路易体痴呆和阿尔茨海默病的微观结构白质改变：弥散张量成像和神经突方向分散与密度成像研究

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Microstructural white matter alterations in dementia with lewy bodies and Alzheimer’s disease: a diffusion tensor imaging and neurite orientation dispersion and density imaging study

　　

背景：路易体痴呆(DLB)和阿尔茨海默病(AD)是常见的痴呆类型，然而，诊断具有挑战性。一种创新的MR方法称为神经突方向分散与密度成像(NODDI)被用于评估两种疾病之间的不同微观结构改变。
目的：使用NODDI评估DLB和AD的微观结构白质(WM)变化。
方法：从26名DLB患者、36名AD患者和37名正常对照(NC)中获取弥散图像。使用弥散张量成像(DTI)生成各向异性分数(FA)、平均弥散率(MD)，使用NODDI生成神经突密度指数(NDI)、方向分散指数(ODI)和各向同性水分子体积分数(Viso)，应用基于纤维束的空间统计(TBSS)在组间比较这些参数。研究人员还分析了改变参数与认知评分之间的相关性，并使用k近邻(KNN)研究了不同参数的诊断效能。
结果：与NC相比，DLB和AD患者的FA、ODI和NDI显著降低，而MD和Viso显著升高。与DLB相比，AD患者的ODI和NDI显著降低。多个纤维的弥散参数与认知功能强相关。NDI在区分不同组别时显示出相对较大的AUC值。
结论：DLB和AD患者均存在广泛的白质微结构破坏，且两种疾病之间的这些改变存在差异。NDI有望作为区分DLB和AD的神经影像学生物标志物。

论文解读文章：路易体痴呆与阿尔茨海默病的白质微结构改变：基于弥散张量成像和神经突方向分散与密度成像的研究

**研究背景**
路易体痴呆（DLB，一种以波动性认知障碍、视幻觉和帕金森样症状为特征的神经退行性疾病）是仅次于阿尔茨海默病（AD，以渐进性记忆和认知损伤为主要表现的常见痴呆类型）的第二常见痴呆病因。然而，临床诊断DLB面临挑战：部分患者早期缺乏核心特征，且DLB与AD的临床表现存在重叠；同时，DLB在结构MRI上缺乏特异性征象，导致误诊率较高。既往基于弥散张量成像（DTI，利用水分子扩散各向异性评估白质微结构）的研究结果存在矛盾，例如Watson R等发现DLB和AD的DTI模式有显著差异，而Donaghy PC等则未观察到组间差异，提示DTI参数可能不足以敏感表征白质微结构变化。DTI假设水分子在单一隔室内呈高斯扩散，但生物组织中的水受细胞膜和分子相互作用限制，该假设可能不精确。为此，研究人员引入更先进的多隔室弥散模型——神经突方向分散与密度成像（NODDI，将脑组织水分子扩散分为神经元内、神经元外和脑脊液三个隔室）。NODDI可计算神经突密度指数（NDI，反映神经元内空间神经突的体积分数）、方向分散指数（ODI，反映神经元外空间神经突角度变化，即纤维分布方向）和各向同性水分子体积分数（Viso，反映自由水扩散体积分数）。本研究旨在利用NODDI评估DLB和AD的白质微结构改变模式，探讨其与认知功能的关系，并评估NODDI参数在鉴别两种疾病中的潜力。论文发表在《Frontiers in Aging Neuroscience》。

**研究方法与技术**
研究对象来自天津市第一医院，包括26例DLB患者、36例疾病严重程度匹配的AD患者（依据临床痴呆评定量表CDR匹配）和37例年龄性别匹配的正常对照（NC）。所有受试者接受3T MAGNETOM Prisma MR扫描仪（西门子，德国）采集弥散图像（自旋回波平面成像序列，b值0/2000/3000 s/mm2，64个弥散方向）。数据处理使用FSL工具箱：先校正头部运动和涡流畸变，再通过DTIFIT计算各向异性分数（FA）和平均弥散率（MD），利用NODDI工具箱计算NDI、ODI和Viso。采用基于纤维束的空间统计（TBSS，一种基于纤维骨架的体素全脑分析方法）进行组间比较，以性别和年龄为协变量，进行5000次置换检验，阈值自由簇增强（TFCE）校正，p<0.05。差异区域参数值通过JHU-ICBM白质模板提取。使用K近邻（KNN）分类器（5折分层交叉验证）评估参数诊断效能，计算AUC及DeLong 95%置信区间。采用Spearman相关分析（校正年龄、性别、教育年限）评估参数与简易精神状态检查（MMSE）评分的相关性。

**研究结果**
**人口学与神经心理学特征**
DLB、AD与NC组在性别、年龄、教育年限上无显著差异。DLB和AD组的MMSE、蒙特利尔认知评估（MoCA）和CDR评分均显著低于NC组（p<0.001），但DLB与AD组间无显著差异，表明认知严重程度匹配。

**TBSS分析**
**DLB与NC比较**：DLB患者FA、ODI和NDI值显著降低，MD和Viso值显著升高（p<0.05，TFCE校正）。FA降低区域包括胼胝体、穹窿、双侧内囊、左侧放射冠、左侧后丘脑辐射、左侧矢状层和双侧上纵束；ODI降低见于双侧内囊、双侧放射冠、右侧后丘脑辐射和右侧上纵束；NDI降低见于双侧内囊、双侧放射冠、右侧后丘脑辐射、右侧矢状层、左侧外囊和双侧上纵束。MD升高区域包括胼胝体、双侧内囊、双侧放射冠、双侧后丘脑辐射、双侧矢状层、左侧外囊、右侧扣带回和双侧上纵束；Viso升高见于胼胝体、穹窿和右侧内囊后肢。

**AD与NC比较**：AD患者FA、ODI和NDI值显著降低，MD和Viso值显著升高（p<0.05，TFCE校正）。FA降低区域包括小脑中脚、穹窿、右侧皮质脊髓束、双侧内囊、双侧放射冠、左侧后丘脑辐射和双侧矢状层；ODI降低见于双侧内囊、右侧放射冠、右侧后丘脑辐射、双侧外囊、双侧扣带回和双侧上纵束；NDI降低见于小脑中脚、胼胝体、穹窿、右侧皮质脊髓束、双侧大脑脚、双侧内囊、双侧放射冠、左侧后丘脑辐射、左侧矢状层、双侧外囊、右侧扣带回和左侧上纵束。MD升高区域包括胼胝体、双侧内囊、双侧放射冠、双侧后丘脑辐射、右侧矢状层、左侧外囊、左侧扣带回和双侧上纵束；Viso升高见于胼胝体体部、胼胝体压部、穹窿、右侧大脑脚和双侧内囊后肢。

**AD与DLB比较**：AD患者ODI和NDI值显著低于DLB（p<0.05，TFCE校正），而FA、MD和Viso无显著差异。ODI降低区域包括胼胝体、穹窿、左侧内囊、左侧放射冠、左侧后丘脑辐射、左侧矢状层、左侧外囊和左侧上纵束；NDI降低区域包括胼胝体、左侧大脑脚、双侧内囊、双侧放射冠、右侧后丘脑辐射、右侧矢状层、双侧外囊、左侧扣带回和双侧上纵束。

**影像参数与神经心理学评分的相关性**
在DLB组和AD组中，多个纤维束的FA、ODI和NDI值与MMSE评分呈显著正相关，MD和Viso值呈显著负相关。具体地，DLB组中左侧前放射冠FA和NDI与MMSE强正相关（r=0.575和0.532，p<0.001），左侧上放射冠MD和穹窿Viso与MMSE强负相关（r=-0.555和-0.573，p<0.001）。AD组中左侧后丘脑辐射FA、右侧上放射冠ODI、右侧后放射冠NDI与MMSE强正相关（r=0.527、0.596、0.592，p<0.001），左侧上放射冠MD和穹窿Viso与MMSE强负相关（r=-0.644和-0.619，p<0.001）。

**KNN诊断效能分析**
对于区分AD与DLB，NDI的AUC为0.760（95% CI: 0.597-0.924），高于ODI的0.508。对于区分DLB与NC，NDI的AUC为0.735（95% CI: 0.575-0.896），高于ODI的0.511。对于区分AD与NC，NDI的AUC为0.854（95% CI: 0.762-0.946），高于Viso的0.661。NDI在三个组间鉴别中均表现出相对较高的诊断效能。

**讨论与结论**
本研究利用DTI和NODDI参数揭示了DLB和AD患者广泛的白质微结构破坏，且两种疾病存在差异。与NC相比，两种疾病均显示FA、ODI、NDI降低，MD、Viso升高，提示轴突退化、髓鞘异常和神经突复杂性降低。AD较DLB在胼胝体、放射冠和后丘脑辐射等关键区域表现出更严重的NDI和ODI下降，这可能与AD更明显的全局认知衰退和功能缺陷相关，而FA和MD无显著差异，表明NODDI在区分两种疾病上优于DTI。扩散参数与MMSE的强相关进一步证实了白质微结构改变与认知功能的关系，其中穹窿Viso与MMSE关联最强，提示Viso可反映疾病严重程度和病理沉积。NDI在KNN分类中表现出较高的AUC，有望作为区分DLB和AD的神经影像学生物标志物。研究局限性包括DLB样本量较小、NODDI参数为模型估计非直接测量、缺乏Aβ和tau病理标志物验证以及横断面设计无法揭示因果关系。结论：DLB和AD患者均存在广泛的白质微结构破坏，且两种疾病之间存在显著差异；NODDI是检测微结构改变的有价值工具，NDI有望作为DLB和AD鉴别诊断的神经影像学生物标志物。