AD患者磁共振影像研究方法PPT课件

1、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。第1页/共118页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第2页/共118页AD患者磁共振影像学研究历史 MR、PET、SPECT 80年代末脑结构的研究 90年代末脑功能的研

2、究第3页/共118页磁共振成像-原理 核磁共振 T1时间纵向驰豫时间 T2时间横向驰豫时间第4页/共118页磁共振成像-原理 磁体 射频线圈发射与接受 梯度线圈 计算机l信号强度 成像体积内共振的氢原子l（质子）密度 纵向驰豫时间T1 横向驰豫时间T2l序列设计 突出组织的T1、T2或PD第5页/共118页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 脑功能研究第6页/共118页合并脑器质性疾病会加重精神症状抑郁妄想加重2周第7页/共118页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。第8页/共118页AD患者MR

3、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 Tensor Imaging ）弥散 张量成像 BOLD成像 波谱分析MRS第9页/共118页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 半自动分析第10页/共118页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 最大面积第11页/共118页AD患者脑结构研究 颅脑容积 正常人随年龄增

4、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。第12页/共118页不同年龄正常人脑MRI第13页/共118页不同年龄正常人脑MRI第14页/共118页AD患者MRI第15页/共118页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。第16页/共118页AD患者脑结构研究皮层下核

5、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。第17页/共118页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 侧脑室颞角第18页/共118页AD患者磁共振成像第19页/共118页AD患者脑结构研究内颞叶结构解剖第20页/共118页AD患者脑结构研究内颞叶结构解剖第21页/共118页第22页/共118页第23页/共118页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

6、第24页/共118页第25页/共118页AD患者脑结构研究海马结构第26页/共118页AD患者脑结构研究海马结构 磁共振海马结构成像定位 斜冠状位第27页/共118页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) TR/TE(450/7.7) 3mm fl2d3T TR/TE(200/2.5) Flip angle(70) 3mm T13DT1MPR tfl3d TR/TE(1900/2.26) 1mm第28页/共118页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第29页/共118页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

7、更 好的可重复性。 工作量大 误差 专人 统计MCI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。第41页/共118页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第42页/共118页AD患者脑结构研究海马旁回 磁共振海马旁回成像 定位 扫描参数第43页/共118页第44页/共118页第45页/共118页测量方法海马旁回第46页/共118页AD患者脑结构研究海马旁回第47页/共118页AD患者

8、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评分相关第48页/共118页AD患者脑结构研究-杏仁核 磁共振杏仁核成像 定位 扫描参数第49页/共118页第50页/共118页第51页/共118页AD患者脑结构研究杏仁核第52页/共118页AD患者脑结构研究海马杏仁核复合体第53页/共118页AD患者脑结构研究杏仁核第54页/共118页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。

9、杏仁核体积的改变与记忆量表评分密切相关。第55页/共118页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。第56页/共118页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。第57页/共118页AD患者脑结构研究脑沟脑室系统 AD患者脑沟脑

10、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、后颅凹第58页/共118页AD患者脑结构研究侧脑室颞角 局部脑室变化具有更高的敏感性和特异性 侧脑室颞角第59页/共118页AD患者脑结构研究侧脑室颞角 磁共振侧脑室颞角成像第60页/共118页AD患者脑结构研究侧脑室颞角第61页/共118页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第62页/共118页AD患者脑结构研究胼胝体 胼胝体解剖第63页/共118页AD患者脑结构研究胼胝体

11、胼胝体影像学表现第64页/共118页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层厚第65页/共118页测量方法胼胝体横截面积第66页/共118页测量方法胼胝体各部径线第67页/共118页AD患者脑结构研究胼胝体第68页/共118页AD患者脑结构研究胼胝体 位于中线 连接左右大脑半球新皮质 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第69页/共118页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第70页/共118页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。 Pante

12、l：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第71页/共118页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 胼胝体压部的萎缩与痴呆的进展速度密切 相关第72页/共118页AD患者脑结构研究脑白质区异常信号第73页/共118页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-T

13、irm-dark- fluid TR/TE: 8000/94 Inversion Time: 2500第74页/共118页第75页/共118页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。第76页/共118页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第77页/共118页AD患者脑功能研究弥散成像 基本原理 布朗运动(Brownian 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

14、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第78页/共118页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值第79页/共118页MR弥散加权成像（DWI） 成像基础 扩散

15、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值呈反相关系第80页/共118页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-

16、ADC，可用ADC图表第81页/共118页Anisotropy of Diffusion第82页/共118页AD患者脑功能研究弥散成像 研究方法ADC值 ADC图第83页/共118页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第84页/共118页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

17、的MR信号强度变化（缩短T2或T2*）第85页/共118页MR灌注加权成像（PWI）测量指标 相对脑组织血容量(rCBV)：兴趣区内脑血容量。 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。第86页/共118页PWI第87页/共118页Neuro PerfusionImaging (a). MTT (b). TTP (c). rCBV (d). rCBF 红色：高 蓝色：低第88页/共118页AD患者脑功能研究灌注

18、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第89页/共118页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DWI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)第90页/共118页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。 D

19、TI的临床应用 白质束成像、急性及亚急性脑缺血、脑外伤、精神疾病第91页/共118页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第92页/共118页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

20、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。 平均弥散系数第93页/共118页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量化 每个体素弥散方向 反映白质纤维的完整性第94页/共118页FA图第95页/共118页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。第96页

21、/共118页第97页/共118页第98页/共118页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第99页/共118页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 变性有关第100页/共118页AD患者脑功能研究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

22、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值下降第101页/共118页血氧水平相关(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。第102页/共118页血氧水平相关(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

23、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。第103页/共118页第104页/共118页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）第105页/共118页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。第106页/共118页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第107页/共118页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