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结构与功能磁共振成像诊断轻度认知功能障碍的研究进展

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中国中西医结合影像学杂志2014年6月第12卷第3期 ・ 321 ・ 垂 ; 结构与功能磁共振成像诊断轻度 认知功能障碍的研究进展 董 栋 综述,王新怡。审校 (1.济南大学山东省医学科学院医学与生命科学学院,山东济南250001;2.山东省医学科学院,山东济南250062; 3.山东大学附属千佛山医院,山东济南250014) [摘要]随着世界人口老龄化加速,轻度认知功能障碍的发病率逐年增加,早期诊断此病对延缓病情进展、提高患者生活 质量有着极为重要的意义。现综述近年来结构MRI和fMRI(BOLD、DWI、DTI、PWI、MRS、SWI等)在轻度认知功能障碍研 究中的应用现状,旨在为其早期临床诊断和治疗提供参考。 [关键词]认知障碍;磁共振成像 随着世界人口老龄化加速,痴呆的发病率逐年 增加,阿尔茨海默病(Alzheimer’S disease,AD)是 痴呆最常见的类型,它多发生于老年期,是以进行性 痴呆为主要表现的大脑退行性疾病。轻度认知功能 障碍(mild cognitive impairment,MCI)为一个转换 阶段,介于痴呆和正常衰老间的认知功能变化的一 种状态,超出由年龄和教育程度所造成的记忆力下 降,仍有日常生活活动和一般的认知功能n]。2011 年由美国国家衰老研究所(National Institute of 工具。MRI检查可用来评估整体脑组织的解剖,排 除硬膜下血肿、脑水肿和其他异常情况导致的记忆 和认知功能的减退。另外,还可根据病变情况除外 些不典型形式的皮层萎缩。MRI在MCI上的应 用大多是容量测定(测量大脑局部容量来评估萎 缩)。有研究【3 发现,内侧颞叶结构的萎缩,如海马 一和内嗅皮质体积的缩小是MCI进展为AD的先兆。 较早的结构MRI研究采用手动分割ROI来估 计每个单独结构的萎缩(如内侧颞叶、海马),这种检 查方法具有一定的可行性,但其局限性在于作为诊 Aging,NIA)和阿尔茨海默病学会(Alzheimer’S Association,AA)制定的新的AD诊断指南中,MCI 被定义为AD连续谱中的痴呆前有症状阶段,强调 了MCI与AD之间的紧密联系[2]。现有数据表明, MCI患者2~4年内发展为AD的可能性为5O ,6 断标准缺乏准确性。手动分割方法使得再测可信度 降低,且对于单个患者不能通过测量整个大脑的方 法来评估疾病的分期[4]。手动分割耗费大量时间, 描绘海马需20 ̄45 min,且手工绘图有不同程度的 误差,了其进一步应用_5]。McEvoy等_3]用结 构MRI来鉴别轻度AD区域萎缩模式的特点,并研 究这种萎缩形式是否有利于预测MCI认知功能的 年的可能性为8O L1],因此MCI早期诊断尤为重要。 MCI的确切诊断是建立在临床症状和组织病 理检查结合的基础上。MCI的病理改变主要是局 部脑组织内出现大量神经原纤维缠结和老年斑。随 下降。他们对84例轻度AD患者、175例MCI患者 着检查技术的发展,越来越多的无创诊断方法,如生l 和139例健康人应用自动化容积分割和皮质表层重 '物化学标记和影像学检查,成为研究热点,不仅可以 建技术,发现对区、颞叶和扣带回峡部等的观察 用来检测患者病情变化,对于评估药物的疗效也有 定的作用。MRI的研究主要包括结构MRI和 fMRI技术,结构MRI技术采用参数定量方法,如容 积测定;fMRI技术包括BOLD、DWI、DTI、PWI、 一有助于鉴别对照组、AD和MCI,敏感度为83%,特 异度为93 。半自动分割和单独具体的定量MRI 方法可用来鉴别MCI的区域萎缩形式,以预测临床 晚期,这可能有助于预后评估,并增加临床试验的有 效性。另有研究【6 发现,进展性痴呆的MCI较稳定 MRS、SWI等。 1 结构MRI研究 性痴呆的大脑体积、脑室、海马和颞角减少的百分比 更明显。 结构性神经系统MRI为检测临床前期AD的 2 fMRI研究 2.1 BOL【)-fMRI BOLI)-fMRI通过运用BOLD DOI:10.3969/j.issn.1672—0512.2014.03.038 [基金项目]山东省科技发展计划攻关项目(2009GG10002024) 山东省医药卫生科技发展计划项目(2009HW075)。 [通信作者]王新怡,E—mail:wxy_88@163.com。 技术,以应对各种刺激和任务时去氧血红蛋白浓度 变化来反映大脑区域活动。这种技术的实现依赖于 2个基本条件:①血液中氧合血红蛋白和去氧血红 ・ 322 ・ 中国中西医结合影像学杂志2014年6月第12卷第3期 蛋白有不同的磁性;②脑内局部神经活性和大脑内 记,它将血液中自由弥散的水质子当作内源性示踪 血流的偶联。神经活动的改变通过血流的变化干扰 剂,水质子标记之后随血液流动进入成像平面,导致 局促磁场。 局部组织纵向弛豫T 发生改变,进而产生图像[1 。 Dickerson等口 已将BOLI)_fMRI初步应用于 Chao等口。 通过ASL—MRI测量大脑灌注,并与 预测MCI与痴呆,随访5年,25例MCI受试者中部 MRI测量海马体积比较来判断认知功能障碍、功能 分无改变,其余发展为痴呆,扫描时海马的激活程度 减退及后来由MCI到痴呆的转化,结果表明,ASL— 可以预测认知能力的衰退,海马越活跃,认知功能下 MRI所检测到的灌注不足可预测未来临床认知的 降越严重。Rami等[8]研究发现,AD前期患者在行 下降,可能对未来治疗实验有帮助。Binnewijzend 视觉记忆任务时楔前叶、后扣带回出现明显激活,激 等 ]认为,灌注减低区主要集中在后扣带回、楔前 活改变可能是为MCI记忆减退的一种代偿。这些 叶和双侧顶叶区域。 数据表明,BOLI).fMRI可提供一个生理成像标记 2.5 MRS MRS可以提供代谢信息,并且使得组 物,有助于诊断高风险认知功能下降的MCI亚型个 织特征得以呈现在生物化学水平,这远超传统 体[7]。可见,BOLD技术在研究神经退行性疾病中 MRI。波谱分析能检测到传统MRI不能显示的异 有许多潜在优势。 常,因为代谢变化常先于结构变化。MRS可无创性 2.2 DWI DWI主要评估水分子微观运动,其图 测量大脑组织局部代谢水平。肌醇(mI)被认为是 像对比度取决于细胞外水分子的弥散。ADc与水 神经胶质的标记,且作为髓磷脂可能的降解产物、细 分子弥散受到各种细胞组织结构的屏障作用有关。 胞容积的渗透剂或调节器;胆碱(Cho)是细胞膜磷 ADC值为在上述因素的影响下实际测得的弥散运 脂代谢的一种成分,反映细胞增殖;肌酸(Cr)在大 动的数值。不同于DWI图像,水分子运动受限的区 脑能量系统中有重要作用,是大脑代谢的标志物,一 域ADC值低,在ADC图上呈更明显的衰减,为低 般含量比较稳定,常被用作对照;乙酰天门冬氨酸 信号。Kantarci等_9]研究表明,ADC值高的MCI (NAA)是神经和轴突密度的标志物。 患者向AD进展,表明DWI对于AD临床诊断前海 Modrego等口 对53例MCI患者进行研究,认 马形态的细微变化敏感。在MCI患者发展为AD 为MRS预测MCI转化为AD的敏感度和特异度分 宏观测量海马体积之前,DWI对微观水平海马水分 别为100 、75 ,MCI患者阳性预测值为83 ,阴 子扩散变化更为敏感。海马区高扩散系数可预测 性预测值为100 。Godblot等_】 ]发现症状前 MCI向AD进展。 ApoE4携带者NAA/mI和NAA/Cr水平下降(相 2.3 DTI众所周知,DWI仅对与弥散梯度磁场 比于对照组减少10 ~25 ),这些改变可比临床 一致的水分子的运动敏感;DTI为各向异性三维体 症状早几年出现。扣带后回的NAA/Cr预测MCI 素的弥散,测量和描述组织中水分子的不对称性。 转化为AD的敏感度和特异度分别为82 、 Huang等口。。发现AD和MCI患者皮层功能高的大 72 [173,且与临床分级密切相关_1 。 脑区域微观结构的变化,这些变化主要在高皮质功 2.6 SWI SwI是一种具有长回波时间的显示 能区,不在主要功能区,与理论上假设颞叶轴突突起 的三维梯度回波技术,在保证SNR和空间分辨 减少是一致的;对13例MCI患者进行了平均18个 力的前提下,同时采集强度和相位信息,分别得到磁 月的随访,MCI转化为AD的患者左侧海马平均扩 矩图和相位图,通过高通滤波得到校正相位图。AD 散系数与MCI临床表现稳定的患者相比略高,海马 病理上以老年斑、神经纤维缠结、胶质细胞增生、脑 体积、口头记忆和细微精神状态检查在稳定型MCI 血管淀粉样变性及B淀粉样肽沉积为特征。大脑血 和转化的患者间没有明显差异,海马扩散系数在预 管淀粉样病仅发生在3.7 的正常衰老人群,但在 测痴呆转化上优于海马体积测定_1 。 AD患者中约占60 ~7O 。SwI可很好显示 2.4 PWI PWI可测量血流动力学参数,包括相 AD、MCI患者淀粉样变造成的铁沉积。 对脑血流容积(relative cerebral blood volume, Ding等[193发现,AD组双侧海马体部、内嗅皮 rCBV)、脑血流量(cerebral blood flow,CBF)和平 质、额叶皮质、尾状核头部及壳核的相位值比正常对 均通过时间(mean transit time,MTT)等多种与大 照组降低,其中右侧海马相位值的降低最明显,且与 脑灌注相关的参数。可以分为2种:注射顺磁性对 简易智能状态检查表(MMSE)评分相关性最高。 比剂和动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)。 Zhu等l_2 认为,AD患者双侧海马、尾状核、齿状核、 ASL技术可以利用反转脉冲技术在成像平面的上 壳核、顶叶皮质的相位值降低与正常对照组相比差 游将动脉血液中水质子的自旋状态进行反转和标 异具有统计学意义,双侧顶叶皮质、海马、壳核与相 中国中西医结合影像学杂志2014年6月第l2卷第3期 ・ 323 ・ 对MMSE相关,顶叶皮质的相关性最高。Bartzokis generation in the temporal lobe[J].AJNR Am J Neuroradio1. 等_2妇发现,AD组与正常对照组尾状核及壳核的铁 2007,28:1943一l948. 含量存在明显差异。 [113 Zhang Y,Schuff N,Jahng GH,et a1.Diffusion tensor imaging of cingulum fibers in mild cognitive impairment and Alzheimer 综上所述,MCI的临床表现不存在特异性,缺 disease[J3.Neurology,2007,68:i3—19. 乏公认敏感的检查方法,这使得其诊断比较困难。 [123 Fayed—Miguel N,Castillo—Blandino J,Medrano—Lin J.Perfusion 但随着影像学技术的发展,联合多种影像学方法以 by magnetic resonance imaging:its physical foundations and 及病理生化检查、神经心理学测试,可丰富MCI的 clinical application[J].Rev Neurol,2010,50:23—32.. 诊断方法,进一步提高诊断准确性。 [133 Chao LL,Buckley ST,Kornak J,et a1.ASI perfusion MRI predicts cognitive decline and conversion from MCI to demen— [参考文献] tia[J].Alzheimer Dis Assoc Disord,2010,24:19—27. [13 Petersen RC,Doody R,Kurz A,et a1.Current concepts in mild [14]Binnewijzend MAA,Kuijer JP,Benedictus MR,et a1.Cerebral cognitive impairment[J].Arch Neuro1,2001,58:1985—1992. blood flow measured with 3D Dseudocontinu0us arterial spin—la— [2]Albert MS,DeKosky ST,Dickson D,et a1.The diagnosis of mild beling MR imaging in Alzheimer disease and mild cognitive im— cognitive impairment due to Alzheimer’s disease:recommenda— pairment:a marker for disease severity[J].Radiology,2013, tions from the National Institute on Aging-A1zheimer’s Association 267:221—23O. workgroups oil diagnostic guidelines for Alzheimer’s disease[J]. [153 Modrego PJ,Fayed N,Pina MA.Conversion from mild cogni Alzheimers Dement,201I,7:270—279. tive impairment to probable Alzheimer’s disease predicted by [33 McEvoy LK,Fennema—Notestine C,Roddey JC,et a1.Alzheimer brain magnetic resonance spectroscopy[J].Am J Psychiatry, disease:quantitative structural neuroimaging for detection and 2005,l62:667-675. prediction of clinical and structural changes in mild cognitive im— [16]Godbolt AK,Waldman AD,MacManus DG,et a1.MRS shows pairment[J].Radiology,2009,251:195—205. abnormalities before symptoms in familial Alzheimer disease[J]. 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[93 Kantarci K,Petersen RC,Boeve BF,et a1.DWI predicts future [213 Bartzokis G,Suhzer D,Cummings J,et a1.In vivo evaluation of progression to Alzheimer disease in amnestic mild cognitive im— brain iron in Alzheimer disease using magnetic resonance ima— pairment[J].Neurology,2005,64:902—904. ging[J].Arch Gen Psychiatry,2000,57:47—53. [10]Huang J,Friedland RP,Auchus AP.Diffusion tensor imaging of (收稿日期 2013一i0—22) normal—appearing white matter in mild cognitive impairment and early Alzheimer disease:preliminary evidence of axonal de一 

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