AD患者磁共振影像研究方法.ppt

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1、AD患者磁共振影像研究方法,阿尔茨海默病（AD）,旧称老年性痴呆（senile dementia）老年期痴呆的第一大原因原发性大脑退行性疾病发生于老年期前后，起病隐匿。临床上以记忆力下降，高级智能、语言、结构、视空间及其它认知功能的减退为特点，进行性加重。,组织病理学与影像学,可见大量神经元细胞的丧失特征性病理改变神经细胞内由双股螺旋微丝构成的神经纤维原缠结以淀粉样蛋白为核心形成的细胞外老年斑神经元颗粒空泡变性及血管壁淀粉样蛋白变性影像学检查可见弥漫性脑萎缩及脑室扩大,AD患者磁共振影像学研究历史,MR、PET、SPECT80年代末脑结构的研究90年代末脑功能的研究,磁共振成像-原理,核磁共振

2、T1时间纵向驰豫时间T2时间横向驰豫时间,磁共振成像-原理,磁体射频线圈发射与接受梯度线圈计算机,信号强度 成像体积内共振的氢原子（质子）密度 纵向驰豫时间T1 横向驰豫时间T2序列设计 突出组织的T1、T2或PD,MRI影像在精神疾病诊断研究中的作用,辅助疾病的诊断探查有无器质性病变脑结构研究脑功能研究,合并脑器质性疾病会加重精神症状抑郁妄想加重2周,合并脑器质性疾病会加重精神症状,AD患者DWI研究：合并新鲜梗塞时，临床症状会加重。,AD患者MR影像学研究,脑结构研究 容积测量脑功能研究 DWI（Diffusion）弥散成像 PWI（Perfusion）灌注成像 DTI（Diffusion

3、 Tensor Imaging）弥散张量成像 BOLD成像波谱分析MRS,AD患者脑结构研究定量研究,颅脑容积 自动分析软件大脑皮层灰质容积 自动分析软件内颞叶结构容积 半自动分析胼胝体 半自动分析,AD患者脑结构研究定量研究,研究方法与年龄匹配的健康人群对照 年龄 性别 受教育程度测量结构容积标准化 全颅脑容积 最大径线 最大面积,AD患者脑结构研究,颅脑容积正常人随年龄增长，大脑有进行性萎缩的趋势，额顶叶略显著。AD患者颅脑容积与年龄相匹配的正常对照相比明显变小，颞叶显著。早发型AD患者大脑萎缩更加显著。AD患者脑实质的重量也明显减少。,不同年龄正常人脑MRI,不同年龄正常人脑MRI,AD

4、患者MRI,AD患者脑结构研究颅脑皮层灰质容积,AD患者大脑皮层灰质萎缩更显著。其中颞叶、额叶、枕叶皮层相对容积较其它脑区减少更加明显。与上述脑区病理上出现大量神经元细胞的丧失、神经纤维原缠结、老年斑相一致。AD患者白质相对容积减少不明显。,AD患者脑结构研究皮层下核团,结果不一致AD患者皮层下核团（尾状核、豆状核、丘脑）容积较年龄相匹配的正常对照减少。轻度AD患者尾状核萎缩不显著，中度AD患者萎缩显著。AD患者皮层下核团萎缩不显著。,AD患者脑结构研究内颞叶结构,颞叶、海马及边缘系统与人的学习及记忆密切相关。海马海马旁回杏仁核侧脑室颞角,AD患者磁共振成像,AD患者脑结构研究内颞叶结构解剖,

5、AD患者脑结构研究内颞叶结构解剖,AD患者脑结构研究海马结构,海马结构解剖海马结构 海马海马足海马伞 齿状回 下托,AD患者脑结构研究海马结构,AD患者脑结构研究海马结构,磁共振海马结构成像定位斜冠状位,AD患者脑结构研究海马结构,磁共振海马结构成像扫描参数T1WI(SE)1.5T TR/TE(450/7.7)3mm fl2d3T TR/TE(200/2.5)Flip angle(70)3mm T13DT1MPR tfl3d TR/TE(1900/2.26)1mm,AD患者脑结构研究海马结构,磁共振海马结构测量线性测量,AD患者脑结构研究海马结构,体积测量海马结构体积的测量具有更高的可靠性及更

6、好的可重复性。工作量大误差 专人 统计5%,AD患者脑结构研究海马结构测量,AD患者脑结构研究海马结构,Wahlund等：目测评分法内颞叶萎缩被分为04分 0分无萎缩 4分严重萎缩参照样本图冠状位T1WI,目测评分法评估内颞叶萎缩,判断指标 颞叶容积 海马、海马旁回、齿状核,下托 侧脑室颞角、脉络膜裂,AD患者脑结构研究海马结构,Wahlund等：目测评分法目测评分法结合MMSE评分法对AD诊断的敏感性为95对其它痴呆诊断的敏感性为85判断非痴呆的特异性为96目测评分法评估海马结构萎缩对于区分AD与正常对照及快捷又准确,AD患者脑结构研究海马结构,AD患者脑结构研究海马结构,AD患者脑结构研究

7、海马结构,AD患者海马结构较正常对照存在明显的萎缩。这种萎缩在AD的早期即已开始。AD患者海马结构体积与MMSE评分有很好的相关性。,AD患者脑结构研究海马结构,追踪研究AD患者海马结构体积的年萎缩率要明显快于年龄匹配的健康对照组。海马结构萎缩在症状出现前几年既已开始。在症状发生前期及轻度AD患者中海马结构的萎缩速率最快。,AD患者脑结构研究海马结构,尸检结果AD患者海马结构出现神经元细胞的丧失、神经纤维缠结、老年斑。海马结构各部分萎缩与神经元数目减少的相关性极佳。AD患者海马结构CA1区神经元数目减少最为明显（约为年龄匹配正常对照的1/3）。AD患者海马结构萎缩是病理过程,AD患者脑结构研究

8、海马结构,与海马旁回及杏仁核等指标比较海马结构能最好地区分AD组与健康对照 萎缩最明显 与正常人无重叠经年龄与性别校正、标准化的海马结构体积是边缘系统受损的最敏感监测指标,AD患者脑结构研究海马结构,海马结构体积测量对区分轻度的认知功能障碍（MCI）与早期AD有一定帮助。海马结构体积的萎缩ADMCI正常对照。海马结构体积较小的MCI病例，其进一步发展为临床AD患者的危险性会增加。,AD患者脑结构研究海马结构,海马结构体积测量对区分AD与VaD也有一定帮助。海马结构的萎缩AD VaD 正常对照。海马结构与海马旁回及杏仁核等指标比较，只有海马结构体积AD与VaD患者及正常对照有显著性差异,AD患者

9、脑结构研究海马旁回,磁共振海马旁回成像 定位 扫描参数,测量方法海马旁回,AD患者脑结构研究海马旁回,AD患者脑结构研究海马旁回,海马旁回与海马结构同属于边缘系统AD患者海马旁回同样存在明显萎缩海马旁回萎缩率小于海马结构与MMSE评分相关,AD患者脑结构研究-杏仁核,磁共振杏仁核成像 定位 扫描参数,AD患者脑结构研究杏仁核,AD患者脑结构研究海马杏仁核复合体,AD患者脑结构研究杏仁核,AD患者脑结构研究杏仁核,杏仁核属于端脑的边缘系统，参与与特殊感觉刺激相联系的记忆的建立。与情绪活动的调节、情绪记忆关系密切。AD患者对情绪性事件的记忆受损与杏仁核受损密切相关。杏仁核体积的改变与记忆量表评分密

10、切相关。,AD患者脑结构研究杏仁核,一致观点AD患者杏仁核体积较正常对照明显减小。不一致观点：在极早期AD患者杏仁核的萎缩既已很明显，而海马体积则相对变化不大。AD患者杏仁核的萎缩率与尸检结果相一致，有研究认为萎缩率大于海马结构。,AD患者脑结构研究杏仁核,不一致观点：杏仁核体积测量对于区分MCI与AD患者及正常老年人同样很有帮助。海马杏仁核复合体对于区分AD患者与正常老年人更为敏感。AD患者杏仁核的萎缩率与正常老年人未达到统计学显著性水平。,AD患者脑结构研究脑沟脑室系统,AD患者脑沟脑室系统普遍扩大 轻度不明显 中度更显著各部位扩张率不同 颞叶枕叶、额叶顶叶、后颅凹,AD患者脑结构研究侧脑

11、室颞角,局部脑室变化具有更高的敏感性和特异性 侧脑室颞角,AD患者脑结构研究侧脑室颞角,磁共振侧脑室颞角成像,AD患者脑结构研究侧脑室颞角,AD患者脑结构研究侧脑室颞角,侧脑室颞角位于颞叶深部 体积大小可以间接反应颞叶各相关结构的萎缩AD患者侧脑室颞角显著扩大(200%)在进行判别分析时较海马结构具有更高的敏感性,AD患者脑结构研究胼胝体,胼胝体解剖,AD患者脑结构研究胼胝体,胼胝体影像学表现,AD患者脑结构研究胼胝体,磁共振胼胝体成像定位、扫描参数正中矢状位层面3mm层厚,测量方法胼胝体横截面积,测量方法胼胝体各部径线,AD患者脑结构研究胼胝体,AD患者脑结构研究胼胝体,位于中线连接左右大脑

12、半球新皮质两大脑半球间的主要联系通路胼胝体的萎缩间接反映皮层神经元的损伤,AD患者脑结构研究胼胝体,一致胼胝体的矢状断面总面积较正常对照明显减少,AD患者脑结构研究胼胝体,不一致多数：胼胝体后部萎缩更明显，在AD的早期既已发生。Pantel：胼胝体喙部萎缩更明显 中部的大小与疾病的严重程度密切相关Black：胼胝体萎缩在中部、峡部及膝部最明显 中部及峡部的面积大小与认知功能状态及颞叶上部体积密切相关Hampel：胼胝体喙部及压部的萎缩较体部更显著,AD患者脑结构研究胼胝体,追踪研究AD患者胼胝体整体的萎缩速率要高于正常对照AD患者胼胝体整体及胼胝体的压部、体部偏后的年萎缩率要明显高于正常对照胼

13、胝体压部的萎缩与痴呆的进展速度密切相关,AD患者脑结构研究脑白质区异常信号,AD患者脑结构研究脑白质区异常信号,成像方法定位：轴位扫描参数：水抑制FLAIR T2-Tirm-dark-fluidTR/TE:8000/94Inversion Time:2500,AD患者脑结构研究脑白质区异常高信号,不一致AD患者脑白质区异常高信号较正常人更多见。AD患者脑白质区异常高信号严重程度介于正常人于VaD之间。,AD患者脑结构研究脑白质区异常高信号,脑白质区异常高信号与高血压持续时间密切相关与年龄、脑萎缩程度无相关性与痴呆的严重程度无相关性,AD患者脑功能研究弥散成像,基本原理布朗运动(Brownian

14、 motion)。水分子的随机运动弥散成像是活体测量组织水分子弥散运动与成像的唯一方法。水分子弥散运动微米量级运动与人体细胞处于同一数量级探察人体水分子的微观运动,MR弥散加权成像（DWI）,成像基础自由扩散(free diffusion)和受限扩散(restricted diffusion)。表观扩散系数(Apparent diffusioncoefficient，ADC)。在活体中，由于胞膜细胞器、神经纤维髓鞘等的存在，扩散（D）表现为受限扩散，弥散度总是小于水分子。所测的的D值也不完全代表扩散，还包括微循环中血流、脉搏搏动等其它因素，所以用ADC表示D值,MR弥散加权成像（DWI）,成像

15、基础扩散敏感梯度。DWI要求高性能的梯度系统。扩散敏感系数(b值)。b=22G2(-/3)DWI的信号强度。Signal=Sexp(-TE/T2)1-2exp-(TR-TE/2)/T1+exp(-TR/T1)exp-22G2(-/3)ADC 依赖水分子的运动成像 信号强度与ADC值呈反相关系,MR弥散加权成像（DWI）,DWI的特点对活动敏感。需要快速扫描序列，如EPI。正常脑组织为中等信号，脑脊液为低信号，而扩散严重受限区（如急性缺血区）为高信号。脑白质具有Anisotropy。ADC具有Anisotropy。正交三方向加梯度，三个方向ADC相乘开立方得Iso-ADC，可用ADC图表,Ani

16、sotropy of Diffusion,AD患者脑功能研究弥散成像,研究方法ADC值 ADC图,AD患者脑功能研究弥散成像,AD患者脑白质的ADC值显著高于正常对照 海马结构及顶叶白质,AD患者脑功能研究灌注成像,基本原理灌注：单位组织内营养性血液供应，反映组织的微观血流状况。外源性示踪剂动态成像 团注对比剂通过毛细血管网 周围组织局部磁场短暂变化 快速扫描序列 EPI的高时间分辨率。1秒可覆盖整个头部（8-10层），连续扫描40-80次，甚至更多。动态测量造影剂首次通过受检组织引起的MR信号强度变化（缩短T2或T2*）,MR灌注加权成像（PWI）测量指标,相对脑组织血容量(rCBV)：兴趣

17、区内脑血容量。相对脑血流量(rCBF)：单位时间内通过兴趣区脑组织的血流体积。对比剂平均通过时间(MTT)：造影剂通过兴趣区脑组织所需的时间。对比剂达峰值时间(Time to peak,TTP：静脉注射对比剂团到达兴趣区脑组织所用的时间。,PWI,Neuro PerfusionImaging,(a).MTT(b).TTP(c).rCBV(d).rCBF红色：高蓝色：低,AD患者脑功能研究灌注成像,AD患者双侧颞叶rCBV较正常对照显著减少。与PET、SPECT结果一致 双侧颞顶区灌注减低,AD患者脑功能研究DTI成像,DWI和ADC只反映了3个施加弥散敏感梯度方向上水分子弥散运动的快慢。在DW

18、I基础上施加6个以上方向的弥散敏感梯度，我们可以得到每个体素的完整的弥散张量图diffusion tensor imaging(DTI),AD患者脑功能研究DTI成像,DTI是DWI的发展和深化最近，超张量扩散成像（DiffusionSupertensor Imaging)采用更多方向的梯度（64个以至数百个）已研究成功并开始应用于临床。DTI的临床应用 白质束成像、急性及亚急性脑缺血、脑外伤、精神疾病,AD患者脑功能研究DTI成像,基本原理各向同性（isotropy）：自由水分子在各个方向上的运动快慢相同。各向异性（anisotropy）：人体水分子在三维方向上的运动快慢不同 与神经纤维一致

19、方向受限最小，走行最快。与神经纤维垂直方向受限最大，走行最慢。脑白质纤维较周围组织信号强度高 DTI可将各向异性区与各向同性区区别开来,AD患者脑功能研究DTI成像,lambda 值 lambda1：最大，代表平行于轴位方向纤维的ADC值 lambda2、lambda 3：第二、三，代表垂直于轴位方向直交的2方向纤维的ADC值平均扩散率：trace（弥散张量的痕量）反映弥散运动的快慢，忽略各向异性。平均弥散系数,AD患者脑功能研究DTI成像,各向异性分数：fractional anisotropy(FA)弥散各向异性与整个弥散的比值（01）1最大各向异性0最大各向同性 FA图每个体素水分子弥散

20、量化每个体素弥散方向反映白质纤维的完整性,FA图,AD患者脑功能研究DTI成像,弥散张量纤维素图 示踪技术三维显示白质纤维束走行。通过第一个体素主本征向量寻找下一个主本征向量与其最接近的体素。将上述体素连接。,AD患者脑功能研究DTI成像,随着年龄增长，脑白质ADC值逐渐升高，FA值逐渐下降 神经纤维数量减少 髓鞘脱失 有髓轴突消失 神经纤维长度变短 神经纤维排列紧密度下降,AD患者脑功能研究DTI成像,AD患者额叶、顶枕叶白质ADCs 高于健康对照AD患者海马、颞叶根部、扣带回后部、枕叶、顶叶白质ADCs 高于健康对照 与大脑皮层神经元退变导致的纤维轴索Wallerian 变性有关,AD患者

21、脑功能研究DTI成像,AD患者脑白质联系纤维完整性明显损伤 胼胝体压部、扣带回、上纵束FA值下降 胼胝体压部FA值与MMSE值正相关椎体束损伤不明显 AD患者认知功能损害较运动功能严重 AD患者穹窿部FA值下降,血氧水平相关(BOLD)成像,1990年，Seiji Ogawa发现BOLD效应脱氧血红蛋白是顺磁性物质，可影响在血管附近的磁场均匀性，因而降低磁共振的信号；而氧合血红蛋白是抗磁性的，对磁场影响很小。,血氧水平相关(BOLD)成像,BOLD效应是功能磁共振成像的基础。PET发现脑的神经激活会引起局部脑组织血流量、血容量、氧耗量增加。而且这个增加不平衡，血流增加远大于大脑活动所需要耗氧量

22、的增加，结果，在激活局部脑区的血液中氧和血红蛋白增加，脱氧血红蛋白含量减少。因此，在T2*WI或T2WI上，激活脑区的信号增加，而且这个信号增加区与神经活动的脑区基本吻合。,AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,携带易患AD基因者，年轻时临床无表现，部分脑区（AD患者功能减低区）功能已减低。视觉记忆功能：AD患者明显减低 激活区明显减少 仅存于视觉联合区 年轻人、中老年健康对照右内嗅皮层、右脑回、右前额区及左前下颞区均有明显激活AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,AD、MCI患者记忆激活：记忆实验-AD、MCI患者颞叶

23、内侧激活减低感觉实验-AD、MCI患者与健康对照有相同激活模式工作记忆-AD患者较健康对照颞叶激活区范围缩小、强度减弱。,AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,AD早期与认知功能相对应的脑区激活减低。其它区域活动增强补偿回路,AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,多个研究支持补偿回路存在语义学激活实验：AD患者左额下回激活区与萎缩程度正相关补偿机制 健康对照脑激活部位与萎缩无相关性视觉功能成像：正常人顶上小区的激活强度更大 AD患者额和枕颞皮层激活更明显,AD患者脑功能研究血氧水平依赖性测量（BOLD）,多个研究支持补偿回路存在纵向追踪观察MCI患者 海马、海马旁回进行

24、性萎缩（部分进展为AD）上述部位出现较强的补充激活,AD患者脑MR研究波谱分析（MRS）,探察组织化学成分的改变化学位移 不同化合物的相同原子核，由于所处化学环境不同会引起的局部磁场强度的细微差别，同一原子核共振频率也会轻微差异。J-耦合：原子核之间存在共价键的自旋耦合,Normal 1H MRS of brain,N-乙酰天门冬氨酸(NAA):主要存在于成熟的神经元内，是神经元的内标物。胆碱（Cho）：细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成与代谢。肌酸（Cr）：脑组织能量代谢的提示物，常作为参照物与其它代谢物相比。肌醇（MI）：神经胶质细胞标志物，水平升高提示胶质增生。,左侧颞叶脑胶质瘤 Cho/Cr-map shows active tumor region,AD患者脑MR研究波谱分析（MRS）,1HMRSN-乙酰天门冬氨酸（NAA）减低 反映神经原细胞脱失 较容积减少更早发生肌醇（MI）升高脑灰质NAA/MI比率可用于鉴别AD与年龄匹配的正常对照,AD患者影像研究存在的问题,结构研究脑结构萎缩缺乏特异性 无单一指标鉴别AD与正常人 无法鉴别其它类型痴呆导致的结构萎缩,AD患者影像研究存在的问题,功能研究样本量少刺激模式多缺乏统一特异性标准,