QSM与DTI在多系统萎缩中的应用.pdf

医学影像学杂志2024年第34 卷第2 期 J Med Imaging Vol.34 No.2 2024QSM 与 DTI 在多系统萎缩中的应用徐长媛，王光彬山东第一医科大学附属省立医院医学影像科 山东 济南 250021【摘 要】多系统萎缩（multiple system atrophy，MSA）属于-突触核蛋白病，病理改变是-突触核蛋白在少突胶质细胞中球状聚集，形成胶质细胞胞质包涵体，导致神经纤维束的损伤。另外，铁的过量沉积可以通过产生自由基对神经元细胞造成伤害。两者的病理改变可以间接用扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）及定量磁敏感成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）以影像学的方式表现出来。目前，MSA 的诊断主要依靠临床，但 MRI 在辅助诊断方面也扮演着重要的角色。本文就 QSM 与 DTI 序列在 MSA 中的应用进行综述。【关键词】多系统萎缩；定量磁敏感成像；扩散张量成像；磁共振成像中图分类号：R742；R445.2 文献标识码：A 文章编号：1006-9011（2024）02-0116-04Application of QSM and DTI in Multiple System AtrophyXU Changyuan，WANG GuangbinDepartment of Medical Imaging，Shandong Provincial Hospital Affiliated to Shandong First Medical University，Jinan 250021，China【Abstract】Multiple system atrophy（MSA）belongs to-synucleinopathies，and the pathological change is that-synuclein accumulates globularly in oligodendrocytes to form glial cytoplasmic inclusions，leading to the damage of nerve fiber bundles.In addition，excessive deposition of iron can cause damage to neuronal cells by producing free radicals.These pathological changes can be indirectly expressed in the form of Diffusion tensor imaging（DTI）and Quantitative susceptibility mapping（QSM）sequences in imaging mode.At present，the diagnosis of MSA mainly relies on clinical practice，but magnetic resonance imaging also plays an important role in assisting diagnosis.The article reviews the application of QSM and DTI sequences in MSA.【Key words】Multiple system atrophy；Quantitative susceptibility mapping；Diffusion tensor imaging；Magnetic resonance imaging多系统萎缩（multiple system atrophy，MSA）是一种严重的，进展迅速的神经退行性疾病。其主要的临床特征是自主神经功能衰竭，左旋多巴反应性帕金森综合征、小脑共济失调及椎体症状的可变组合1。MSA是一种散发疾病，没有明确的病因，可能与遗传有关。50岁以上MSA的平均发病率为3/10万人，患病率为1.94.4/10万人。平均发病年龄约为5461岁，且年龄范围广。MSA的临床表现与帕金森病（parkinson disease，PD）相似，主要表现为运动迟缓，僵硬，姿势不稳，小脑共济失调等运动症状以及泌尿系统功能障碍、便秘，直立性低血压及情绪改变等非运动症状2。1MSA的临床分型与病理改变MSA 主要分为两型，即以帕金森综合征为主的 MSA（MSA-P）和以小脑共济失调为主的 MSA（MSA-C）3。MSA-P 临床表现与 PD 类似，主要表现为静止性震颤，运动迟缓及肌肉强直等。MSA-C 型的临床表现主要是以共济失调等小脑症状为主。虽然MSA被分为两型，但两者的病理是有交叉的，并没有患者表现出完全的 P 型或者是 C 型1。其主要的病理改变是少突胶质细胞中的-突触核蛋白球状聚集，形成胶质细胞胞质包涵体4，分布在基底节、黑质、桥脑、下橄榄核和小脑白质等。-突触核蛋白在胶质细胞中的聚集会导致发生炎症反应，但是导致-突触核蛋白在胶质细胞中的异常聚集的机制还不清楚。目前神经病理学和实验动物证据表明，胶质细胞胞质包涵体可以导致星形胶质细胞增多症、小胶质细胞增多症、脱髓鞘和轴突变性，并且可能先于神经变性4。又因为少突胶质细胞是脑白质髓鞘形成的唯一来源，因此，利用这作者简介：徐长媛（1997-），女，山东第一医科大学在读医学硕士，主要从事医学影像学诊断工作通信作者：王光彬 E-mail：综述116医学影像学杂志2024年第34 卷第2 期 J Med Imaging Vol.34 No.2 2024一点，DTI 即可检测出白质纤维束病理结构的改变。另外铁在脑实质中异常沉积也是MSA的重要病理改变。在不同的脑区和细胞中，铁的分布是不同的。病理显示帕金森综合征患者脑内铁沉积异常，过量铁可以通过产生自由基对神经元细胞造成伤害。因此铁沉积在帕金森综合征的发病机制中起着重要作用。在活体中，铁的异常沉积可以通过QSM序列定量检测，但是导致铁异常沉积原因目前还不清楚5。2MSA的常规MRI常规 MRI 具有较好的软组织分辨率，对 MSA的一些异常特征性改变可以很好的显示。病理结果表明 MSA-P型病变主要部位为壳核、尾状核、苍白球和黑质等6。在常规 MRI 检查中，MSA-P 型的大多数患者可以表现壳核异常，包括萎缩、低信号和侧缘高信号7，这些征象被认为是神经元细胞死亡及胶质细胞增生的结果。此外，大多数健康人的 SWI 序列可见黑质“燕尾征”（为正常黑质腹外侧部存在的高信号，在 SWI 大多数表现为两条线样低信号）8。大部分特发性 PD 患者表现为双侧“燕尾征”消失，部分 MSA 患者表现为单侧或双侧“燕尾征”消失9。而MSA-C病变部位主要位于小脑、脑桥及下橄榄核，表现为这些部位神经元的丢失。在常规 MRI 检查中表现出小脑、桥脑的明显萎缩以及第四脑室的扩大，中脑与桥脑的最大横径的比值可大于 0.67。由于桥脑明显萎缩，在 T2WI 可见比较典型的“脑桥十字征”，它代表了脑桥和桥小脑纤维的变性10。这些征象虽然特异度较高，但对于 MSA 的诊断和亚型的预测敏感性较低。其他的定量方法比如矢状位测量小脑中脚的宽度8mm，在区分 MSA 与特发性 PD 表现出较高的敏感度和特异度。MRI帕金森综合指数 （脑桥面积/中脑面积）（小脑中脚/小脑上脚）在区分 MSA-P 与 进 行 性 核 上 麻 痹（progressive supranuclear palsy，PSP）和特发性PD中也具有较高的灵敏度和特异度11。但事实上，这些体征的组合可以在大多数处于疾病不同阶段的 MSA 患者中看到，与最初的临床表型无关。3QSM的基本原理及在MSA中的应用磁化率主要描述了物质在磁场中被磁化的程度，QSM 可以将每一个像素的磁敏感率作为标量进行计算，重建出磁化率图像，从而对组织的磁化率进行定量分析12。利用这一原理，对人体进行非侵入性铁的评估成为了可能。QSM 是一种相对比较新的 MRI 技术，它是在 SWI 的基础上发展起来的。QSM 序列除了可以反映出人体组织中铁的沉积，其最大的优势为可以把铁以定量的方式展示出来，还可以区分铁和钙13。此技术在脑组织方面得到了广泛的应用。QSM 采用梯度回波（gradient recalled echo，GRE）序列，因为调整在磁化率效应引起的对比度方面提供了更大的灵活性，并允许计算有效横向弛豫率，因此有更高的信噪比14。但是 QSM 序列对头动比较敏感，且采集时间较长，因此对帕金森综合征患者比较有挑战性。铁在大脑中的分布并不均匀，在运动皮层分布比较多，在前额叶及颞叶分布比较少，基底节区铁的分布更高15。即使是在相同的核团中铁的分布也不均匀，比如黑质。黑质分为网状部和致密部，网状部中富含铁，而在致密部中主要富含多巴胺能神经元。帕金森综合征患者中脑内铁沉积异常，过量的铁可以产生自由基对神经细胞造成损害16，因此，铁的异常沉积被认为在神经退行性疾病中起着关键的作用17。在不同类型的神经退行性疾病中富含铁的区域彼此不同18。根据组织病理学显示，MSA 的壳核后外侧部、黑质、红核及小脑齿状核铁沉积明显增加19。其中壳核后外侧部的铁沉积加重在 MSA-P 型中比较有特征性，而小脑齿状核铁沉积增加在 MSA-C 中更加有特征性。据研究20报道在 QSM 序列中 MSA-P 壳核后外侧部的信号要比 PD患者明显增高，这与尸检结果相一致，利用此征象可以区分MSA-P与PD。而在PD中铁主要沉积在黑质，且与疾病的严重程度相关。据研究21表明 PD 受累侧的黑质的铁沉积要比正常人高出许多。导致这一改变的具体原因还不清楚，一种说法是由于多巴胺能神经元的凋亡导致细胞外神经黑色素增加进而引起铁的螯合增加，另一种说法是由于黑质中铁沉积的增加导致神经黑色素在细胞外的含量增加，两种观点均具有争议性。但 OGAWA 等22报道支持后一种观点，即先存在铁的沉积增加进而导致多巴胺能神经元进一步凋亡。另一方面，MSA-C 中小脑齿状核铁沉积明显增加，而与 MSA-C有类似临床症状的脊髓-小脑性共济失调 1 型中小脑齿状核的铁沉积也增加，并且具有高度敏感性，这两种病的相似之处在117医学影像学杂志2024年第34 卷第2 期 J Med Imaging Vol.34 No.2 2024于都有明显的小胶质细胞的增生，根据这种结果，或许可以假设小胶质细胞增生与齿状核的高易感性有部分联系17。此外，另一种常见的帕金森综合征是PSP。它的铁沉积要比前两者更加严重，主要位于黑质、红核、壳核等，尤其是在红核的明显铁沉积比较具有特征性。虽然 MSA与 PSP两者在壳核均有铁异常沉积，但是两者的量不一样，据FEDELI 等23报道 MSA 中壳核铁沉积要比 PSP 更加明显，尤其是 MSA-P 型，而 PSP 患者的红核的铁沉积要比 MSA 与 PD 更加明显。因此，将 QSM 序列应用于MSA与其他帕金森综合征的鉴别中将会提高MSA的诊断率。4DTI的基本原理及在MSA中的应用DTI 主要是利用水的运动来量化白质纤维束的微观结构的变化24。该技术在 MSA、PD 及 PSP的辅助鉴别诊断中起着十分重要的作用。DTI 指标通常包括各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、轴向扩散系数（axial diffusivity，AD）、径向扩散 系 数（radial diffusivity，RD）和 平 均 扩 散 系 数（mean diffusivity，MD）。当神经纤维被破坏时，FA会减少，导致水向各个方向扩散（变得各向同性）。AD 被认为是轴突完整性和间质间隙变化的良好指标，而 RD 反映髓鞘和神经胶质细胞形态的变化25。MD可以测量水扩散的大小，而不考虑分子的扩散方向，并代表分子扩散的总体水平和扩散阻力。MSA的病理是少突胶质细胞中-突触核蛋白的球状聚集，造成纤维束及神经元胞体的损伤。因此利用 DTI就可以捕捉到 MSA 患者的脑损伤。根据多篇文献26-28 报道，利用DTI技术，发现 MSA的壳核、桥脑、小脑中脚、桥小脑纤维的 FA值明显减小，MD值明显增加。在MSA-P型中壳核的弥散率的改变最为明显，在MSA-C中小脑中脚及桥小脑纤维弥散率的改变最明显29。另有研究30报道称MSA小脑中脚的ADC（表观扩散系数）值要明显高于 PD、PSP 及 健 康 对 照 组。另 外 PELLECCHIA 等31报道 MSA-C 患者小脑中脚的 ADC 值要高于MSA-P，这些部位的异常与病理结果很好的吻合，且无论是壳核整体的ADC值还是壳核后部的ADC值与统一帕金森评量表（UPDRS）之间存在相关性，但不是非此即彼的关系。因为在 PSP 与皮质基底节变性（CBD）中壳核的弥散率仍然较高，但 MSA、PSP 及 CBD 无法靠壳核弥散率互相鉴别32。但近期 OGAWA 等22表 明，在 消 除 自 由 水 对 FA 值（FWE-FA）的影响的研究中，MSA-P 患者的黑质的FWE-FA 较 PD 及健康对照组要高，对此他们的解释是由于铁的沉积及胶质细胞增生改变了 FWE-FA 值。并且在 OGAWA 等研究中，MSA-P 患者的H-Y 分期与 UPDRS 第三部分的评分要高于 PD 患者，也恰好印证了这一观点。5小结QSM主要是定量评价MSA患者脑内皮层及皮下核团异常的铁沉积，DTI 序列主要揭示 MSA 患者神经纤维束的损伤，两者从不同的组织化学层面以无创性的方法揭示了MSA的病理改变。但这两者是否可以早期诊断 MSA 及 DTI序列或者能常规应用于临床仍然具有不确定性。因此，MRI 技术在神经退行性疾病方面的应用仍有很大的进步空间。参考文献：1KOGA S，DICKSON D W.Recent advances in neuropathology，biomarkers and therapeutic approach of multiple system atrophyJ.Journal of Neurology，Neurosurgery&Psychiatry，2018，89（2）：175-184.2WENNING G K，STANKOVIC I，VIGNATELLI L，et al.The movement disorder society criteria for the diagnosis of multiple system atrophy J.Movement Disorders，2022，37（6）：1131-1148.3KOGA S，SEKIYA H，KONDRU N，et al.Neuropathology and molecular diagnosis of synucleinopathiesJ.Molecular Neurodegeneration，2021，16（1）：83-89.4DEL CAMPO N，PHILLIPS O，ORYMAGNE F，et al.Broad white matter impairment in multiple system atrophy J.Human Brain Mapping，2021，42（2）：357-366.5KAINDLSTORFER C，JELLINGER K A，ESCHLBCK S，et al.The relevance of iron in the pathogenesis of multiple system atrophy：a viewpointJ.Journal of Alzheimers Disease，2018，61（4）：1253-1273.6PRAN P，BARBAGALLO G，NEMMI F，et al.MRI supervised and unsupervised classification of parkinson s disease and multiple system atrophy：mri classification in parkinsonian syndromes J.Movement Disorders，2018，33（4）：600-608.7MARXREITER F，LAMBRECHT V，MENNECKE A，et al.Parkinson s disease or multiple system atrophy：potential separation by quantitative susceptibility mappingJ.Therapeutic Advances in Neurological Disorders，2023，16（1）：1-148CALLONI S F，CONTE G，SBARAINI S，et al.Multiparametric mr imaging of parkinsonisms at 3 tesla：its role in the differentiation of idiopathic parkinson s disease versus atypical parkinsonian disorders J.European Journal of Radiology，2018，109（1）：95-100.118医学影像学杂志2024年第34 卷第2 期 J Med Imaging Vol.34 No.2 20249WANG N，YANG H，LI C，et al.Using swallow-tail sign and putaminal hypointensity as biomarkers to distinguish multiple system atrophy from idiopathic parkinsons disease：a susceptibility-weighted imaging study J.European Radiology，2017，27（8）：31743180.10DEGUCHI K，IKEDA K，KUME K，et al.Significance of the hot-cross bun sign on t2*-weighted mri for the diagnosis of multiple system atrophy J.Journal of Neurology，2015，262（6）：1433-1439.11MAZZUCCHI S，DEL PRETE E，COSTAGLI M，et al.Morphometric imaging and quantitative susceptibility mapping as complementary tools in the diagnosis of parkinsonisms J.European Journal of Neurology，2022，29（10）：2944-2955.12REICHENBACH J R，SCHWESER F，SERRES B，et al.Quantitative susceptibility mapping：concepts and applicationsJ.Clinical Neuroradiology，2015，25（2）：225-230.13王铖宇，陈飞，李文会.MRI检测帕金森病患者脑铁含量的研究进展 J.医学影像学杂志，2023，33（6）：1089-1092.14DEISTUNG A，SCHWESER F，REICHENBACH J R.Overview of quantitative susceptibility mapping J.NMR in Biomedicine，2017，30（4）：3569-3576.15WANG Z，LUO X G，GAO C.Utility of susceptibility-weighted imaging in parkinson s disease and atypical parkinsonian disorders J.Translational Neurodegeneration，2016，5（1）：17-22.16MAZZUCCHI S，FROSINI D，COSTAGLI M，et al.Quantitative susceptibility mapping in atypical parkinsonisms J.NeuroImage：Clinical，2019，24（10）：1999-2006.17DEISTUNG A，JSCHKE D，DRAGANOVA R，et al.Quantitative susceptibility mapping reveals alterations of dentate nuclei in common types of degenerative cerebellar ataxiasJ.Brain Communications，2022，4（1）：306-312.18SUGIYAMA A，SATO N，KIMURA Y，et al.Quantifying iron deposition in the cerebellar subtype of multiple system atrophy and spinocerebellar ataxia type 6 by quantitative susceptibility mappingJ.Journal of the Neurological Sciences，2019，407（12）：116525-116531.19LANCIONE M，CENCINI M，COSTAGLI M，et al.Diagnostic accuracy of quantitative susceptibility mapping in multiple system atrophy：the impact of echo time and the potential of histogram analysisJ.NeuroImage：Clinical，2022，34（11）：102989-102995.20ITO K，OHTSUKA C，YOSHIOKA K，et al.Differential diagnosis of parkinsonism by a combined use of diffusion kurtosis imaging and quantitative susceptibility mapping J.Neuroradiology，2017，59（8）：759-769.21KITAO S，MATSUSUE E，FUJII S，et al.Correlation between pathology and neuromelanin mr imaging in parkinson s disease and dementia with lewy bodiesJ.Neuroradiology，2013；55（8）：947-953.22OGAWA T，HATANO T，KAMAGATA K，et al.White matter and nigral alterations in multiple system atrophy-parkinsonian type J.Npj Parkinson s Disease，2021，7（1）：96-103.23FEDELI M P，CONTARINO V E，SIGGILLINO S，et al.Iron deposition in parkinsonisms：a quantitative susceptibility mapping study in the deep grey matter J.European Journal of Radiology，2020，133（10）：109394-109399.24陈虹，张秋奂，陈云翔，等.多系统萎缩不同亚型扩散张量成像分析 J.医学影像学杂志，2020，30（1）：17-22+26.25SONG S-K，YOSHINO J，LE T Q，et al.Demyelination increases radial diffusivity in corpus callosum of mouse brain J.NeuroImage，2005，26（1）：132-140.26GE Y，ZHENG W，LI Y，et al.Altered brain volume，microstructure metrics and functional connectivity features in multiple system atrophy J.Frontiers in Aging Neuroscience，2022，14（12）：799251-799258.27CHELBAN V，BOCCHETTA M，HASSANEIN S，et al.An update on advances in magnetic resonance imaging of multiple system atrophyJ.Journal of Neurology，2019，266（4）：1036-1045.28CHUNG S J，CHO K H，LEE Y H，et al.Diffusion tensor imaging based pontine damage as a degeneration marker in synucleinopathyJ.Journal of Neuroscience Research，2021，99（11）：2922-2931.29FABER J，GIORDANO I，JIANG X，et al.Prominent white matter involvement in multiple system atrophy of cerebellar typeJ.Movement Disorders，2020，35（5）：816-824.30PAVIOUR D C，THORNTON J S，LEES A J，et al.Diffusion-weighted magnetic resonance imaging differentiates parkinsonian variant of multiple-system atrophy from progressive supranuclear palsy J.Movement Disorders，2007，22（1）：68-74.31PELLECCHIA M T，BARONE P，MOLLICA C，et al.Diffusion-weighted imaging in multiple system atrophy：a comparison between clinical subtypesJ.Movement Disorders，2009，24（5）：689-696.32TIR M，DELMAIRE C，BESSON P，et al.The value of novel mri techniques in parkinson-plus syndromes：diffusion tensor imaging and anatomical connectivity studiesJ.Revue Neurologique，2014，170（4）：266-276.（收稿日期：2023-08-05）119