作者：韩英妹，李一杰，张衡，吕静，张仪，乔英博，林楠，徐慧勇，黑龙江中医药大学研究生院；王丰，黑龙江中医药大学附属第一医院CT磁共振科
其常规影像学检查技术异常表现和典型病理特征包括脑白质疏松、大脑皮质不同程度萎缩、脑区功能连接下降或增强、脑网络拓扑结构异常、病变脑区
DTI和NODDI技术被广泛应用于白质微观结构研究，界定AD相关认知障碍不同阶段。前者是目前非侵入性有效观察和追踪脑白质纤维束唯一可行方法，但存在一些局限性。后者可提供更精确的白质微观结构评估，在AD相关认知障碍诊断中优于DTI。
1. 白质微观结构
白质是由被髓鞘包围的神经元突起，即神经纤维组成网络系统，起着传导信息作用。白质根据部位分浅表白质和深白质，当前白质研究局限于特定脑区白质异常，对浅表白质研究相对较少，如基于支持向量机（SVM）评估MCI、AD浅表白质特性，其鉴别准确率为83.3%；另有研究认为评估浅表白质微观结构变化可辅助诊断AD相关认知障碍。
AD相关认知障碍主要脑白质纤维束有胼胝体、双侧扣带回、海马、穹窿、下纵束联系、矢状层等。目前许多白质束DTI研究基于白质退化假说，该假说认为疾病早期，优先退化的白质束便是在发育过程髓鞘形成较晚的白质束。研究发现大脑白质微观结构不完整是患者身体认知能力下降的基础，白质特性是AD临床诊断中相对稳定的生物标志物，白质变性可预测AD早期迹象并成为AD独立预测因子。
白质网络是由白质纤维束连接而成的结构网络，其中纤维束负责连接不同脑区信号并协调传递神经信号，形成具有稳定性和韧性的网络，以便及时做出反应。白质网络特征拓扑属性分全局和节点拓扑属性，分析方法主要有基于图论测量和基于持续同源分析方法。在首次基于持续同源方法和图论测量MCI和AD的白质网络时，发现前者具有更强的统计能力和鲁棒性。
2. DTI
DTI依据白质特有的弥散特性（各向异性）实现定量检测大脑中神经纤维束扩散特征并揭示白质纤维束走行和完整性，勾画脑白质主要纤维结构图，量化白质通路微结构特性，用图论度量分析患者脑白质纤维束的微小变化。
2.1 DTI测量指标
其常用测量指标有各向异性分数（fractional anisotropy,FA）、平均弥散率（mean diffusivity,MD）、轴向扩散率（axial diffusivity,DA）和径向扩散系数（radial diffusivity,DR）。其中FA降低和MD升高被认为脑白质区完整性丧失，DA是最具有预测性的扩散指标，而MD在白质网络分析研究中优于FA指标，且MD中位数是一种有用的临床风险预测指标，预测痴呆转化率。
2.2 DTI技术对AD相关认知障碍白质微结构研究
2.2.1 不同阶段白质变化
SCD阶段内侧颞区白质微结构和脑网络整合功能便已发生改变，研究发现内侧颞区白质DTI参数FA和MD值表现异常，网络节点属性以及皮质-皮质下回路中多个白质纤维束异常，且白质变性与β淀粉样蛋白沉积具有显著相关性。早在2012年便提议将上纵束FA指标用作临床认知功能标志物。但早期研究认为MD、FA与β淀粉样蛋白沉积稀疏程度之间没有显著关联，与NFT密切关联，这一观点随着研究逐渐被淘汰。
MCI阶段患者边缘系统白质退化以及白质网络连通性和拓朴属性改变，网络集成度降低和网络隔离增加，如默认模式网络连接低下，在AD阶段表现更为明显，其在体素、纤维和网络三层次均存在微观结构损伤、结构断开和拓扑异常现象。MCI、AD阶段海马体积萎缩，同时海马与全脑区的纤维连通性减少，同时在纤维追踪海马-颞纤维研究时发现其与认知评分显著相关。
SCD、MCI、AD三阶段由最初的内侧颞区（内嗅区尤甚）到全脑白质区域变性，白质网络从最初网络节点属性变性到全脑网络集成度降低（失整合）、网络隔离增加，全局网络拓扑结构改变以及节点间纤维连通性异常，均代表着病情在不断加重。在未进入SCD阶段前检测并预测出白质变化，通过一系列预防措施如戒烟、保持充足睡眠、维持正常血压、血糖控制等逆转白质改变。而MCI预测模型的研究为MCI-AD早期检测和新型成像生物标志物的发现提供潜力。
2.2.2 记忆、语言以及执行能力受损表现的白质研究
AD相关认知障碍最突出早期临床特征便是
AD相关认知障碍患者语言处理障碍表现为失语、语言缺陷、叙事障碍等。语言处理相关白质束有弓形束（AF）、上纵束（SLF）、下纵束（ILF）、下额枕束（IFOF）、单弦束（UF）、胼胝体和皮质脊髓束等，大多由左半球主导。语言理解与左IFOF和左ILF白质完整性有关，语言产生与左AF白质有关。失语患者左半球白质束FA降低，左右半球白质束MD、DR、DA显著升高。叙事障碍与语言处理腹侧通路和双侧额颞叶和顶叶区域的扣带下段白质完整性异常有关。由此可知，语言处理障碍与白质纤维异常密切相关。
财务能力是一种较为复杂的认知日常活动，随着年龄增长或因疾病该能力会退化。故在控制年龄、教育和性别变量的前提下，研究白质DTI指标与MCI、AD患者财务能力下降是否有关，发现MCI阶段顶叶、额叶和颞枕区FA降低，MD不增加；而AD患者前扣带回、胼胝体和额叶区域MD和MR值增加。该试验说明白质降解程度可预测财务能力下降。
2.2.3 基于弥散张量成像的其他模型研究
自由水扩散张量成像（free-water DTI,FW-DTI）模型，弥补标准DTI易受细胞外游离水影响这一缺点的同时，准确反映AD潜在病理学，而在AD患者胼胝体和穹窿区升高的FW指数域具有更高诊断性。基于DTI模型的高角解析扩散影像（high angular resolution diffusion imaging,HARDI）通过采集三维扩散方向分布信息，提高扩散成像的角分辨率，解决部分体积效应和神经交会问题，具有较高精确度及准确性。
基于HARDI数据模型拟合成像的约束球形反卷积（constrained spherical deconvolution,CSD）在减少高频噪声的同时，计算纤维取向分布函数，解除DTI定向纤维局限性，提高识别复杂纤维束能力。
HARDI模型比DTI更具有优势、更敏感。这是2016年在比较DTI和HARDI模型构建AD患者白质结构网络拓扑属性试验得出的结论。基于HARDI技术构建AD结构连接网络，应用多种解剖剖分模板，互补性检测AD拓扑特性诊断信息。用CSD描记并分割早期AD患者穹窿和上纵束微结构，发现穹窿白质变性对视觉记忆影响更大。
总之，HARDI和CSD研究脑部神经纤维束的分布、定向和连接，为神经科学和临床医学研究提供更全面、精细和准确的信息，但目前HARDI、CSD模型研究并不多，可能受限于模型计算需求高，噪声敏感，难以捕捉所有细微神经纤维连接，需要高质量扩散
3. NODDI
NODDI技术利用生物物理模型提取信号方法，在受阻与受限复合扩散模型的基础上加入脑脊液隔室，建立三室扩散模型为基础的新型磁共振扩散成像技术。其可量化神经树突和轴突微结构复杂性，获取神经纤维形态学信息，对评估脑组织微结构更具有特异性和敏感性。
3.1 NODDI技术参数
其参数有神经突密度指数（neurite density index,NDI）、神经突方向离散度指数（orientation dispersion index,ODI）和各向同性组分的自由水分数（isotropic volume,Viso）。NDI通过垂直于神经突限制扩散表示神经突密度，于白质中表现出更高值；ODI意味神经突分散角度变化，在GM区域更高，反映高度分散的神经突和复杂细胞结构，而相对致密的白质区则表现为低ODI值；Viso代表自由水，特指脑脊液。其中NDI和ODI应用价值高，与MMSE、MoCA评分正相关，而Viso与MMSE、MoCA评分负相关。
3.2 NODDI技术对AD相关认知障碍白质微结构研究
NODDI是新兴扩散技术，其研究相对不完善，但能更准确表征脑组织潜在微结构，反映患者的认知状态，海马、胼胝体等白质区域NODDI指标将作为预测认知状态和潜在诊断敏感影像指标。如MCI和AD患者白质区域ODI值和NDI值均降低，Viso值升高，双侧海马Viso值作为评估认知损害的解剖学标志物。
白质（如海马、胼胝体、扣带回等）会随着年龄而逐渐退化，NDI值受衰老影响较大，同时在预测执行功能中更有价值。通过对多种弥散张量成像技术或模型横向和纵向研究，表明先进扩散模型NODDI技术提供与年龄相关的脑白质微结构变化的敏感测量。健康衰老人群的海马区会随年龄增长，情景记忆出现衰退现象。而NODDI比DTI技术能更好捕获与年龄相关的海马白质完整性。研究还发现穹窿老化有可能进展为AD潜在危险因素，进而导致认知功能下降。NODDI指标与健康老人的认知表现，如工作记忆性能相关性更高。
目前，NODDI技术已被应用于AD和MCI研究中，但目前文献显示SCD相关研究极少，故需在SCD阶段投入更多研究，深入了解SCD病理生理机制，探索预测、诊断和治疗的新策略。
来源：韩英妹,李一杰,张衡,等.AD相关认知障碍脑白质微结构的DTI和NODDI研究进展[J].医学影像学杂志,2024,34(08):134-137.
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