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Differential Diagnosis of Dementia with Lewy Bodies and Alzheimer Disease Using Combined MR Imaging and Brain Perfusion Single-Photon Emission Tomography

机译:MR成像与脑灌注单光子发射断层扫描相结合的路易体痴呆和阿尔茨海默氏病的鉴别诊断

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摘要

BACKGROUND AND PURPOSE: Diagnostic performance by MR imaging or by SPECT alone in discriminating DLB patients from AD patients has been estimated previously. However, the performance of a combination of MR imaging and SPECT has not yet been evaluated. Our aim was to evaluate the usefulness of combining MR imaging and SPECT to discriminate mild DLB from AD. MATERIALS AND METHODS: Nineteen patients with mild DLB and 19 age- and cognitive decline–matched patients with mild AD underwent both SPECT and MR imaging. Hippocampal, occipital, and striatal volume and SPECT count ratios were compared. Linear discriminant and ROC analyses were performed by using the parameters of striatal volume and the occipital SPECT ratio. RESULTS: The striatal volume ratio in the DLB group was significantly lower than that in the AD group. The occipital SPECT ratio in the DLB group was lower than that in the AD group. The mean area under the ROC curve from combined MR imaging and SPECT (AUC = 0.898) was higher than that from MR imaging (AUC = 0.679) or SPECT (AUC = 0.798) alone. CONCLUSIONS: By combining MR imaging and SPECT, we were able to distinguish patients with mild DLB from those with AD with a high level of accuracy. Our findings suggest that combining MR imaging and SPECT modalities is a useful and practical approach for diagnostically differentiating DLB from AD. Abbreviations: AD, Alzheimer disease • AUC, area under the curve • AVSIS, automated volumetry of segmented image system • DLB, dementia with Lewy bodies • 123I-FP-CIT, iodine 123-N-omega-fluoropropyl-2β-carbomethoxy-3 β-(4-iodophenyl)-nortropane • GM, gray matter • 123I, iodine 123 • MMSE, Mini-Mental State Examination • PD, Parkinson disease • PET, positron-emission tomography • ROC, receiver operating characteristic • SBD, Simulated Brain Data Base • SPECT, single-photon emission CT • SPM, statistical parametric mapping • TIV, total intracranial volume • VOI, volume of interest • WM, white matter The number of patients diagnosed with neurodegenerative dementia has increased in societies in which the average age of the population has risen. DLB is the second most prevalent form of neurodegenerative dementia following AD, and its clinical diagnosis is based on revised consensus criteria.1 An essential neuropathologic feature of DLB is the presence of Lewy bodies in cortical and brain stem structures, such as the substantia nigra and locus coeruleus.2–5 The central diagnostic criterion for DLB is dementia, defined as a progressive cognitive decline of sufficient magnitude to interfere with normal social or occupational functions. The core diagnostic features of DLB are the following: 1) fluctuating cognition with pronounced variations in attention and alertness, 2) recurrent visual hallucinations that are typically well-formed and detailed, and 3) spontaneous features of parkinsonism. The presence of 2 of 3 core features is sufficient for a diagnosis of probable DLB.1 Clinically distinguishing patients with DLB from those with AD, however, is difficult because of overlapping clinical and pathologic features.3–5 This is especially so during the early stages of illness. For example, because psychosis is usually defined as delusions and/or hallucinations, accurate differentiation of psychosis may be difficult at early stages of both diseases.6,7 The accurate identification and differentiation of patients with DLB and AD are particularly important because of the development of interventions and specific pharmacologic treatments and outcome evaluations. Occipital abnormalities in glucose metabolism and cerebral perfusion are also a characteristic neuropathologic feature of DLB. This has been demonstrated by using SPECT and PET.8–10 Recent studies have reported dopamine transporter loss in the striatal, caudate, and posterior putamen in patients with DLB.11,12 Many studies investigating AD have found volume decreases in medial temporal structures and cerebral blood flow reductions in temporoparietal areas.13 Few studies, however, have reported the usefulness of cerebral regional volume measurement with MR imaging for discriminating AD from DLB.14 The aim of the present study was to discriminate DLB and AD by means of regional cerebral volume and perfusion measures by combining MR imaging and SPECT techniques. Materials and Methods Nineteen patients with mild DLB (8 men and 11 women) and 19 patients with mild AD (8 men and 11 women), matched for age, sex, and MMSE score, were retrospectively selected from patients admitted to the infirmary of our institution for the evaluation of dementia from April 2004 to March 2006. The institutional ethics board approved the study. The requirement for a participant's informed consent was waived due to the retrospective nature of the study and because it was solely observational. All patients underwent a neurologic and psychiatric examination by 2 neurologists and/or psychiatrists followed by an MR imaging brain scan and a standard neuropsychological examination. Because all the subjects were initial patients, none of them were given any drugs at the examinations. The criteria for diagnosing and managing DLB were revised in 2005.1 This study dealt directly with morphologic and functional findings of DLB. To avoid sample-selection bias, we used DLB inclusion criteria based on the diagnostic criteria from 1996.15 These criteria do not refer to MR imaging and SPECT techniques, while the new criteria include morphologic and functional examinations. The DLB inclusion criteria used in this study were the following: 1) a diagnosis of probable DLB by using the criteria of the Consortium on DLB International Workshop published in 199616, 2) absence of evidence of focal brain lesions on MR images, and 3) an MMSE score of >20. These criteria include 3 core features (fluctuating cognitive functions, recurrent visual hallucinations, and spontaneous parkinsonism), any 2 of which are necessary for a diagnosis of probable DLB. All patients were examined comprehensively by both neurologists and psychiatrists; and standard neuropsychological examinations, routine laboratory tests, electroencephalography, and cranial MR imaging examinations were performed. Staff physicians closely monitored fluctuation of cognitive functions over a 1-month admission in terms of MMSE performance, activities of daily living, and episodic confusion. Psychiatric and behavioral symptoms were assessed with a structured interview of a caregiver and the Neuropsychiatric Inventory,17 and they were monitored during the patient's hospital stay by staff physicians. Parkinsonism was rated as positive when 1 of the following features were present: resting tremor, cogwheel or lead-pipe rigidity detectable without reinforcement, bradykinesia, and loss of postural reflexes. The inclusion criteria for AD were the following: 1) a diagnosis of probable AD by using the National Institute of Neurologic and Communicative Disorders and Stroke/Alzheimer Disease and Related Disorders Association criteria,16 2) absence of evidence of focal brain lesions on MR images, and 3) an MMSE score of
机译:背景与目的:先前已经评估了通过MR成像或仅通过SPECT区分DLB患者与AD患者的诊断性能。 但是,MR成像和 SPECT尚未被评估。我们的目的是评估 结合MR成像和SPECT鉴别AD的 轻度DLB的有用性。 材料与方法:19例轻度DLB患者以及19位年龄和认知功能减退相匹配的 轻度AD患者接受了SPECT和MR成像。比较海马, 枕骨,纹状体容积和SPECT计数比率。 使用 参数对线性判别和ROC进行分析结果:DLB组的纹状体容积比 显着低于AD组。 DLB组的枕骨SPECT比率低于AD组。 MR成像和SPECT 组合后的ROC曲线下的平均 区域(AUC = 0.898)高于MR成像(AUC = 0.679) 患者与轻度DLB患者与高水平AD患者区分开来。 的准确性。我们的发现表明,结合MR成像 和SPECT方式对 诊断DLB与AD很有帮助和实用。 缩写:AD,阿尔茨海默氏病•AUC,曲线下的面积•AVSIS,分段图像系统的自动容量分析•DLB,路易体痴呆• 123 I-FP-CIT,碘123-N-ω-氟丙基-2β-甲氧羰基-3β-(4-碘苯基)-正烷烃•GM,灰质• 123 I,碘123•MMSE,小精神状态检查•PD,帕金森氏病•PET,正电子发射断层扫描• ROC,接收器工作特性•SBD,模拟脑数据库•SPECT,单光子发射CT•SPM,统计参数映射•TIV,颅内总体积•VOI,目标体积•WM,白质被诊断为神经退行性疾病的患者人数在人口平均年龄上升的社会中,痴呆 有所增加。 DLB是继AD之后神经退行性 痴呆的第二大流行形式,其临床诊断基于修订后的 共识标准。 1 一种基本的神经病理学特征DLB的 是在皮质和脑干结构中存在路易体,例如黑质和蓝斑轨迹。 2-5 DLB的诊断标准是痴呆, 定义为足以干扰正常的社会或职业功能的进行性认知下降。 DLB的 核心诊断功能如下:1)波动的 认知,注意力和机敏性明显变化, 2)复发性幻觉通常格式良好的 且详细,以及3)帕金森氏症的自发特征。 存在3个核心特征中的2个足以诊断可能的DLB 。 1 但是,由于临床和 病理特征重叠,患有 AD的人的DLB很难。 3-5 在期间尤其如此> 疾病的早期阶段。例如,由于精神病通常 定义为妄想和/或幻觉,因此在两种疾病的早期阶段,很难准确区分精神病 。 6,7 < / sup>准确识别和区分患有DLB和AD的患者 尤其重要,因为干预措施的发展 以及特定的药物治疗和结局 糖代谢的枕部异常和脑灌注 也是DLB的特征性神经病理学特征。 已通过使用SPECT和PET进行了证明。 8-10 最近的 研究报道了纹状体中多巴胺转运蛋白的丢失, 11,12 许多研究AD的研究发现, 内侧颞叶结构和大脑的体积减少颞顶区域的血流量减少 。 13 然而,很少有研究,已经报道了 使用 MR成像进行脑区域体积测量对区分DLB和AD的有用性。 14 本研究的目的是通过结合MR成像和SPECT技术,通过局部脑容量和灌注措施来区分DLB和AD 。方法19例轻度DLB患者(男8例,女性11例)和19例轻度AD患者(8例女性,11例女性),年龄, 性别和MMSE评分相匹配从2004年4月至2006年3月进入我院医务室对痴呆症进行评估的患者中进行回顾性选择。机构伦理委员会批准了这项研究。由于该研究具有回顾性,并且仅是观察性的,因此无需参与者的 知情同意。所有患者均接受了神经系统检查并由2位神经科医师和/或精神科医生进行精神科检查,然后进行MR影像学检查和标准的神经心理学检查。因为 所有受试者都是初始患者,所以在检查时都没有给他们 任何药物。在2005年修订了诊断和 的DLB诊断标准。 1 该研究直接针对 DLB的形态和功能发现。为避免样本选择 偏差,我们基于1996年的诊断 标准使用了DLB纳入标准。 15 这些标准不涉及MR成像 和SPECT技术,而新标准包括形态学 和功能检查。 本研究中使用的DLB包含标准如下: 1)使用1996年发布的 联盟国际研讨会上的标准诊断可能的DLB 16 2) MR图像上没有局灶性脑部病变的证据, ,并且3)MMSE得分> 20。这些标准包括3个核心 功能(波动的认知功能,反复出现的视觉 hallucinations和自发性帕金森病),其中任意2个 对诊断都是必需的可能的DLB。神经病学家和精神科医生对所有患者进行了全面检查;标准医学神经心理学检查,常规实验室检查,脑电图检查和颅内MR成像检查> 已执行。职员医师根据MMSE表现,日常生活活动和偶发性混乱,密切监测入院1个月内认知功能的波动 通过对护理人员进行的 访谈和神经精神病学调查表( 17 )评估精神和行为症状,并在患者住院期间对其进行监测 工作人员医师。当出现以下特征中的 1时,帕金森氏综合症被定为阳性:静息震颤,钝齿轮 或无需增强即可检测到的导气管刚度,运动迟缓, AD的纳入标准如下:1)使用美国国立神经病学研究所 对可能的AD的诊断 和沟通障碍与中风/阿尔茨海默氏病以及 相关障碍协会标准, 16 2)在MR图像上缺乏局灶性脑病的证据 3)MMSE得分为 的患者 在MR成像和SPECT程序上造成困难。 将每组受试者的年龄和性别按一对一的方式进行匹配。 DLB和AD患者的MMSE得分也相符。 没有AD患者报告有幻觉, 波动性认知或帕金森氏症。 DLB和AD组的平均年龄分别为76.0±7.1 岁和75.6±6.0岁,DLB和AD组的平均 MMSE评分为22.7±2.0 和22.4±1.6。 DLB的19例患者中有13例发生帕金森氏症,视觉幻觉16例,并且 17例患者的认知功能波动。 MR成像扫描仪的1.5 T Horizo​​n(GE Healthcare,密尔沃基, 威斯康星州)。对于T1加权图像; 3D渐变梯度回波成像(TR,14 ms; TE,3 ms;翻转角,20°;厚度, 1.5毫米;进行了124个部分)。还获得了轴向T2加权图像 和流体衰减的反转恢复图像。 在SPECT检查之前0-28天获得了MR图像。 在注射111 MBq(3 mCi)碘123后15分钟 闭眼的情况下,患者处于静卧状态下开始SPECT扫描。 N-异丙基-p 碘苯丙胺。所有SPECT研究都是通过使用 旋转双头伽马相机(GAMMA View SPECT 2000 H; Hitachi,日本东京)和低能耗的通用准直仪进行的。 。 有效FOV是220毫米(轴向)×170毫米(纵向) 体积,用于包括小脑在内的整个大脑的成像。 能量窗口为160 keV,宽度为20%。投影数据 以15秒/步x 64视图(2旋转,360°)获得。 使用Ramachandran滤镜进行SPECT图像重建。 使用Chang的方法进行衰减校正。 重构的图像的像素大小为4 mm,截面的厚度为8 mm,具有15–17个截面,并重构了空间 中心分辨率为13.4 mm, 80 mm切向为8.9 mm。 MR成像 和SPECT研究之间的延迟时间为0–2周。 所有MR图像和SPECT数据均已转移到个人 计算机。使用我们的AVSIS进行容量测定和SPECT累积量的测量。 14 简而言之,本研究中的AVSIS加工过程 如下:VOI颅内 之前,准备了海马, 纹状体和枕叶模板。我们在标准的 蒙特利尔神经病学研究所的数字 幻像(SBD; http://www.bic.mni.mcgill.ca/brainweb)上制作了每个区域VOI模板,手动绘制每个结构的轮廓 。枕叶VOI模板 包括Brodmann区域17、18和19。 修改AVSIS的过程如下:首先,每个人 MR图像和SPECT图像被共同注册。然后,使用SPM5 细分程序(英国伦敦威尔康神经影像信任中心,Wellcome Trust Center for Neuroimaging, ),将每个受试者的MR 图像分割为GM,WM和CSF。 )。将从SBD导出的GM模板图像 ,然后在空间上转换为单个对象的GM 图像,并生成归一化参数。此规范化 参数的功能与单个大脑 到标准大脑的解剖规范化中产生的反向参数 相同。使用此参数,我们将 颅内,海马,纹状体和枕腔VOI模板 转换为单个受试者的空间。通过使用 源自分割的GM,WM和CSF图像的图像来调整TIV。 分割的图像如下得出:WM和GM区域 < / sup>是使用TIV VOI模板中的体素计算的。使用转化后的海马和纹状体VOI模板计算海马和纹状体中的GM 体积。使用每个受试者的转化后枕位VOI模板,计算出枕叶中GM和WM的体积 。通过相对于TIV的归一化相对 计算每个 区域相对体积。接下来,通过使用上述 确定每个提取区域上 共同注册的SPECT图像的区域,从而计算海马,纹状体和枕部SPECT 的摄取计数。容积程序(图1)。我们计算了DLB和AD的 区域比率:将海马,纹状体和枕骨的 体积/颅内体积用于MR成像。对于SPECT,使用了 海马和枕骨计数/纹状体计数。 查看较大版本(36K):[在此窗口中] [在新窗口中]图1.模式计算区域结构量和S​​PECT计数。显示了计算纹状体和枕叶体积以及SPECT计数的示例。 A,原始MR图像和SPECT图像被共配准。 B–D,我们将纹状体和枕状VOI模板转换为单个大脑(B);然后通过在单个MR图像(C)上使用这些VOI模板,我们提取了各个区域分割的VOI模板(D)并计算了它们的体积。 E,然后,通过使用提取的纹状体和枕叶作为单个共同注册的SPECT图像的VOI,我们确定了纹状体和枕叶计数。对体积和SPECT计数的区域比率 进行线性判别分析。在 0.05级别进行统计检验。所有统计分析都是使用 SPSS 17(SPSS,伊利诺伊州芝加哥;和JMP 8(http://tech.its.iastate.edu/macosx/howtos/jmp8.shtml)进行的。 结果下表显示了 DLB和AD组的平均体积和SPECT计数比,DLB患者的 GM体积明显降低。与AD 相比,纹状体(P <.05)。DLB患者的枕叶脑部血流明显减少(P <.05)。图2显示两组的纹状体容积比和 SPECT枕骨比的分布,我们得到以下 线性判别分析公式:S =(SPECT枕骨比) < / sup> x 4.934 +(纹状体容积比)x 474.136 – 13.803, ,S 0被诊断为AD。 在19例患者中有17例通过使用<同样,在16个 19例患者。因此,从AD区分 的DLB的敏感性和特异性分别为89%和84%。 查看此表:[在此窗口中] [在新窗口中]均值DLB和AD组的体积比和SPECT计数比查看大图(15K):[在此窗口中] [在新窗口中]图2. DLB和AD患者的SPECT枕骨比分布和纹状体体积比。正方形表示AD;三角形DLB。图3显示了ROC分析中的AUC。对于合并的 纹状体容积和枕位SPECT比,AUC为0.898; 对于纹状体容积比,AUC为0.679;对于 枕形SPECT比,AUC为0.798。 查看较大版本(16K):[在此窗口中] [在新窗口中]图3. ROC曲线区分DLB和AD。与单独的纹状体容积比(AUC = 0.679)(b)或独立的枕骨SPECT比相比,测量纹状体容积和枕骨SPECT组合比中的z分数可产生更高的灵敏度和特异性(AUC = 0.898)(a)。 (AUC = 0.798)(c)。讨论以前的一些研究报告指出,检测枕骨 和顶额颞叶灌注不足可以将DLB与AD区分开。 18-21 。在患有DLB 和额颞痴呆, 22-24 和脑灌注 叶>这两种疾病中的SPECT可能与AD相似。 在区域吸收模式中,AD和DLB之间也存在很大程度的重叠。 25 < / sup> Kemp等人[sup> 26 报道,枕骨灌注减少的出现 对于区别 DLB和其他疾病几乎没有用。总体而言,枕骨 输血对诊断准确性的贡献尚不清楚。 27 然而, 最近证明了 123 FP-CIT是 与多巴胺转运蛋白结合的配体,可用于区分 AD和DLB。 28–32 O'Brien等al 33 证明了 123 I-FP-CIT SPECT在诊断可能患有DLB的患者中的准确性 A突触前多巴胺转运蛋白成像可用于诊断 患有DLB的患者,尽管在灌注SPECT研究后可作为补充检查 使用六甲基丙烯胺 肟SPECT区分AD与其他痴呆症的报道 灵敏度约为70%。 34 本文作者 建议灌注SPECT无法在AD和其他d之间划清界线 mentias。但是,由于该研究中包括的所有SPECT 研究均仅使用灌注SPECT,因此如果在 中使用SPECT 仍可能有助于DLB的临床诊断。与其他神经影像技术的结合。 PET具有比SPECT更高的 灵敏度和更高的空间分辨率, ,因此它可能更适合区分DLB和AD。 35 研究发现,将异碘苄基胍心脏摄取减少和MMSE得分变化模式与SPECT减少模式结合使用,可以提高区分 的准确性。 > DLB来自AD。 36,37 此外,MR成像在 普通医院中广泛使用。我们发现结合MR成像 和SPECT,我们能够以高 敏感性和特异性来区分DLB和AD。如ROC分析所示,MR成像和SPECT结合产生的 AUC高于单独使用这两种技术产生的AUC的 。该发现 表明,结合使用MR 成像和SPECT可以提高判别能力。 Kitayama等人 38 以前的 提出了结合使用SPECT和MR <结合分析海马 和GM体积的有用性。 / sup>成像用于AD的早期诊断。本研究是 的第一个研究,它通过使用 MR成像和SPECT结合显示了DLB和AD的明显区别。我们的方法需要进行SPECT和MR 成像研究,但是单独的多巴胺转运蛋白SPECT不能 赋予任何脑灌注状态,因此必须对多巴胺转运蛋白 进行研究。在灌注 和MR成像研究后,作为一项附加研究进行了研究。 先前的一些研究已经得出了有关受DLB影响的大脑中纹状体容积的结果 39-41 基于体素的形态计量学研究,其中有72个DLB患者和72个 在AD中(经尸检确认为28)并未报告DLB中纹状体的萎缩 在AD中。 42 在上一篇文章中, 但是,我们证明减少纹状体体积可以 将AD与DLB区分开。 14 另一项研究表明 DLB患者表现出比upinal 体积比小得多对照组和患有AD的患者。 43 一些病理生理学 研究报告了与DLB相关的形态学变化。 缺乏 DLB脑 44 以及广泛的海绵状变化 和神经胶质瘤影响长投射纤维的存在是DLB 病理生理学的一部分。 45 Zaja-Milatovic等人[sup> 46,47 报告了对spinodendritic 变性的γ-氨基丁酸对中度脊柱神经元变性的证据。 在尾状核的特定区域。这可能与DLB患者 的执行功能受损的结构性 相关,并且这种病理变化可能解释了DLB患者纹状体体积减少 这些病人。这些先前的发现 与目前的结果一致,即与 AD的患者相比,DLB患者的 纹状体容积显着降低。此外,PD患者的 皮层下核比年龄和性别匹配的对照组小得多。 48–50 本研究中68%的DLB患者患有帕金森病, 和纹状体体积的减少可能取决于与路易氏体病相关的帕金森氏症。 以前的一些灌注研究表明,海马 AD患者的血容量和灌注显着低于DLB患者。 在当前的 研究中,在DLB患者和AD患者之间,海马体积没有显着差异 。但是, 可能是由于本研究仅限于轻度DLB和AD的患者 所解释。此外,本研究缺乏海马 体积差异,这与Barber等人的 报告[53](sup)一致。萎缩 可用于检测AD,但对区分 痴呆症的作用较小。此外,本研究中 的大多数DLB患者均为老年人(平均年龄76.0岁),可能包括具有常见DLB类型的 。海马。 该研究的局限性在于纳入的患者数量很少, 所用的判别模型也得到了验证。结论我们证明,采用MR成像和SPECT结合形态学和功能性方法 可能是区分DLB和DLB的合适方法。 AD具有高度的特异性和敏感性。

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  • 来源
    《American Journal of Neuroradiology》 |2010年第4期|720-725|共6页
  • 作者单位

    From the Department of Radiology and Nuclear Medicine (H.G., K.I., T.U., N.M., T.Y.);

    From the Department of Radiology and Nuclear Medicine (H.G., K.I., T.U., N.M., T.Y.)|Department of Radiology (K.I.), Kinki University School of Medicine, Osaka-Sayama, Osaka, Japan.;

    From the Department of Radiology and Nuclear Medicine (H.G., K.I., T.U., N.M., T.Y.);

    From the Department of Radiology and Nuclear Medicine (H.G., K.I., T.U., N.M., T.Y.);

    From the Department of Radiology and Nuclear Medicine (H.G., K.I., T.U., N.M., T.Y.);

    Institute for Aging Brain and Cognitive Disorders (K.S., S.O.), Hyogo Brain and Heart Center, Himeji, Hyogo, Japan;

    Institute for Aging Brain and Cognitive Disorders (K.S., S.O.), Hyogo Brain and Heart Center, Himeji, Hyogo, Japan;

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