作者：刘苗苗，徐东昊，李祥林，滨州医学院医学影像学院；刘泉源，任庆发，滨州医学院附属医院放射科
目前，药物治疗是PD最常见的治疗方法，但其疗效可能在几年内逐渐减弱，并导致更严重的运动障碍或异常不自主运动。
DBS基于靶向脑回路调节的原理，当前已成功应用于PD、
多模态MRI技术可以利用不同成像方式无创地提供患者大脑结构、功能、代谢等有价值的信息，能够精确地分析患者治疗前后的大脑变化，为临床评估疾病进展、治疗效果等提供有效工具。本文将对多模态磁共振成像技术在DBS治疗PD疗效中的研究进展进行综述，旨在协助临床选择高效、安全的治疗方法，正确评估治疗效果。
1. 基于结构的MRI技术
1.1 结构MRI
PD的进行性神经退变过程引起的病理生理变化，会诱发皮层和皮层下结构的功能障碍和萎缩，据调查，PD患者年脑萎缩率约为0.54%。3D-T1WI可以从三维角度提供脑组织的微观解剖信息，在此基础上，基于体素的形态学测量（voxel based morphometry,VBM）可以深度挖掘这些解剖信息，定量地提供大脑皮质厚度、核团及灰质体积的细微改变，为疾病进展及临床治疗提供指导。
基于表面的形态学测量（surface-based morphometry,SBM）是VBM的扩展，它可以量化表面积、体积等形态学改变，提供更全面的脑结构信息。目前有基于VBM的研究表明，PD患者大脑的基底节出现进行性萎缩及皮质厚度广泛减少。因此，通过此定量指标来探究DBS治疗前后大脑结构是否改变，对评估临床治疗效果具有重要意义。
为研究接受DBS的PD患者基底节的潜在体积变化，KERN等对单侧植入前后整个大脑和皮质下结构进行了体积分析，发现植入单侧DBS后，植入半球同侧的尾状核、壳核、丘脑及白质体积出现不同程度减少；而未手术的大脑半球则没有变化，且刺激持续时间与半球、区域体积或亚结构变化没有相关性。
这可能是由于PD的DBS手术针对的是运动区域，因此与该区域相连的结构受潜在体积变化的影响最大。然而，在一项植入DBS时间更长的研究中显示，植入对侧壳核的体积显著增加，尾状核也有增加的趋势，说明治疗有效。但由于植入侧DBS伪影的影响，此研究没有分析同侧的体积变化。目前对于治疗前后体积变化的研究相对较少，大量研究聚焦在治疗前大脑体积变化与术后运动改善的相关性中，这也可以更好地指导治疗，发挥DBS的最大疗效。
MUTHURAMAN等对接受DBS手术的PD患者进行了探索性的皮质厚度测量，且将其作为评估灰质完整性和形态的参数。研究发现，中央旁区的萎缩与术后不良的运动预后有关，且在低刺激电压下，双侧半球额叶皮质厚度与治疗后临床改善显著正相关，与皮质形态完整的患者相比，这些区域萎缩的患者需要更高的刺激电压，证实了DBS在PD的治疗作用取决于皮质微结构模式。
这些研究表明，结构MRI（structural MRI,s MRI）不仅可以观察DBS植入后的大脑结构变化，还可以根据患者手术前的大脑结构情况预测患者预后，有助于在手术前预测植入后可能发生的治疗效果。
然而，DBS治疗后的精神并发症很常见，据统计，高达22%的PD患者在DBS术中或术后的三个月内出现精神并发症，同样，VBM评估皮质厚度及皮质下体积在避免术后并发症方面也有一定作用。RADZIUNAS等观察到，存在精神并发症的患者与正常术后患者在右半球13个脑回和左半球7个脑回的皮质厚度存在显著差异，此外，白质体积和表面积减少的部位可能是精神并发症风险最重要的区域。
RADZIUNAS等的研究表明，在DBS植入过程中，丘脑下核机械损伤会导致边缘电路损伤，从而导致皮层厚度和白质体积减小的患者出现神经精神疾病，但此研究样本量较少，应进一步研究潜在的关联，从而避免精神并发症的出现。
综上所述，大脑结构的改变是PD复杂病理生理学中的重要部分，s MRI是了解DBS对大脑结构的影响及其与并发症之间关系的有用工具，未来应进行多中心、大样本的数据分析，为临床治疗提供有意义的指导。
1.2 扩散张量成像
扩散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）是一种基于人体组织中水分子的扩散程度存在差异性原理，来客观无创地反映大脑白质纤维束功能的MRI技术。DTI在PD发病的早期阶段就可以观察到大脑白质纤维束的异常。因此，使用DTI识别与DBS有关的特定白质束，对其最佳电极植入位置与刺激参数选择具有重要指导意义。
YANG等使用DTI评估了DBS对黑质纹状体通路（nigrostriatal pathway,NSP）的影响以及其与治疗效果之间的关系，发现DBS后左侧NSP的连接概率明显低于右侧，受试者的运动症状也明显低于右侧，且NSP与刺激部位的距离越近，效果越好。
随后，ARÉVALO SÁENZ等比较了接受DBS与未接受DBS手术的PD患者大脑的分数各向异性（fractional anisotropy,FA），发现接受手术治疗的患者在大脑白质的广泛区域表现出明显更高的FA，大脑的运动和非运动区域FA明显高于未接受干预的患者。这些研究证明了DBS具有良好的治疗效果，但尚未对其不良反应进行深入研究。
DTI还可以指导电极放置位置，降低DBS治疗时副作用的发生率。
DTI作为一种有前景的成像技术，不仅可以为临床提供最佳靶点位置，还能够精准地评价DBS的治疗效果及不良反应，但其存在一定局限性，数据分析需专业的技术，限制了临床应用，未来应开发更为简便的数据处理技术。
2. 基于功能的MRI技术
2.1 血氧水平依赖功能MRI
血氧水平依赖功能MRI（blood oxygenation level dependent-functional MRI,BOLD-f MRI）是基于血氧饱和度变化，通过研究与神经元活动相关的血流改变，探测大脑在不同条件下神经元活动的成像技术。功能连接（functional connectivity,FC）可识别病理状态下大脑网络的改变。据研究，PD患者的大脑运动网络出现明显改变，小脑、基底节等区域都会出现功能连接障碍。使用功能磁共振评估DBS治疗后大脑的改变有助于我们对PD脑网络变化及发病脑回路机制进一步了解，更好地治疗PD。
为研究DBS在改善PD中的作用机制，HANSSEN等对患者进行两次静息态功能MRI扫描，比较刺激开启和刺激关闭条件下的神经网络动力学，研究结果显示，在刺激开启后，右侧小脑到右侧壳核的耦合性更强。随后，HORN等系统综述了这一新兴领域的研究成果，发现DBS减弱了纹状体与小脑、苍白球和STN这一病理特异性耦合，增强了运动丘脑与运动皮层的耦合。
GPi是另一个常用的治疗靶点，但目前其诱导的刺激部位的功能连接改变尚不清楚。LI等探究了GPi-DBS诱导的功能连接改变及与运动功能改善之间的关系，其运动网络分析表明，GPI-DBS患者大部分皮层和皮层下区域之间连接性降低，而运动丘脑和运动皮层之间连接性增加，且与运动症状改善有关。这表明从刺激部位到皮层运动区功能连接的改变，以及运动相关网络之间的多重连接，与GPI-DBS治疗PD的疗效有关，GPI与STN具有相似的网络调节作用。
而更深一步的研究则是人工智能与
因此，功能MRI不仅有利于我们了解DBS后患者的脑网络及功能连接改变，而且可以客观地评估DBS治疗效果，结合其未来与人工智能融合的大趋势，能够为临床治疗提供极大便利。
2.2 磁敏感加权成像
磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging,SWI）是一种基于体内代谢物、铁等不同物质之间磁敏感差异，增加组织间对比的MRI技术。SWI黑质高信号的消失可较为准确地区分PD与健康对照以及帕金森综合征的患者，并可能为DBS治疗提供重要信息。
在PD病程进展过程中，32%～63%的患者会出现幻觉。MATSUURA等评估了在SWI中丘脑枕的变化是否可以提示认知恶化。研究发现，SWI中丘脑枕低信号与MMSE评分变化存在相关性，表明DBS后的认知功能下降。这可能有助于提供手术后认知功能变化的信息，为认知、运动功能预后提供指导。
丘脑枕低信号可能反映了α-突触核蛋白的扩散，导致
总之，SWI在PD诊断及治疗中都发挥了不可替代的作用，未来有望在高场强的设备中进行更精细的研究，进一步探索铁沉积在PD大脑中的作用机制。
2.3 定量磁化率成像
PD的病理特征之一是大脑中黑质、红核等区域铁的异常沉积。定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping,QSM）是一种新兴的定量MRI技术，是SWI的延伸，可以准确、客观地量化黑质致密部等区域铁沉积而引起的磁化率增加，为疾病的早期诊断、治疗进展等提供有价值的定量依据。
DBS成功的关键取决于刺激电极放置的最佳位置及参数。DIMOV等探究了DBS中用于STN的QSM术前成像，发现QSM准确地描绘了深部灰质核团内的高铁含量，确定了STN边界及与其功能细分相关铁含量的异质性，显示出了T2WI图像中看不到的信号梯度，可精确地用于DBS手术靶向计划。在此基础上，DIMOV等进一步研究了在DBS治疗的PD患者中铁与白质连通性的关系，发现额叶、壳核和脑干的STN连通性与QSM强度呈现强正相关，这可能有助于DBS手术，避免相关副作用。
同样，在SWI的基础上，MATSUURA等又探究了DBS后QSM的变化以及其是否可以预测手术后的视觉幻觉和认知变化，发现在手术后第一年，枕核与壳核的磁化率>0.045 ppm时与视觉幻觉有关，可为治疗后出现视觉幻觉和认知功能减退提供有用信息。QSM适合定位DBS靶点，它灵敏度高，不会产生大量伪影。但这些研究都存在病例数过少的问题，为更准确地定位靶点及预测副作用，需要探究更多的因素，以及更多的病例进行进一步研究。
尽管QSM在SWI的基础上取得了进步，但由于解剖的差异和图像质量的要求，精准靶向在当前仍是一个挑战。未来应结合更高场强的设备，提高对微小结构的可视化，为临床提供有价值的指导。
2.4 磁共振波谱
磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy,MRS）是一种无创研究体内代谢物浓度及其变化的技术，可在活体状态下定量检测如N-乙酰
一项使用MRS评估植入前后脑代谢物浓度变化的研究显示，左侧额叶基底皮层NAA/Cho和NAA/Cr比值显著增加，与运动评分显著改善高度相关，而Cho/Cr比值显著降低。而选择定位在苍白球体素显示，NAA/Cho比值没有显著降低。这可能是因为DBS增加了神经元的代谢，或者可能取代神经元变性后停止的神经元细胞兴奋。
MRS能够精确获取大脑代谢物浓度改变等信息，但目前对于代谢研究尚浅，未来有望在多刺激技术、大样本量中更精确地研究大脑网络相互作用、神经传递和代谢改变。
3. 总结与展望
综上所述，多模态MRI技术已在PD疾病诊断、治疗效果评估等方面取得诸多进展，其可以快速准确地捕捉到大脑结构、功能和代谢等方面的改变，多种技术联合应用提供的信息能够从多个方面反映DBS的有效性和副作用，更全面、综合地了解大脑对DBS治疗的反应机制。
结构MRI能够覆盖全脑，定量分析体积改变，但大脑结构改变通常发生较晚，可能对治疗前期体积变化不敏感；功能MRI灵敏度高，能够准确地早期诊断及第一时间反映治疗效果，可以为理解DBS作用机制提供新线索。尽管成像技术取得了进步，仍存在一些不足之处。首先，研究方法和图像处理方式多样，结论的异质性有待考证。
其次，DBS靶点存在个体化差异，且样本量较少，不能形成统一的标准。因此，精准靶向、精确评估治疗效果在当前依旧是挑战。我们仍需使用更先进的技术进一步探究DBS手术后大脑的改变。例如，扩散频谱成像（diffusion spectrum imaging,DSI）能够结合多种扩散模型获得更加全面的纤维束信息；新兴的谷氨酸化学交换饱和转移成像（glutamate chemical exchange saturation transfer,Glu CEST）作为一种更敏感的定量成像技术，能够在PD早期提供准确的代谢生物标志物。
若这些技术能够与DBS相结合，或许可以为治疗靶点的选择、副作用的规避提供更有意义的指导。多模态MRI技术在疾病早期诊断、疗效评估中的作用逐渐显现，未来有望在不同分期、病程、亚型的患者中开展研究，并且拓展包括经颅磁刺激（transcranial magnetic stimulation,TMS）、迷走神经刺激（vagus nerve stimulation,VNS）及聚焦超声（focused ultrasound,FUS）在内的多种刺激方式，利用神经调控与多模态MRI相结合的模式，发挥两者的最大优势，为患者提供个体化治疗，提高生活质量。
来源：刘苗苗,刘泉源,任庆发等.多模态磁共振成像技术在深部脑刺激治疗帕金森病中的研究进展[J].磁共振成像,2024,15(03):200-205.
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