基于MRI的海马体纵向形态计量学揭示阿尔茨海默病早期认知衰退的神经病理轨迹

《IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine》：MRI-Driven Longitudinal Studies of Hippocampal Alterations During the Initial Cognitive Decline

本研究针对阿尔茨海默病（AD） preclinical阶段海马体局部萎缩难以精准检测的问题，开发了一套全自动MRI驱动的海马体纵向变化分析系统（LHAAS）。通过结合多变量形态计量学（MMS）与体积分析，该系统在认知未受损（CU）向轻度认知障碍（MCI）转化的个体中，成功捕捉到早至认知衰退前4年的海马体CA1亚区萎缩，并发现萎缩呈现左半球主导趋势。研究进一步证实海马体形态变化与MMSE、ADAS13等临床认知评分显著相关，为AD早期干预提供了高灵敏度的影像学生物标志物。

　　

阿尔茨海默病（Alzheimer's Disease, AD）是一种不可逆的神经退行性疾病，全球约有5000万患者，且这一数字预计每20年翻一番。目前尚无治愈AD的特效药物，早期识别与干预成为延缓疾病进展的关键策略。轻度认知障碍（Mild Cognitive Impairment, MCI）被视为AD的早期阶段，而其前的无症状期称为preclinical阶段。研究表明，AD相关的病理变化在临床症状出现前十余年即已启动。若能在此阶段精准识别高危个体，干预措施有望显著延迟疾病进程。

海马体作为大脑记忆与认知功能的核心脑区，其萎缩被证实始于preclinical阶段，并持续贯穿MCI与AD全程。然而，传统的海马体体积分析难以刻画局部细微变形，而不同海马体亚区（如CA1、CA2-3、Subiculum）具有功能特异性，形态计量学能更敏感地反映亚区协同病理变化。目前，针对preclinical阶段海马体纵向形态变化的研究尚不充分，缺乏高临床相关性的生物标志物。

为解决这一问题，董群西等研究人员在《IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine》上发表论文，开发了一套全自动的MRI驱动海马体纵向变化分析系统（Longitudinal Hippocampal Alteration Analysis System, LHAAS），旨在揭示AD早期认知衰退过程中的海马体形态动态变化规律。

研究团队从阿尔茨海默病神经影像倡议（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）数据库中筛选了60名受试者，分为两组：CU非进展者（长期保持认知正常）与CU进展者（4年内转化为MCI）。每组在三个时间点（TP1：转化前4年；TP2：转化前2年；TP3：转化时）采集结构磁共振成像（sMRI）数据。LHAAS系统通过海马体分割、表面重建、配准、多变量形态特征提取等步骤，结合径向距离（Radial Distance, RD）与张量基形态计量学（Tensor-Based Morphometry, TBM）构建多变量形态统计量（Multivariate Morphometry Statistics, MMS），采用Hotelling's T²检验分析组间差异，并通过Cohen's d效应量评估萎缩程度。

研究结果显示，在TP1时，CU进展者已出现双侧海马体CA1亚区的局部萎缩，左半球萎缩程度更显著。至TP2，萎缩范围扩展至CA2-3与Subiculum亚区。TP3时，萎缩进一步加剧，左海马体萎缩范围与效应量均高于右侧。体积分析佐证了上述趋势，CU进展者海马体体积在TP1至TP3期间加速下降。累积分布函数（CDF）分析表明，海马体形态差异随疾病进展非线性扩大。相关性分析发现，海马体CA1与Subiculum亚区的形态指标与MMSE、ADAS13评分显著相关（r > 0.4），且与AV45 SUVR（淀粉样蛋白沉积标志）呈负相关，进一步验证了其临床关联性。

海马体体积分析

通过计算双侧海马体体积发现，CU进展者从TP1起体积即小于非进展者，且萎缩速率在TP2至TP3期间显著加快，左海马体体积下降尤为明显。

双侧海马体形态计量学差异

形态分析显示，TP1时CU进展者海马体CA1亚区已出现显著萎缩（p < 0.05）；TP2时萎缩扩展至CA2-3与Subiculum；TP3时萎缩范围进一步扩大，左半球整体形态差异更显著。

海马体变形方向分析

基于RD的定向分析表明，显著差异区域均表现为向内萎缩，且左海马体萎缩效应量（Cohen's d）始终高于右侧，呈现"左大于右"的偏侧化模式。

形态测量与认知评分的相关性

Pearson相关分析显示，海马体CA1与Subiculum亚区的RD、TBM值与MMSE呈正相关，与ADAS13、AV45 SUVR呈负相关，表明形态变化与认知衰退及淀粉样病理密切相关。

本研究通过LHAAS系统首次实现了preclinical AD阶段海马体亚区萎缩的纵向可视化，证实CA1亚区为最早受累区域，萎缩模式具有左半球优势。该系统的敏感性优于传统体积分析，能检测到认知衰退前四年的细微病理变化。形态计量学指标与临床认知评分、淀粉样蛋白沉积的高度相关性，强化了其作为早期生物标志物的可靠性。研究结果为AD病理机制研究提供了新视角，对早期诊断与干预策略制定具有重要临床意义。未来可通过扩大样本量、纳入多模态影像数据进一步优化系统应用。