合成MRI联合3D-ASL在阿尔兹海默病诊断中的价值.pdf

论 著第 37 卷第 1 期医学信息Vol.37 No.12024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.2024作者简介：童玉洁（1994.10-），女，河南信阳人，硕士研究生，主要从事医学影像学与核医学研究通讯作者：翟冬枝（1964.10-），女，河南郑州人，博士，主任医师，主要从事医学影像学与核医学研究合成 MRI 联合 3D-ASL 在阿尔兹海默病诊断中的价值童玉洁袁翟冬枝袁李真真袁刘 华渊郑州大学第二附属医院医学影像科袁河南 郑州450000冤摘要院目的探讨合成磁共振成像渊SynMRI冤联合三维动脉自旋标记成像渊3D-ASL冤序列在AD中双侧海马定量值的变化袁研究二者联合对阿尔兹海默病渊AD冤早期诊断的价值遥方法收集2022年1月-6月在郑州大学第二附属医院就诊经临床诊断为AD患者24例作为阿尔兹海默病组渊AD组冤袁同时按照年龄尧性别和教育程度相匹配的条件下从健康体检者中纳入26例作为本次实验的健康对照组渊HC组冤遥所有受试者均在3.0T GE MRI扫描仪上进行MAGiC序列和3D-ASL序列扫描袁选取双测海马作为感兴趣区渊ROI冤袁并分别测量其感兴趣区的T1尧T2尧PD及CBF值袁并且所有受试者均获得简易精神状态检查渊MMSE冤评分遥记录AD组与HC组双侧海马值袁并与MMSE评分之间进行Pearson相关分析遥结果AD组患者与HC组之间双侧海马的T1值及PD值比较袁差异无统计学意义渊 跃0.05冤曰AD组的T2值高于HC组袁而CBF值低于HC组渊 约0.05冤曰AD患者随着MMSE评分的降低袁双侧海马的T1值尧T2值升高尧CBF值降低渊 约0.05冤遥结论合成MRI联合3D-ASL对AD患者双侧海马区域具有很好的定量价值袁可以对AD进行早期诊断遥关键词院阿尔兹海默病曰合成MRI曰3D-ASL曰弛豫值曰脑血流量中图分类号院R445文献标识码院ADOI院10.3969/j.issn.1006-1959.2024.01.023文章编号院1006-1959渊2024冤01-0135-05Value of Synthetic MRI Combined with 3D-ASL in the Diagnosis of Alzheimers DiseaseTONG Yu-jie,ZHAI Dong-zhi,LI Zhen-zhen,LIU Hua(Department of Radiology,the Second Affiliated Hospital of Zhengzhou University,Zhengzhou 450000,Henan,China)Abstract：ObjectiveTo investigate the changes of quantitative values of bilateral hippocampus in AD by synthetic magnetic resonance imaging(SynMRI)combined with three-dimensional arterial spin labeling(3D-ASL)sequence,and to study the value of the combination of the two in theearly diagnosis of Alzheimers disease(AD).Methods A total of 24 patients with Alzheimers disease diagnosed clinically in the Second AffiliatedHospital of Zhengzhou University from January 2022 to June 2022 were prospectively enrolled as Alzheimers disease group(AD group),at the sametime,26 healthy people who came to the Second Affiliated Hospital of Zhengzhou University for physical examination were included as the healthycontrol group(HC group)for this experiment under the condition of matching age、gender and education level.All subjects were scanned with MAGiCsequence and 3D-ASL sequence on 3.0T GE MRI scanner,and double-test hippocampus was selected as the region of interest(region of interest,ROI).The values of T1,T2,PD and CBF in their regions of interest were measured,and all subjects received mini mental state examination(MMSE)score.The bilateral hippocampal values of the AD group and the HC group were recorded,and Pearson correlation analysis was carried out betweenthese quantitative parameters and MMSE score.Results There was no significant difference in T1and PD values between AD group and HC group(0.05).The T2value of the AD group was higher than that of the HC group,while the CBF value was lower than that of the HC group(0.05).Withthe decrease of MMSE score in AD patients,the T1value and T2value of bilateral hippocampus increased,and the CBF value decreased(0.05).Conclusion Synthetic MRI combined with 3D-ASL has a good quantitative value in the bilateral hippocampus of AD patients,which can be used forearly diagnosis of AD.Key words：Alzheimers disease;Synthetic MRI;3D-ASL;Relaxation value;Cerebral blood flow据统计，目前全世界大约有 4400 万人患有痴呆，预计这一数字将在 2050 年增加两倍以上1。而阿尔茨海默病（Alzheimer s disease，AD）被认为是痴呆最常见的原因之一，它是一种神经退行性病变，主要发生在大脑灰质区域的 茁-淀粉样蛋白在细胞外沉积形成的老年斑（SP）和 tau-蛋白在神经细胞内过度磷酸化形成的神经原纤维缠结（NFT）2。该病早期症状无明显特异性，虽然脑脊液（CSF）检查和正电子发射断层扫描（PET）已被提议作为 AD 早期检测的方法3，但这些检测方法检测成本高，具有辐射性和侵入性。近年来随着 MRI 的发展，合成磁共振成 像技术（synthetic magnetic resonance imaging，135论 著第 37 卷第 1 期医学信息Vol.37 No.12024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.2024SynMRI）为 AD 的诊断提供了新的思路。合成 MRI可以通过一次扫描可获得 5 种定量弛豫图，包括T1、T2、纵向弛豫率（R1）、横向弛豫率（R2）和 PD，以及 8 种对比加权图，包括质子密度加权图像（PDWI）、短时反转恢复图像（STIR）4等。这些定量值可以对全脑进行后处理分析5。合成 MRI 技术通过虚拟地设置 TI、TR 和 TE，基于这些数值可以创建新的对比加权图像6。三维动脉自旋标记成像（three dimensioned arterial spin labelling，3D-ASL）是一种无需注射对比剂，利用对流入动脉的血液进行磁化标记的原理，迅速测得全脑血流量的变化7。本研究着重于研究合成 MRI 联合 3D-ASL 在 AD中双侧海马的定量值与健康志愿者之间的差别，旨在判断两种技术联合使用能否会对 AD 进行早期诊断。1资料与方法1.1 一般资料 收集 2022 年 1 月-6 月于郑州大学第二附属医院就诊，最终经临床诊断为 AD 患者24 例设为 AD 组，AD 组纳入标准：淤经过临床诊断确诊为 AD，采用的诊断标准是阿尔茨海默病学会（Alzheimer s Association，AA）和美国国家衰老研究所（National Institute of Aging，NIA）关于阿尔兹海默病诊断指南（NIA-AA 诊断标准）2011 年更新版本；于年龄 6090 岁；盂不存在其他影响评分的颅脑疾病及手术史；榆磁共振图像质量良好、清晰；虞有完整的临床资料。AD 组排除标准：淤患有颅脑肿瘤如转移瘤、胶质瘤等其他中枢神经系统疾病的 AD 患者；于存在急性多发或大面积脑梗者；盂言语表达、理解能力严重受损（非重度痴呆所致）、有严重视听障碍或者其他原因不能配合者。按年龄、性别、教育程度等一般信息纳入健康志愿者 26 例，HC 组纳入标准：淤经临床诊断无认知功能障碍者；于无药物、酒精依赖史；盂近期无急性大面积脑梗或脑出血病史；榆无头部外伤及精神疾病史，年龄 6090 岁；虞无磁共振扫描禁忌证。AD 组男 11 例，女 13 例；年龄（77.51依11.12）岁。HD 组男 13 例，女 13 例；年龄（76.20依8.42）岁。所有参与者均自愿签署知情同意书，该研究得到郑州大学第二附属医院伦理委员会批准，伦理批件号：2022078。1.2 扫描参数 所有受试者均使用美国 GE 3.0T 磁共振扫描仪（GE，SIGNA Pioneer）和 32 通道头部接收器阵列线圈上进行 MRI 检查。受试者取仰卧位，尽量保持安静休息状态，扫描的序列包括常规轴位T1WI、T2WI、MAGiC（magneticresonanceimagingcompilation）序列和 3D-ASL 序列扫描。详细扫描参数如下：淤常规序列：FOV=240 mm伊240 mm，矩阵=256伊256，层厚=5.0 mm；于MAGiC 序列：FOV=240 mm伊240 mm，矩阵=256伊256，层厚=3.0 mm，扫描时间=4 min 28 s；盂3D-ASL 序列：FOV=240 mm伊240 mm，矩阵=256伊256，带宽层厚=2.0 mm，PLD=2.0 s，扫描时间 4 min 15 s。1.3 图像后处理与测量 将参与者双侧海马作为感兴趣区 ROI，将获取的 MAGiC 图像和 3D-ASL 的图像分别用 3.0T GE（SIGNA Pioneer）磁共振扫描仪的MAGiC v100.1.1 后处理和 MRAW47 的 ready view后处理软件进行感兴趣区（region of interest，ROI）的勾画和测量，选取以双侧海马显示最佳层面手动勾画 ROI，勾画 ROI 时应尽量避开脑脊液、脑沟及血管。所有感兴趣区的勾画与测量由 2 名具备 3 年以上工作经验的神经影像诊断主治医师来进行，取二者平均值。部分 MAGiC 图像见图 1。1.4 统计学方法 采用 SPSS 25.0 对数据进行统计学分析，经过 Shapiro-wilktest 正态性检验，本研究所纳入的定量值符合正态性分布，故使用（依）来表示。使用两独立样本检验来比较 AD 组与 HC组之间 T1、T2、PD 以及 CBF 值的差异，并采用Pearson 相关分析来评估上述定量参数与 AD 患者的 MMSE 评分之间的相关性，以约0.05 表示差异有统计学意义。2结果2.1 双侧海马区 T1、T2、PD 及 CBF 值的比较 与 HC组比较，AD 组双侧海马的 T2值升高而 CBF 值降低，差异有统计学意义（约0.05）；AD 组和 HC 组之间的 T1及 PD 值比较，差异无统计学意义（跃0.05），见表 1。2.2 AD 患者各定量值与 MMSE 评分的关联性分析AD 组双侧海马区的 T1及 T2值随着 MMSE 评分的降低而升高，而 CBF 值则是随着 MMSE 评分的升高而升高，差异有统计学意义（约0.05），见表 2。136论 著第 37 卷第 1 期医学信息Vol.37 No.12024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.2024项目左侧海马 T1值右侧海马 T1值左侧海马 T2值右侧海马 T2值-9.700-9.720-9.390-0.8900.0000.0000.0000.000表2 AD组定量参数与MMSE评分的相关性项目左侧海马 PD 值右侧海马 PD 值左侧海马 CBF 值右侧海马 CBF 值0.026-0.0880.9650.9580.9040.6830.0000.000ABCDEF注：患者男性，76 岁，记忆力减退 6 年，临床诊断为阿尔兹海默病（AD），MMSE 评分为 18 分；A-F 分别为 T1WI、T2WI、T2-FLAIR、T1map原ping、T2mapping、PD mapping 像图1患者双侧海马合成磁共振成像项目左侧海马 T1值（ms）右侧海马 T1值（ms）左侧海马 T2值（ms）右侧海马 T2值（ms）左侧海马 PD 值（pu）右侧海马 PD 值（pu）左侧海马 CBF 值ml/（min 100 g）左侧海马 CBF 值ml/（min 100 g）AD 组（=24）1338.54依165.071317.96依166.56136.54依21.29138.38依26.2780.49依2.4479.39依3.2439.37依4.3139.16依4.51HC 组（=26）1316.12依137.321292.04依112.01103.77依8.62104.92依8.9979.81依1.4579.01依2.1149.79依4.2749.83依3.990.5240.6507.0285.9261.0630.501-8.584-8.7950.6030.5190.0000.0000.2950.6190.0000.000表1 AD组及HC组双侧海马区T1尧T2尧PD及CBF值的比较渊 依 冤137论 著第 37 卷第 1 期医学信息Vol.37 No.12024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.20243讨论AD 是痴呆症的主要原因。痴呆症的特点是认知思考能力和独立性下降，而海马在认知和记忆等方面起着至关重要的作用，并且还是神经原纤维缠结（NFT）最早累及的部位8，较新兴的合成 MRI 及3D-ASL 技术可以针对 AD 双侧海马定量测得 T1、T2、PD 值及双侧海马 CBF 值，为 AD 早期诊断及评价病情严重程度提供了机会。目前研究表明合成 MRI 技术已应用于全身各个系统的多种疾病，包括多发性硬化9、脑膜炎10、脑卒中11、胶质母细胞瘤12、新生儿脑功能评估13、椎间盘退行性变14等。该研究利用合成 MRI 联合ASL 技术对 AD 双侧海马进行定量测量时发现，与HC 组相比较，AD 组双侧海马的 T2值呈上升趋势，推测这可能与 AD 患者脑组织的水分含量、铁负荷和髓鞘丢失有关15，这一研究结果与之前的研究结果一致16，17。然而 Su L 等18的研究发现 AD 组的 T2值较 HC 组减低。尽管 AD 患者脑组织的含水量、铁含量及髓鞘的改变等因素可能使 T2值降低，但是患者双侧海马萎缩可能使增加 T2值，与既往研究结果相一致19。尽管 T1值及 T2值被认为与脑组织的含水量和髓鞘密度相关，而 PD 值可以提供组织含水量的信息，在一定程度上反映脑组织的损伤20，但是在该研究中尚未发现，这与 Kelly RJ 等21的研究不一致，因此本研究仍需要进一步深层次的研究。关于脑血流量的变化，在该研究中可以发现AD 组双侧海马的血流量 CBF 值减少，这一研究结果与 Soman S 等22的研究结果像一致。AD 患者 CBF下降和血管因素有着密切关系，当血管受损可引起血管床减少和血脑屏障的破坏,这样相应脑区的血流灌注就会减少23，24。同样，在一项阿尔兹海默病的3D-ASL 随访研究中发现，随着 AD 的进展，双侧海马组织明显萎缩，血流量会下降25。在该研究中可以发现 AD 双侧海马的 T1值及T2值与 MMSE 评分呈负相关，分析原因可能主要是随着 AD 患者病情严重程度的进展，海马体积减小及腔隙的增加而导致部分容积效应，从而使 T1值及T2值升高。此外，在 AD 进展过程中，随着 MMSE 评分的降低，海马中的血流量 CBF 值减少，这是基于血管壁损伤引起的血液灌注减少；而血管损伤可能导致组织间铁蛋白渗漏和含铁血黄素的沉积，游离铁的增加通过过氧化应激反应进一步损伤血管壁26。反之，血管损伤可以降低认知障碍的阈值，加速痴呆的进展，进而导致 MMSE 评分进一步下降。合成 MRI 是一种新兴成像技术，具有扫描时间短的优势，而该研究在此基础之上又结合了 3D-ASL技术，为 AD 的早期发现及评定病情严重程度提供了一种可能。该研究的缺点在于搜集病例人数较少，测量结果可能存在一定得局限性，主要原因有 AD患者年龄普遍偏大，扫描时间较长，部分患者无法坚持下来。综上所述，基于合成磁共振成像联合动脉自旋标记技术可以发现 AD 患者与健康志愿者之间弛豫值和脑血流量的差异性，并可以对 AD 患者的病情严重程度进行评判，从而实现早发现，早干预，改善患者生活质量与预后。参考文献院1Lane CA,Hardy J,Schott JM.Alzheimers diseaseJ.Eur JNeurol,2018,25(1):59-70.2Zhao Z,Zhang L,Wen Q,et al.The effect of beta-amyloidand tau protein aggregations on magnetic susceptibility of anteri鄄or hippocampal laminae in Alzheimers diseasesJ.Neuroimage,2021,244:118584.3Weiner MW,Veitch DP,Aisen PS,et al.2014 Update of theAlzheimers DiseaseNeuroimaging Initiative:A review of paperspublished since its inception J.Alzheimers Dement,2015,11(6):e1-e120.4Warntjes JB,Leinhard OD,West J,et al.Rapid magnetic reso鄄nance quantification on the brain:Optimization for clinical usageJ.Magn Reson Med,2008,60(2):320-329.5Hagiwara A,Warntjes M,Hori M,et al.SyMRI of the Brain:Rapid Quantification of Relaxation Rates and Proton Density,With Synthetic MRI,Automatic Brain Segmentation,andMyelin MeasurementJ.Invest Radiol,2017,52(10):647-657.6郑作锋,张东坡,毛磊,等.颅脑集成MRI与常规MRI图像质量的对比研究J.磁共振成像,2019,10(5):361-365.7张水霞,张顺,姚义好,等.3D-ASL与DSC-PWI在缺血性脑梗死患者中的对比研究J.放射学实践,2014,29(8):901-905.8韦志豪,王红,琚超,等.磁共振NODDI技术对阿尔兹海默病和遗忘型轻度认知障碍海马体微观结构的研究J.磁共振成像,2022,13(2):26-30.138论 著第 37 卷第 1 期医学信息Vol.37 No.12024 年 1 月Journal of Medical InformationJan.20249Krauss W,Gunnarsson M,Nilsson M,et al.Conventional andsynthetic MRI in multiple sclerosis:a comparative studyJ.EurRadiol,2018,28(4):1692-1700.10Andica C,Hagiwara A,Nakazawa M,et al.Synthetic MRImaging in the Diagnosis of Bacterial MeningitisJ.Magn ResonMed Sci,2017,16(2):91-92.11Duchaussoy T,Budzik J,Norberciak L,et al.Synthetic T2map鄄ping is correlated with time from stroke onset:a future tool inwake-up stroke managementJ.Eur Radiol,2019,29(12):7019-7026.12Moya-Saez E,Navarro-Gonzalez R,Cepeda S,et al.Syn鄄thetic MRI improves radiomics-based glioblastoma survival pre鄄dictionJ.NMR Biomed,2022:e4754.13Schmidbauer V,Geisl G,Cardoso Diogo M,et al.Validity ofSyMRI for Assessment of the Neonatal BrainJ.Clin Neuroradi鄄ol,2021,31(2):315-323.14Jiang Y,Yu L,Luo X,et al.Quantitative synthetic MRI for e鄄valuation of the lumbar intervertebral disk degeneration in pa鄄tients with chronic low back pain J.Eur J Radiol,2020,124:108858.15Nabuurs RJA,Hegeman I,Natt佴 R,et al.High-field MRI ofsingle histological slices using an inductively coupled,self-reso鄄nant microcoil:application to ex vivo samples of patients withAlzheimers diseaseJ.NMR Biomed,2011,24(4):351-357.16Lou B,Jiang Y,Li C,et al.Quantitative Analysis of SyntheticMagnetic Resonance Imaging in Alzheimers Disease J.Pub鄄lished,2021,13:638731.17Knight MJ,Wearn A,Coulthard E,et al.T2Relaxometry andDiffusion Tensor Indices of the Hippocampus and EntorhinalCortex Improve Sensitivity and Specificity of MRI to DetectAmnestic Mild Cognitive Impairment and Alzheimers DiseaseDementiaJ.J MagnReson Imaging,2019,49(2):445-455.18Su L,Blamire AM,Watson R,et al.Cortical and SubcorticalChanges in Alzheimers Disease:A Longitudinal and Quantita鄄tive MRI StudyJ.Curr Alzheimer Res,2016,13(5):534-544.19Tang X,Cai F,Ding D,et al.Magnetic resonance imaging re鄄laxation time in Alzheimers diseaseJ.Brain Res Bull,2018,140:176-189.20Gracien R,Reitz SC,Hof SM,et al.Changes and variability ofproton density and T1 relaxation times in early multiple sclero鄄sis:MRI markers of neuronal damage in the cerebral cortexJ.Eur Radiol,2016,26(8):2578-2586.21Kelly RJ,Minogue AM,Lyons A,et al.Glial Activation inA茁PP/PS1 Mice is Associated with Infiltration of IFN酌-Pro鄄ducing CellsJ.J Alzheimers Dis,2013,37(1):63-75.22Soman S,Raghavan S,Rajesh PG,et al.Relationship betweenCerebral Perfusion on Arterial Spin Labeling(ASL)MRI withBrain Volumetry and Cognitive Performance in Mild CognitiveImpairment and Dementia due to Alzheimers Disease J.AnnIndian Acad Neurol,2021,24(4):559-565.23王子含,闫少珍,崔碧霄,等.动脉自旋标记成像技术联合认知评分诊断阿尔茨海默病研究J.中华老年心脑血管病杂志,2022,24(2):171-175.24Korte N,Nortley R,Attwell D.Cerebral blood flow decreaseas an early pathological mechanism in Alzheimers diseaseJ.ActaNeuropathol,2020,140(6):793-810.25DuanW,ZhouGD,BalachandrasekaranA,etal.CerebralBlood Flow Predicts Conversion of Mild Cognitive Impairmentinto Alzheimers Disease and Cognitive Decline:An ArterialSpin Labeling Follow-up Study J.J Alzheimers Dis,2021,82(1):293-305.26Li D,Liu Y,Zeng X,et al.Quantitative Study of the Changesin Cerebral Blood Flow and Iron Deposition During Progressionof Alzheimers DiseaseJ.J Alzheimers Dis,2020,78(1):439-452.收稿日期：2023-02-07；修回日期：2023-02-21编辑/肖婷婷139