帕金森病(Parkinson's disease，PD）是好发于中老年人群的慢性、退行性中枢神经系统变性疾病，其发病率仅次于阿尔兹海默病。该病的患病率随人口老龄化趋势逐渐上升，随病情进展，患者生活能力受到显著影响，后期生活质量严重下降^[1]。该病作为一种低死亡率，高致残率的神经系统退行性疾病，严重危害着老年患者的健康。

       关于PD的相关研究在不断进展，其诊断、治疗、预后评估仍依靠病史，体征及临床症状等。英国脑库帕金森病诊断标准^[2]是目前全球使用广泛的诊断标准，PD患者的病情严重程度评估使用Hoehn &Yahr分级评分量表(H-Y分级)^[3]，症状严重程度及疗效评估多使用帕金森病统一评分量表（unified Parkinson's disease rating scale，UPDRS)。这些多重评定方式受多种主、客观因素影响，且在评估前需停用相关的抗帕金森药物，对于部分患者存在一定的风险性。因此临床上需要一种客观、安全、有效的手段来诊断、评估PD患者。随着磁共振技术的发展，多种MRI新技术广泛应用于PD的研究中，为在体研究PD的病理生理以及发病机制提供了可行的方法。其中磁共振波谱技术（magnetic resonance spectroscopy，MRS)以其无创性、客观性反映脑内神经生物代谢情况的优势，被广泛运用于PD的研究中。本研究使用多体素MRS技术（multiple-voxel ¹H-MRS）对研究对象的丘脑区进行分析，欲发现MRS在PD中的诊断运用价值，并探讨PD患者H-Y分级、UPDRS评分与MRS的关系，旨在探讨MRS对PD患者病情评估的应用价值。

1　材料与方法

1.1　研究对象

1.1.1　基本资料

       收集2018年11月至2019年5月新疆医科大学第二附属医院神经内科临床确诊的PD患者30例作为PD组，其中男16例，女14例，年龄48~ 75岁，平均（59.37±7.02）岁，病程(6.2±4.5)年，左侧肢体症状重者17例，右侧肢体症状重者13例。所有纳入的PD患者均有服用多巴类药物史，药物可以改善本组患者症状或曾经对药物反应良好，且在此次研究前均未接受PD相关的手术治疗。患者在医师监控下停药24 h行MRI检查。PD组纳入标准：(1)符合英国脑库PD临床诊断标准，由2名经验丰富的神经内科医生临床诊断为原发性帕金森病；(2)临床症状典型，疾病呈进行性发展；(3）在本次检查前均未接受PD手术治疗；(4）能够配合并耐受头颅MR及¹H-MRS检查；(5）能够配合量表评估及检查；(6）无颅内感染、外伤、畸形及占位性病变等异常；(7)知情同意检查目的及过程。PD组排除标准：(1)非原发性帕金森病；(2）合并有颅内感染、外伤、畸形及占位性病变等异常等；(3）合并其他脏器严重功能损害；(4）头颅MRI检查发现脑内有软化灶或明显缺血等；(5)不能耐受影像学检查及量表评估；(6）存在MRI检查禁忌证的患者。

       正常对照组均来自于经临床及磁共振检查证实符合标准的中老年志愿者24例，其中男10例，女14例，年龄50~ 70岁，平均年龄（62.08±6.09）岁。PD组与对照组年龄和性别差异无明显统计学意义(P>0.05)(表1)。对照组纳入标准：(1)中老年者，选择年龄与PD相近者；(2）无神经系统病史和现患病，且无及长期用药史；(3）一般情况良好，无其他脏器严重的功能损害；(4）无颅脑手术史；(5）神经系统查体未发现明显异常；(6）头部常规扫描未见明显异常改变（血肿、水肿、血管畸形及占位性病变等）；(7）能够配合检查；(8)知情同意检查目的及过程。

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表1  研究对象的一般情况比较
Tab. 1  General case comparison of study subjects

1.1.2　帕金森病组患者病情评价

       对PD组30例患者进行H-Y分级和UPDRS评分，H-Y分级采用改良H-Y分级法，UPDRS评定量表采用3.0版。PD组按照H-Y分级分为早、中、晚三组^[4]，早期（1 ～2级) 7例，中期（2.5~ 3级) 12例，晚期（4~ 5级) 11例。本组患者UPDRS评分为（25~ 70分），平均46.87分。对双侧症状轻重程度比较以左、右侧运动功能评分分值高者定义为症状严重侧。左侧肢体症状重者17例，右侧肢体症状重者13例。

1.2　检查方法

1.2.1　常规MRI扫描序列及参数

       采用荷兰Philips Achieva TX 3.0 T MR成像系统，32通道高分辨头颅线圈。先行MRI常规扫描，再对丘脑区行¹H-MRS图像采集。常规扫描序列：T1WI、T2WI、T2-FLAIR、DWI轴位，T2WI矢位、冠位。相关参数： T1WI TR 3000 ms，TE 80 ms，FOV 230 mm×187 mm× 119 mm，矩阵128×128，层厚5 mm，层间距1 mm。T2WI TR 3000 ms，TE 80 ms，FOV 230 mm×185 mm× 119 mm，矩阵128×128，层厚5 mm，层间距1 mm。FLAIR TR 11 000 ms，36 ms，FOV 230 mm×199 mm× 119 mm，矩阵128×128，层厚5 mm，层间距1 mm。

1.2.2 　1H-MRS扫描及参数

       应用多体素MRS（点分辨波谱point resolved spectroscopy，PRESS）技术，采集¹H-MRS图像时先用T2WI轴、矢、冠位定位。感兴趣区(Region of Interest，ROI）为双侧丘脑区，定位时保证感兴趣区旁每个方向加饱和带，以此除去周围气体、脑脊液、骨头、脂肪等物质对谱线的干扰，测量时严格选取大脑中线结构的对称区域。多体素¹H-MRS采集参数：TE 144 ms，TR 2000 ms，NSA为1。

1.2.3　丘脑区定位

       本次研究以桥脑与中脑交界为下界，上界平行于丘脑上缘，由此起连续3个扫描层面作为MRS感兴趣范围［最小采样容积选为10 mm×10 mm×10 mm (1 mL)]，在T2WI轴位图像上选取双侧对称结构。测量时左、右侧各选取两个体素，最后取平均值。

1.2.4　MRS分析

       扫描完毕后由Philips Achieva TX 3.0 T MR自带波谱软件生成相应感兴趣区的代谢物谱线，采用后处理工作站对采集到的波谱数据进行后处理，获得不同代谢物的分布图，得到波谱曲线并且对其进行相位、频率编码和基线校正。本实验获取二维谱线，NAA、Cho、Cr三个主峰对应位置分别为2.0 ppm、3.2 ppm、3.0 ppm处，其峰下面积为感兴趣内该物质浓度，由计算机自动给出NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho等比值信息，获得谱线以图1、图2为例。所有研究对象的MR图像均由2名经验丰富的影像科医师在互相不知情的情况下独立阅片，并评价谱线信息及数据是否合格，选择基线平稳，信噪比较好的谱线进行分析。

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图1  对照组，男性，56岁，左、右侧丘脑区MRS谱线图
图2  男性，63岁，确诊帕金森病3年，左、右侧丘脑区MRS谱线图
Fig. 1  MRS of the control group, male, 56-year-old, left and right thalamus.
Fig. 2  Male, 63 years old, diagnosed with Parkinson's disease for 3 years, left and right thalamic region MRS spectrum map .

1.3　观察指标

       记录各组双侧丘脑区NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho比值，并分析PD患者的波谱数据与H-Y分级的关系，以及与UPDRS评分作相关性分析。

1.4　统计学分析

       采用SPSS2 3.0统计学软件进行分析，P<0.05为有统计学意义。将测量到的波谱数据（定量资料）进行正态性及方差齐性检验。(1)对PD组与对照组波谱数据分析，若满足正态性及方差齐性，则PD组与对照组分别比较左右两侧的差异性采用配对t检验，讨论两组之间差异性采用独立样本t检验；若不满足正态性及方差齐性，则使用Wilcoxon秩和检验进行数据分析。(2) PD组根据H-Y分级分为早、中、晚期三组，若其满足正态性及方差齐性，采用单因素方差分析（ANOV)，采用SNK法对对照组、PD组早、中、晚期PD患者的丘脑区各比值进行两两比较；若不满足方差齐性，用Kruskal-Wallis检验（秩和检验），组间两两比较用Mann-Whitucy法。且将各组测量值与H-Y分级进行Spearman相关性分析。对PD组丘脑区各测量值与UPDRS评分进行Pearson相关性分析。相关系数r绝对值越大，相关性越强，相关强度范围：0.8~ 1.0极强相关，0.6~ 0.8强相关，0.4~ 0.6中等程度相关，0.2~ 0.4弱相关，0~ 0.2极弱相关或无相关。

2　结果

2.1　对PD组与对照组丘脑区波谱数据分析

       对照组左、右侧丘脑NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho值差异无统计学意义(P>0.05)；对PD患者症状严重侧以及对侧丘脑测量，所得NAA/Cr、Cho/Cr值(P<0.05)表现出统计学差异，而NAA/Cho值未表现出明显的统计学差异，结果见表2。

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表2  PD组患者病重侧和对侧与对照组双侧丘脑区各MRS代谢物比值比较
Tab. 2  Comparison of the ratio of MRS metabolites in the side and the opposite side of the patients with PD in the control group

2.2　对照组与PD组丘脑区MRS数值比较

       参照结果1对照组左、右侧丘脑区各项MRS值间无明显统计学差异，因此将对照组双侧丘脑MRS比值取均值NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho分别为1.80±0.57、0.82±0.39、2.91±2.29，便于与PD组患者MRS比值进行比较。研究发现PD组症状重侧丘脑区NAA/Cr与NAA/Cho值，以及对侧的NAA/Cho值较对照组明显减低，差异具有统计学意义(P <0.05)，而双侧的Cho/Cr值未见明显统计学差异，结果见表3。

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表3  PD组丘脑区MRS代谢物比值与对照组比较(±s)
Tab. 3  Comparison of the ratio of MRS metabolites in the thalamus region of the PD group to the control group (±s)

2.3　比较PD患者MRS数值与H-Y分级的关系

       对照组、早、中、晚期PD患者的症状重侧NAA/Cr、NAA/Cho及对侧NAA/Cr比值整体比较有统计学差异(P值均<0.05)，结果见表4。进一步进行多重比较PD患者症状重侧的NAA/Cr值，发现早期组与中期组P=0.002，早期组与晚期组P=0.000，中期组与晚期组P=0.001；比较PD患者症状重侧的NAA/Cho值，发现早期组与中期组P=0.448，早期组与晚期组P=0.119，中期组与晚期组P=0.793；比较对侧的NAA/Cr值，发现早期组与中期组P=0.356，早期组与晚期组P=0.022，中期组与晚期组P=0.162。经过多重比较发现PD者症状侧NAA/Cr值在病情进展中存在统计学差异。

       对PD患者丘脑区MRS比值与H-Y分级进行Spearman相关性分析，显示PD患者的症状重侧丘脑区NAA/Cr、NAA/Cho值以及对侧的NAA/Cr值与Cho/Cr值均与H-Y分级间呈负相关性(P'<0.05)，且症状重侧丘脑区NAA/Cr值与H-Y分级相关性极强。症状重侧丘脑区NAA/Cho值、对侧丘脑区的NAA/Cr值及Cho/Cr值与H-Y分级呈中等强度相关。结果见表4。

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表4  PD患者H-Y分级与丘脑区MRS数值比较的相关分析
Tab. 4  The correlation analysis of the comparison of H-Y classification with MRS in the thalamus region of the patients with PD

2.4　帕金森病患者丘脑区MRS各项比值与UPDRS评分的相关性分析

       使用散点图对PD患者丘脑区MRS数值与UPDRS评分进行初步分析，发现PD患者症状重侧丘脑区的NAA/Cr值与UPDRS评分间存在线性关系（图3)，余所示指标未见明显线性关系。PD患者丘脑区各项MRS比值与UPDRS评分的Pearson相关性分析显示，在0.05水平（双侧）上，PD患者的症状重侧的NAA/Cr值和NAA/Cho值与UPDRS评分均存在负相关，其中NAA/Cr值与UPDRS评分存在极强的负相关性，NAA/Cho值与UPDRS评分存在中等强度的负相关性。对侧的NAA/Cr值与Cho/Cr值与UPDRS评分存在中等强度的负相关性。结果见表5。

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图3  帕金森患者症状重侧丘脑区MRS数值与UPDRS评分关系散点图
Fig. 3  Scatter map of the relationship between MRS value and UPDRS score in symptomatic thalamic area of patients with Parkinson's disease.

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表5  帕金森患者丘脑区MRS数值与UPDRS评分相关性分析(±s)
Tab. 5  Correlation analysis between MRS value and UPDRS score in thalamus of patients with Parkinson’s disease (±s)

3　讨论

3.1 　1H-MRS技术在帕金森病中的运用及相关代谢物的代表意义

       PD是一种好发于老年患者的神经系统进行性发展的退行性疾病，临床以运动障碍为典型特征。近年来，以PD为代表的神经退行性疾病的发病机制和病理生理学领域的相关研究取得了很大的突破，学者认为线粒体功能障碍是PD病理生理学特征的核心^[5]，线粒体功能的改变将影响代谢物的含量。MRS能够提供大脑的神经化学代谢谱，准确检测出脑内多种代谢物质含量，其中常以NAA、Cho、Cr作为监测指标。NAA峰通常被认为是反映神经元完整性的标记物，在正常人脑组织内高度表达，主要分布于神经元及其突触中，可反映局部脑组织的功能^[6]。Cho峰由一些含胆碱的复合物组成，是细胞膜磷酯代谢的重要组成成分，参与细胞膜的构成并反映膜的更新、胶质增生涉及高膜转换。Cr峰为肌酸和磷酸肌酸的总和，临床研究发现，在各种生理及病理条件下Cr的变化相对稳定，因此，可以将Cr作为内标物，以各种代谢物与Cr的比值来衡量各代谢物的变化。这种相对定量所获得的结果更具有可信性，比率有助于纠正信号变化、区域易感性变化和部分容积效应。NAA/Cr能够反映受测部位神经元功能，Cho/Cr反映胶质细胞激活情况，并直接反映出胶质细胞的功能，NAA/Cho的比值可以反映出神经元与胶质细胞之间的比值，也能够反映出脑功能损伤的情况^[7]。MRS对PD的研究作用已得到国内外学者的关注，多数学者的研究表明MRS可为PD的诊断提供依据，但结果差异较大，如Guan等使用多体素¹H-MRS在追踪PD患者脑神经化学物质变化时发现，黑质、苍白球、前额叶、海马、楔回及背侧丘脑区等多个脑区的NAA/Cr、NAA/Cho比值降低^[8]。而Weiduschat等^[9]研究显示无论使用¹H-MRS不能检测出早期PD的代谢异常改变。众多研究结果不一致可能存在多方面原因，例如，机器型号、扫描参数、后处理软件、研究对象的样本量、PD患者的病程及分期等都可能导致结果的差异。

3.2　帕金森病的病理学基础

       PD的病理学特征包括黑质（substantia nigra，SN)致密部中含有神经黑色素的多巴胺能神经元的丧失和SN中存活神经元路易体(lewy body，LB)和路易神经突(lewy neuritis，LN）中聚集的α-突触核蛋白的积累^[10]。且在苍白球、尾状核、壳核、蓝斑、丘脑等神经结构中也可见此类似的病理改变。基于病理学的研究成果，学者们提出了一些关于PD病理生理发生的机制假说：认为黑质、基底节和丘脑是PD病理生理过程的关键环节。

3.3　感兴趣的选择及意义

       黑质区是关于PD理想的研究位点，但黑质体积较小，于轴位上黑质呈扁弧状，在进行波谱技术研究时受部分容积效应影响较大，并且存在周围血管以及脑脊液的影响，加之基于MRS技术本身的限制，对于感兴趣区的高要求性，若将感兴趣选择于黑质区，研究难度较大，测量出的代谢物稳定性较差。而丘脑是颅脑中体积较大的核团，使用丘脑作为感兴趣区不易受到容积效应的影响。丘脑是PD神经递质传递直接通路的中转站，Baik等^[11]研究发现在行丘脑切开术治疗震颤的帕金森病人时，术前、术后纹状体、丘脑的代谢有明显改变。综上，本研究将波谱分析的感兴趣区选择于更易获得高质量图像的丘脑区。在目前技术条件下，信噪比是限制MRS广泛临床应用的主要因素，其要求采集的体素体积不能小于1 mL，代谢物的浓度必须大于1 mmol，才有可能获得可判读、质量佳的在体MRS谱线。采样容积过小会降低MRS检测的信噪比，影响测量结果的准确性；采样容积过大，虽提高了信噪比，但降低了空间分辨率。在本次研究中考虑到丘脑体积，为增加结果对比的可靠性，经多次实践，笔者将多体素MRS最小采样容积选为10 mm×10 mm× 10 mm (1 mL)。测量丘脑时，单侧测量选取两个体素取平均值，严格选取中线结构两侧对称区域。

3.4　多体素1H-MRS在PD疾病诊断中的价值

       在本研究中，发现对照组双侧丘脑区各项MRS比值指标左、右侧未见明显差异，说明对照组左、右侧神经元结构对称性良好，组织代谢稳定；PD患者症状严重侧与对侧比较发现所得NAA/Cr、Cho/Cr值表现出统计学差异，说明帕金森病进展中可能存在不对称性，此结论符合临床。Zhou等^[12]使用3D多体素¹H-MRS检测非对称PD患者的黑质代谢物，结果同样发现PD患者患肢同侧及对侧的NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cho+Cr）存在显著差异，也证实帕金森病症状的不对称性与代谢相关的推论。本研究提示PD组症状重侧丘脑区NAA/Cr与NAA/Cho值，以及症状重侧对侧的NAA/Cho值较对照组明显减低，差异具有统计学意义。就本实验研究结果认为MRS技术可成为诊断PD的一种手段，其指标以症状重侧丘脑区NAA/Cr与NAA/Cho值为主。但有研究者对PD患者的豆状核区研究发现症状严重侧的对侧豆状核病变重于同侧豆状核，以NAA/Cr比值差异性较为显著，提示帕金森病锥体外系症状可能由对侧豆状核等部位支配^[13]。目前尚无直接的研究证实此观点，有待进一步的大样本研究及病理学研究来验证，我们不能推论在本研究中丘脑区的代谢物改变规律与豆状核区的改变是否存在一定关系，需进一步研究证实。

3.5　帕金森病患者丘脑区MRS比值与H-Y分级和UPDRS评分之间的相关性

       由于病因、发病机制尚未明确，关于PD的诊断主要有依据临床症状，其相关的病情评估也是根据症状、体征的变化。目前评估PD患者的病情主要方法是H-Y分级和UPDRS评分，但这些量表式的评判方式缺乏相对客观的可比性，且在评估前需要停用相关药物，这对于患者可能存在一定的风险。在本研究中，我们将入选的30例帕金森病患者根据改良H-Y分级，分成早、中、晚三期，我们发现帕金森患者的症状重侧NAA/Cr、NAA/Cho及对侧NAA/Cr比值整体比较有统计学差异，进一步进行多重比较，发现PD患者症状重侧NAA/Cr值在病情进展中存在统计学差异。综上可以推论PD患者病重侧丘脑区的NAA/Cr值在帕金森病的不同发展阶段存在显著差异，更加证实了之前疾病进展不对称性的推论。Wu等^[14]对PD患者双侧黑质及苍白球进行代谢物测量，发现最初症状侧苍白球区的NAA/Cr值显著降低，推断在PD早期，苍白球的病理改变在发病侧相对于对侧可能更明显，这可能间接表明PD患者的不对称症状主要取决于苍白球的病理改变。通过Spearman相关性分析显示PD患者的症状重侧丘脑区NAA/Cr、NAA/Cho值以及对侧的NAA/Cr值与Cho/Cr值均与H-Y分级间呈负相关性，且症状重侧丘脑区NAA/Cr值与H-Y分级相关性较强。这种负相关的形成原因可能与NAA/Cho所反映的脑内细胞受损有关，当脑部微环境发生改变时，导致胶质细胞激活，以至于细胞内分泌功能受损，导致NAA、Cho、Cr含量改变^[15]。进一步证明PD患者严重程度与H-Y分级之间存在一定的关系。提示我们可能可以通过丘脑区NAA/Cr值早期筛查PD患者。

       既往有研究表明PD患者病情严重程度与黑质和基底节区病理形态、代谢物浓度改变相关^[16]。Abe等^[17]研究认为PD患者疾病严重程度(UPDRS评分）与NAA、Cho、Cr代谢变化有关系，其中NAA/Cr值随UPDRS评分升高而明显降低。在本研究中，PD患者的病重侧丘脑区的NAA/Cr值和NAA/Cho值与UPDRS评分均存在负相关，且NAA/Cr值与UPDRS评分存在极强的负相关性。PD患者病重侧对侧的NAA/Cr值与Cho/Cr值与UPDRS评分也存在中等强度的负相关性。提示在帕金森病的进展过程中，随病情的加重，丘脑区的多巴胺神经元功能也在发生相应的变化，这与病理学结论相符合，基于上述结果，且结合有关H-Y分级研究，我们推断，可用症状重侧丘脑区NAA/Cr值来评估帕金森患者病情的严重程度。但本研究样本量较少，以上推论说服力欠佳，有待进一步研究证实。且本研究选取感兴趣区较为局限，仅观测丘脑区的变化，对其他脑区缺乏相应研究。

       综上，¹H-MRS能够从细胞代谢水平研究神经元功能的改变，无创性检测出丘脑区神经功能的减低，并与帕金森病症状体征的不对称性进展具有密切关系，能够为帕金森病的诊断提供一定的依据。MRS相关代谢物比值与H-Y分级和UPDRS评分之间存在一定的相关性，在反映病情程度及分期上具有一定辅助作用。MRS具有无创、便利、客观等多方面优势，有可能成为帕金森病病情严重程度的一种客观手段。