多b值DWI對(duì)艾滋病家庭孤兒基底節(jié)擴(kuò)散差異的研究

鐘洋，吳光耀，全紅

人體感染人類(lèi)免疫缺陷病毒（human immune deficiency virus，HIV）后免疫細(xì)胞及免疫系統(tǒng)被破壞，容易合并各種機(jī)會(huì)性感染和惡性腫瘤，最終表現(xiàn)為獲得性免疫缺陷綜合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），即艾滋病。腦部區(qū)域是HIV相關(guān)合并癥常見(jiàn)的受累部位，報(bào)道顯示國(guó)內(nèi)HIV感染者中有10%～27%以神經(jīng)系統(tǒng)損害為首發(fā)癥狀［1］?；坠?jié)不僅是本能反射調(diào)節(jié)中樞的重要組成部分，更在支配和完成隨意運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。有研究［2－3］報(bào)道HIV感染者行腦部擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）檢查時(shí)基底節(jié)區(qū)域表現(xiàn)異?；虿∽?。艾滋病家庭孤兒是社會(huì)上極其弱勢(shì)的群體，其感染HIV的概率因母嬰傳播等途徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他人群。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每天有將近1000新生嬰兒因母嬰傳播而感染HIV［4］。然而，DWI大都是僅作為一種影像學(xué)檢查手段應(yīng)用于HIV陽(yáng)性感染者中而沒(méi)有進(jìn)行深入研究［5－6］，并且關(guān)于多b值DWI應(yīng)用于對(duì)HIV陽(yáng)性的研究國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。此外，有關(guān)拉伸指數(shù)模型DWI的應(yīng)用研究大都在b＞1000s／mm2條件下進(jìn)行，忽略了對(duì)b＜1000s／mm2范圍內(nèi)的應(yīng)用探索［7－8］。目前，多b值DWI在對(duì)腦部腫瘤的研究中取得了一定的成果。有研究認(rèn)為多b值DWI可更準(zhǔn)確描述良性腦膜瘤的擴(kuò)散信息［9］。也有研究認(rèn)為拉伸指數(shù)模型DWI中的α值在腦部腫瘤區(qū)的異?？蔀樵u(píng)估腦部腫瘤提供新的方法［10］。本研究關(guān)注青少年艾滋家庭孤兒腦部基底節(jié)區(qū)域，在b＜1000s／mm2范圍內(nèi)對(duì)研究對(duì)象行腦部多b值（0、50、150、200、400、600、800s／mm2）DWI檢查，分析單指數(shù)模型DWI中的表觀擴(kuò)散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）及拉伸指數(shù)模型DWI中的分布擴(kuò)散系數(shù)（distributed diffusion coefficient，DDC）和異質(zhì)性指數(shù)α，旨在為HIV陽(yáng)性的診斷提供參考。

材料與方法

1.一般資料

2013年7月－8月搜集23例青少年艾滋家庭孤兒，其中男13例，女10例，年齡14～18歲，平均（16.4±1.4）歲。其中15例青少年（男8例，女7例）因母嬰傳播在出生時(shí)已感染HIV，血清學(xué)檢查HIV陽(yáng)性并經(jīng)國(guó)家確證實(shí)驗(yàn)室證實(shí)，中位年齡17歲。另外8例青少年（男5例，女3例）未感染HIV為健康者，中位年齡17歲。兩組人群年齡間（t＝－0.155，P＝0.878）和性別間（U＝0.000，Z＝－1.549，P＝0.333）差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所有研究對(duì)象來(lái)源和數(shù)據(jù)采集均來(lái)自武漢大學(xué)中南醫(yī)院。所有研究對(duì)象符合以下條件：①常規(guī)MRI檢查無(wú)明確的腦部結(jié)構(gòu)和信號(hào)異常；②無(wú)腦內(nèi)機(jī)會(huì)性感染及顱內(nèi)腫瘤；③既往無(wú)精神病史，無(wú)吸煙等不良嗜好。本研究獲得武漢大學(xué)中南醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有受檢者在掃描前均告知掃描內(nèi)容并簽署知情同意書(shū)。

2.儀器與方法

采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T全身MR儀。全腦常規(guī)MRI檢查包括矢狀面TSE T1WI，TR 700ms，TE 9.6ms；橫軸面TSE－FS T2WI，TR 2000ms，TE 76ms；冠狀面TSE－TIRM T2WI，TR 3800ms，TE 68ms。多b值DWI掃描采用EPI序列，與常規(guī)MRI橫軸面掃描定位相同。掃描參數(shù)：TR 3400ms，TE 85ms，翻轉(zhuǎn)角90°，激勵(lì)次數(shù)4，矩陣為192×192，掃描層數(shù)為20層，層厚5mm，層間距0mm，視野219mm×219mm，b＝0，50，150，200，400，600，800s／mm2，掃描時(shí)間62～65s（圖1）。

3.數(shù)據(jù)分析

將采集的多b值DWI圖像經(jīng)SPM軟件行頭動(dòng)校正、空間平滑等預(yù)處理后獲取7個(gè)b值下的DWI圖像。采用MRIcro軟件在左右基底節(jié)豆?fàn)詈烁箓?cè)區(qū)各選擇一橢圓形ROI，大小95～100mm2，分別讀取7個(gè)b值下ROI的平均信號(hào)強(qiáng)度。通過(guò)Origin 8.0軟件根據(jù)單指數(shù)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式s／s0＝exp（－ADC×b）和拉伸指數(shù)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式s／s0＝exp［－（DDC×b）α］利用7個(gè)b值及每個(gè)b值下ROI的信號(hào)強(qiáng)度擬合出ADC值、DDC值和α值。重復(fù)三次，取三次所得ADC值、DDC值、α值的平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

圖1 女，15歲，HIV陽(yáng)性。a～g）均為DWI圖像，橢圓標(biāo)記為ROI。a）b＝0s／mm2；b）b＝50s／mm2；c）b＝150s／mm2；d）b＝200 s／mm2；e）b＝400s／mm2；f）b＝600s／mm2；g）b＝800s／mm2。

采用SPSS 19.0軟件對(duì)HIV陽(yáng)性感染者和陰性健康者雙側(cè)基底節(jié)區(qū)ADC值、DDC值、α值分別采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)行差異性分析，并對(duì)兩組人群各自基底節(jié)區(qū)的DDC和ADC值分別行pearson相關(guān)性分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.單指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型的比較

當(dāng)b＜1000s／mm2時(shí)，單指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型均能較好描述DWI中隨b值增加信號(hào)強(qiáng)度遞減的衰減規(guī)律（圖2）。

2.HIV陽(yáng)性感染者和陰性健康者擬合結(jié)果的比較

HIV陽(yáng)性感染者左側(cè)基底節(jié)豆?fàn)詈烁箓?cè)區(qū)α值（0.848±0.068）較陰性健康者（0.923±0.050）明顯下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t＝－2.749，P＝0.012＜0.05），兩組右側(cè)基底節(jié)豆?fàn)詈烁箓?cè)區(qū)α值間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；兩組人群間DDC值和ADC值在雙側(cè)基底節(jié)豆?fàn)詈烁箓?cè)區(qū)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＞0.05），見(jiàn)表1。兩組人群各自的DDC和ADC值在雙側(cè)基底節(jié)豆?fàn)詈烁箓?cè)區(qū)均呈正相關(guān)（P均＜0.05），見(jiàn)表2。

表1 兩組基底節(jié)α、DDC和ADC值比較（10－4 mm2／s）

表2 兩組各自基底節(jié)區(qū)的DDC值與ADC值相關(guān)性分析

討 論

DWI是利用水分子的布朗運(yùn)動(dòng)反映活體組織生理結(jié)構(gòu)、病理狀態(tài)的無(wú)創(chuàng)性磁共振功能成像技術(shù)。臨床上對(duì)人體組織進(jìn)行DWI檢查時(shí)，可采用不同的擴(kuò)散敏感系數(shù)，即b值。單指數(shù)模型認(rèn)為體素內(nèi)水分子擴(kuò)散率單一，用ADC值表征此擴(kuò)散率，并且認(rèn)為體素內(nèi)信號(hào)衰減方式單一。拉伸指數(shù)模型新引入的參數(shù)α與體素內(nèi)水分子擴(kuò)散的異質(zhì)性有關(guān)，反映體素內(nèi)信號(hào)衰減方式。其值為0～1，當(dāng)α接近1時(shí)，表明體素內(nèi)信號(hào)衰減方式趨于單一，擴(kuò)散的異質(zhì)性低；當(dāng)α接近0時(shí)，表明體素內(nèi)信號(hào)衰減方式復(fù)雜，擴(kuò)散的異質(zhì)性高。此外，拉伸指數(shù)模型考慮到成像體素內(nèi)擴(kuò)散的復(fù)雜性，認(rèn)為體素內(nèi)存在連續(xù)分布的擴(kuò)散率。表征擴(kuò)散率的DDC值相比ADC值有所不同，表示體素內(nèi)平均擴(kuò)散率，可理解為是體素內(nèi)呈指數(shù)式衰減的不同擴(kuò)散成份經(jīng)容積率加權(quán)后得到的ADC值。臨床上往往是采集兩個(gè)b值下的圖像來(lái)計(jì)算ADC值，生成ADC圖。比如，臨床上對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)行DWI檢查時(shí)，常采集b值為0和1000s／mm2圖像來(lái)計(jì)算獲取ADC值。本研究根據(jù)單指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型數(shù)學(xué)表達(dá)式利用7個(gè)b值及每個(gè)b值下ROI的信號(hào)強(qiáng)度擬合出ADC值、DDC值和α值，從數(shù)學(xué)計(jì)算方法的角度來(lái)說(shuō)要比常規(guī)利用兩個(gè)b值下圖像計(jì)算所得的ADC值有更好的精確性［11］。

圖2 一例HIV陽(yáng)性感染者（男，16歲）和一例陰性健康者（男，16歲）基底節(jié)區(qū)b值與磁共振信號(hào)強(qiáng)度。

本實(shí)驗(yàn)在b＜1000s／mm2范圍內(nèi)對(duì)青少年艾滋家庭孤兒行腦部多b值DWI研究，結(jié)果表明拉伸指數(shù)模型DWI中的α值在無(wú)癥狀HIV陽(yáng)性感染者腦部基底節(jié)區(qū)與HIV陰性健康者間存在明顯差異，提示多b值DWI可反映常規(guī)影像學(xué)不能顯示的HIV腦病臨床前期異常，其主要特征是α值下降。Bladowska等［12－13］在對(duì)無(wú)精神疾病、無(wú)腦內(nèi)機(jī)會(huì)性感染及顱內(nèi)腫瘤、常規(guī)MRI檢查無(wú)明確的腦部結(jié)構(gòu)和信號(hào)異常的無(wú)癥狀HIV感染者行灌注加權(quán)成像研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，HIV感染者右側(cè)顳頂皮質(zhì)區(qū)和左側(cè)額葉皮質(zhì)區(qū)相對(duì)血容量與健康對(duì)照組間均存在顯著性差異，認(rèn)為PWI在HIV引發(fā)神經(jīng)認(rèn)知紊亂等臨床癥狀之前可反映出腦部灌注變化。本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象特征與此研究對(duì)象中HIV感染者特征極度相似，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果均顯示HIV感染者腦部出現(xiàn)單側(cè)區(qū)域異常。但與之不同的是，本實(shí)驗(yàn)對(duì)無(wú)癥狀HIV感染者進(jìn)行的是腦部多b值DWI研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HIV感染者腦部左側(cè)基底節(jié)區(qū)α值相比HIV陰性健康者明顯偏低，提示在HIV陽(yáng)性感染者亞臨床期腦部基底節(jié)區(qū)水分子擴(kuò)散已出現(xiàn)異常變化以及體素內(nèi)信號(hào)衰減方式異常。Suzuki等［14］報(bào)道了1例AIDS患者在行腦部Gd增強(qiáng)T1WI時(shí)腦部基底節(jié)區(qū)出現(xiàn)少許高強(qiáng)度異常信號(hào)，結(jié)合該患者的治療過(guò)程和臨床癥狀的變化可充分說(shuō)明此高強(qiáng)度異常信號(hào)能為弓形體蟲(chóng)腦炎的診斷提供重要參考價(jià)值。本組資料也顯示，對(duì)于HIV陽(yáng)性亞臨床期感染者，多b值DWI可檢出常規(guī)影像學(xué)所不能顯示的基底節(jié)區(qū)水分子擴(kuò)散異常。有關(guān)拉伸指數(shù)模型多b值DWI的類(lèi)似研究亦有報(bào)道α值在相應(yīng)病變區(qū)相比正常對(duì)照區(qū)明顯下降。Kwee等［10］發(fā)現(xiàn)高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤區(qū)α值明顯低于腫瘤對(duì)側(cè)基底節(jié)區(qū)；彭雯佳等［15］發(fā)現(xiàn)手術(shù)所致的腦缺血大鼠的右側(cè)大腦區(qū)α值明顯低于正常大鼠。基于本實(shí)驗(yàn)HIV陽(yáng)性感染者左側(cè)基底節(jié)區(qū)α值的異常，提示α值有可能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)區(qū)分HIV陽(yáng)性和HIV陰性，對(duì)HIV陽(yáng)性的診斷提供有價(jià)值的參考。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，HIV陽(yáng)性感染者和HIV陰性健康者兩組人群各自基底節(jié)區(qū)的DDC值與ADC值均呈正相關(guān)（P均＜0.05）。Kwee等［10］發(fā)現(xiàn)高級(jí)別膠質(zhì)瘤腫瘤區(qū)ADC值與DDC值也呈正相關(guān)。彭雯佳等［16］報(bào)道DDC值和ADC值在單側(cè)大腦前循環(huán)動(dòng)脈狹窄者和無(wú)狹窄者間均有明顯差異。Buckle等［17］在對(duì)進(jìn)行高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒療法的AIDS伴進(jìn)行性多灶性腦白質(zhì)病變患者回顧性分析中發(fā)現(xiàn)，治療后部分患者出現(xiàn)免疫重建炎癥綜合癥。在治療前，病變區(qū)最大ADC值與對(duì)側(cè)鏡像白質(zhì)區(qū)最大ADC值的比值在兩組患者間具有顯著性差異。

總之，本實(shí)驗(yàn)基于單指數(shù)模型和拉伸指數(shù)模型DWI在b＜1000s／mm2范圍內(nèi)擬合出23名青少年艾滋病家庭孤兒腦部基底節(jié)區(qū)ADC值、DDC值、α值。結(jié)果表明兩種模型均能較好描述體素內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度隨b值增加的衰減特征并且在HIV陽(yáng)性感染者腦部基底節(jié)區(qū)α值異常，提示拉伸指數(shù)模型DWI中的α值有可能作為評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)區(qū)分HIV陽(yáng)性和HIV陰性，對(duì)HIV陽(yáng)性的診斷提供有價(jià)值的參考。當(dāng)然，本研究也存在一定的不足。首先，由于本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象屬特殊人群，樣本搜集起來(lái)有一定的困難，導(dǎo)致樣本量不夠大；其次，本實(shí)驗(yàn)在b＜1000s／mm2范圍內(nèi)僅僅采集了7個(gè)b值下的DWI圖像。在今后的研究中，本研究小組將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，采集并分析更多b值下的DWI圖像。

致謝：感謝醫(yī)科達(dá)醫(yī)療器械（上海）公司對(duì)本課題的資助與支持！

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