0 前言

       帕金森病（Parkinson's disease, PD）是最常见的神经退行性疾病之一，我国60岁以上人群PD患病率为1.37%，对快速老龄化社会中的老年人的生活质量产生严重影响^{[1, 2]}。PD患者临床表现包括运动和非运动症状，相关研究表明非运动症状的发生和进展对PD患者的影响大于运动症状^{[3, 4]}。抑郁是PD的显著的非运动症状，可出现在PD的各个阶段，增加家庭负担^{[5, 6]}。在横断面研究中，PD伴抑郁（Parkinson's disease patients with depression, PD-d）症状的患病率约为40%^[7]。目前对PD-d症生理基础的研究仍在进行阶段，对其神经生物学变化的探究有助于确定PD-d患者进一步的干预措施^[8]。动脉自旋标记（arterial spin labeling, ASL）作为一种提供非侵入性的局部脑血流量化的技术，可以实现对脑灌注进行无创定量测量，在抑郁症的灌注变化方面取得了诸多发现^{[9, 10]}。既往部分基于单光子发射计算机断层扫描（single-photon emission computed tomography, SPECT）技术的相关研究探究了PD-d患者的脑灌注情况^[11]。然而，关于抑郁和非抑郁的PD患者脑灌注改变相关研究结果并不完全一致，且基于SPECT的成像技术多为侵入性并需要注射对比剂。ASL技术具有较SPECT技术更安全、更快速、更高重复性等特点，在评估PD-d患者的脑灌注改变等领域具有广阔应用前景。本研究采用ASL成像技术，对PD-d患者的脑血流灌注情况进行研究，并评估抑郁与脑区血流灌注之间的关系，寻找PD患者抑郁发生的病理生理基础。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经我院伦理委员会审查通过（批件号：2020BJYYEC-271-02）。所有受试者均被详细告知试验内容和方法，并签署知情同意书。前瞻性纳入2021年9月至2022年7月于我院就诊的PD患者42例，纳入标准：（1）由经验丰富的神经病学家对PD患者进行诊断和评估，符合中华医学会神经病学分会帕金森病及运动障碍学组制订的《中国帕金森病的诊断标准（2016版）》^[12]，评估前12 h内停止服用多巴胺类药物；（2）患者一般临床资料真实详细，相关量表评估结果完整；（3）右利手；（4）无双相情感障碍、精神分裂症等其他精神类疾病或有精神疾病家族史。排除标准：（1）卒中史、头外伤史、中枢神经系统感染史、头部MRI显示组织病变或脑积水（n=2）；（2）近2个月内存在精神类药物服用史；（3）其他妨碍头部MRI检查或配合完成神经心理学量表的原因、幽闭恐惧症（n=1）；（4）运动伪影及金属伪影（n=3）；（5）晚期PD患者，Hoehn&Yahr（H&Y）分期＞3（n=2）；（6）患者存在严重认知功能障碍^[13]。最终34名PD患者符合本研究条件被纳入。

       于社区招募健康志愿者30例作为正常对照（normal control, NC）组。纳入标准：（1）年龄、性别及受教育年限与PD组相匹配；（2）汉密尔顿抑郁量表（Hamilton Depression Scale, HAMD）评分＜7分；（3）无双相情感障碍、精神分裂症等其他精神类疾病或精神疾病家族史；（4）右利手；（5）无MRI检查禁忌证。

1.2 临床信息采集及神经心理学量表评定

       临床信息采集及神经心理学量表评分在我院神经内科完成，由受过培训的高年资神经内科医师评估PD患者。根据美国《精神疾病诊断与统计手册第4版》（the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 4th edition, DSM-Ⅳ）抑郁发作诊断标准^[14]，将PD患者分为PD-d组15例，PD不伴抑郁（Parkinson's disease patients without depression, PD-n）组19例。使用HAMD量表评估PD患者抑郁状态。采用统一帕金森病评定量表（Unified Parkinson's Disease Rating Scale, UPDRS）Ⅲ部分测评运动功能；采用H&Y分期评定病情严重程度；采用简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination, MMSE）评估患者认知功能。

1.3 MRI检查

       在神经心理学量表评分收集后60 min内进行MRI检查。所有受试者均在3.0 T MR扫描仪（MAGNETOM Prisma, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany）上完成MRI检查，均采用64通道头颈联合线圈。嘱受检者扫描过程中闭眼、身体放松，保持头部不动，以海绵固定其头部，双耳塞紧降噪耳塞以减少噪声干扰。受试者首先进行常规MRI序列采集，包括轴位T1WI、T2WI、T2液体衰减反转恢复（flui dattenuated inversion recovery, FLAIR）成像、扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI），常规MRI序列显示组织病变或脑积水者将被排除。未显示组织病变或脑积水者继续进行高分辨率 3D T1WI结构像及ASL成像。

       高分辨率3D T1WI结构像采用T1加权磁化准备快速梯度回波序列（T1-weighted magnetization-prepared rapid acquisition gradient echo, T1 MPRAGE）扫描得到，扫描参数如下：矢状位成像，FOV 240 mm×240 mm，采集矩阵256×256，体素大小0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，层数192，TR 5000 ms，TE 2.88 ms，TI1和TI2分别为700 ms和2500 ms，对应的翻转角分别为4°和5°，采集时间为8 min 22 s。

       ASL采用三维伪连续ASL（three-dimensional pseudo-continuous ASL, 3D pCASL）序列扫描得到，扫描参数如下：轴位成像，FOV 256 mm×256 mm，采集矩阵75×75，体素大小3.4 mm×3.4 mm×5.0 mm，层数26，标记后延迟时间1400/1800/2200/2600 ms，标记脉冲持续时间1500 ms，TR 3500/3500/3500/3500 ms，TE 22 ms，回波链长度15，采集时间为5 min 54 s。

1.4 数据后处理

       脑结构MRI图像使用西门子T1 MPRAGE序列内置的脑体积分割和分类算法^[15]，自动分割大脑为48个区域，如图1所示。3D pCASL数据采集结束后，可自动得到脑血流量（cerebral blood flow, CBF）和团注到达时间值^[16]。各脑区内平均CBF定量参数值可通过以下步骤得到：基于MATLAB（R2018a）搭载的SPM12软件（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）将得到的灌注加权图像与3D T1 MPRAGE结构像进行严格配准，然后通过软件生成各个脑区的平均CBF值，用于各组之间的脑区灌注比较。既往研究表明，抑郁患者脑区灌注改变主要发生在双侧大脑半球相关脑区，因此本研究纳入双侧大脑半球作为感兴趣区进行研究^{[17, 18]}。

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图1  脑区分割示意图，以一名健康受试者的左侧丘脑为例（女，60岁）。1A：脑区分割结果图像；1B：基于分割结果与3D T1加权结构像的融合图像。
Fig. 1  Schematic diagram of brain segmentation, taking the images of a healthy subject's left thalamus as an example (female, 67 years old). 1A: Results of brain segmentation; 1B: Fused images based on brain segmentation results and 3D T1 weighted images.

1.5 统计学方法

       所有数据均使用SPSS 25.0软件进行统计学分析。性别等计数资料以例数表示，PD组与NC组、PD-n与PD-d组间比较采用χ2检验。采用Kolmogorov-Smirnow检验对年龄、量表评分及CBF值等计量资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料用均数±标准差（x¯±s）表示，非正态分布资料以中位数（四分位数间距）表示。比较PD组与NC组、PD-n与PD-d组各脑区灌注是否存在差异，符合正态分布的计量资料采用独立样本t检验，非正态分布资料采用非参数Mann-Whitney U检验。PD-n组、PD-d组和NC组多组间比较采用单因素方差分析；对于CBF值多组间存在差异的脑区，进一步采用LSD检验行两两比较，探究PD-n组与NC组、PD-d组与NC组的组间差异。对PD-n与PD-d组间存在CBF值差异的脑区进一步行相关分析。以H&Y分期为协变量，使用偏相关分析评估脑区CBF值与HAMD评分的相关性。使用FDR校正控制多重比较，α值取0.05。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       PD组与NC组、PD-n与PD-d组间年龄、性别差异均无统计学意义（P＞0.05）。PD-n组和PD-d组的UPDRS-Ⅲ及MMSE评分差异无统计学意义（P＞0.05），两组间HAMD评分及H&Y分级差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

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表1  人口统计学及临床资料
Tab. 1  Demographic and clinical data

2.2 CBF值的组间比较

       对PD组及NC组脑血流灌注情况进行独立样本t检验组间比较发现，PD组较NC组右侧壳核、右侧海马、双侧顶叶、枕叶、颞叶灰质及白质、右侧岛叶灌注减低，差异有统计学意义（P＜0.05），见图2、3及表2；对PD-n组、PD-d组和NC组进行单因素方差分析发现，右侧壳核、左侧海马、双侧顶叶、枕叶、颞叶灰质及白质、右侧胼胝体、右侧岛叶灌注改变在3组间差异有统计学意义，见图2及表3，进一步进行两两比较探究PD-n组与NC组、PD-d组与NC组的组间差异发现，灌注改变主要发生在PD-d组与NC组间；对PD-n组及PD-d组受试者脑血流灌注情况进行独立样本t检验组间比较发现，PD-d组较PD-n组左侧丘脑、左侧海马、双侧顶叶灰质、双侧枕叶白质、右侧扣带回灌注减低，差异有统计学意义（P＜0.05），见图2、3及表4。

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图2  存在灌注差异的脑区CBF值箱线图。2A：NC组与PD组；2B：PD-n组、PD-d组与NC组；2C：PD-n组与PD-d组。CBF：脑血流量；NC：正常对照；PD：帕金森病；PD-n：帕金森病不伴抑郁；PD-d：帕金森病伴抑郁。
Fig. 2  Boxplots of the CBF value in brain regions with perfusion differences. 2A: NC group vs. PD group; 2B: NC group vs. PD-n group vs. PD-d group; 2C: PD-n group vs. PD-d group. CBF: cerebral blood flow; NC: normal control; PD: Parkinson's disease; PD-n: Parkinson's disease patients without depression; PD-d: Parkinson's disease patients with depression.

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图3  脑灌注融合伪彩图（轴位）。3A：一例NC组健康受试者图像（女，67岁）；3B：一例典型PD-n组受试者图像（男，64岁）；3C：一例典型PD-d组受试者图像（男，75岁）。图中可以直观地显示出：与3A相比，3B、3C多个脑区灌注较低；与3B相比，3C枕叶（白箭）、扣带回（黑色星号）等脑区灌注较低。
Fig. 3  Fused images of brain cerebral blood flow (axial view). 3A: Image of a healthy subject (female, 67 years old); 3B: Image of a typical PD-n group subject (male, 64 years old); 3C: Image of a typical PD-d group subject (male, 75 years old). It can be intuitively shown that 3B and 3C have decreased CBF in several brain regions compared to 3A; 3C has decreased CBF in occipital lobe and cingulate gyrus compared to 3B, in which the occipital lobe area is indicated by white arrows and the cingulate gyrus area is indicated by black star.

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表2  NC组与PD组相比具有灌注差异的脑区
Tab. 2  Brain regions with perfusion differences in the NC group compared with the PD group

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表3  PD-n组、PD-d组和NC组相比具有灌注差异的脑区
Tab. 3  Brain regions with perfusion differences in the PD-n group, PD-d group and NC group

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表4  PD-n组与PD-d组相比具有灌注差异的脑区
Tab. 4  Brain regions with perfusion differences in the PD-n group compared with the PD-d group

2.3 CBF值与HAMD评分的相关性

       以H&Y分期为协变量，对于PD-n组与PD-d组差异脑区与HAMD评分做偏相关分析，结果表明，右侧扣带回（r=-0.410，P=0.018）、右侧枕叶白质（r=-0.370，P=0.034）CBF值与HAMD呈负相关，如图3、4及表5所示。

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图4  PD患者脑区CBF值与HAMD评分相关相关性散点图。4A：右侧枕叶白质CBF值与HAMD呈负相关（r=-0.370，P=0.034）；4B：右侧扣带回CBF值与HAMD呈负相关（r=-0.410，P=0.018）。PD：帕金森病；CBF：脑血流量；HAMD：汉密尔顿抑郁量表。
Fig. 4  Relevant brain regions for CBF value and HAMD scores in PD patients. 4A: The CBF value of right occipital white matter is negative correlated with the HAMD score (r=-0.370, P=0.034); 4B: The CBF value of right cingulate gyrus is negative correlated with the HAMD score (r=-0.410, P=0.018). CBF: cerebral blood flow; HAMD: Hamilton Depression Scale; PD: Parkinson's disease.

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表5  血流灌注差异脑区CBF值与HAMD评分相关性分析
Tab. 5  Correlation analysis between the CBF value in brain regions with perfusion differences and HAMD scores

3 讨论

       ASL灌注成像利用动脉血中自由扩散的水分子作为内源性示踪剂，既往研究表明，其可为神经退行性疾病患者提供定量、无创、安全的全脑血流测量^{[19, 20]}。本研究通过ASL技术评估PD患者与正常受试者双侧大脑半球灌注差异，研究发现在PD患者存在多个脑区的血流灌注减低；进一步对PD-n组与PD-d组患者双侧大脑半球灌注差异进行评估，研究发现PD-d组较PD-n组在双侧顶叶灰质、枕叶白质及部分边缘系统相关脑区存在灌注减低，并且PD患者右侧扣带回及右侧枕叶白质CBF值与HAMD评分呈负相关。本研究应用基于个体脑结构像的脑区分割方法，纳入双侧大脑半球诸脑区作为感兴趣区进行分析，比较不同组别间脑区血流灌注差异情况，探索PD伴抑郁的病理生理学改变，为相关机制探索提供影像学证据。

       本研究中，我们评估了PD患者的脑血流灌注变化情况，发现PD患者与健康受试者相比，主要以低灌注模式为主。组间统计学分析显示多个脑区的灌注减低差异存在统计学意义。既往研究中，关于PD患者脑血流灌注改变的神经影像研究的结果各有异同，本研究结果与既往研究存在较多一致性^{[21, 22, 23, 24]}。本研究中，顶叶、颞叶及岛叶的灌注减低与LIN等^[21]研究结果基本相符。MELZER等^[23]发现顶枕皮质、楔叶、楔前叶血流灌注明显减低，顶叶、枕叶、颞叶远端皮质及部分皮质下结构血流灌注稍减低，这与本研究结果中发生灌注减低的脑区基本吻合。在本研究中未见到文献所报道的额叶的灌注减低，这可能与受试者的异质性及样本量大小有关，额叶灌注与认知功能、运动功能等具有密切联系，进一步扩大样本量并对健康受试者进行全面的评估将有助于帮助我们解决这一困惑^{[25, 26]}。PD患者脑血流灌注减低受到运动模式、认知功能、病情严重程度、情绪等多因素影响，根据临床症状、体征表现及神经心理学评分情况，本研究纳入的PD患者发生不同程度的运动损害及认知功能减低。相关研究表明，运动系统症状的发生与枕叶的楔前叶灌注减低密切相关^[22]，而认知功能受损则会引起额颞叶的脑灌注减低^{[27, 28]}。PELIZZARI等^[29]研究证明，无痴呆发生PD患者顶叶区域灌注减低改变，并可能与视觉及运动功能降低有关。此外，TEUNE等^[24]研究还发现PD患者较正常受试者右侧丘脑和苍白球、感觉运动皮质、中央旁小叶和辅助运动区脑血流灌注相对增加，而本研究结果中，PD患者大脑呈现低灌注模式，未见明确血流灌注相对增加的脑区。PD组与NC组、PD-n组与PD-d组受试者相比右侧部分脑区的灌注减低，这呈现出灌注降低的左右脑不对称性，我们认为这与右利手人群的偏侧优势影响及患者起病顺序相关，更为活跃的左脑具有可能具有相对较高的代偿性灌注^{[30, 31]}。抗PD药物对本研究中脑血流灌注的直接影响仍有待探讨。HERSHEY等^[32]认为，对于左旋多巴初治PD患者，左旋多巴几乎不引起脑血流灌注改变；而XIONG等^[33]最新研究认为左旋多巴可通过扩张颅内动脉引起相应脑区CBF值增加。为尽可能排除服用药物对本研究结果的影响，我们研究纳入的PD受试者在评估前12 h内停止服用多巴胺类药物。

       本研究进一步对PD-n组及PD-d组受试者双侧大脑半球各脑区血流灌注情况进行分析，发现PD-d组较PD-n组部分边缘系统相关脑区灌注减低。HAMD是评估PD患者抑郁状况的可靠工具^[34]，对受试者一般临床资料进行分析后，我们发现PD患者HAMD评分与其病情分期具有相关性。因此对于存在组间差异的脑区，我们以H&Y分期为协变量进一步进行偏相关分析，以排除病情严重程度对结果的影响。结果表明，PD-d组受试者右侧扣带回、右侧枕叶白质灌注改变与HAMD评分呈负相关，提示右侧扣带回、右侧枕叶白质可能为涉及抑郁相关病理机制的关键脑区，而其他存在的灌注改变的脑区未表现出与HAMD评分具有明确相关性，提示这部分脑区灌注改变受病情进展影响。既往对PD-d的灌注研究多基于分子影像学研究，多为侵入性检查方式且需要额外注射对比剂，各项研究结果中平均CBF差异并不完全一致，但与本研究结果部分吻合，均提示边缘系统的灌注减低在PD患者的抑郁发生中具有显著意义。IMAMURA等^[35]基于SPECT对PD-d的脑灌注研究发现，在伴轻度及重度抑郁的分组内均观察到双侧后扣带回、海马和枕叶楔叶以及顶叶平均CBF值减低，这与本研究结果基本吻合。KIM等^[36]进行了一项SPECT研究，通过感兴趣区分析发现PD-d的边缘系统平均CBF值降低，包括杏仁核、前扣带皮层、海马和海马旁回，尽管本研究中未观察到PD-d杏仁核、海马旁回的CBF值改变，但仍提示边缘系统灌注减低仍可能为PD-d的特征改变。MENTIS等^[37]基于¹⁸F脱氧葡萄糖（fluorodeoxyglucose, FDG）正电子发射断层扫描（positron emission tomography, PET）/CT的研究发现PD患者伴轻度抑郁时，前额叶皮质、前扣带回和眼眶前额叶皮质灌注减低；我们发现PD-d组右侧扣带回呈现低灌注，这与MENTIS等先前的研究结果部分一致。我们的研究中，PD伴与不伴抑郁两组在额叶的血流灌注减少，但这种减少没有达到统计学意义，这种与既往研究结果的不一致可能是由于不同的成像方法及不同的抑郁程度所导致的。本研究结果中PD-d脑血流灌注减低主要出现在白质区域，一项基于¹⁸F FDG-PET/MR多模态成像研究证明，局部脑葡萄糖代谢水平及相应区域的血流灌注随着年龄的增长而下降，并且这些变化与相互连接的白质束的微观结构变化有关^[38]。DI等^[39]研究表明阿尔茨海默病伴抑郁可能同连接眶前叶皮质的有髓纤维的损伤相关。PD患者抑郁的发生可能与以上研究存在与其相似的病理机制，下一步进行扩散张量成像等相关研究将有助于解释白质损伤与血流灌注减低之间的关联性。本研究所使用的DSM-Ⅳ诊断标准对于中早期PD患者的评估具有较高的准确性，因此本研究在受试者筛选阶段依据H&Y分期排除了晚期PD患者^[14]。LIU等^[40]的研究发现大脑皮层的低灌注、皮层下及小脑各脑区高灌注可能是晚期PD患者的特征性灌注模式，本研究结果是否同样适用于晚期PD患者需要进一步的验证。动态磁敏感对比磁共振成像（dynamic susceptibility contrast enhanced magnetic resonance imaging, DSC-MRI）是另一临床常用灌注成像技术，广泛应用于脑梗死、肿瘤等微循环血供和微血管结构数量异常疾病的研究，但罕见应用于神经退行性疾病的脑灌注研究^{[41, 42]}。基于DSC-MRI的灌注成像技术是否能在PD患者中获得与ASL-MRI、SPECT技术等相似的结果，仍需进行相关临床研究。

       本研究尚存不足之处：（1）本研究为横断面、单中心研究，样本量较小，后续进行多中心、大样本的纵向研究验证目前的发现的是十分必要的；（2）尽管纳入了PD-n组、PD-d组与NC组，但尚缺乏原发性抑郁症组，PD患者抑郁的发生与原发性抑郁症是否的存在相似的脑灌注改变情况有待进一步证实；（3）受限于量表评估准确性的影响，本研究仅纳入中早期PD患者，研究结果对于晚期PD患者的符合情况有待研究。

4 结论

       本研究应用3D pCASL技术探究了PD患者与NC组、PD伴与不伴抑郁患者双侧大脑半球灌注差异，验证了PD患者存在脑血流灌注改变并主要呈现低灌注模式，并提示大脑边缘系统血流灌注减低与PD伴抑郁的发生有相关性，有望为PD伴抑郁的病理生理机制的研究提供理论依据。