病和阿爾茨海默病嗅覺、味覺減退患者的基于體素形態(tài)的磁共振研究中發(fā)現(xiàn)，和正常對(duì)照組相比,中央后回的體積均有縮小。但關(guān)于伴嗅覺障礙帕金森病患者顳橫回區(qū)域的研究沒有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。我們的研究發(fā)現(xiàn)伴嗅覺障礙帕金森病患者緣上回、中央后回、顳下回DKI參數(shù)較無嗅覺障礙患者的差異,并將伴嗅覺障礙帕金森患者上述4個(gè)腦區(qū)的DKI參數(shù)和嗅覺評(píng)分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)右側(cè)緣上回、中央后回、顳下回的MD值和RD值與嗅覺功能密切相關(guān),驗(yàn)證了前人關(guān)于嗅覺和上述腦區(qū)相關(guān)的研究,同時(shí)新發(fā)現(xiàn)雙側(cè)顳橫回的MD值和RD值與嗅覺評(píng)分均有密切相關(guān)性，進(jìn)一步提示上述腦區(qū)的DKI參數(shù)可以作為帕金森病嗅覺障礙評(píng)估的生物學(xué)標(biāo)記物。

伴嗅覺障礙帕金森病組左右兩側(cè)比較，發(fā)現(xiàn)差別有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)主要為顳橫回和顳下回,左側(cè)顳下回FA、MK值及左側(cè)顳橫回FA、MK、RK、KFA較右側(cè)下降明顯,有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05),其余部位左右側(cè)各DKI參數(shù)無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05)。以往的研究結(jié)果也提示左右側(cè)DKI參數(shù)有一定的差異性,除了和疾病起病側(cè)有關(guān)外,可能和左右兩側(cè)的腦組織結(jié)構(gòu)不對(duì)稱也有關(guān)系[19]。

DKI技術(shù)能夠測量帕金森病患者不同感興趣區(qū)微觀結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)值,較常規(guī)磁共振掃描具備更高的靈敏性,該研究證實(shí)DKI在區(qū)分有無合并嗅覺障礙帕金森病患者中能準(zhǔn)確測量出現(xiàn)嗅覺相關(guān)中樞DKI指標(biāo)的異常,為早期評(píng)估帕金森病的嗅覺障礙提供更加客觀、真實(shí)的影像學(xué)依據(jù)。但該研究沒有進(jìn)行隨訪,只有橫向研究,沒有縱向?qū)Ρ扰两鹕』颊咔昂驞KI參數(shù)的變化。未來，可進(jìn)行長期的隨訪,并按時(shí)間段采集DKI參數(shù)和帕金森病臨床評(píng)分資料進(jìn)行相關(guān)性分析,比較DKI技術(shù)隨時(shí)間推移、病情進(jìn)展前后的影像學(xué)結(jié)果異同,為更全面地了解帕金森病腦組織微觀結(jié)構(gòu)改變提供更好的輔助檢查手段。