1. 前言

帕金森病(PD)是一种成人慢性进行性神经退行性疾病，以运动迟缓、静止性震颤、肌肉僵硬和姿势不稳为特征[1]。帕金森病患者因其各种运动和非运动症状不仅降低自身生存质量，也给其护理人员带来了沉重精神压力，并且随着疾病进展，患者及其护理人员也面临着巨大的、逐渐增加的经济负担[2] [3]。PD的病理特征主要是中脑黑质(Substantia nigra, SN)多巴胺能(Dopamine, DA)神经元变性和蛋白聚集体在路易体(Lewy body, LB)和路易神经节(Lewy neurite, LN)的累积[4]。黑质DA神经元无论是发生功能障碍还是发生损失，都将导致大脑中DA浓度降低，从而引起特有的运动症状[5]。国际运动障碍协会(MDS)建议将PD分为3个阶段[6]：临床前期(已经出现神经变性，但是没有明显的症状或体征)；前驱期(症状和体征已经出现，但仍不足以诊断为PD)；临床期(即基于典型的运动症状作出PD的诊断)。PD患者出现典型的临床症状较晚，其前驱期最早可以在出现典型运动症状之前20年甚至更长时间开始[7]，这导致帕金森病早期诊断困难。一项对帕金森病临床诊断准确性的研究表明，临床诊断帕金森病和由运动障碍专家进行临床诊断时的总体准确率在发病5年内的早期阶段分别为84.2%和91.5%、疾病晚期阶段分别为90.3%和96.7%，这表明早期阶段的诊断准确率仍有提高的空间[8]。而当患者出现典型的临床运动症状时，SN及纹状体中已经发生了显著的细胞损失，当纹状体失去70%、黑质失去50%~60%的DA神经元时，相关的临床症状才开始出现[9] [10]，这给患者的及时治疗带来了挑战。非典型帕金森综合征是指除帕金森病以外的一组神经退行性疾病，包括多系统萎缩(MSA)、进行性核上性麻痹(PSP)、皮质基底膜变性(CBD)和路易体痴呆(DLB)，由于它们的临床症状与帕金森病有所重叠，特别在疾病早期阶段很难与帕金森病进行鉴别，是目前诊断的主要难点[11] [12]。

经颅黑质超声(Transcranial sonography, TCS)是利用二维超声对颅内脑实质进行检测，了解脑实质内有无异常回声信号的一种经济、便捷、无创的检查方法。1995年德国的BECKER教授[13]。通过对比30例PD患者及30例非PD患者的经颅超声图像，首次报道了经颅超声扫查出现中脑黑质高回声(Hyperechogenicity of the substantia nigra, SN+)与帕金森病相关，此后国内外出现了大量研究表明SN+的出现有助于PD诊断，如今TCS在诊断帕金森病中的辅助价值越来越得到认可，并在2013年被欧洲神经病学会联盟纳入帕金森病诊断指南，2016年被中华医学会纳入帕金森病的诊断标准。SN+不仅仅可以作为重要的PD影像学标志物以提示帕金森病的诊断、帮助帕金森病与其他神经退行性疾病的鉴别诊断，也可帮助明确患者所处病程(如运动前状态或存在提示进展为PD风险)。近年来许多研究表明，经颅聚焦超声可以打开血脑屏障(Blood-brain barrier, BBB)，并具有神经调节作用，可以应用于帕金森病的治疗。以上表明TCS在帕金森病的诊断、鉴别诊断、治疗方面均有很好的前景。

2. 诊断原理

帕金森病人的经颅超声扫查出现中脑黑质高回声的原因至今并没有一个准确定论，目前认为铁沉积和小胶质细胞激活在其中发挥重要作用。大量研究主要集中在铁代谢功能障碍导致中脑黑质中铁含量增加的讨论，涉及脑组织铁摄入增加、外周神经系统向中枢神经系统的转运以及细胞内铁释放减少。2002年BERG等首先发现了人类体内铁含量与SN +的正相关性，他通过尸检20名死亡的PD患者大脑组织，对其进行重金属分析和组织学检查，发现在SN处有更广泛的高回声信号的受试者比那些回声较少的SN的受试者铁水平更高[14]。最新的一项研究分析、比较了TCS和定量磁化率图(即通过磁共振成像活体内检测到脑组织中铁含量增加的区域)两种模式下探测到的信号增加的区域所代表的中脑中铁聚集的三维空间分布，其结果表明两种模式中信号增加的区域共同定位了铁沿着整个中脑的轴向范围中的聚集，而两种模式重叠的主要部位位于黑质致密部和腹侧被盖区域，这进一步说明铁在中脑黑质内以及附近区域的累积是SN+的指标[15] [16]，解释了铁与神经炎症之间的关系，即铁通过激活小胶质细胞和产生神经毒性因子介导神经炎症，从而诱导多巴胺能神经变性，但在校正了铁和神经黑色素含量的脑组织中也同样发现有SN+的现象，说明一定还存在其他的原因，这表明铁含量增加和神经炎症似乎只是SN+形成机制中的某一环节，而真正的源头所在仍需进一步研究[1]。

3. SN+的定性与定量指标

(1) 定性指标即视觉评估黑质回声强度。主要采用BARTOVA等[17]提出的划分方法：Ⅰ级：呈均匀分布低回声；Ⅱ级：可见散在点状、细线状稍高回声；Ⅲ级：回声呈斑片状增强并低于脚间池回声；Ⅳ级：回声呈斑片状增强并等于脚间池回声；Ⅴ级：回声呈斑片状增强并高于脚间池回声。

(2) 定量评估即面积测量，通过轨迹球描记黑质强回声轮廓，系统自动计算出黑质强回声面积。常用的定量指标主要有两个，一是SN+的面积，WALTER等[18]。将SN的高回声性定义为平面测量的SN回声增高区域的大小超过在正常群体中获得的预定截断值。如果SN超过一般健康人群的第90百分位，SN被评为显著高回声，如果在第75和第90百分位数之间为中等高回声，如果测量的面积低于第75百分位，则认为正常。二是双侧SN+总面积与中脑总面积的比值(S/M)，HUANG等[19]把比值 ≥ 7%视为阳性。但由于使用设备或研究人群的不同，定量评估标准难以统一，目前2016年中华医学会制定标准为：单侧黑质强回声面积 < 0.20 cm²为正常，单侧黑质强回声面积0.20~0.25 cm²为回声中度增强，单侧黑质强回声面积 > 0.25 cm²为回声显著增强。

4. SN+与帕金森病的关系

(1) SN+的无症状人群：无症状患者的帕金森病的早期诊断是一个关键问题，因为大量的研究提示，帕金森病的神经变性过程在出现允许诊断的临床症状之前数年至数十年就开始了，SN+已存在于疾病的前临床阶段，即无症状的健康人群中。这些无症状却出现SN+的人群与SN回声正常的健康人相比，其在指令运动中可能表现稍差[20]。具有PD阳性家族史或PD相关基因突变携带者等PD高风险无症状人群与健康人群相比，SN+的发生率明显更高[21]。SN+的无症状个体还可能具有轻微的认知缺陷，他们似乎在言语记忆方面表现更差，类似于在PD中看到的认知功能障碍，这意味着SN+具有黑质纹状体多巴胺能系统的亚临床功能不全的提示作用，可以作为PD高危人群的一个预测因子[22]。另外，一项研究纳入出现SN+的PD患者和健康对照受试者，这些健康对照受试者也与帕金森患者同样地出现了纹状体中18 F-多巴的摄取减少，提示他们可能在今后发展为PD。这提示SN+不仅是诊断PD的影像学标志物，也是这种神经退行性疾病的风险标志物，即SN+的健康人群日后发生帕金森病的风险可能更高[23]。一项大型前瞻性观察性研究显示，在1271名年龄在50岁或以上的健康受试者中，有21名受试者在5年内患上了帕金森病，在这段时间内，与SN回声正常的受试者相比，SN+的健康受试者患PD的风险增加20.6倍以上[24]。以上表明即使未出现临床症状或临床体征不够突出时，TCS也可以作为PD极早期诊断的稳定生物标志物。

(2) SN+的PD患者：SN+也可以对PD患者本身病情特征有提示意义。从BECKER认为黑质高回声的程度与PD的严重程度和持续时间密切相关开始，之后已有大量研究表明性别、年龄、持续时间、运动与非运动症状严重程度与SN+具有相关性。男性患者的回声强度、高回声面积都较女性高，造成这种情况的原因可能是雌激素导致女性血清铁水平较低，从而铁不易在女性的中脑黑质蓄积，这表明女性性别可能是一个保护因素[21]。同样的，PD患者较大的年龄、较晚的疾病分期、较重的运动及非运动症状通常更倾向出现SN+并且其面积更大。在一个帕金森病动物模型中，中脑黑质强回声面积的大小与多巴胺能神经元死亡的程度呈正相关，这提示中脑黑质高回声能监测PD的多巴胺能神经变性的进展[25]。SN+的PD患者的UPDRS II评分显著高于SN-的患者，表现出更严重的步态损害，包括步长变异性增加，脚跟着地角减小，髋关节活动度降低，步行模式更加不对称，表明SN+患者比SN−患者更加容易跌倒[26]。此外多项研究表明，不仅是UPDRS II评分，尿失禁、抑郁、认知和视觉幻觉也与中脑黑质高回声的出现有关[27] [28]。左旋多巴诱发的运动障碍(LID)是帕金森病常见的运动并发症，具有LID的PD患者比没有LID的患者双侧SN高回声总面积更大，并且具有较大双侧SN高回声总面积的个体在随访中更有可能发生LID [29]。PD患者通常为一侧肢体起病而逐渐发展至对侧，而SN+面积的大小受不同疾病发作侧的影响，初始运动症状的对侧对应的起始侧SN+的面积平均比非发作侧测量的面积大17%，提示初始运动症状侧对侧的SN+面积是比两侧中脑黑质高回声面积的平均测量值更好的标志物[30] [31]。此外，SN+也与较高的脑脊液、血清铁及铁相关蛋白、血浆白介素1β (IL-1β)水平及较低的血清尿酸(UA)水平相关。由于中脑黑质的高回声可能与其中过量的铁沉积有关，SN+的PD患者的脑脊液铁水平和血清铁蛋白和轻铁蛋白水平均显著高于SN−的PD患者；SN+面积大小与血浆IL-1β水平呈显著正相关，有尸检研究发现小胶质细胞的激活与SN回声增强有关，其分泌的IL-1β水平的增加对DA神经元具有破坏性影响，故而IL-1β被用于评估帕金森病患者的小胶质细胞激活和炎症反应，这可能是SN+的PD患者血浆IL-1β水平较高的原因；血清UA可能是SN中铁沉积的重要调节因素，低浓度的尿酸可能损害细胞内铁的螯合能力，使DA神经元暴露于游离铁分子的毒性环境中从而导致SN回声增加[32]。遗传因素也可能在SN回声中起重要作用，PANK2在辅酶A生物合成的关键步骤中编码一种重要的线粒体调节酶，是脑组织铁沉积性神经变性的一个致病基因，研究发现在SN+的PD患者中PANK2 rs3737084的频率更高，它是一个错义突变，导致第126位氨基酸残基由甘氨酸变为丙氨酸，这可能引起正常PANK2功能破坏从而改变脑内铁的运输而致使脑内铁累积[31] [33]。

5. TCS的在PD诊断中的价值

TCS使用超声穿透完整颅骨来评估脑组织的回声特性，是一种低成本、非侵入性且广泛使用的超声成像技术，SN+是PD诊断的辅助依据之一。最新一项评估TCS在PD中的检测性能的荟萃分析表明，当SN+作为PD的参考标准时，TCS在检测PD方面具有良好的敏感性(84%)和特异性(85%)，在区分PD患者和正常对照组具有良好的敏感性(84%和85%)和特异性(85%和89%)，在区分PD与其他帕金森综合征方面具有良好的敏感性(82%)和中等特异性(74%)，并且帕金森病患者的黑质面积显著高于正常对照组或其他帕金森综合征患者[34]，另一项评估TCS对帕金森病与其他运动障碍疾病的鉴别诊断的Meta分析表明TCS对PD鉴别诊断的综合敏感性和特异性分别为85%和71% [35]，这与前一分析结果相似，这揭示了TCS在检测PD方面的高诊断性能，同时表明TCS也是区分帕金森病与其他运动障碍疾病的重要辅助工具。

PD患者出现SN+的概率很高，但是仍有部分PD患者表现为SN-，这种现象的原因可能是多方面的。首先，TCS检查时最佳切面选择与操作者经验有关，黑质回声强度判定存在主观性，计算SN+面积、中脑面积时存在人为误差，可能导致SN+的判定受到影响。其次，PD呈渐进性发展，且临床表现复杂多样，临床医生要对其进行精确诊断是充满挑战的。目前的诊断标准主要依赖于依靠详尽的病史、完整的神经系统体格检查、对多巴胺能药物反应，以及判断是否符合绝对排除标准，并与抑郁症、多系统萎缩、继发性帕金森综合征等相鉴别后诊断，这样的标准无论是患方阐述病史还是医护评估都难以做到真正的准确，可能存在少部分被误诊的患者接受了TCS检查，从而表现为SN-。有研究表明，这部分高度怀疑为PD而表现为SN-的患者，相较于SN+患者，对多巴胺治疗缺乏应答，这就提示临床医生可能需要重新评估诊断并且避免对这类患者进行无效治疗。

TCS同样有助于PD与抑郁、非典型帕金森综合征、特发性震颤等的鉴别诊断，他们都具有相似的临床症状而不易区分。中脑黑质高回声与PD相关，而中脑中缝回声减低与抑郁症相关，当怀疑PD与抑郁症时，正常的SN回声和中脑中缝回声减低常指向抑郁症。另外，WANG等对375例患者进行常规经颅超声扫查，发现TCS衍生的SN阳性特征(TCS-derived feature of SN positivity)可以有效地区分PD与ET、PSP和MSA，PD组、ET组、MSA组和PSP组之间SN阳性的发生率有显著差异，SN阳性对区分PD和其他三种运动障碍的敏感性为81%，提示SN阳性在PD与其他运动障碍的鉴别诊断中具有重要作用[36]。MSA通常具有正常SN回声和脑室大小，而豆状核高回声性(Lenticular nucleus hyperechogenicity, LN+)阳性率高(67%~75%)；PSP通常表现为扩大的第三脑室和LN+ (阳性率分别为79%和73%)，而SN+的阳性率较低(28%)。

6. 经颅聚焦超声在帕金森病治疗中的应用

帕金森病目前的治疗中药物治疗是首选，且是整个治疗过程中的主要治疗手段。这些药物主要是指多巴胺前体、多巴胺代谢抑制剂和活化的多巴胺激动剂，但是它们的效果并不完全理想，关键的原因在于其穿过BBB的药物运输速率差，BBB能阻止有害物质进入大脑，但同时也阻止了药物有效成分进入脑组织发挥作用。对于这部分药物治疗不理想的患者，聚焦超声(Focused Ultrasound, FUS)可能是一个新的治疗思路。通过使用专门设计的换能器，FUS由直径仅为几毫米的超声波瞄准焦点而形成，其空间分辨率可达毫米级。FUS按强度可分为高强度聚焦超声(High-intensity Focused Ultrasound, HIFU)和低强度聚焦超声(Low-intensity Focused Ultrasound, LIFU)，HIFU是指使用强度大于200 W/cm²，LIFU是指使用强度小于100 W/cm²，其能够穿透颅骨并聚焦于脑组织某一感兴趣区域，是一种新的、无创的脑刺激和血脑屏障开放方法[37]。HIFU在临床上最常应用于高强度聚焦超声消融手术，其早期动物实验表明这一治疗手段会造成从皮肤到靶点的超声路径上相当大的组织损伤，从1998年的体外研究开始[38]，将多元件相控阵系统与磁共振成像(MRI)相结合，从而实现MRI引导下的FUS (MR-guided focused ultrasound, MRgFUS)，该技术允许同时可视化解剖图像和温度图像，可以在不打开颅骨的情况下，对大脑深部组织消融，避免了传统射频消融手术及深部脑刺激术的风险[39]。消融手术的目的是损毁脑内异常兴奋神经核团，控制PD运动症状。临床实验中，MRgFUS治疗PD的靶点主要有丘脑腹中间核、苍白球内侧部、苍白球丘脑束和丘脑底核，目前普遍认为丘脑腹中间核适用于治疗震颤为主的PD患者，而靶向苍白球内侧部、苍白球丘脑束和丘脑底核对缓解PD患者核心运动症状、减少药物用量更为有效。最新的一项前瞻性研究入组了10名接受已优化的多巴胺治疗后其运动障碍仍未能得到较好控制的PD患者，对他们进行MRI引导的聚焦超声单侧丘脑底核损毁术，结果表明在6个月随访期间患者没有出现重度不良事件，并且在停药和用药状态下均观察到僵硬和震颤症状的大幅度改善，接受治疗的一侧身体的平均MDS-MRS III评分改善了53%，在药物治疗状态下改善了47%，这一结果表明聚焦超声可能是治疗帕金森病患者的可行方法[40]。LIFU可与通过静脉注射到患者体内的微泡结合，使用低频换能器靶向定位特定脑区并诱导循环微泡(MB)以产生空化，这导致血管上的机械应变，并引起短暂和可逆的BBB开放[41]。这可能为向大脑递送药物、抗体、纳米颗粒、基因治疗甚至细胞提供途径，使得PD的脑内治疗获得了更广泛的选择范围。LIFU同样具有神经调节功能，可以通过调节小胶质细胞活化、增加神经营养因子、降低氧化应激、促进神经修复和再生，从而改善PD运动症状。LIFU的强度类似于或低于超声检查中通常使用的强度，其短期刺激对神经元和神经元回路的影响是可逆的，不会对脑组织造成损伤，不出现不良事件；LIFU破坏血脑屏障时，也几乎没有细胞凋亡或缺血迹象，仅在病变处发现轻度炎症反应。由于聚焦超声的超声能量会随着颅骨衰减，造成了不同患者之间能量效率的不同，不同的声学参数可以诱导不同的生物学效应。现目前仍缺乏对体内超声诱导刺激的机制和最优时间、空间参数的认识，文献中报道的LIFU治疗PD所使用的参数也没有明确的标准，导致使用的类型多种多样。最常用的超声参数是声强、基频、脉冲重复频率、占空比、脉冲群持续时间和刺激持续时间。神经调节效应的比例与FUS刺激的强度、频率、占空比和刺激持续时间密切相关，治疗PD的最佳参数仍需要进一步研究[42]。近期，已有相关的I期临床试验开展，其招募了5名PD伴认知功能障碍的患者进行2次间隔2~3周的MRgFUS联合静脉微泡给药治疗后发现，BBB可以在PD伴认知功能障碍患者中安全、重复和暂时地在右侧顶枕-颞叶皮层中打开，且在研究期间没有严重的临床或放射副作用如出血或水肿，在7~12个月的随访中也没有出现新的不良反应，并且在认知功能测试中任何评估的领域都没有损伤，在第2次治疗后3~4周蒙特利尔认知评估(Montreal cognitive assessment, MoCA)测试，短期和长期视觉记忆以及执行(Stroop测试)和视觉空间功能均有所改善[43]。LIFU是无创的、更加有效安全地治疗帕金森病的一个新思路，但是有关其对组织的长期影响仍有待研究，并且在临床实际工作中，超声波能量在经过颅骨时的衰减可能也是一个问题。

7. TCS局限性

TCS的局限性主要表现在以下方面：(1) 部分受检者颞窗显示不良，其受到年龄、性别、种族等因素影响，尤其是60岁以上的老年女性更不易获得理想图像；(2) SN+的判定主要依赖于检查者的经验，对于几乎没有TCS实践的超声诊断师来说是困难的，从而阻碍了该技术在其他刚刚开始开发该技术的医院的广泛应用。

综上，要对PD患者进行准确诊断尤其是早期诊断仍是十分困难的，TCS因其操作方便、无创、价格低廉等优势被广泛应用，SN+是诊断PD的有力支持标准，FUS在帕金森病的治疗中具有很好的前景。在未来的研究中，TCS作为PD诊断的重要检查方法，其结果联合其他标志物特征和检查方法可以进一步提高其临床应用价值。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。

参考文献