弓状束微结构改变对轻度认知功能影响的DTI研究

韩松霖, 张 健

弓状束是正常人语言功能相关的重要白质纤维之一。轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI)是一种认知障碍症候群,特征是存在与年龄和教育程度不相符的认知功能下降,但日常功能没有受到明显影响,被认为是正常老龄化向阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease,AD)及其他类型痴呆的过渡阶段[1]。有研究显示,在5年的随访中,有32%的MCI患者发展为AD[2-3]。磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术能够通过检测脑组织中水分子的扩散运动来评估微结构的变化,可为MCI的病理机制研究和认知障碍的严重程度评估提供重要信息[4]。MCI与一些脑神经纤维束有关[5],其中弓状束损伤与MCI密切相关。目前在AD治疗中,尚无可以减缓或阻止神经元破坏和损伤的药物,但在MCI阶段给予早期治疗,可能有助于改善认知功能障碍或停止向AD进展[6-7]。因此,寻找适用于MCI诊断和进展监测的影像学诊断方法对于预防AD具有重要意义。本研究旨在基于DTI技术探讨腔隙性脑梗死患者的弓状束微结构改变对轻度认知功能的影响,现报道如下。

1 对象与方法

1.1研究对象 选择2022年9月至2023年6月双鸭山市人民医院收治的弓状束走行区域内腔隙性脑梗死患者64例,其中男30例,女34例,年龄50～70(61.53±5.87)岁,受教育年限6～16[9.00(6.00,12.00)]年。根据蒙特利尔认知评估(Montreal Cognitive Assessment,MoCA)量表评分将患者分为MCI组(MoCA量表评分≥16分且<26分,35例)和非MCI组(MoCA量表评分≥26分,29例)。另外,根据核磁头部平扫所得的腔隙性脑梗死病灶数进行亚组划分：N<2、2≤N<4、N≥4。于同期纳入年龄、性别、受教育年限与患者相匹配的20名本院健康体检者作为对照组。本研究获双鸭山市人民医院医学伦理委员会批准,研究对象签署知情同意书。

1.2纳入与排除标准 纳入标准：(1)行核磁头部平扫加DTI检查。(2)MCI组和非MCI组符合弓状束走行区域内腔隙性脑梗死的诊断标准[8]。(3)完成MoCA量表初步诊断。排除标准：(1)有心、肺、脑、肾等严重疾病不能耐受磁共振检查者。(2)有幽闭恐惧症等不能行磁共振检查者。(3)有大面积脑梗者。(4)有其他重大脑部疾病史或脑部手术史者。(5)有恶性肿瘤病史者。

1.3影像学检查方法 患者于门诊检查或入院当日(健康体检者于体检当日)使用Siemens Healthcare Gmbh公司生产的Siemens 3.0T磁共振扫描仪行核磁头部平扫加DTI检查,头部平扫诊断出腔隙性脑梗死,且单个腔梗病灶直径应>0.2 cm且<1.5 cm,DTI检查弓状束微结构改变。研究对象取仰卧位,采用头/颈16通道线圈。常规序列扫描：轴位t2_flair(重复时间8 500 ms,回波时间84 ms),轴位t2_tse(重复时间5 000 ms,回波时间130 ms),轴位t1_tse(重复时间2 000 ms,回波时间11 ms),矢状位t2_tse(重复时间5 000 ms,回波时间130 ms)。DTI扫描时利用单独采集模式的并行采集技术,结合平面回波成像序列：重复时间/回波时间=3 500/95 ms,视野22×22 cm,矩阵128×128,层厚4 mm,无间隔,扫描时间为8 min 48 s。

1.4观察指标 (1)各向异性分数(fractional anisotropy,FA)：是水分子各向异性成分占整个弥散张量的比例,其变化范围为0～1。(2)表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)：描述水分子向不同方向扩散运动的速度和范围,常用来衡量水分子在人体组织环境中的弥散运动,即把影响水分子运动的所有因素都叠加成一个观察值,反映弥散敏感梯度方向上的水分子位移强度。(3)平均弥散率(mean diffusivity,MD)：是DTI参数之一,反映分子弥散水平和弥散阻力的整体情况,即各个方向上弥散张量的平均值。将扫描获取的图像传递到工作站进行处理,由2名经验丰富的影像学主治医师对受检者弓状束的FA值、ADC值、MD值进行测量,每个弓状束走行区域测量3次,取均值。

1.5MoCA量表评分标准 患者于门诊检查或入院当日采用北京版MoCA量表[9]进行认知功能测定。MoCA量表分值为30分,包括视空间/执行功能(5分)、命名(3分)、注意(6分)、语言(3分)、抽象思维(2分)、延迟记忆(5分)和定向(6分)。总分≥26分为认知功能正常,≥16分且<26分为轻度认知功能障碍,10～15分为中度认知功能障碍,<10分为重度认知功能障碍,即总分越低,提示患者认知功能障碍越严重。

2 结果

2.1三组相同病灶数左侧弓状束DTI弥散指标比较

当病灶数N<2时,MCI组、非MCI组与对照组左侧弓状束DTI弥散指标FA和ADC水平比较差异均有统计学意义(P<0.05),见表1。当病灶数2≤N<4及N≥4时,三组左侧弓状束DTI弥散指标FA、MD及ADC水平比较差异均有统计学意义(P<0.05),在病灶数相同的情况下,MCI组和非MCI组的FA水平低于对照组,且MCI组较非MCI组更低,见表2、表3。当病灶数N<2、2≤N<4及N≥4时,MCI组的ADC水平高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),见表1、表2、表3。

表1 病灶数N<2时左侧弓状束DTI弥散指标水平比较[M(P25,P75)]

表2 病灶数2≤N<4时左侧弓状束DTI弥散指标水平比较[M(P25,P75)]

表3 病灶数N≥4时左侧弓状束DTI弥散指标水平比较[M(P25,P75)]

2.2三组相同病灶数右侧弓状束DTI弥散指标比较

在病灶数相同的情况下,MCI组、非MCI组与对照组右侧弓状束DTI弥散指标FA、MD及ADC水平比较差异均有统计学意义(P<0.05),且MCI组和非MCI组的FA水平低于对照组,MCI组较非MCI组更低,差异均有统计学意义(P<0.05),见表4、表5、表6。病灶数N≥4时,MCI组和非MCI组的MD水平高于对照组,且MCI组较非MCI组更高,差异均有统计学意义(P<0.05),见表6。

表4 病灶数N<2时右侧弓状束DTI弥散指标水平比较

表5 病灶数2≤N<4时右侧弓状束DTI弥散指标水平比较

表6 病灶数N≥4时右侧弓状束DTI弥散指标水平比较

2.3MCI组不同病灶数左侧弓状束DTI弥散指标及MoCA量表评分比较 病灶数N<2者FA水平和MoCA量表评分高于2≤N<4者和N≥4者;病灶数2≤N<4者MoCA量表评分高于N≥4者,差异有统计学意义(P<0.05)。病灶数与MD和ADC水平关联性不显著(P>0.05),见表7。

表7 MCI组不同病灶数左侧弓状束DTI弥散指标水平及MoCA量表评分比较

2.4MCI组不同病灶数右侧弓状束DTI弥散指标及MoCA量表评分比较 病灶数N<2者MoCA量表评分高于2≤N<4者和N≥4者,病灶数2≤N<4者MoCA量表评分高于N≥4者,差异有统计学意义(P<0.05)。病灶数与FA、MD和ADC水平关联性不显著(P>0.05),见表8。

表8 MCI组不同病灶数右侧弓状束DTI弥散指标水平及MoCA量表评分比较

2.5非MCI组不同病灶数左侧弓状束DTI弥散指标及MoCA量表评分比较 病灶数N<2者FA水平高于N≥4者,MoCA量表评分高于2≤N<4者和N≥4者,MD水平低于N≥4者;病灶数2≤N<4者MD水平低于N≥4者,差异均有统计学意义(P<0.05)。病灶数与ADC水平关联性不显著(P>0.05),见表9。

表9 非MCI组不同病灶数左侧弓状束DTI弥散指标水平及MoCA量表评分比较

2.6非MCI组不同病灶数右侧弓状束DTI弥散指标及MoCA量表评分比较 病灶数N<2者FA水平高于2≤N<4者和N≥4者,MD水平低于N≥4者,MoCA量表评分高于N≥4者;病灶数2≤N<4者MD水平低于N≥4者,差异均有统计学意义(P<0.05)。病灶数与ADC水平关联性不显著(P>0.05),见表10。

表10 非MCI组不同病灶数右侧弓状束DTI弥散指标水平及MoCA量表评分比较

3 讨论

3.1MCI与一些脑神经纤维束相关[5],其中弓状束损伤不仅与MCI有关,亦与失语症及智商密切相关。已有研究表明,弓状束损害性改变可导致失语症[10],并且弓状束数量减少与智商降低呈正相关[11]。在临床上,患者的6个主要认知领域,即语言、学习和记忆、社会功能、视觉空间功能、复杂注意力和执行功能,其中一个或多个认知域发生损害即为认知功能障碍[12]。认知功能的损害是由多种原因造成,最主要的原因为脑血管疾病,其中腔隙性脑梗死虽然治愈后表现良好,但有反复发作的迹象,其出现认知功能障碍的风险更高[13]。

3.2本研究中,MCI组、非MCI组与对照组在病灶数相同的情况下,FA水平均以MCI组患者最低,说明在MCI患者中,FA水平变化更具有代表性。FA值越大表示白质纤维髓鞘化程度、完整性越高。FA值在0～19岁之间上升,在20～42岁达到峰值后下降,MD值则表现出相反趋势,在18～41岁时达到最低值后上升[14]。Yeatman等[15]研究发现,左侧弓状束的扩散度与语音意识技能相关,而弓状束的密度与语音记忆和阅读技能相关。大量DTI白质纤维束示踪的研究已经证实,白质纤维束的FA值降低表明纤维束受损。Siasios等[16]发现脑积水所致白质纤维束损伤时FA值降低。Breier等[17]研究发现左半球的上纵束和弓状束的损伤越严重,FA值越低,上纵束和弓状束的损伤与复述能力和脑卒中后的理解缺陷有关。Basser和Jones[18]证实纤维束的FA值可以反映脑白质的完整性,FA值降低提示纤维束有损伤或完整性降低。Mielke等[19]研究表明,从正常人发展为AD的过程中,特定纤维束FA值呈降低趋势,并且在短时间内是稳定的。Xu等[20]发现,与正常人比较,轻度认知功能损伤患者MD值显著升高。Zhang等[21]发现,与正常人相比,遗忘型MCI患者左边缘皮质ADC值明显升高,说明ADC可以量化遗忘型MCI和AD微观结构改变导致的水分子弥散性改变。

3.3本研究结果显示,MCI组不同病灶数同侧弓状束MoCA量表评分随着病灶数增多而降低,病灶数N<2者,左侧弓状束FA水平高于2≤N<4者和N≥4者,差异均有统计学意义(P<0.05)。在非MCI组中,左侧弓状束病灶数N<2者FA水平和MoCA量表评分高于N≥4者,病灶数2≤N<4者MoCA量表评分低于N<2者;右侧弓状束病灶数N<2者FA水平高于2≤N<4者和N≥4者,MoCA量表评分高于N≥4者,差异均有统计学意义(P<0.05),且非MCI组的MoCA量表评分降低幅度没有MCI组明显。MoCA量表评分可以对腔隙性脑梗死引起的认知功能损伤进行有效筛选,且在临床上,MoCA量表评分在识别认知障碍的敏感性和特异性方面均有一定优势[22]。有研究显示,腔隙性脑梗死患者病变多发生于大脑深部的基底节区及脑干等部位,导致局部脑组织缺血缺氧,进而引起脑白质病变[23-24]。腔隙性脑梗死患者出现脑白质病变后,除伴有运动、感觉障碍外,还可出现不同程度的认知功能障碍,且认知功能受损程度与其脑白质病变程度存在一定联系[25-26]。目前关于MCI的研究主要集中于梗死灶部位、数目及体积与认知领域损害的关系[27]。一般而言,额叶、颞叶及边缘系统处的腔隙性脑梗死引起的MCI较其他部位的临床表现严重[28],纤维束功能降低更明显[29]。Liu等[30]研究结果表明,左侧弓状束的完整性与幕式记忆功能、语言功能呈正相关。Liu等[30]和Wang等[31]的研究都发现,在遗忘型MCI患者中,连接两侧额叶的连合纤维胼胝体受损。Liu等[30]研究显示,在脑白质病变中,MD值比FA和ADC值更敏感。

综上所述,与MCI组对比,非MCI组弓状束损伤程度较低,尚可完成部分信息传递功能。腔隙性脑梗死病灶数量越多,DTI弥散指标FA值越低,弓状束损伤越严重,且完整性越低,MoCA量表评分越低。本研究结果表明,腔隙性脑梗死患者弓状束微结构改变与MCI有相关性,对弓状束走行区域内的腔隙性脑梗死患者行核磁头部平扫加DTI检查弓状束微结构改变并结合MoCA量表评分可以作为评估MCI及预防AD的重要方法。