脑白质病变相关血管认知障碍的多模态磁共振成像研究

脑白质病变相关血管认知障碍的多模态磁共振成像研究

摘要：血管性认知障碍包括从轻度认知功能受损到痴呆的各种程度的认知功能受损，伴随着脑结构和脑功能的变化。脑白质病变是血管认知障碍的独立预测因子。多模态磁共振成像作为一种无创地观察患者脑白质的结构和代谢的诊断工具，具有广泛的应用前景。本文对近年来MRI对诊断脑白质病变相关血管认知障碍的研究进行综述。

关键词：血管认知障碍;脑白质病变;多模态磁共振

血管性认知障碍（vascular cognitive impairment，VCI）是脑血管病变及其危险因素导致的临床卒中或亚临床血管性脑损伤，涉及至少一个认知域受损的临床综合征，涵盖了从轻度认知障碍到痴呆，也包括合并阿尔茨海默病等混合性病理所致的不同程度的认知障碍。随着预期寿命的增加，认知功能受损和痴呆患者的治疗和护理对医疗系统造成了逐渐的负担。在导致痴呆的所有疾病当中，VCI 已成为仅次于阿尔茨海默病（Alzheimer′s disease，AD）的致病原因。根据流行病学研究[1]，我国65岁以上的人群中VCI患病率约为8.7%。VCI在临床上主要表现以注意力、执行功能的减退，以及运动操作和信息处理速度的减慢为主，其可能与额叶-皮质下环路的阻断有关。鉴于VCI一旦进入中晚期没有治疗药物和手段，因此对于早期预防血管性痴呆具有重要的临床意义。

VCI的最常见原因是小血管疾病，以微血管病变和动脉硬化为特征，它不仅包括基底节和深层白质的腔隙，而且在深层白质中也有更弥漫性的病变，通常被称为脑白质病变(white matter lesions,WML)[2]，也被称为脑白质疏松(leukoaraiosis, LA)或脑白质高信号(white matter hyperintensity，WMH)，这种疾病被也称为皮质下血管认知障碍(subcortical vascular cognitive impairment, SVCI)[3]。Hanna Jokinen等人[4]在3年的随访中发现：在MRI测量的多变量模型中，总的WMH是认知功能的独立预测因子。有研究提示80%的60岁以上的健康人和几乎所有90岁以上的人都可以看到白质高信号[5]。WMH的病理变化通常是由于缺血导致脱髓鞘、轴突丢失和稀疏，从而会导致皮质-皮质或皮质-皮质下白质纤维联系受损，认知功能会随着脑白质的损伤的增加而明显降低，因此在早期阶段控制脑白质损伤其危险因素是VCI治疗和预防的最佳手段。神经

影像学技术对于鉴别弥漫性白质损伤和评估VCI患者具有很高的价值。越来越多的研究表明，多模态磁共振成像，如：功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)、弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)等这些特殊的MRI序列可以检测出与VCI相关的脑白质改变的早期结构和功能改变。

1、弥散张量成像(DTI)

扩散张量成像是一种强大的技术，可以用来获得构成白质的有髓轴突纤维等微结构组织的参数,应用图论分析构建白质结构网络，提供脑区间整合程度的信息。DTI可以发现在T2加权或FLAIR图像上看起来正常的白质异常，标记出完整性降低的白质。有研究提出DTI发现轻度认知功能障碍患者的脑白质改变甚至早于其临床症状的出现[6]。DTI研究强调了VCI患者颅内结构性WM网络的破坏(例如，连接强度和网络效率降低),这被认为是认知障碍的重要神经底物和疾病进展的预测因素。DTI获得的主要参数是分数各向异性(FA)和平均扩散系数(MD)。FA 代表扩散方向性的归一化比率，它反映了纤维束内细胞结构的排列程度以及它们的结构完整性,其减少通常可以提示由于脱髓鞘或轴突退化造成的白质束紊乱的；MD衡量水分子的整体迁移率，它反映了整体分子的扩散水平和扩散阻力，通常与神经细胞膜的损伤有关，WMH的面积的增大将导致局部MD的大幅增加和FA的减少。[7]由于WMH可能是由局灶性缺血引起的，这可能导致组织密度下降和水扩散率增加，同时保持潜在的定向结构，这些结果导致在FA保持不变的情况下MD增加。在一项VCIND患者的研究中DTI发现广泛的WM区域的分数各向异性(FA)降低[8]。多项研究提示受试者的认知障碍与连接不同皮质和皮质下区域的多个WM纤维的微结构变化密切相关[9],且几乎所有的WM束(如双侧丘脑前部放射和额枕下束)都累及额叶的WM。最近的研究表明，VCI患者表现出FA减少，MD增加，WM束特别是在丘脑-和尾状-前额叶通路、胼胝体和丘脑前辐射部位出现异常，这些变化与执行功能和处理速度的神经心理学评估显著相关，上纵束和下纵束是连接额叶、顶叶、颞叶和枕叶皮质的主要联合纤维，涉及执行功能和处理速度[10]。何育生等[11]通过大量临床观察对比发现：患者所表现出的认知障碍与DTI 所检测出的异常FA值和MD值所反映的胼胝体网络连接性改变相契合。一项研究发现在SVCI组，双侧丘脑前部放射(一个复杂的投射系统，包括从丘脑到大脑皮

层的上行纤维和从额顶皮质到皮质下核的下行纤维)的弥散参数的平均值与Stroop-1试验和CDT呈显著负相关[12]。一项利用DTI的研究痛过对58名VCI患者测试发现其脑部白质的损害是弥漫性的，这一结果与大多数研究结果一致[13]。DTI可以重建脑白质病变的结构，但仍缺乏一个可以在临床试验过程中采用的成熟的金标准，可进一步结合代谢、血流灌注等功能改变进一步深化研究，从而得出参考性强、可用于临床推广的标准。

2、静息态功能磁共振（rs-fMRI）

众所周知，脑组织血氧水平变化可通过磁共振信号的变化表现出来，作为一种基于此种信号变化反映脑区活动的 fMRI 技术，静息态功能磁共振（restingstate functional MRI,rs-fMRI）可轻易获知人体大脑在生理状态下的自发活动，但前提是机体处于静息状态下，否则会在很大程度上影响检测结果。利用BOLD效应探索了与大脑WM T2高信号相关的功能性ReHO，这意味着大脑血流量可能普遍减少[14]。目前国内外在临床上应用较多的有两种分析方法，其一为线性相关分析方法，如脑网络、功能连接（functional connectivity，FC），其二为局部功能活动特性分析方法，如低频振荡振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）、局部一致性（regional homogeneity，ReHo）。后者可同步获取全脑各体素与邻近体素的信息并通过对比更精准、快速地找出差异区域，常用于对各种复杂脑功能活动的观察研究。近年来有专家发现，ReHo值的高低能通过反映出神经元活动进而间接反映认知功能的好坏。具体来讲，ReHo 值升高则该区域神经元活动趋于同步，是认知功能好的表现；反之，则说明认知功能下降。应用ReHO分析SVCI组，一项研究提示扣带皮层的ReHO与大脑WM T2高信号的严重程度显著相关，且广泛的大脑WM T2高信号与大脑皮质萎缩有关通常累及顶枕叶、颞后上叶、扣带回、额叶中部和眶额叶皮质[15，16]。既然机体静息状态下全脑中各个体素的自发活动可通过ALFF反映出来，那么可想而知，后者还可反映全脑不同功能区神经元的兴奋性，ALFF值增高说明脑区兴奋性增高，减低说明神经元兴奋性下降。成戎川[17]等人通过大量临床观察研究得出结论：静息状态下各个脑区ALFF值的异常变化可反映出该分区脑白质的受损情况，例如双侧颞下回、双侧下半月小叶、右侧海马、左侧壳核区域 ALFF明显下降可反映出单纯侧脑室后脚旁白质损害，通过这一发现可进一步说明：脑白质的完整性与