多模態(tài)MRI在帕金森病的研究進展

1、多模態(tài)MRI在帕金森病的研究進展帕金森?。≒arkinsonsdisease,PD）作為人口老齡化過程中最常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病之一，其病理改變主要位于中腦黑質(zhì)（尤其是致密部）及黑質(zhì)-紋狀體通路。典型臨床表現(xiàn)有靜止性震顫、肌強直、運動遲緩及異常步態(tài)。除運動癥狀外，非運動癥狀如嗅視覺障礙、睡眠障礙、抑郁以及認知和行為障礙等也是目前研究的熱點。PD是一種慢性進行性疾病，早期腦結構改變十分細微，常規(guī)MRI表現(xiàn)缺乏特異性，如中腦黑質(zhì)致密部T2WI信號的降低、腦白質(zhì)變性及腦萎縮等，正常老年人也會出現(xiàn)上述改變。因此，常規(guī)MRI檢查可能無法早期做出有效診斷。近年來，以多模態(tài)MRI為代表的影像檢查技術逐步應

2、用于PD的研究，通過獲取腦結構和功能的連接信息，并以此為基礎構建腦連接網(wǎng)絡，從而揭示其重要的拓撲屬性，如“小世界”屬性、模塊化屬性以及核心腦區(qū)等。PD病人腦網(wǎng)絡存在全局和局部拓撲屬性的改變，這可能為尋找PD早期影像學標記提供新的思路。1.結構性腦網(wǎng)絡1.1基于結構MRI（structuralMRI,sMRI）的腦結構網(wǎng)絡sMRI已廣泛應用于PD局部腦形態(tài)學的研究，尤其是近年來基于體素的形態(tài)學測量（voxelbasedmorphometry,VBM）技術的發(fā)展，通過測量灰質(zhì)體積、密度等形態(tài)學特征，評估腦結構的改變，進一步構建結構性腦網(wǎng)絡，最終與腦功能的改變建立聯(lián)系。對伴有運動癥狀的PD病人，Ka

3、ng等研究發(fā)現(xiàn)該類PD病人中央后回、顳上回、中央前回、顳橫回等區(qū)域灰質(zhì)體積減少。Rubino等發(fā)現(xiàn)伴有姿勢不穩(wěn)和步態(tài)異常的PD病人頂葉后部皮質(zhì)萎縮。對于非運動癥狀為主的PD病人，Chen等發(fā)現(xiàn)伴輕度認知障礙（mildcognitiveimpairment,MCI）的PD病人左側海馬和丘腦的灰質(zhì)密度降低，提示PD病人左側海馬及丘腦灰質(zhì)萎縮與發(fā)生初始認知功能減退有顯著相關性。Huang等研究發(fā)現(xiàn)杏仁核體積的變化與PD病人發(fā)生抑郁有一定的關系。然而，上述研究僅評價了不同亞型PD病人各腦區(qū)灰質(zhì)體積、密度等結構屬性的改變，未提及腦區(qū)之間連接的改變。近年有研究者通過將全腦分割成多個腦區(qū)，將各個腦區(qū)作為腦網(wǎng)

4、絡的節(jié)點，各個腦區(qū)之間走行的神經(jīng)纖維束作為腦網(wǎng)絡邊的方法，利用腦區(qū)間白質(zhì)纖維的連接數(shù)量、強度等指標衡量腦區(qū)間結構連接的特性。Zhang等通過T1WI序列構建的結構腦網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)，該網(wǎng)絡具有“小世界”屬性。Duval等研究發(fā)現(xiàn)伴震顫的PD病人腦網(wǎng)絡的全局效應和局部效應較正常對照組增加，腦網(wǎng)絡的局部效應與震顫密切相關，表明腦網(wǎng)絡拓撲屬性改變與PD運動癥狀之間可能存在一定的對應關系，研究還發(fā)現(xiàn)腦網(wǎng)絡的局部效應可能與PD特定的臨床表現(xiàn)關系更為密切，這為后續(xù)針對性研究伴震顫的PD病人提供新的思路。房等研究發(fā)現(xiàn)伴焦慮的PD病人額葉內(nèi)側皮質(zhì)/扣帶回前部、顳葉內(nèi)側（尤其海馬與杏仁核）腦網(wǎng)絡拓撲屬性（集群系數(shù)、節(jié)點

5、度、全局效率及局部效率）顯著降低，表明上述區(qū)域腦網(wǎng)絡拓撲屬性的改變可能是PD病人焦慮的網(wǎng)絡基礎，可能有利于PD伴焦慮病人的后續(xù)相關藥物和心理治療。隨后有文獻報道，基于sMRI的腦網(wǎng)絡還用于評估人類電生理腦網(wǎng)絡的發(fā)展、人腦結構的發(fā)育及衰老和神經(jīng)退行性疾病中腦結構的改變，這可能為臨床疾病研究提供一種新的方法。1.2基于擴散張量成像（DTI）的腦結構網(wǎng)絡DTI是一項新的MR成像與后處理技術，其利用水分子自由擴散為基礎，在不同組織中擴散差異成像，從而揭示組織病理特點。DTI主要有各向異性分數(shù)（FA）和平均擴散系數(shù)（meandiffusion,MD）2個參數(shù)。以DTI為基礎構建結構性網(wǎng)絡可以顯示各腦區(qū)間

6、的纖維連接，通過評估纖維連接的長度、強度等改變，更加直接地反映不同亞型PD病人腦網(wǎng)絡結構的改變。Atkinson-Clement等研究發(fā)現(xiàn)PD病人與正常對照組相比，在黑質(zhì)、胼胝體以及扣帶回和顳葉中觀察到FA值和MD值存在顯著差異。Zheng等發(fā)現(xiàn)PD病人執(zhí)行能力的下降與FA值密切相關，且與多數(shù)額葉白質(zhì)束，尤其是內(nèi)囊前肢和胼胝體膝部的MD值呈負相關；記憶障礙主要涉及穹隆內(nèi)MD值的改變，而語言和注意力的表現(xiàn)與前扣帶束最顯著相關。Li等發(fā)現(xiàn)伴有抑郁的PD病人，其雙側丘腦區(qū)域FA值顯著降低，且與抑郁嚴重程度評分呈負相關，推測丘腦可能在PD抑郁中發(fā)揮重要作用，有助于進一步了解PD抑郁癥的潛在機制及腦結構

7、的改變。上述研究表明應用DTI技術顯示病變腦區(qū)，可為后續(xù)腦網(wǎng)絡的構建提供興趣區(qū)，為不同亞型PD腦網(wǎng)絡的拓撲屬性研究提供技術基礎。以DTI技術為基礎，可通過纖維追蹤（包括確定性纖維追蹤和概率性纖維追蹤）構建PD病人結構腦網(wǎng)絡。Aarabi等研究發(fā)現(xiàn)PD病人扣帶回、額葉、顳葉、海馬旁回、嗅葉等腦區(qū)纖維連接長度顯著減少。Kamagata等研究發(fā)現(xiàn)PD病人全腦的整體連接強度顯著下降，整體路徑長度增加；且額顳頂葉聯(lián)合運動區(qū)、邊緣系統(tǒng)、基底神經(jīng)節(jié)及丘腦區(qū)域的局部效率明顯下降，提示PD病人在皮質(zhì)-基底神經(jīng)節(jié)-丘腦網(wǎng)絡中存在連接中斷。Galantucci等發(fā)現(xiàn)伴MCI的PD病人腦網(wǎng)絡全局效率明顯較正常對照組降

8、低，尤其位于右側半球基底神經(jīng)節(jié)區(qū)和額葉前部，提示PD病人認知缺陷可能與腦網(wǎng)絡局部區(qū)域之間結構連接中斷有關，從而導致大腦整合傳遞信息的能力缺陷。上述研究表明，以DTI為基礎構建的結構性腦網(wǎng)絡，利用纖維的可視化，可更直觀顯示腦白質(zhì)的微觀結構，為臨床早期診斷PD提供幫助。2.基于功能MRI（functionalMRI,fMRI）的腦功能網(wǎng)絡fMRI最常用的技術為血氧水平依賴fMRI（BOLD-fMRI），通過將神經(jīng)元活動與高分辨MRI相結合來獲取相應腦區(qū)影像。BOLD-fMRI一般分為2種：靜息態(tài)fMRI（resting-statefMRI,rs-fMRI）和任務態(tài)BOLD-fMRI。Kwak等發(fā)現(xiàn)

9、未經(jīng)左旋多巴治療的PD病人，其初級和次級運動區(qū)低頻振幅值增加，尤其是中前額葉皮質(zhì)，在左旋多巴治療后這些腦區(qū)低頻振幅值顯著降低。另有一些研究表明，通過測量BOLD信號中局部一致性的值來反映局部腦區(qū)神經(jīng)元自發(fā)性活動的改變情況，如Zhou等發(fā)現(xiàn)伴有凍結步態(tài)（freezingofgait,FOG）的PD病人左側輔助運動區(qū)和左側前額區(qū)域局部一致性值顯著降低，提示額葉區(qū)域內(nèi)神經(jīng)活動減退和輔助運動區(qū)的變化可能與PD病人FOG發(fā)生有關。Prodoehl等通過對震顫為主的PD病人與非震顫為主的PD病人執(zhí)行握力任務，發(fā)現(xiàn)以非震顫為主要表現(xiàn)的PD病人其大腦同側前額葉皮質(zhì)背外側、蒼白球及殼核信號較以震顫為主要表現(xiàn)的P

10、D病人降低。因此，利用BOLD-fMRI技術，可將PD病人相應腦區(qū)的神經(jīng)元活動與血流動力學建立聯(lián)系，即通過BOLD信號反映神經(jīng)元活動的改變，使得PD病人在腦結構發(fā)生改變之前就有可能探測到腦功能的變化，因此有助于早期診斷PD。2005年Salvador等首次基于rs-fMRI影像構建功能性腦網(wǎng)絡，并發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡具備“小世界”的拓撲屬性。Shen等研究發(fā)現(xiàn)震顫為主的PD病人左側殼核與右側小腦功能連接增加。Li等發(fā)現(xiàn)伴不寧腿綜合征的PD病人右中央前回和中央后回/中央回之間功能連接顯著降低，且與不寧腿評分呈負相關，提示中央前后回之間感覺運動網(wǎng)絡功能的異常可能會導致PD病人不寧腿綜合征的發(fā)生，表明功能網(wǎng)絡

11、可能為探索PD病人不寧腿綜合征的病理生理機制提供新的思路及對病程進展的評估。Lenka等通過對照研究發(fā)現(xiàn)伴FOG的PD病人多個種子點功能連接性降低，主要表現(xiàn)在左頂葉皮質(zhì)與大腦半球多個區(qū)域間連接減少，表明頂葉皮質(zhì)功能連接的改變可能造成FOG。另有研究者發(fā)現(xiàn)基底神經(jīng)節(jié)-丘腦-皮質(zhì)回路功能連接的改變可能造成PD病人不同運動癥狀，提示造成PD運動障礙發(fā)生發(fā)展的病理基礎可能與該環(huán)路的功能重塑有關，從而有助于PD運動療法的臨床研究。對于伴非運動癥狀的PD病人，蔣等發(fā)現(xiàn)伴特發(fā)性快速眼動期睡眠行為障礙的PD病人較正常人腦功能網(wǎng)絡的局部效率明顯增加，全局效率顯著下降。Huang等發(fā)現(xiàn)伴抑郁的PD病人右側杏仁核與額頂葉區(qū)域之間的功能連接降低，從而推測杏仁核功能可能是PD病人發(fā)生抑郁的基礎。Lopes等研究發(fā)現(xiàn)伴認知障礙的PD病人隨著認知障礙的惡化，功能連接逐漸減弱，尤其是腹側前額葉、頂葉、顳葉、枕葉皮質(zhì)及基底神經(jīng)節(jié)，表明隨著PD病程的進展，大腦網(wǎng)絡組織逐漸被破壞，功能腦區(qū)之間的連接也隨之改變。綜上，即使在輕度精神遲緩的病人中，腦功能網(wǎng)絡能較敏