区域脑血流量在轻度认知障碍和阿尔茨海默氏症和动脉自旋标记磁共振成像测量

文摘

阿尔茨海默病(AD)描述了动态变化在地区从早期阶段疾病的大脑功能。动脉自旋标记(ASL)应用了基于核磁共振方法检测区域脑血流量(rCBF)灌注的改变广告和轻度认知障碍(MCI)患者。然而,结果从美国手语研究广告和MCI仍有争议,因为rCBF地图显示低灌注或hyperperfusion区域在大脑结构参与不同的认知功能。本综述的目的是提供的当前状态的艺术对美国手语的角色检测独特灌注模式与MCI和/或广告主题。能够获得这些信息使用非侵入性和广泛使用的形态,如美国手语应该大大提高知识的广泛认知衰退过程中血液流动相关的变化发生在广告。

1。介绍

阿尔茨海默”年代病(AD)是一种毁灭性的神经退行性疾病的一个重要的社会经济影响(1]。轻度认知障碍(MCI)被认为是广告的前驱阶段,它的特点是早期认知症状严重,不足以满足痴呆的标准(2]。与疾病修饰治疗的前景,需要检测神经退化的迹象在疾病的早期阶段,神经细胞的破坏之前检测到在结构成像先生萎缩。区域大脑功能的变化可能更动态和提供更大的敏感性早期疾病,疾病进展,或对治疗的反应比区域灰质体积的变化描述结构磁共振成像(3,4]。

动脉自旋标记(ASL)应用了基于核磁共振方法检测区域脑血流量(CBF)灌注的改变广告或MCI患者(5- - - - - -16]。自《盗梦空间》这种技术20多年前(17],ASL-derived灌注地图的质量已经达到了一个水平,使得许多临床和研究方法有用的应用程序。重要的这种技术的优点是其noninvasiveness(因为磁标记质子在血液被用作示踪剂)和采集时间短在高磁场强度(3.0 T) (18]。美国手语已经验证使用外源造影剂的广泛与其他方法,如正电子发射断层扫描(PET) (19),和美国手语实现现在商用MRI在所有主要平台,展示了再现性的多中心研究[20.,21]。能够快速和无创获取CBF地图应该大大增强理解的血流动力学机制与神经退化17,22]。自核磁共振扫描仪比PET扫描仪广泛使用(也更便宜),美国手语可能成为另一个对正23,24),允许更高的吞吐量的病人。然而,美国手语的实现的一个重要缺点在临床的设置一直缺乏标准化的协议。最近,国际准则(25)和两厢情愿的计划已经发展来考虑这个问题。

然而,美国手语研究的结果在广告和MCI仍有争议。本综述的目的是提供的当前状态的艺术对美国手语的角色检测独特灌注模式与MCI和/或广告主题。

2。ASL技术的简要概述

ASL技术是在90年代开发的,使用电磁贴上动脉水作为标准扩散示踪法测量灌注。近端手语改变总磁化水的质子在动脉的远端组织,这个改变的程度是由比较控制图像的标签图片。与额外的知识区域T1的组织,血流定量地图可以生成,由于电磁标记示踪剂的衰变率T1,允许灌注组织和微脉管系统的检测(26]。

现有的ASL技术可以解决两类:“连续(CASL)”或“pseudocontinuous (PCASL)”和“脉冲(PASL)”技术,根据空间范围和自旋标记的持续时间。CASL / PCASL,标签是血液流经一个标签飞机在很长一段(1 - 3岁),而在PASL一块组织,包括动脉血流,标签是使用一个简短的射频脉冲或数量有限,总持续时间10 - 20毫秒。标记效率和易用性纳入临床设置与PASL优越,而信噪比与CASL优越。

3所示。概述美国手语和MCI /文学的痴呆

当前的知识关于美国手语海波/ hyperperfusion模式广告仍然是有争议的。可用的研究的一个重要缺点是参与者的异质性”年代人口统计、临床诊断(涉及认知健康的老年人口,不同类型的MCI,广告,其他痴呆类型,等等),为评价神经心理学工具实现,用于测量CBF的方法。总之,不可能精确地比较不同人口研究子集和nonreplicable方法。

全球、地区CBF地图描绘通过美国手语可能显示低灌注或hyperperfusion地区在全球或局部范围内,位于大脑结构参与不同的认知功能(表1)。

更多的细节,从MCI病人描述领域的低灌注在双边顶叶(7),后扣带皮层(PCC)和楔前叶(10,13),左枕叶(L),和双边额叶和颞叶(14),与健康对照组相比(HC)。有趣的是,一项研究还发现,增加灌注L海马,杏仁核(R),基底神经节(包括R的吻侧头尾状核、腹侧壳核、苍白球)(10]。

考虑患者充分发展广告,低灌注区域也存在于PCC和楔前叶,双边顶叶和颞叶,双边优越和中间额叶脑回(6- - - - - -8,10,12- - - - - -14]。此外,temporooccipital和parietooccipital联合皮层(5),L边缘叶(14),和L眼窝前额皮质(10在某些研究中也描绘了一个低灌注5- - - - - -7,9,10,12- - - - - -15,28]。类似于MCI,增加灌注已被证明在海马体(9,11)和基底神经节(壳核、尾状核、豆状和丘脑)(14]。此外,前扣带皮层(ACC) (10和R边缘叶14AD患者)也表现出hyperperfusion。相反,Asllani et al。8和出生等。15报道一个低灌注在内侧颞叶结构8,15]。所有上述研究对应于横截面分析比较病理条件和认知健康状态。此外,有一个纵向研究包括两组患者健康基线,后续访问其中一个表现出认知下降。“转换器”描绘了一个低灌注组PCC已经在基线(16),证明美国手语预测可能是一个有用的工具转换疾病健康的老年人。

此外,nonsymptomatic高危人群可能描绘hyperperfusion在海马体中,作为个人与父母的广告的历史和至少一份APOE4 [11]。

最后,大多数这些研究探索美国手语处于休息状态。此外,使用一个记忆编码的任务有两项研究在收购。当比较任务基线,遗忘MCI患者(29日)或广告的风险(由于他们APOE4基因型和家族史)(11)显示减少海马旁回的激活(29日和海马11),而控制。广告相关,这些病人的风险提供了一个高灌注在海马体基线(11),这可能表明,MCI患者或广告可能缺乏动态能力调节地区CBF应对任务的要求。

从这些研究我们可以提取MCI和广告描述相似的区域灌注变化,特别是或多或少地限制区域的低灌注PCC,楔前叶,和其他顶叶区域,随着中间hyperperfusion颞叶在某些领域的研究。特别是,识别低灌注的PCC和楔前叶敏感性和特异性为91% / 80%28),而使用不同的组合地区主题与遗忘和dysexecutive MCI的准确性是60 - 70% (30.]。

否则,的组合结构和功能成像在同一个设置可能导致AD的诊断在临床实践中,证明了在研究中T1加权结构扫描56/70%检测的敏感性和特异性温和的广告,而添加美国手语的定性分析这些百分比增加85/54% [4]。

总的来说,文学是最一致的发现彻底PCC灌注不足,已发现在所有阶段的广告(pre-MCI、MCI和充分发展广告)。考虑到这条信息,这一发现可能被视为功能疾病的生物标志物。

4所示。生理的解释

考虑这些研究,不同模式的CBF可能共存或与广告的发展演变。在疾病的早期阶段,某些领域如前额叶皮层(31日)或内侧颞叶结构最终有能力“补偿”的认知能力下降,描绘一个高架atrophy-corrected灌注。这种补偿机制可以解释为病理海拔的神经活动,释放炎症分子,和/或增加血液供应通过血管扩张或增加血管密度(9,32]。同时,灌注赤字可能也存在于早期临床前阶段的广告,持续到疾病的最新阶段,展示与疾病发展进步灌注不足,导致严重的后果对大脑结构、认知、和功能在疾病的晚期。

关于生理的解释区域灌注不足始终在PCC,楔前叶和/或顶叶,存在一个争论是否这是一个疾病的原因或结果(33]。众所周知,血管因素如缺血性中风、动脉粥样硬化、高血压、糖尿病和心脏疾病一再卷入的风险开发广告(34]。而广告和血管性痴呆历来被认为是不同的实体,有越来越多的证据证明,这些类别之间的重叠(35]。此外,灌注措施parietooccipital地区(5)和顶叶皮层和楔前叶/后扣带(6)已被证明与痴呆严重程度(与祝福痴呆量表测量5)和MMSE (6])。灌注不足可能会导致皮质厚度的变化,从结构核磁共振扫描,获得地区最易老化(内侧前额叶和中心周围的皮质)以及与amyloid-aggregation有关的区域(例如,occipitotemporal和基底颞皮层),特别是在APOE4航空公司(36]。最后,从老化和中风研究的证据表明,慢性脑灌注不足导致神经退化和认知障碍(33]。

在内侧颞叶结构hyperperfusion也被发现用更少的一致性。增加了神经活动的假设在这些地区已经由两个临床研究(37,38]。胆碱乙酰转移酶(聊天),酶负责合成乙酰胆碱,是减少从MCI患者的海马,而这个高度不再出现在温和的广告情况下,广告和严重的患者明显减少的水平。胆碱能系统可能能够补偿反应在痴呆的早期阶段,所以在MCI记忆障碍可能是进步的结果失去嗅海马的输入,而不是海马神经活动的损失。

此外,改变血脑屏障和大脑血管,在神经退化和神经炎症过程中所涉及的广告。有人建议,有助于一个动态循环的血管生成事件β积累和神经元死亡(39同时,淀粉样蛋白-β(一个β)斑块和神经纤维缠结(非功能性测试),病理病变中发现中间的时间和广告的大脑皮层(40),也可能是血管生成(41,42]。在后期研究中比较广告和HC脑组织,海马体是唯一的大脑区域表现出两种血管生成血管(演示了使用整合素αvβ3免疫反应性)和增加血管密度(32]。这是符合APP23转基因动物模型的研究进行广告,β3积极血管增加疾病易感区域(43),以及研究广告与炎症介质(TNFα摘要意思,β、il - 6和引发),它们与proangiogenic属性(44,45微血管),体外研究表明,广告的大脑释放血管生成介质如angiopoietin-2和血管内皮生长因子(VEGF) [46]。最后,动物模型也表明,认知能力下降是增强内皮细胞激活后,扩散,随后血管重建(43]。

总之,广告似乎像一个动态的过程由异常血管增生和炎症机制在某些脆弱的地区代理,导致进一步的神经退化和进步的认知能力下降。

5。美国手语能增加脑灌注成像技术标准?

在广告中,灌注脑血流量(CBF和cb v()都未)已经用许多不同的成像方式,包括核磁共振、氙增强x射线计算机断层扫描(XeCT),或单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。否则,宠物研究提供的第一个地图在人类的大脑激活模式高空间分辨率,通过测量能量代谢变化(47]。从那时起,许多成像技术已经开发和应用评估脑功能(27),使用不同的示踪剂(扩散或nondiffusible内源性或外源性),用不同的技术要求。脑灌注成像技术方面也不同的持续时间数据采集、处理、定量准确性,大脑覆盖率,和空间分辨率,每个变化检测方法的优点和缺点在神经退行性疾病(表2)。在过去的二十年里,核医学技术SPECT和正成为主流灌注成像技术在广告和代谢研究。然而,SPECT低空间分辨率(约1厘米),而正有5毫米的分辨率和更高的灵敏度低灌注区域(31日]。然而,这些技术需要外源性放射性示踪剂的使用和更昂贵的比最近发达perfusion-weighted MRI (PW-MRI)技术。目前,PW-MRI是最广泛使用的技术评估大脑灌注,通过动态敏感性对比(DSC)方法,检测到第一段的等血管内造影剂钆螯合物,和美国手语的技术,它使用磁标记动脉血液水作为一个内生示踪扩散。这两种方法测量组织的灌注状态的不同方面。对比剂技术提供一个健壮的cb v测量,都未CBF ASL技术措施,而不需要对比的优势注入。许多研究人员现在正迁移对美国手语的使用,因为它给患者带来了更小的风险比DSC和核医学技术。

多种动物模型和人类被试的研究表明,区域CBF地图可以通过美国手语(准确描述48- - - - - -50),获得的结果与美国手语是一致的与来自宠物研究[51),因为CBF和代谢消耗脑功能障碍的标志(50]。

在临床研究的广告和MCI,代谢成像与正52,53]和SPECT [54,55)强调了活动时间,顶叶、额叶皮层,PCC和楔前叶。此外,一项研究使用协方差¹⁵O-PET模式(56)期间获得其他显示,脑岛增加流量,楔片,枕,舌,梭状回,优越的枕叶、海马旁回,而减少流中发现扣带,劣质的顶叶,中间和额,supramarginal和中央前回。这些结果与研究结果发表在美国手语的研究结果相一致。

在广告中,内侧颞叶的特点是严重的萎缩,所以代谢变化的检测或微妙的流动扰动很难评估与核医学技术(57- - - - - -59),因为宠物或SPECT研究不正确的萎缩。因此,结合美国手语和结构磁共振成像的一个重要优点是量化的可能性/ cc组织灌注变化相同的设置,允许在一个形态结构相关性。此外,宠物的研究倾向于低估流地区高血流,而美国手语是透水性的影响较小,因为衰减成像和示踪剂的时间尺度(60]。最后,SPECT也遭受饱和度影响吸收的示踪剂(61年),它有一个较低的空间分辨率。

6。美国手语能增加患者的诊断流程在淀粉pet时代广告?

CSF和淀粉pet成像研究被认为是疾病的分子生物标记,证明体内致病蛋白的存在”。”以这样或那样的方式,其检测是建立的诊断可能的广告变得越来越重要(62年]。然而,最近的证据显示“正面”淀粉pet研究认知健康个体;因此这些结果进行解释时应特别谨慎63年]。此外,它涉及到大量的成本的最中心。另一方面,美国手语应该被视为功能性或间接生物标志物,如摄影、显示病灶异常灌注在特定大脑区域由于潜在的神经退行性过程扰乱神经与血管的耦合(24]。因此,淀粉pet和美国手语提供不同但互补的信息,理想情况下可能被整合在一起,诊断患者认知能力下降的过程。然而,淀粉pet需要巨大的经济投资,不能经常进行。

7所示。美国手语的限制技术在MCI患者/痴呆

差异在不同的研究可能归因于大量的因素。首先,选择标准的患者中有显著差异,人口结构,包含其他的痴呆综合征,严重的疾病,神经心理测试使用,等等。,第一项研究显示,海马体hyperperfusion包括广告未指明的严重程度和患者的平均年龄年(9),而Asllani等人研究轻度AD受试者的平均年龄年和布朗等人科目不同的痴呆综合征,广告和额颞叶痴呆,在早老性阶段(15]。其次,研究方法还远不是标准化的。小的商业软件或硬件的实现之间的差异主要MRI供应商可能会导致一个更大的影响美国手语的再现性64年]。同时,不同的ASL技术(连续、脉冲和pseudocontinuous),广泛的采集参数,不同的数据处理方法导致了过多的选项已被翻译缺乏一致性的结果。关于采集参数,大多数研究使用单一postlabeling延迟(骑士),而目前multiple-PLD强烈建议广告(65年]。而大部分应用整个大脑分析(有或没有萎缩校正),一些作品应用感兴趣的区域(ROI)分析(8,15]。

最后,所有这些研究都使用视觉分析解释;因此,主观成分也是一个潜在的偏见。这可能是克服在未来通过不同技术的CBF量化(23]。如前所述,一个共识声明建议实现最近发表了帮助临床社区对这种技术,采用标准化方法鼓励pseudocontinuous标签的使用,背景抑制,没有血管的分割三维读出梯度,计算和显示的标签/控制差异图像和脑血流量在绝对单位使用一个简化的模型(25]。

其他潜在的美国手语的缺点是相对较低的信噪比,可以放大问题,临床人群因为缺乏合作,血管疾病和工件。否则,假设关于标记效率,延迟时间成像,和流量化的研究主要是基于正常的人群,和他们的翻译疾病没有严格测试。额外的调查需要定义的影响心率、心输出量变化图像质量以及如何因素如贫血、动脉狭窄,神经原纤维缠结,血管淀粉样蛋白沉积,萎缩可能影响广为接受的参数如T1的血液用于量化CBF。巧合的是,一些地区的到来是那些最慢也显示流量减少广告,如顶叶和额叶皮质。在第三的位置,它可能是一个挑战来获得一个好的图像质量在关键地区老年痴呆症研究的特点是强磁化率梯度(比如下颞叶,眼窝前额皮质,甚至前内侧颞叶),由于这些区域的邻近air-tissue或骨组织接口(3]。基于自旋回波序列尤其非敏感这些非均匀磁场9,66年]。最后,因为许可相关的障碍以及美国手语数据的分析,它有很少的在临床常规应用人群(67年]。出于这些原因,大型临床军团需要定义范围的组织灌注,研究者应该努力利用相同的参数,应该实现和量化方法,以避免偏见的个人视觉的解释。

8。结论

脑灌注测量是一种强大的神经影像工具描述脑功能发生变化,早期的广告。检测低灌注的PCC和楔前叶似乎最一致的发现在疾病的不同阶段(和可能被用作功能性生物标志物的广告),而一个hyperperfusion描述通过内侧颞叶结构更具争议。目前的发现可能提供新的见解AD病理生理学,因为这些地区的海波或hyperperfusion有前途的地区这种毁灭性疾病的早期检测。此外,能够获得区域CBF地图使用非侵入性和广泛使用的形态,如美国手语应该大大增强血液流动措施的效用为手段进一步知识转化为广泛的血液流动相关的认知能力下降过程中发生变化。

相互竞争的利益

作者没有利益冲突的报告。

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