基于表面形态学分析(SBM)与酰胺质子转移(APT)成像技术探索阿尔茨海默病不同阶段的脑结构与代谢改变

为解决阿尔茨海默病（AD）早期诊断缺乏客观生物标志物的问题，研究人员开展了结合表面形态学分析（SBM）和酰胺质子转移（APT）成像的多模态MRI研究。结果显示AD患者存在广泛皮质变薄、脑回指数（GI）降低及MTRasym值升高，右杏仁核诊断效能最高（AUC=0.84）。该研究为AD早期诊断提供了非侵入性影像学生物标志物。

　　

随着全球人口老龄化加剧，阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）已成为重大公共卫生挑战。预计到2050年，全球AD患者将超过1.15亿，给社会带来巨大经济负担。轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）作为AD的前驱阶段，约50%会进展为AD，因此早期识别和干预至关重要。目前AD诊断主要依赖临床表现和评分量表，存在主观性强、评估者间变异大等局限。尽管PET成像能检测异常蛋白沉积和代谢改变，但其高成本和辐射暴露限制了临床广泛应用。

在此背景下，本研究创新性地联合表面形态学分析（Surface-Based Morphometry, SBM）和三维酰胺质子转移（Amide Proton Transfer, APT）成像技术，旨在揭示AD不同阶段的脑结构与代谢变化规律。研究纳入26例AD患者、36例遗忘型MCI（aMCI）患者及32例健康对照（HC），通过3D T1加权成像和3D-APT序列采集数据，采用SBM算法计算皮质厚度（Cortical Thickness, CTh）、脑沟深度（Sulcal Depth, SD）、分形维度（Fractal Dimension, FD）和脑回指数（Gyrification Index, GI），并基于厂商后处理工作站计算106个脑区的磁化转移率不对称（MTR_asym）值。

关键技术方法包括：使用3.0T磁共振扫描仪采集高分辨率3D T1WI和APT图像；采用CAT12工具箱进行SBM预处理和参数提取；通过自动化分割技术获取106个脑区的MTR_asym值；利用SPSS和MedCalc进行统计分析，包括多元逻辑回归、ROC曲线及Spearman相关性分析。

SBM分析结果：

AD组较HC组显示双侧海马旁回、梭状回、颞叶、顶叶及扣带回等多个脑区皮质变薄，左顶叶GI降低；MCI组左顶叶和颞叶GI较HC组下降；AD组与MCI组比较发现左海马旁回、颞极、岛叶及扣带回等区域皮质变薄。SD和FD在三组间无显著差异。

APT分析结果：

AD组较HC组在右前中央回、右岛叶、双后扣带回、双海马、双杏仁核、双壳核等区域MTR_asym值显著升高；多元逻辑回归显示右外侧眶额叶、右岛叶、右杏仁核等13个区域是AD与HC区分的显著预测因子；ROC分析表明右杏仁核诊断效能最高（AUC=0.84，灵敏度76.92%，特异度78.12%）；MTR_asym值与MMSE/MoCA评分呈负相关。

asym值区分AD与HC的ROC曲线。'>

讨论与结论：

本研究首次同步应用SBM和3D APT成像技术，揭示了AD谱系不同阶段的脑结构与代谢改变。SBM检测到的皮质变薄和GI降低反映了神经元丢失和脑回结构简化，而APT显示的MTR_asym值升高可能间接反映细胞内蛋白聚集（如Aβ和tau）。右杏仁核的显著变化与Braak分期中神经原纤维缠结（NFT）早期累积的病理特征一致，使其成为极具潜力的早期诊断生物标志物。

值得注意的是，右岛叶、上顶叶、缘上回等区域同时存在皮质变薄和MTR_asym值升高，这些区域多属于默认模式网络（Default Mode Network, DMN），是AD病理早期累及的关键区域。二者的部分非重叠性可能反映了病理进程的时间序列：Aβ沉积先于tau聚集和神经退行性变。

研究的局限性包括APT图像空间分辨率较低、样本量较小及缺乏纵向数据和脑脊液生物标志物验证。未来需扩大样本并结合多模态数据进一步验证SBM和APT的临床价值。该研究为AD早期诊断提供了非侵入性影像学方案，对疾病监测和干预策略制定具有重要意义。

论文发表于《Scientific Reports》（2025年15卷34245号），由大连医科大学附属第一医院放射科团队完成。