集成磁共振成像在輕微型肝性腦病臨床應(yīng)用中的初探

劉文瀟，黨佩，楊旭宏，王明磊，趙建國，葛鑫，呂瑞瑞，雍鵬，王曉東，3*

輕微型肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)是肝性腦病(hepatic encephalopathy，HE)中最早最輕微的階段，約占肝硬化患者的30%～84%[1]，隱匿性較強(qiáng)。若不及時采取干預(yù)措施，隨著時間及病情的發(fā)展，易進(jìn)展為顯性肝性腦病(overt hepatic encephalopathy，OHE)，生存率也逐年降低[2]，這不僅降低了患者的生活質(zhì)量也增加了社會隱患，因此及早對MHE患者進(jìn)行篩查診斷并及時進(jìn)行干預(yù)治療顯得尤為重要。目前診斷MHE尚缺乏統(tǒng)一“金標(biāo)準(zhǔn)”，臨床診斷MHE的方法主要包括神經(jīng)精神量表及腦電圖等。然而神經(jīng)精神量表易受年齡、教育程度及不同文化背景的影響，在選擇受試者時阻力較大[3]。腦電圖的改變與病情程度存在一定相關(guān)性，但只有在嚴(yán)重HE患者中才能檢測出典型的腦電圖改變[1]，敏感度較低。傳統(tǒng)磁共振技術(shù)對HE尚無特異性診斷指標(biāo)，由此目前臨床迫切需要簡易且客觀性較好的影像學(xué)檢查手段對MHE進(jìn)行輔助診斷。

近些年隨著神經(jīng)影像學(xué)的發(fā)展，集成磁共振成像(synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI)技術(shù)的問世為我們對MHE 患者的篩查提供了新的思路。SyMRI 可在4～6 min 的掃描時間里實(shí)現(xiàn)全腦的覆蓋并獲得10 種對比加權(quán)圖像，完成弛豫時間(T1、T2)及質(zhì)子密度(proton density，PD)值的定量分析，并為組織特性的絕對定量評估提供一個絕對尺度[4-6]，極大豐富了臨床對疾病的診斷信息，并為疾病提供更加客觀的評價。本研究是基于SyMRI 技術(shù)定量MHE 患者及健康志愿者各腦區(qū)間弛豫時間及PD 值的差異，探討SyMRI 技術(shù)在篩查MHE 方面的臨床價值，為臨床早期篩查診斷MHE提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究前瞻性納入2020年8月至2021年11月期間寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院感染疾病科收住的肝硬化患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)臨床實(shí)驗室指標(biāo)及影像學(xué)檢查確診的肝硬化患者；(2)年齡35～55歲[7-8]；(3)受教育年限≥6年。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腦外傷、卒中、腫瘤的患者；(2)其他神經(jīng)精神疾病或藥物成癮；(3)其他慢性代謝性疾?。?4) MRI檢查禁忌證。采用神經(jīng)精神量表中數(shù)字連接試驗(number connection test，NCT-A)及數(shù)字符號試驗(digit symbol test，DST)[1]對45名肝硬化患者進(jìn)行MHE的篩查，最終有23名患者入組(MHE組)。同期向社會招募年齡、性別、受教育程度相匹配的健康志愿者20名為健康對照(healthy control，HC)組。所有受試者均行SyMRI序列掃描。本研究經(jīng)寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，批準(zhǔn)文號：KYLL-2021-474，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 MR掃描方法

所有受試者M(jìn)RI 檢查均使用美國GE Architect 3.0 T MRI 設(shè)備，48 通道頭部線圈進(jìn)行掃描。受試者取仰臥位，掃描前囑受試者盡量保持安靜休息狀態(tài)，以海綿固定頭部以減少頭動。所有受試者均行MAGIC(magnetic resonance imaging compilation)序列掃描(圖1)。掃描參數(shù)：視場角240 mm×240 mm，矩陣320×256，層厚6 mm，層間距1.5 mm，回波鏈長度16，帶寬22.73，激勵次數(shù)1，層數(shù)20，時間3 min 38 s。

1.3 圖像分析

本研究中感興趣區(qū)(region of interest，ROI)以大腦雙側(cè)基底節(jié)區(qū)及雙側(cè)額葉白質(zhì)為主要研究區(qū)域，具體分為尾狀核(caudate nucleus，CA)、殼核(putamen，PUT)、蒼白球(globus pallidus，GP)、背側(cè)丘腦(thalamus，THA)及額葉白質(zhì)(frontal white matter，F(xiàn)WM) 5 對亞區(qū)[9]。將收集的全部數(shù)據(jù)使用MAGIC v100.1.1后處理軟件進(jìn)行ROI的勾畫及測量，選取各亞區(qū)最大層面及其前后2 層圖像手動勾畫ROI，深部核團(tuán)ROI 提取以核團(tuán)實(shí)際形態(tài)大小進(jìn)行勾畫，T1、T2 及PD 值所選ROI 為在同一個弛豫圖上進(jìn)行切換，以保證3 個值所測區(qū)域一致，所有區(qū)域定量值為總體各亞區(qū)的平均值。勾畫額葉ROI 時應(yīng)盡量避開腦溝及血管，ROI 大小約(10±0.2) mm (圖1、2)。所有ROI 的勾畫與測量由兩名5 年以上工作經(jīng)驗的神經(jīng)影像診斷醫(yī)師進(jìn)行，采用雙盲的方法對T1、T2及PD值進(jìn)行測量，并對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗。

圖1 1A～1F：男，54歲，乙型肝炎10年余，臨床診斷為慢性乙肝肝硬化伴輕微型肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)；1G～1L：健康志愿者，男，49 歲；1A～1F、1G～1L 分別為MHE 患者、健康志愿者集成磁共振成像T1WI、T2WI、質(zhì)子密度(proton density，PD)-WI、T1 mapping、T2 mapping、PD mapping像。Fig. 1 1A-1F: The patient is male, 54 years old, hepatitis B for more than 10 years, clinically diagnosed with chronic hepatitis B cirrhosis with minimal hepatic encephalopathy (MHE); 1G-1L:The healthy volunteer, male, 49 years old; 1A-1F, 1G-1L are the MHE patients and healthy volunteer T1WI,T2WI, proton density(PD)-WI,T1 mapping,T2 mapping,PD mapping images,respectively.

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 23.0及MedCalc軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)方法檢測數(shù)據(jù)一致性，ICC值大于0.75說明一致性高，0.4～0.75之間為一致性較好，小于0.4為一致性差。經(jīng)過Shapiro-Wilktest正態(tài)性檢驗，該檢驗計量數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，故使用M (Q1，Q3)表示。使用Mann-WhitneyU檢驗比較MHE組及HC組各亞區(qū)T1值、T2值及PD值之間的差異。繪制受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線，計算有意義腦區(qū)的SyMRI參數(shù)在鑒別MHE組與HC組間的曲線下面積(area under the curve，AUC)、特異度及敏感度，并確定閾值。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性檢驗

圖2 2A：圖1 輕微型肝性腦病患者集成磁共振成像質(zhì)子密度(proton density，PD) mapping 圖及ROI 勾畫示意圖；2B：左側(cè)額葉白質(zhì)ROI 提取放大圖及T1、T2、PD 值；2C：右側(cè)額葉白質(zhì)ROI提取放大圖及T1、T2、PD值；2D：右側(cè)尾狀核ROI提取放大圖及T1、T2、PD值。Fig. 2 2A: Synthetic magnetic resonance imaging (SyMRI) PD mapping image of the minimal hepatic encephalopathy (MHE) patient, with this as the base image for region of interest (ROI) extraction; 2B: Enlarged image of ROI extraction and T1,T2 and PD values of the left frontal white matter;2C:Enlarged image of ROI extraction and T1,T2 and PD values of the right frontal white matter; 2D:Enlarged image of ROI extraction and T1, T2 and PD values of the right caudate nucleus.

2 名觀察者測量T1、T2 及PD 值的一致性均較好，ICC 分別為0.863 (95%CI：0.837～0.885)、0.822(95%CI：0.788～0.851)、0.816 (95%CI：0.781～0.846)。

2.2 MHE組及HC組間T1、T2及PD值比較

MHE 組及HC 組在T1、T2 及PD 值之間的統(tǒng)計結(jié)果見表1。與HC 組相比，MHE 組雙側(cè)殼核及右側(cè)蒼白球的T1值減低，右側(cè)尾狀核、雙側(cè)殼核及左側(cè)蒼白球的T2值減低，右側(cè)殼核的PD值減低，且差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。雙側(cè)額葉的T1、T2 值及PD 值升高，其中T1及PD值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)。

表1 MHE組及HC組各腦實(shí)質(zhì)亞區(qū)T1值、T2值及PD值的比較[M(Q1，Q3)]Tab.1 Comparison of T1 values,T2 values and PD values in each parenchymal subregion of the brain in the MHE and HC groups[M(Q1,Q3)]

2.3 T1、T2及PD值對鑒別MHE組與HC組的診斷效能

構(gòu)建ROC 曲線并計算AUC，利用AUC 分析差異具有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)在鑒別MHE 組與HC 組的診斷效能。各腦區(qū)T1 值、T2 值及PD 值鑒別MHE 組與HC 組的診斷效能見表2。其中右側(cè)額葉PD 值的診斷效能最高，AUC 為0.901，敏感度為62.5%，特異度為100.0%。使用DeLong 檢驗對T1、T2 及PD 值各指標(biāo)內(nèi)的AUC 下面積之差進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果顯示差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05) (圖3)。

表2 T1、T2及PD值對MHE組與HC組鑒別診斷效能Tab.2 T1,T2 and PD values for differential diagnostic efficacy of MHE-HC

圖3 各差異腦區(qū)T1、T2 及質(zhì)子密度(proton density，PD)值的受試者工作特征曲線。Fig. 3 Receiver operating characteristic(ROC) curves of subjects with T1, T2 and proton density(PD)values for each differential brain region.

3 討論

HE 是肝硬化患者死亡的獨(dú)立危險因素[10]，如果在MHE 階段進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹委?，則病情被認(rèn)為是可逆的[11]，因此及早診斷和預(yù)測該疾病對臨床治療決策的調(diào)整具有重要意義。本研究首次利用SyMRI 技術(shù)證實(shí)MHE 患者與健康志愿者間弛豫值及PD 值存在一定差異。研究發(fā)現(xiàn)MHE 組雙側(cè)殼核、右側(cè)蒼白球的T1值，右側(cè)尾狀核、雙側(cè)殼核及左側(cè)蒼白球的T2值及右側(cè)殼核的PD值較HC組明顯降低；雙側(cè)額葉的T1值及PD 值較HC 組明顯升高。其中右側(cè)額葉的PD 值最具診斷效能。由此，我們認(rèn)為SyMRI 技術(shù)的T1 值、T2 值及PD 值對MHE 患者與健康志愿者腦區(qū)間的差異較為敏感，可顯示MHE患者與健康志愿者間腦區(qū)的細(xì)微差異，具有篩查鑒別MHE 的潛力，并以期為MHE 的早期診療提供影像學(xué)依據(jù)。

3.1 MHE 組與HC 組間部分腦區(qū)T1 值、T2 值及PD 值的差異

本研究利用SyMRI 技術(shù)對腦實(shí)質(zhì)內(nèi)特定腦區(qū)進(jìn)行定量測量發(fā)現(xiàn)，除背側(cè)丘腦及額葉白質(zhì)外，MHE 組較HC 組的弛豫時間及質(zhì)子密度均呈下降趨勢，推測這可能與細(xì)胞外間隙含水量降低有關(guān)。目前HE的發(fā)病機(jī)制尚不明確，仍以氨中毒學(xué)說為主[12]，肝病患者肝臟解毒功能下降，血液及腦脊液中氨的含量增加對星形膠質(zhì)細(xì)胞造成毒害作用[13]，引起細(xì)胞毒性水腫[14]，細(xì)胞膜APT 依賴性鈉-鉀泵異常，鈉離子潴留于細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞腫脹，細(xì)胞外間隙狹窄。還有學(xué)者認(rèn)為HE患者在發(fā)病期間呈現(xiàn)出腦氧化代謝及腦血流量的降低，糖酵解增加，引起乳酸含量增加[15]，局部組織缺氧，造成局部細(xì)胞毒性水腫。值得注意的是，雖然目前有不同的假說在解釋HE 的機(jī)制，但這些假說最終結(jié)果均為引起細(xì)胞水腫及細(xì)胞外液的減少。由此，我們推測這也可能是MHE 患者深部核團(tuán)的T1、T2 及PD 值較HC 患者減低的原因。另有學(xué)者認(rèn)為[16-17]HE 的發(fā)生與腦實(shí)質(zhì)內(nèi)金屬離子的異常沉積有關(guān)，由于順磁性物質(zhì)鐵引起磁場不均勻性相關(guān)的漸進(jìn)式相位不一致，使接近順磁性鐵的水分子經(jīng)歷局部磁場梯度，產(chǎn)生鐵的順磁性效應(yīng)[18]導(dǎo)致T1值、T2值減低，但這一假設(shè)仍需要進(jìn)一步的研究。

本研究發(fā)現(xiàn)與腦實(shí)質(zhì)深部核團(tuán)不同的是，MHE 組雙側(cè)額葉白質(zhì)的T1 值、T2 值及PD 值較HC 組均升高，其中T1值及PD值差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，推測這是由于細(xì)胞外液增加所致，這一假說也在Chen等[19]、Cudalbu 等[20]相關(guān)學(xué)者的部分研究中得到支持。Qi 等[11]、Kale 等[21]通過擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)發(fā)現(xiàn)由慢性肝病所致的HE 患者各向異性分?jǐn)?shù)值變化不顯著，平均擴(kuò)散系數(shù)值增加，這表明HE患者白質(zhì)內(nèi)存在可逆的間質(zhì)性腦水腫，而細(xì)胞外液增加的機(jī)制被推測可能與細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)過程中大分子的胞外遷移有關(guān)?？紫榈萚22]、鄭薇等[23]學(xué)者也報道過MHE 患者可能存在白質(zhì)內(nèi)細(xì)胞外液增多，并推測是脫髓鞘及軸突丟失造成的腦組織間質(zhì)性水腫。雖然也有部分學(xué)者[24]支持腦白質(zhì)水腫可能是細(xì)胞內(nèi)水腫所致，但這一現(xiàn)象可能與病情的急性程度密切相關(guān)。在本研究中我們主要以肝硬化相關(guān)的MHE患者為研究對象，屬于慢性肝功能不全性疾病。另外，SyMRI技術(shù)是對組織特性的絕對定量評估，能夠更加客觀地展現(xiàn)組織內(nèi)水分的變化，其中T1 值與組織含水量、髓鞘丟失相關(guān)，主要受間質(zhì)含水量的影響[25]，PD 值主要反映大腦結(jié)構(gòu)損傷，并提供組織含水量的信息[26]，由此也合理地解釋了本試驗中MHE患者雙側(cè)額葉白質(zhì)內(nèi)弛豫時間及PD值的改變。因此，對于雙側(cè)額葉白質(zhì)的T1、PD 值升高，本研究更傾向于血管源性水腫所致的間質(zhì)水腫。

3.2 T1、T2及PD值在各腦區(qū)的診斷效能

本研究發(fā)現(xiàn)不同定量值對MHE 組與HC 組的鑒別表現(xiàn)出不同的預(yù)測效能，AUC 在0.706～0.901 之間。右側(cè)尾狀核及雙側(cè)額葉的鑒別診斷效能較高(AUC＞0.8)，T1 值各腦區(qū)中左側(cè)額葉AUC 最高(0.875)，T2 值右側(cè)尾狀核AUC最高(0.842)，PD值右側(cè)額葉AUC最高(0.901)，其中右側(cè)額葉PD 值在AUC 方面優(yōu)于其他參數(shù)。有報道指出[27]額葉水分子的擴(kuò)散對MHE 及非HE分類的敏感度為70%～90%，特異度為85%～90%，在一定程度上額葉白質(zhì)的測量對MHE 的檢測是具有有效性的，而PD值對組織內(nèi)游離水量變化[28]的信息較T1、T2 值更加敏感，這也可以間接解釋額葉白質(zhì)PD 值作為鑒別MHE患者診斷效能較高的原因。

3.3 本研究的局限性

首先，本研究僅限于MHE 患者與健康志愿者間，沒有進(jìn)行HE 各階段的分級比較分析，之后的研究應(yīng)擴(kuò)大病程范圍，全面了解疾病特點(diǎn)；其次，樣本量較少，對測量結(jié)果可能存在一定局限性，后期研究應(yīng)納入更多樣本量；最后，當(dāng)前研究是對局部ROI的選擇，后期應(yīng)展開對全腦的整體分析，以明確MHE患者全腦的差異，提供更加充足的證據(jù)。

綜上，基于SyMRI 技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)MHE 患者與健康志愿者間弛豫值及質(zhì)子密度具有差異性并可對MHE的發(fā)生進(jìn)行預(yù)測，為MHE 的出現(xiàn)作出預(yù)警，從而及早進(jìn)行干預(yù)治療，改善患者預(yù)后。