联合不同区域脑容积比降低与早期阿尔茨海默病的相关性.pdf
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1、689第 9 期第 53 卷2022-11-01浙江省医药卫生科技计划项目(2020KY637);温州市基础性科研项目(Y2020062,Y20210166)。王贞,主任医师,Email:。收稿日期:基金项目:作者简介:联合不同区域脑容积比降低与早期阿尔茨海默病的相关性王贞1,汪彦1,2,张梦丽1,2,祝寒宇1,2,潘志铭1,2,黄桂乾1,闻彩云3,熊丽4,石林41.温州医科大学附属第一医院神经内科浙江省阿尔茨海默病重点实验室,浙江温州325015;2.温州医科大学第一临床医学院(信息与工程学院),浙江温州325035;3.温州医科大学附属第一医院 放射科,浙江温州325015;4.香港中文大
2、学影像及介入放射学系,香港999077摘 要 目的:基于3D磁共振成像(MRI)的脑容积自动分析软件AccuBrain探讨早期阿尔茨海默病(AD)患者各脑区结构容积比的差异特征。方法:收集2018年1月至2020年12月温州医科大学附属第一医院神经内科收治的早期AD患者(早期AD组)29例,健康者(对照组)20例。采用简易精神状态检查(MMSE)、通过改良巴氏指数评定的日常生活能力量表(ADL-MBI)、临床痴呆量表(CDR)对受检者进行神经心理学评估。使用全新的自动分割软件AccuBrain精确计算脑内各区域的容积比。将2组受检者的不同脑区容积比进行比较分析,选择差异性脑区及感兴趣脑区进行二
3、元Logistic回归分析及ROC曲线联合诊断分析。结果:早期AD组与对照组比,双侧海马区、杏仁核、侧脑室下角等脑容积差异均有统计学意义(P0.05)。通过调整混杂因素后发现右侧海马体、右侧枕叶萎缩、右侧扣带回、左侧侧脑室下角、左侧岛叶萎缩脑容积形成的诊断体系可以用于早期AD的诊断(AUC=0.919)。同时筛选出差异有统计学意义的感兴趣脑区进行ROC曲线联合诊断分析,选择感兴趣区15,经Logistic回归分析建立模型15,其AUC分别为0.867、0.860、0.843、0.876、0.893。结论:早期AD患者出现多脑区萎缩;认知功能下降与内侧颞叶的萎缩、前额叶、枕叶及岛叶、扣带回等部位
4、的灰质容积相关,右侧海马在联合诊断中具有重要作用;通过AccuBrain技术可辅助早期AD的临床诊断。关键词 阿尔兹海默病;磁共振成像;脑容积;AccuBrain分析软件中图分类号R74 DOI:10.3969/j.issn.2095-9400.2023.09.001The reduction of brain volume ratio in different regions is associated with early Alzheimers disease WANG Zhen1,WANG Yan1,2,ZHANG Mengli1,2,ZHU Hanyu1,2,PAN Zhiming1,
5、2,HUANG Guiqian1,WEN Caiyun3,XIONG Li4,SHI Lin4.1.DepartmentofNeurology,theFirstAffiliatedHospitalofWenzhouMedicalUniversity,ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofAlzheimersDisease,Wenzhou325015,China;2.TheFirstSchoolofMedicine,SchoolofInformationandEngineering,WenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325035,Chin
6、a;3.DepartmentofRadiology,theFirstAffiliatedHospitalofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325015,China;4.DepartmentofImagingandInterventionalRadiology,ChineseUniversityofHongKong,HongKong999077,China Abstract:Objective:AccuBrain,an automatic brain volume analysis software based on 3D magnetic resonance
7、imaging(MRI),was used to explore the differences in the volume ratios of each brain region in patients with early Alzheimers disease(AD).Methods:Twenty-nine patients with early AD and 20 healthy controls from the First Affiliated Hospital of Wenzhou Medical University during January 2018 to December
8、 2020 were enrolled.Mini-mental state examination(MMSE),activity of daily living scale(ADL-MBI)and clinical dementia rating(CDR)were used for neuropsychological assessment.The new automatic segmentation software AccuBrain was used to accurately calculate the volume ratio of each region in the brain.
9、The volume ratios of different brain regions of the two groups were analyzed by t test,rank sum test and collinearity analysis.The different brain regions and regions of interest were selected for binary Logistic regression and receiver operating characteristic(ROC)curve joint diagnostic analysis.Re
10、sults:Compared with the control group,the early AD patients had significant brain volume differences in bilateral hippocampus,amygdala,and inferior horn of lateral 本文引用:王贞,汪彦,张梦丽,等.联合不同区域脑容积比降低与早期阿尔茨海默病的相关性J.温州 医科大学学报,2023,53(9):689-697.论 著Vol.53 No.9Sep.2023第53卷第9期2023年9月温 州 医 科 大 学 学 报Journal of W
11、enzhou Medical University690第 53 卷温 州 医 科 大 学 学 报第 9 期ventricle.After adjusting the confounding factors,it was found that the brain volume of right hippocampus,right occipital lobe atrophy,right cingulate gyrus,left inferior horn of lateral ventricle,and left insular lobe atrophy could be used for t
12、he diagnosis of early AD(AUC=0.919).Meamwhile,regions of interest(ROI)1-5 were selected,and Logistic regression was used to establish models 1-5 to obtain predictive values and draw ROC curves.The AUC was 0.867,0.860,0.843,0.876,0.893,respectively.Conclusion:Multiple brain regions atrophy occurs in
13、early AD patients.Cognitive decline is associated with atrophy of the medial temporal lobe and gray matter volume in the prefrontal lobe,occipital lobe,insular lobe,and cingulate gyrus.The right hippocampus plays an important role in the combined diagnosis.AccuBrain technology can assist in the earl
14、y clinical diagnosis of AD.Key words:Alzheimers disease;magnetic resonance imaging;brain volume;AccuBrain analysis software阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)是老年期最常见的中枢神经系统的退行性疾病之一,是老年人致残和致死主要原因之一1。我国AD患者的年社会经济成本为1.914万美元/年,社会负担极大2。MRI是目前主要的神经成像方法,可用于辅助诊断AD3。有研究表明,全脑4、海马体5-6、额叶7、顶叶7、内侧颞叶8、内嗅皮层6,9、杏仁核10的体积缩
15、小与AD的发生相关。在疾病的早期,已经出现海马区和内嗅区皮质体积减小。因此3DMRI图中分割关键脑组织技术对于早期诊断以及监测疾病进展具有重要意义11。国际上对海马体积的手动分割已做出标准化规定,但由于解剖标志物和测量方法的差异,手工测量结果误差较大。因此需要一种能自动分割并精确计算的软件来减少误差12,减少分段测量海马平均容积的误差13。AccuBrain是一种全新的自动体积分析软件,由香港中文大学影像及介入放射学系独立研发,该软件根据欧洲阿尔茨海默病联盟-阿尔茨海默病神经影像学倡议(EADC-ADNI)标准和3DMRI14自动进行海马区的精确分割。AccuBrain可计算急性缺血性脑梗死病
16、灶15和白质病变容积16,在一定程度上可以帮助确定脑卒中后白质病变17和小血管疾病18对认知功能的影响。本研究拟利用该技术验证AD与不同脑区容积的相关性,以辅助诊断早期AD。1 对象和方法1.1 对象 纳入2018年1月至2020年12月温州医科大学附属第一医院神经内科记忆门诊早期AD患者(早期AD组)29例,同期纳入年龄、性别和教育程度匹配的体检中心的健康对照者(对照组)20例。AD的诊断标准参照NINCDS-ADRDA的标准定义。排除标准:既往诊断为痴呆的其他原因,如血管性痴呆(vasculardementia,VD)、中枢神经系统感染(如艾滋病毒/艾滋病、梅毒等)、亨廷顿病和帕金森病引起
17、的痴呆、路易体痴呆(dementiawithLewybodies,DLB)或创伤性脑痴呆;长期饮酒或滥用精神活性物质或曾有一氧化碳中毒史;证实为颅内占位性病变;神经系统疾病(包括帕金森病、卒中、格林-巴利综合征、多发性硬化);精神疾病包括精神分裂症、精神错乱、双相情感障碍或严重抑郁症。分别对入选受检者进行简易智力状态检查(mini-mentalstateexamination,MMSE)、临床痴呆量表(clinicaldementiarating,CDR)和通过改良巴氏指数评定的日常生活能力(activityofdailyliving-modifiedBarthelindex,ADL-MBI)
18、等量表评定。对照组来自健康体检者。本研究经温州医科大学附属第一医院医学伦理委员会批准(审批号:KY2021-153),所有患者均签署知情同意书。1.2 方法1.2.1 一般资料采集:采集所有受检者年龄、性别、教育程度、职业、既往史、个人史、用药史等一般资料。1.2.2 神经心理学评估:使用MMSE、ADL-MBI、CDR对所有受检者进行评估。1.2.3 磁共振影像数据参数:采用MRI扫描颅脑,所有MRI图像均由配备3D系统(AchievaTX3.0T,荷兰飞利浦公司)的MRI机器进行,包括八通道磁头线圈。常规轴位T1、T2加权像和轴位T2液体衰减反转恢复(fluid-attenuatedinv
19、ersion-recovery,FLAIR)图像,从而排除不合格的单侧或双侧海马区信号增强的患者。翻转角度=90,切片数=60,切片厚度=2mm,切片间隙=0mm,NSA=1,FOV=230mm183mm,ACQ矩阵尺寸=256160。1.2.4 图 像 分 割 分 析:所 有 图 像 均 使 用AccuBrain15-19软件(深圳BrainNow医疗技术有限公司)进行处理,这是一种基于云端的自动化脑691第 9 期第 53 卷容积测量工具,以全自动模式进行脑结构和脑组织的分割量化,不同版本AccuBrain在海马分割准确性和AD诊断准确性均相似20,见图1。1.3 统计学处理方法 采用SP
20、SS25.0软件对数据进行统计分析。正态分布计量资料用 s表示,2组间比较用独立样本t检验;非正态分布的计量资料采用M(P25,P75)表示,2组间比较采用MannWhitneyU检验。计数资料以例(%)表示,2组间比较采用2检验。通过相关性分析和共线性分析筛查出有诊断意义且不存在共线性的变量,条件指标大于15的变量可怀疑在该维度存在共线问题;同时结合方差比例数值,其中大于0.9则怀疑该变量存在共线性。进行多次排列组合来筛选不同脑区,最后联合多个脑区计算AUC值,筛选最佳模型。P0.05为差异有统计学意义。2 结果2.1 2组受检者临床资料比较 本研究共纳入49例受检者,其中早期AD组29例,
21、男12例、女17例。对照组20例,男10例、女10例。2组性别、年龄、文化程度等差异均无统计学意义(P0.05)。2组间MMSE评分差异有统计学意义(P0.001),特别是定向力、注意力和计算力、语言回忆、阅读能力、三步命令等认知域,早期AD组得分显著低于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。2组受检者中CDR评分及ADL-MBI评分差异有统计学意义(P0.001)。见表1。2.2 2组受检者不同区域脑容积比较 2组受检者脑实质中,双侧海马区、左侧丘脑、杏仁核、核壳、颞叶、扣带回、左侧岛叶比较差异有统计学意义(PA:冠状面;B:水平面;C:矢状面。绿色区域为中脑,粉色区域为脑桥,棕色区域为海
22、马,紫色区域为灰质,白色区域为白质,蓝色区域为小脑,黄色区域为延髓,绿色区为表丘脑,灰色区域为胼胝体图1 应用AccuBrain处理后的大脑MRI图像分割分析图ABC表1 2组受检者临床特征比较特征对照组(n=20)早期AD组(n=29)t/2/ZP年龄(岁)60.808.5064.487.771.5690.123女性例(%)10(50.00)17(58.60)0.0920.761受教育时间(年)5.402.286.312.891.8100.077MMSE(分)27.0(26.0,28.0)17.0(13.5,22.5)-5.7850.001 定向力(分)9.0(8.0,9.0)4.0(2.0
23、,6.5)-4.9900.001 语言即刻记忆(分)3(3,3)3(3,3)-1.9330.053 注意力和计算力(分)5(5,5)4.0(1.5,5.0)-2.7710.006 语言回忆(分)3(2,3)1(0,2)-3.7450.001 命名能力(分)2(2,2)2(2,2)-0.7430.458 复述能力(分)1(1,1)1(0,1)-1.8930.058 阅读能力(分)1(1,1)1(0,1)-2.9710.003 三步命令(分)3(3,3)2(1,3)-3.5080.001 书写能力(分)1(1,1)1(1,1)-1.0630.288 结构模仿(分)1(1,1)0(0,1)-1.92
24、80.054CDR(分)00.750.2528.8880.001ADL-MBI(分)100(100,100)72.0(67.5,73.5)-6.0880.001王贞,等:联合不同区域脑容积比降低与早期阿尔茨海默病的相关性692第 53 卷温 州 医 科 大 学 学 报第 9 期0.05);2组受检者中部分相对萎缩的脑容积也存在差异,如右侧额叶、枕叶、右侧颞叶、右侧顶叶、双侧扣带回、左侧岛叶、灰质萎缩的脑容积差异有统计学意义(P0.05)。在脑室系统,早期AD组的脑室容量明显大于对照组,差异有统计学意义(均P0.05)。与对照组比,早期AD组的侧脑室、第三脑室和侧脑室下角均增大,差异有统计学意义
25、(P0.05)。见表2。MRI影像特征早期AD组(n=29)对照组(n=20)t/ZP脑实质78.152.0080.512.25-3.8020.001海马体0.41(0.35,0.44)0.45(0.43,0.47)-3.1640.002左侧海马体0.20(0.17,0.22)0.22(0.21,0.23)-2.7670.006右侧海马体0.200.030.230.01-4.1510.001杏仁核0.220.030.250.02-3.3120.002左侧杏仁核0.110.020.120.01-2.9220.005右侧杏仁核0.120.020.130.01-3.4920.001脑室系统9.71(
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