轻度认知障碍患者嗅觉功能损害的磁共振弥散张量成像研究

周 荻, 齐 航, 邱明娟, 邵永佳, 张 玥, 李 刚, 席 芊

(1. 同济大学附属东方医院医学影像科，上海 200120； 2. 同济大学附属东方医院神经内科，上海 200120)

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种以进行性痴呆为特征的神经退行性疾病。目前，全球已有超过5 000万痴呆患者，预计到2050年将达1.52亿[1]。轻度认知损害(mild cognitive impairment, MCI)指存在记忆或其他认知能力减退，但日常生活能力保持尚可。MCI患者是AD的高危人群，早期诊断MCI并积极干预，可改善患者的认知功能，延缓MCI向AD进展[2]。临床症状、病史及量表测试等手段的结合应用是目前筛选和诊断MCI的主要方法，但其主观性较强，易受被试者情绪、教育背景等因素干扰。因此，探索高灵敏度、高特异度、无创性的早期诊断方法成为MCI领域研究者关注的问题。研究表明，AD早期可出现嗅觉功能改变，进展出现高级神经功能的下降[3-4]，因此嗅觉功能的早期改变对于诊断MCI或AD的病情具有重要意义。AD一直被认为是兼有脑白质及脑灰质改变的神经退行性疾病，其脑白质损害也是研究的热点，神经影像学现已被广泛运用在各类神经精神疾病的研究中[5-6]，研究表明嗅觉功能减退在MCI患者中与脑白质微结构变化相关[7]。本研究采用弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技术，以MCI患者为研究对象，以正常老年人为对照，结合行为学指标，研究MCI患者嗅觉功能与脑白质改变之间的关系，为临床MCI及AD早期诊断及准确评价提供重要的信息。

1 资料与方法

1.1 一般资料

研究对象均由同济大学附属东方医院(南院)神经内科于2017年3月—2019年12月在上海市浦东新区金光社区进行普查筛选后提供，共收集MCI患者36例和正常老年人32例。MCI患者入组标准： (1) 有轻度记忆减退主诉，并有知情人证实；(2) 仍具有独立工作及生活能力，可处理复杂任务能力；(3) 参照蒙特利尔认知评估(Montreal cog-nitive assessment, MoCA)中国老年人诊断标准[8]，MoCA评分0～25分；(4) 简易智力状态检查量表(mini-mental state examination, MMSE)评分24～27分；(5) 排除其他原因引起的认知功能减退。MCI组及对照组排除标准： (1) 具有神经系统肿瘤、颅脑手术史、脑卒中或脑外伤病史；(2) 较为严重的内科疾病；(3) 精神状态混乱、言语不清、严重听力障碍等无法配合检查者；(4) 患有精神分裂症、癫痫、帕金森病等可引起认知障碍的神经系统变性疾病。所有研究对象均为右利手，年龄均60岁以上。受试者已签署知情同意书。

1.2 检查方法

1.2.1 嗅觉检查 在通风良好、无背景气味及保护隐私的安静环境中，受试者闭目闭口，鼻下放置软尺，近端垂直鼻尖，取70%异丙醇试纸，将试纸置于受试者鼻下软尺30 cm刻度处，嘱受试者均匀呼吸，每呼吸1次，试纸沿软尺向上靠近1 cm，直至受试者嗅到异丙醇气味，读取软尺刻度为距鼻尖距离。连续测量4次，取平均值。依据鼻尖至试纸的距离为评分分值，嗅觉测试判断标准： <10 cm为失嗅，10～15 cm为嗅觉减退，>15 cm为嗅觉正常。

1.2.2 影像检查MR检查 采用美国通用电气公司M750w 3.0T磁共振及头颅32通道相控阵线圈。扫描过程中所有被试者均取仰卧位，将头部至于线圈正中，双耳置入棉塞隔音，嘱其尽量避免头部运动。解剖像采用三维梯度回波序列，重复时间(TR) 8.5 ms，回波时间(TE) 3.2 ms，视野(FOV) 256 mm×256 mm，层厚1 mm。DTI序列扫描范围覆盖全脑，TR 13 701 ms，TE 114 ms，FOV 224 mm×224 mm，层厚2 mm，设定各向同性分布弥散敏感梯度为64，每个梯度方向扫描70个连续层面，扩散系数： b=1 000 s/mm2及b=0。此外，完善T2WI、FLAIR及DWI序列的扫描，除外颅脑疾病。

1.3 统计学处理

DTI数据处理利用英国牛津大学开发的FMRIB Software Library v5.0软件(https：∥fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki)进行。DTI数据预处理： (1) 头 动及涡流校正；(2) 非脑组织去除并制作脑组织蒙版；(3) 提取DTI参数并导出计算。预处理后进行基于纤维束追踪的空间统计分析(tract-based spatial statistics, TBSS)处理，应用FSL-Randomise函数获取全脑相关参数值，具体包括各向异性分数(frac-tional anisotropy, FA)，其反映了各向异性成分与整个弥散张量的比例关系，可评估脑白质纤维束的完整性。平均弥散率(mean diffusivity， MD)指各个方向弥散幅度的平均值，能够反映弥散程度和水平。轴向弥散率(axial diffusivity, DA)及径向弥散率(radial diffusivity, DR)能够反映髓鞘的完整性及纤维束的完整性。数据均采用SPSS 23.0统计软件分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 行为学评分

MCI组及对照组的性别、年龄及受教育年限差异无统计学意义(χ2=0.171，t=-0.605，t=0.5，均P>0.05)。通过对所有被试的嗅觉测试值及MoCA评分的统计分析，发现MCI组与对照组之间嗅觉测试值、MoCA评分差异有统计学意义(P<0.01)。通过皮尔森相关性检测，发现MCI患者的嗅觉功能存在损害，并且其嗅觉评分与反映认知水平的神经心理学测试结果有关，MoCA评分与嗅觉测试呈正相关(r=0.682，P<0.05)，嗅觉测试值预测MCI的特异性较高，见表1。

表1 MCI患者及正常老年人行为学评分比较

2.2 影像学评价

MCI组与对照组分别提取出全脑DTI参数，获得FA、DA、DR、MD均值，进行独立样本t检验。MCI组与对照组相比，发现全脑分析FA值变化较为显著(P<0.05)，见表2。MCI组FA减弱区主要位于胼胝体周围、额叶眶额回周围、左侧枕下回周围区域，海马区周围未见明显FA减弱，见图1。

表2 全脑DTI参数比较

图1 TBSS结果图Fig.1 Results of TBSS红色为FA值减低区，黄圈为ROI区域；A： 黄圈内为海马及周围区域(未见明显FA值减低)；B： 黄圈内为胼胝体周围区域(FA值减低)；C： 黄圈内为眶额回区域(FA值减低)；D： 黄圈内为左侧枕下回周围区域(FA值减低)

2.3 行为学与影像学相关性

选取额叶相关脑区眶额回、海马区、枕叶相关脑区枕下回、海马旁回作为感兴趣区(region of interest, ROI)，见图1，提取感兴趣区的平均FA值，与行为学指标嗅觉评分及MoCA之间做皮尔森相关性分析。结果提示嗅觉评分与额叶眶额回的FA值相关性较为显著(P<0.05)，其次是枕叶枕下回、海马区，见表3。而MoCA评分与FA值的相关性没有统计学意义，见表4。

表3 嗅觉评分与感兴趣区FA值间相关性

表4 MoCA评分与感兴趣区FA值间相关性

3 讨 论

MCI是AD患者的临床前期状态，其转化为AD的几率较高，早期诊断、干预MCI的进展十分有意义。目前简易智力状态检查量表是应用最广泛的筛查量表，但其对鉴别MCI、AD及正常人时灵敏度相对较低，MoCA量表识别MCI有较高灵敏度及特异度[9]。近年来，嗅觉受损被认为神经退行性变的早期标志[10]，相关研究也证明嗅觉受损与认知功能损害间的关系[11-12]，因此嗅觉测试可协助区分MCI及AD人群[13]，并或可成为预测MCI向AD进展的参考指标[14]。在一项长达2年的随访研究发现，在伴有嗅觉障碍的MCI患者中有47%进展为痴呆，而嗅觉正常的MCI患者只有11%进展为痴呆[15]。梅奥衰老临床研究中心对认知能力正常的受试者进行嗅觉及认知功能随访，在平均3.5年的随访中，1 430 名认知正常受试者中有250例进展为MCI，并且观察到嗅觉功能减退与MCI风险增加存在相关[16]。因此发现嗅觉功能的早期改变对于诊断MCI或AD的病情进展判断具有十分重要的意义。研究发现，嗅觉改变可早于较为典型的痴呆症状及显著的认知能力损害出现[17]，但其机制及病理间的联系目前仍未明确。研究表明MCI和AD痴呆患者的嗅觉功能降低与海马体积缩小有关有关[18]，而Heinrich等[19]认为MCI患者嗅觉能力减低与脑白质受损有关，与海马萎缩无关。Yoo等[20]发现AD相关认知障碍患者的皮质萎缩在嗅觉功能障碍中起着重要作用。由此，嗅觉障碍这一临床表现值得进一步探究。

本研究发现，MCI组嗅觉评分与MoCA评分之间呈正相关，MoCA评分越低，嗅觉评分越低，与之前认知功能障碍合并嗅觉功能下降的研究相一致[21]。因此发现嗅觉功能的早期改变对于MCI或AD的病情进展判断具有十分重要的意义，为早期发现MCI提供了新的研究方向。

神经量表测试结果易受教育程度及配合程度等影响，神经影像中DTI技术能够无创显示大脑白质纤维束走行，从微观角度更准确地评价组织结构的细微变化，其结果不受主观认知功能影响。以往基于DTI的研究多应用基于体素的形态学分析[22]，而TBSS在保证配准的前提下，利用骨架化算法，对全脑进行分析，优势在于可减小配准误差、全脑分析，对微结构的变化灵敏度高。MCI组TBSS结果提示，与认知记忆功能关系密切的海马区周围并没有发现明显的TBSS激活区，说明本组MCI患者的海马区微结构的改变并不是十分显著，相应区域FA值的变化较小。MCI组FA值下降最为显著的双侧胼胝体、扣带束区域及眶额回周围区域，这与Stenset等[23]的研究相一致，但其未提及眶额回的异常。双侧胼胝体、扣带束区域作为大脑双侧半球的联系通道，连接双侧大脑半球额叶前部；额叶作为高级脑区负责包括嗅觉、情感在内的多种活动。胼胝体及扣带回结构的异常可能引起投射到额叶的神经通路受损，从而引起嗅觉、情节记忆等相关改变，因此胼胝体结构的异常应作为引起嗅觉功能损伤的重要脑区之一；作为嗅觉高级中枢的眶额回区域在TBSS结果中FA值下降较为显著，基于TBSS原理可知，TBSS结果中的异常激活区域均为FA值的下降显著区域，提示区域内神经纤维的完整性降低，水分子在相同方向上的扩散能力受限，扩散程度降低[24]，说明本组MCI患者的眶额回区域已出现微结构的损害。Mascalchi等[25]研究显示，MoCA评分与胼胝体区域的FA值呈正相关，与MD、DR、DA呈负相关，未发现与MMSE评分有显著相关性。而本次实验中未发现MoCA评分与FA值之间具有相关性。可能由于本次实验样本量较小，实验结果易受偏倚的影响。

本组MCI患者嗅觉功能下降，且与神经心理学量表结果呈正相关；MCI患者嗅觉相关脑区存在脑白质损害，记忆认知相关脑区脑白质损害不明显，二者变化不一致提示嗅觉功能相关脑区白质受损可能早于认知功能相关脑区白质受损。结合认知量表、嗅觉功能评估及影像学检查，有望早期识别MCI患者，并且较全面评估患者病情，从而及时开展针对性干预，为AD的治疗提供最佳的时间窗。