MR、PET及PET/MR脑成像鉴别阿尔茨海默病与额颞叶痴呆
2025-12-23 来源:中国医学影像技术

作者:卢 洁,首都医科大学宣武医院放射与核医学科

 

痴呆已成为我国第四大死亡原因,其常见类型包括阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)与额颞叶痴呆(frontotemporal dementia,FTD):AD 在其中占50%~70%,临床主要表现为进行性记忆力减退及认知损害,导致语言、视空间定向、执行功能及精神行为改变。

 

根据认知障碍程度可将AD分为0~6期,其中的2、3期分别为主观认知下降(subjective cognitive decline,SCD)及轻度认知障碍(mild cognitive impairment,MCI),为AD前期阶段,亦是早期诊断关注重点。FTD约占痴呆的20%,主要包括行为变异型FTD(behavior variant of FTD,bvFTD)、语义变异型原发性进行性失语(semantic variant primary progressive aphasia,svPPA)及非流利变异型原发性进行性失语(nonfluent variant primary progressive aphasia,nfvPPA)3 种亚型:bvFTD 约占其中的70%。

 

AD与FTD疾病进程与治疗方案不同而临床表现存在重叠,根据病史和神经心理学量表鉴别诊断较困难,误诊率达10%~40%。MRI和PET 均为鉴别AD与FTD的重要手段:前者分辨率高、无辐射,包括结构成像、弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、动脉自旋标记(arterial spin labeling,ASL)及血氧水平依赖(blood oxygen level dependent,BOLD)-功能MRI(functional MRI,fMRI)等:后者可提供分子水平的病理异常信息,包括18F-FDGPET、β 淀粉样蛋白(amyloid-beta,Aβ)PET及tau蛋白PET显像等。

 

利用一体化PET/MRI可同时获取脑结构、功能及分子影像学信息,为鉴别AD 与FTD 提供更多依据。

 

1. MR 结构成像

 

MR结构成像可基于体素形态学测量等方法直接判断脑萎缩部位及其程度。海马及内侧颞叶萎缩可作为早期诊断AD 的重要影像学特征。ZHAO 等对261例AD及231名健康对照者提取海马T1WI影像组学特征并构建支持向量机模型,其诊断AD 准确率为89%。随AD 进展,脑萎缩逐渐累及颞、顶叶直至全脑。FTD患者存在广泛额叶及颞叶萎缩,主要表现为前额叶、眶额叶、岛叶及前颞叶不对称性萎缩。

 

YU等以FTD指数(FTD 与AD 显著萎缩脑区体积之和的比值)鉴别AD 与FTD 的敏感度、特异度及曲线下面积(area under the curve,AUC)分别为96%、70%及0.93。有学者提取AD患者、FTD患者及健康人T1WI脑灰质体积数据并建立深度学习(deep learning,DL)模型,其鉴别AUC达0.89。

 

除灰质萎缩外,AD和FTD均可见T2WI脑白质高信号(white matter hyperintensity,WMH),且分布模式有所不同:在AD 主要位于后脑区,包括楔前叶、内囊后部和枕叶外侧皮质,而在FTD 主要位于前脑区,包括上放射冠、内囊前肢、前颞叶等,且与简易精神状态检查(mini-mental state examination,MMSE)评分呈负相关。因脑结构改变出现时间较晚,MR 结构成像用于鉴别AD与FTD价值有限,需结合其他影像技术前移诊疗关口。

 

2. ASL成像

 

ASL 无需注射对比剂即可获得脑血流绝对值。AD ASL 表现为颞、顶叶及后扣带回脑血流量(cerebral blood flow,CBF)降低,且颞、顶叶CBF与MMSE 评分有关,有助于监测MCI进展。FTDASL表现为额颞叶、前扣带回、岛叶、海马及杏仁核等脑区CBF 降低,且其程度与认知下降程度呈正相关。MAO等以ASL观察66例AD、26例FTD及21名健康人,发现AD 患者新皮层、尤其颞顶枕叶灌注减低而双侧海马和皮层下核团未见低灌注:FTD主要表现为额颞叶不对称性低灌注,以左侧为主:该研究以ASL鉴别AD与FTD的AUC为0.71。

 

另有研究表明,以ASL所示顶下小叶、后扣带回及楔前叶低灌注鉴别AD与FTD的AUC分别为0.85、0.74及0.72。FALLMAR 等以基于ASL 的Z分数图鉴别AD 与FTD 的特异度为84%、阳性预测值为80%。但ASL技术信噪比较差,不同组织交界处灌注率较低,且存在部分容积效应,使其检测深部白质灌注改变的敏感度较低。

 

3. DTI

 

DTI可在体显示脑白质纤维束。ADDTI表现为放射冠、胼胝体、内囊和上纵束等白质区各向异性分数降低,平均扩散率和径向扩散率增加。利用DTI可于FTD患者出现症状前2年检出其胼胝体、钩束和上纵束各向异性分数减低,额叶白质和胼胝体膝部平均扩散率、径向扩散率增加。不同DTI指标的诊断效能不同。全脑平均各向异性分数鉴别AD与bvFTD的效能较高,敏感度和特异度分别为78%和68%:而全脑平均径向扩散率鉴别bvFTD与健康人的效能较高,敏感度和特异度分别为82%和80%。

 

DTI与ASL联合有助于鉴别早发性AD 与FTD。近年DTI-沿血管周围间隙(along perivascular space,ALPS)方法逐渐用于评估AD 及FTD脑类淋巴系统功能:AD 额顶颞叶ALPS指数降低,且与Aβ阳性状态和认知衰退速度加快相关:FTD则表现为大脑前中部ALPS指数降低。

 

4. fMRI

 

BOLD-fMRI可间接反映局部神经元活动状况,评估不同脑区之间的内在功能联系:当前研究多针对默认模式网络(default mode network,DMN)和突显网络(salience network,SN)。AD患者受损脑区主要为情节记忆及视空间功能相关的DMN 脑区,而FTD患者主要为社会情感功能相关的SN 脑区。

 

有学者发现AD临床前期SCD阶段海马与右侧岛叶功能连接既已增加,且与SCD-plus评分呈正相关,提示海马功能连接增加可作为反映认知功能下降的影像学标志。另有研究比较AD 与FTD 患者脑功能网络,发现AD患者DMN 连通性下降、SN 连通性增强,而FTD 与之相反。HAFKEMEIJER 等对20 例AD及12例bvFTD 进行1.8年纵向随访,发现AD患者楔前叶与右额顶网络连通性逐渐降低,bvFTD患者额下回与左额顶网络连通性逐渐降低,提示二者各有其特定的脑网络损伤及进展模式。

 

BOUTS等以BOLD-fMRI联合DTI,将fMRI独立成分间的全相关性与DTI平均弥散系数、各向异性分数相结合,其鉴别AD与bvFTD的AUC达0.81。另有研究基于fMRI进行动态连接波动分析,观察不同脑网络的诊断价值,发现DMN 联合SN 鉴别AD与FTD的效能最高,AUC为0.85。

 

5. PET显像

 

18F-FDGPET显像可评价葡萄糖代谢、反映神经元突触活性。AD早期18F-FDGPET表现为后扣带回和楔前叶标准摄取值比值(standard uptake value ratio,SUVR)减低,逐渐进展至颞顶叶皮层,晚期累及额叶。DING等分析236例AD及360名健康人的18F-FDG PET 资料,其以卷积神经网络构建的DL模型诊断AD的准确率为98%、敏感度为57%、特异度为91%。

 

FTD于18F-FDGPET 表现为额颞叶脑区(包括前额叶、前颞叶、岛叶及前扣带回)广泛低代谢。RUS等采用主成分分析法对111 例bvFTD和77名健康人行18F-FDG 代谢分析,发现bvFTD 相关脑代谢模式(bvFTD-related metabolic brainpattern,bFDRP)为额叶、岛叶、前扣带回、中扣带回、尾状核、丘脑和颞极代谢减低,且其表达值与认知功能有关并随疾病进展而逐渐增高。

 

NAZEM 等以bFDRP表达值鉴别AD 与bvFTD 的敏感度、特异度及AUC分别为91.5%、82.0%及0.922,提示bvFTD具有特定相关代谢协变模式,有助于与AD 相鉴别。ROGEAU 等基于199例AD、192例FTD 及200名健康人的18F-FDGPET数据构建的DL卷积网络有助于鉴别AD与FTD。AD核心生物标志物包括Aβ和tau蛋白。

 

AD所致Aβ沉积主要位于颞叶、额叶、后扣带回/楔前叶和顶叶:而PET检查结果显示FTD患者Aβ多为阴性。KOBYLECKI等对10例轻-中度AD、8例bvFTD和10名健康人行18F-florbetapirAβPET 检查,发现AD患者前后扣带回、额叶、顶叶和枕叶皮层放射性摄取明显增加,而在bvFTD 患者和健康人均未见摄取增高脑区。

 

SHI等对960例AD 及36例FTD 患者行11C-PIBPET或18F-AV45PET,发现833例AD、2例FTD呈阳性,提示AβPET对鉴别诊断具有重要价值。tau蛋白示踪剂结合状态与神经退行性病变tau蛋白成熟度、结构及病理类型相关。ADtauPET显像所示异常聚集符合Braak分期:早期主要位于内嗅皮层(Braak Ⅰ~Ⅱ),之后逐渐扩展至边缘系统(BraakⅢ~Ⅳ)及大脑皮层(Braak Ⅴ~Ⅵ)。2024年,美国国家衰老研究所和阿尔茨海默病协会根据tauPET异常改变范围将AD 分为4期,进一步凸显了tauPET 显像对诊断AD 的重要性。

 

FTD 主要病理机制为基因突变致异常tau蛋白聚集,多累及额叶和颞叶。PALMQVIST 等观察179 例AD及254例非AD神经退行性疾病(含61例FTD),基于tauPET 显像颞叶SUVR 鉴别诊断的准确率为92%、敏感度为97%、特异度为88%。其他针对脑内神经递质、炎症改变及突触密度等的PET示踪剂亦有助于诊断AD及FTD。

 

针对突触囊泡蛋白2APET显像显示MCI及AD海马突触密度减低,而FTD额颞叶广泛突触损失,且损失程度与认知表现呈负相关。退行性疾病发病机制中,小胶质细胞介导的慢性炎症具有重要作用,而反映小胶质细胞激活程度的特异性示踪剂有助于评估AD及FTD。


6. 一体化PET/MRI


一体化PET/MRI将PET 示踪技术与多模态MRI相结合。YAN 等基于一体化PET/MRI发现AD 及MCI 患者海马CA1、CA2/CA3/齿状回(dentate gyrus,DG)及下托亚区灰质体积减少,与大脑皮层其他区域功能连接减低,且与低代谢及认知下降密切相关。CARLSON 等以PET/MRI分析AD及MCItau蛋白沉积及海马连接改变,发现AD 患者内嗅皮层tau蛋白显著升高、海马CA1及下托亚区中度升高而齿状回未见升高:且AD及MCI患者海马旁回各向异性分数均减低,与内嗅皮层tau蛋白积累显著相关。

 

LIU 等以PET/MRI分析32例bvFTD及6例无症状突变基因携带者代谢拓扑结构及边缘皮质-纹状体-丘脑-皮质(cortico-striatal thalamo-cortical,CSTC)回路区域的代谢连通性,发现前者CSTC回路代谢连通性降低且与行为破坏严重程度相关:后者额叶-纹状体连通性减弱但纹状体-丘脑和丘脑-额叶连通性增强,前额叶和前扣带皮层存在失连接枢纽,前岛叶、楔前叶和后扣带皮层存在代偿枢纽。

 

另有研究显示,基于PET/MRI多模态影像联合DL有助于提高诊断AD及MCI的效能。ZHOU等基于AβPET/MRI构建的DL模型诊断AD 及MCI的AUC 分别为0.87及0.79。XUE 等基于结构MRI及Aβ、tau和18F-FDGPET构建的DL模型区分不同阶段痴呆的AUC 达0.94,有望未来用于临床。

 

7. 小结

 

随着全球人口老龄化加剧,AD及FTD发病率逐年增高。早期诊断与鉴别诊断有助于临床及早干预、延缓疾病进展。MRI、PET 及PET/MRI均可为鉴别AD与FTD提供客观依据,辅助临床制定诊疗方案。

 

来源:卢洁.MR、PET及PET/MR脑成像鉴别阿尔茨海默病与额颞叶痴呆[J].中国医学影像技术,2025,41(02):186-190.DOI:10.13929/j.issn.1003-3289.2025.02.002.


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