Применение диффузионно-тензорной визуализации для оценки микроструктурной целостности вещества головного мозга у пациентов с болезнью Альцгеймера

Цель исследования - сравнить показатели диффузионнотензорной визуализации (diffusion tensor imaging - DTI) в различных областях головного мозга у больных с болезнью Альцгеймера (БА) с изолированным нейродегенеративным процессом и пациентов с БА и церебральной микроангио-патией (ЦМ).

Материал и методы. Обследованы 20 больных БА в возрасте 66 ±10 лет. У 11 пациентов имелся изолированный нейродегенеративный процесс, у 9 - сочетанное поражение головного мозга (БА+ЦМ). Исследование проводилось на магнитно-резонансном томографе Siemens Magnetom Skyra с индукцией магнитного поля 3 Т. МР-протокол обследования пациентов включал проведение DTI. С помощью программы для постпроцессорной обработки полученных данных Olea Medical Sphere 3.0 в ручном режиме измерялись фракционная анизотропия (FA), средняя диффузионная способность (MD), аксиальный и радиальный коэффициенты диффузии (AxD и RxD) в различных областях головного мозга.

Результаты. Значимые различия показателей DTI (FA, MD, AxD, RxD), свидетельствующие о более выраженном нарушении микроструктурной целостности белого вещества у больных с сочетанной ЦМ по сравнению с пациентами с изолированным нейродегенеративным процессом, отмечались в области средней таламической лучистости, верхних и нижних продольных пучках и колене мозолистого тела.

Заключение. DTI является информативным методом, обладающим высокой чувствительностью в определении различий в нарушении микроструктурной целостности тканей головного мозга у больных с БА и ЦМ по сравнению с лицами с изолированным нейродегенеративным процессом.

1. Яхно Н.Н., Захаров В.В., Локшина А.Б., Коберская Н.Н., Мхита-рян Э.А. Деменции. Руководство для врачей. 3-е изд. М.: МЕД-преcс-информ, 2011.

2. Jellinger K.A. Prevalence and impact of cerebrovascular lesions in Alzheimer and Lewy body diseases. Neuro-degener. Dis. 2010; 7: 112-5. DOI: 10.1159/000285518

3. Toledo J.B., Arnold S.E., Raible K., Brettschneider J., Xie S.X., Grossman M. et al. Contribution of cerebrovascular disease in autopsy confirmed neurodegenerative disease cases in the National Alzheimer’s Coordinating Centre. Brain. 2013; 136: 2697-706. DOI: 10.1093/brain/awt188

4. Risacher S.L., Shen L., West J.D., Kim S., McDonald B.C., Beckett L.A. et al. Longitudinal MRI atrophy biomarkers: relationship to conversion in the ADNI cohort. Neurobiol. Aging. 2010; 31 (8): 1401-18. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2010.04.029

5. Desikan R.S., Cabral H.J., Fischl B., Guttmann C.R., Blacker D., Hyman B.T. et al. Temporoparietal MR imaging measures of atrophy in subjects with mild cognitive impairment that predict subsequent diagnosis of Alzheimer disease. Am. J. Neuroradiol. 2009; 30 (3): 532-8. DOI: 10.3174/ajnr.A1397

6. Sabuncu M.R., Desikan R.S., Sepulcre J., Yeo B.T., Liu H., Schmansky N.J. et al. The dynamics of cortical and hippocampal atrophy in Alzheimer disease. Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative. Arch. Neurol. 2011; 68 (8): 1040-8. DOI: 10.1001/archneurol.2011.167

7. Braak H., Braak E. Staging of Alzheimer's disease-related neurofibrillary changes. Neurobiol Aging. 1995; 16 (3): 271-8; discussion 278-84. DOI: 10.1001/archneurol. 2011.167

8. Brun A., Englund E. A white matter disorder in dementia of the Alzheimer type: a pathoanatomical study. Ann. Neurol. 1986; 19: 253-62. DOI: 10.1002/ana.410190306

9. Canu E., Agosta F, Spinelli E.G., Magnani G., Marcone A., Scola E. et al. White matter microstructural damage in Alzheimer’s disease at different ages of onset. Neurobiol. Aging. 2013; 34: 2331-40. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2013.03.026

10. Weiner M.W., Veitch D.P., Aisen P.S., Beckett L.A., Cairns N.J., Green R.C. et al. The Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative: a review of papers published since its inception. Review article. Alzheimer’s & Dementia. 2012; 8: 1-68. DOI: 10.1016/j.jalz.2014.11.001

11. Bozzali M., Falini A., Franceschi M., Cercignani M., Zuffi M., Scotti G. et al. White matter damage in Alzheimer's disease assessed in vivo using diffusion tensor magnetic resonance imaging. J. Neurol. Neuro-surg. Psychiatry. 2002; 72 (6): 742-6. DOI: 10.1136/jnnp.72.6.742

12. Mielke M.M., Kozauer N.A., Chan K.C., George M., Toroney J., Zerrate M. et al. Regionally-specif-ic diffusion tensor imaging in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease. Neuroimage. 2009; 46 (1): 47-55. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2009.01.054

13. Alves G.S., Sudo F.K., de Oliveira Alves C.E., Ericeira-Valente L., Madeira Moreira D., Engelhardt E. et al. Diffusion tensor imaging studies in vascular disease: a review of the literature. Dement. Neuropsychol. 2012; 6 (3): 158-63. DOI: 10.1590/S1980-57642012DN06030008

14. Grinberg L.T., Thal D.R. Vascular pathology in the aged human brain. Acta Neuropathol. 2010; 119: 277-90. DOI: 10.1007/s00401-010-0652-7

15. Radue E.W., Weigel M., Wiest R., Urbach H. Introduction to magnetic resonance imaging for neurologists. Neuroimaging. 2016; 22 (5): 1379-98. DOI: 10.1212/CON.0000000000000391

16. Jellison B.J., Field A.S., Medow J., Lazar М., Shariar M.S., Andrew L.A. Diffusion tensor imaging of cerebral white matter: a pictorial review of physics, fiber tract anatomy, and tumor imaging patterns. Am. J. Neuroradiol. 2004; 25 (3): 356-69.

17. Пронин И.Н., Фадеева Л.М., Захарова Н.Е., Долгушин М.Б., По-допригора А.Е., Корниенко В.Н. Диффузионная тензорная магнитно-резонансная томография и трактография. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2008; 2 (1): 36-40.

18. Китаев С.В., Попова Т.А. Принципы визуализации диффузионного тензора и его применение в неврологии. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2012; 6 (1): 48-54.

19. Nir T.M., Jahanshad N., Villalon-Reina J.E., Toga A.W., Jack C.R., Weiner M.W. et al. Effectiveness of regional DTI measures in distinguishing Alzheimer's disease, MCI, and normal aging. Neuroimage Clin. 2013; 3: 180-95. DOI: 10.1016/j.nicl.2013.07.006

20. Soares J.M., Marques P, Alves V., Sousa N. A hitchhiker's guide to diffusion tensor imaging. Front Neurosci. 2013; 7: 31. DOI: 10. 3389/fnins.2013.00031

21. Alexander A.L., Hasan K., Kin-dlmann G., Parker D.L., Tsuru-da J.S. A geometric comparison of diffusion anisotropy measures. Magn. Reson. Med. 2000; 44: 283-91.

22. Snook L., Plewes C., Beaulieu C. Voxel based versus region of interest analysis in diffusion tensor imaging of neurodevelopment. Neuroimage. 2007; 34 (1): 243-52. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2006.07.021

23. Srivastava S., Bhatia M.S., Bhar-gava S.K., Kumari R., Chandra S. A diffusion tensor imaging study using a voxel-based analysis, region-of-interest method to analyze white matter abnormalities in first-episode, treatment-naive major depressive disorder. J. Neuropsychiatry Clin. Neurosci. 2016; 28 (2): 131-7. DOI: 10.1176/appi.neu-ropsych.15050120

24. Oishi K., Faria A.V., van Zijl P. C. M., Mori S. MRI atlas of human white matter. 2nd ed. Baltimore: Academic Press; 2010.

25. Frisoni G.B., Pievani M., Testa C., Sabattoli F, Bresciani L., Bonet-ti M. et al. The topography of grey matter involvement in early and late onset Alzheimer’s disease. Brain. 2007; 3 (130): 720-30. DOI: 10.1093/brain/awl377

26. Moller C., Vrenken H., Jiskoot L., Versteeg A., Barkhof F., Scheltens P et al. Different patterns of gray matter atrophy in early- and late-onset Alzheimer’s disease. Neuro-biol. Aging. 2013; 8: 2014-22. DOI: 10.1016/j.neurobiolaging.2013.02.013

27. Mungas D., Jagust W.J., Reed B.R., Kramer J.H., Weiner M.W., Schuff N. et al. MRI predictors of cognition in subcortical ischemic vascular disease and Alzheimer’s disease. Neurology. 2001; 57: 2229-35.

28. Deramecourt V., Slade J.Y., Oakley A.E., Perry R.H., Ince PG., Maurage C.A. et al. Staging and natural history of cerebrovascular pathology in dementia. Neurology. 2012; 78 (14): 1043-50. DOI: 10.1212/WNL.0b013e31824e8e7f

29. Kim Y.J., Kwon H.K., Lee J.M., Kim Y.J., Kim H.J., Jung N.Y. et al. White matter microstructural changes in pure Alzheimer’s disease and subcortical vascular dementia. Eur. J. Neurol. 2015; 22 (4): 709-16. DOI: 10.1111/ene.12645

30. Fu J.-L., Zhang T., Chang Ch., Zhang Y.-Z., Li W.-B. The value of diffusion tensor imaging in the differential diagnosis of subcortical ischemic vascular dementia and Alzheimer’s disease in patients with only mild white matter alterations on T2-weighted images. Acta Radiologica. 2012; 53: 312-7. DOI: 10.1258/ar.2011.110272

31. DeCarli C., Mungas D., Harvey D., Reed B., Weiner M., Chui H. et al. Memory impairment, but not cerebrovascular disease, predicts progression of MCI to dementia. Neurology. 2004; 63 (2): 220-7.

32. Smith E.E., Egorova S., Blacker D., Killiany R.J., Muzikansky A., Dickerson B.C. et al. Magnetic resonance imaging white matter hyperintensities and brain volume in the prediction of mild cognitive impairment and dementia cognitive impairment and dementia. Arch. Neurol. 2008; 65 (1): 94-100. DOI: 10.1001/archneurol.2007.23

33. Song S.K., Sun S.W., Ju W.K., Lin S.J., Cross A.H., Neufeld A.H. Diffusion tensor imaging detects and differentiates axon and myelin degeneration in mouse optic nerve after retinal ischemia. Neuroimage. 2003; 20: 1714-22.

34. Sun S.W., Liang H.F., Trinkaus K., Cross A.H., Armstrong R.C., Song S.K. Noninvasive detection of cuprizone induced axonal damage and demyelination in the mouse corpus callosum. Magn. Reson. Med. 2006; 55: 302-8. DOI: 10.1002/mrm.20774

35. Kraus M.F., Susmaras T., Caugh-lin B.P, Walker C.J., Sweeney J.A., Little D.M. White matter integrity and cognition in chronic traumatic brain injury: a diffusion tensor imaging study. Brain. 2007; 130: 2508-19. DOI: 10.1093/brain/awm216

36. Counsell S.J., Shen Y., Board-man J.P, Larkman D.J., Kapellou O., Ward P. et al. Axial and radial diffu-sivity in preterm infants who have diffuse white matter changes on magnetic resonance imaging at term-equivalent age. Pediatrics. 2006; 117: 376-86. DOI: 10.1542/peds.2005-0820

37. Vernooij M.W., de Groot M., van der Lugt A., Ikram M.A., Krestin G.P, Hofman A. et al. White matter atrophy and lesion formation explain the loss of structural integrity of white matter in aging. Neuroimage. 2008; 43 (3): 470-7. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2008.07.052