2型糖尿病患者與特定功能相關大腦皮層ADC值的MRI研究

趙建洪，楊海婷，周俊林，白亮彩，劉宏，蔣健，趙君

2型糖尿病患者與特定功能相關大腦皮層ADC值的MRI研究

趙建洪，楊海婷，周俊林*，白亮彩，劉宏，蔣健，趙君

目的探討2型糖尿病患者與記憶、情感及視覺相關的腦皮層與正常人的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficients，ADC)值的差異性。材料與方法將40例2型糖尿病依據(jù)視網(wǎng)膜病變程度分為Ⅰ組(增殖性視網(wǎng)膜病變)及Ⅱ組(單純性視網(wǎng)膜病變)各20例，另外收集20例年齡相近的健康志愿者(Ⅲ組)，行1.5 T MRI常規(guī)和彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)掃描，測量各組兩側額中回、顳上回和楔回腦皮層的ADC值。結果3組在MRI常規(guī)平掃T1WI及T2WI上圖像差別不大。Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ組雙側額中回、顳上回腦皮層ADC值依次降低；Ⅰ、Ⅱ兩組右側額中回腦皮層的ADC值與病期長短呈正相關。結論Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ組雙側額中回、顳上回腦皮層ADC值依次降低，提示Ⅰ、Ⅱ組患者相應腦皮層的神經(jīng)元變性、凋亡，證明2型糖尿病與腦損傷之間有一定的相關性，且隨著疾病進展，腦損傷有進一步加重的趨勢。

大腦皮層；磁共振成像；糖尿病，2型；彌散加權成像；表觀擴散系數(shù)；糖尿病視網(wǎng)膜病變

趙建洪, 楊海婷, 周俊林, 等. 2型糖尿病患者與特定功能相關大腦皮層ADC值的MRI研究. 磁共振成像, 2017, 8(2): 110-114.

糖尿病是一種慢性代謝性疾病，對神經(jīng)系統(tǒng)、眼、腎臟以及微血管系統(tǒng)等會產(chǎn)生不同程度的影響，且患者常受到多種慢性并發(fā)癥的困擾。近年來，糖尿病視網(wǎng)膜病變與腦部損害的相關研究也受到多位專家學者的關注，有研究表明血糖水平長期升高會引發(fā)機體出現(xiàn)一系列病變，表現(xiàn)為腦部出現(xiàn)腦白質(zhì)脫髓鞘改變，進一步表現(xiàn)為腦皮層萎縮甚至認知功能障礙等，嚴重時可能出現(xiàn)缺血性腦卒中及阿爾茲海默病[1-3]，糖尿病確診時間較長的患者還會出現(xiàn)認知障礙、運動障礙甚至偏身舞蹈癥[1，4-5]，但目前的研究尚不能發(fā)現(xiàn)患者早期腦部功能結構改變的趨勢和證據(jù)。糖尿病可能通過影響腦部微結構的完整性，從而導致反應速度、記憶力、執(zhí)行能力的降低。磁共振彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)是近年來發(fā)展起來的一種技術，可用于評價腦功能，具有無創(chuàng)、無輻射等優(yōu)點[6]， 用 此 種方法測得的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficients，ADC)值可對腦皮層微觀結構的改變進行評價。筆者以我院收治的40例2型糖尿病患者為研究對象并對其行腦常規(guī)MR和DWI序列掃描，研究有視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)的糖尿病患者腦皮層微觀結構的變化，并探究不同程度視網(wǎng)膜病變的糖尿病患者與腦回損傷的關系。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選取于我院接受治療的40例2型糖尿病患者，根據(jù)眼底鏡檢查結果分為Ⅰ組(增殖型視網(wǎng)膜病變組)和Ⅱ組(單純型視網(wǎng)膜病變組)。兩組入選患者均為2型糖尿病患者。Ⅰ組男性12例，女性8例，平均年齡(52.6±5.2)歲；Ⅱ組男性11例，女性9例，平均年齡(53.7±7.7)歲。另外在健康體檢人群中選擇20名年齡、性別與DR組相匹配的入選者設為Ⅲ組(對照組)，平均年齡(50.9±9.7)歲，男性與女性各10名。本試驗所有研究對象均知情同意。

糖尿病患者入組標準：(1)所有患者均符合世界衛(wèi)生組織(WHO)關于糖尿病的診斷標準；(2)入選血壓范圍：＜140/90 mmHg；(3)慣于使用右手。排除標準：(1)有反復低血糖史(癥狀出現(xiàn)超過5次且需要體外輔助治療恢復者)、缺血性心臟病患者及糖尿病酮癥酸中毒患者；(2)有癲癇史、精神病史、腦外傷史和中風史者；(3)有煙酒史及顱內(nèi)感染史者；(4)白內(nèi)障、青光眼及非糖尿病引發(fā)的其他眼部病變患者；(5)精神藥物的服用史者。

視網(wǎng)膜病變分為單純型(圖1)和增殖型(圖2)，其中單純型視網(wǎng)膜病變的主要表現(xiàn)包括有微動脈瘤和小的出血點，出現(xiàn)棉絮狀軟性滲出或硬性滲出。增殖型視網(wǎng)膜病變的主要表現(xiàn)為新生血管形成及玻璃體出現(xiàn)出血現(xiàn)象，個別患者還會出現(xiàn)纖維血管增殖及玻璃體機化等現(xiàn)象，病情嚴重患者可能出現(xiàn)牽拉性視網(wǎng)膜脫離甚至失明。

所有研究對象空腹測量身高和體重，計算體重指數(shù)(body mass index，BMI)。由于糖尿病患者糖化血紅蛋白的水平與平均血糖的控制相關，能很好地反映較長時間的血糖控制程度，因此記錄每位患者的病期長短，測定并記錄患者糖化血紅蛋白的含量[(HbA1c)%]。

1.2 儀器與方法

采用GE Signa 1.5 T磁共振儀及標準頭線圈進行掃描，掃描序列包括T1、T2加權圖像、T2 Flair及DWI序列，DWI掃描參數(shù)：TR 10000 ms，TE 71.9 ms，層厚6.0 mm，層間距1.5 mm，視野24 cm×24 cm，矩陣=128×128，激勵次數(shù)1次，b值取0、1000 s/mm2，進行全腦掃描。

1.3 圖像處理

采用ADW 4.0圖像后處理工作站對數(shù)據(jù)進行處理，處理過程中使用公式S(b)/S(0)=exp(-b×ADC)[S(b)表示b=1000 s/mm2時的信號強度，S(0)表示b=0 s/mm2時的信號強度]進行自動計算，由計算結果生成ADC圖，采用感興趣區(qū)(region of interest，ROI)法測量ADC值，測量位置為雙側大腦額中回、顳上回及楔回腦皮層(圖3、4)，ROI面積大小為25～35 mm2，在部位選擇時避免腦脊液、腦白質(zhì)及骨質(zhì)硬化偽影的部位，測量時共進行3次，取平均值作為最終的ADC值。

1.4 統(tǒng)計學分析

本研究數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0軟件進行匯總分析，計量資料采用(x ±s)的形式表示。并統(tǒng)計其年齡、性別、BMI、病期、HbA1c(%)，病期采用中位數(shù)表示，測量3組雙側額中回、顳上回、楔回腦皮層的ADC值，組間比較采用方差分析。采用Pearson進行相關性分析。差異有統(tǒng)計學意義的評定標準為P＜0.05。

2 結果

2.1 組間比較

結果顯示年齡、性別、BMI及Ⅰ、Ⅱ兩個糖尿病組之間的病期、HbA1c(%)差異沒有統(tǒng)計學意義，Ⅰ、Ⅱ組與Ⅲ組之間的BMI差異有統(tǒng)計學意義(表1)。

3組雙側額中回、顳上回腦皮層ADC值差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，但值得注意的是雙側楔回ADC值差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)；LSD-t檢驗結果顯示，Ⅰ、Ⅱ兩組及Ⅰ、Ⅲ兩組左側額中回和右側顳上回的ADC值之間差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，Ⅱ、Ⅲ兩組右側顳上回和左側額中回的ADC值間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，見表2、3。

2.2 組內(nèi)比較

3組雙側額中回、顳上回及楔回腦皮層的ADC值檢測結果顯示，左右兩側相應部位腦皮層ADC值的差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。Ⅰ組患者ADC值由高到低依次為雙側額中回腦皮層、顳上回、楔回；對于Ⅱ、Ⅲ兩組糖尿病患者雙側大腦不同部位ADC值差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，見表2。

2.3 相關性分析

兩個糖尿病組右側額中回ADC的變化趨勢與病期長短呈正相關(P＜0.05，r=0.37)。

3 討論

糖尿病引發(fā)早期腦部病變最重要的機制是長期高血糖導致的微血管病變。高血糖促使腦部葡萄糖流量增加，即所謂的“多羥基化合物通路”，由于血糖水平升高產(chǎn)生過多的糖化作用終產(chǎn)物，例如山梨糖醇和果糖，這不僅導致了微血管結構的異常，也使其功能出現(xiàn)異常。Reske-Nielsen[7]的研究中平均病期長約7年的患者產(chǎn)生視網(wǎng)膜病變，14例產(chǎn)生較為嚴重的增殖性視網(wǎng)膜病變，9例發(fā)生嚴重的視力損壞。Garcia-Casares等[8]選擇相對年輕的、血糖控制較好的且腦部結構尚未出現(xiàn)受損跡象的T2DM患者，檢測了其額葉和顳葉腦區(qū)結構及新陳代謝變化，認為這些變化與疾病的嚴重程度及疾病持續(xù)時間相關，他認為排除心血管危險因素后，糖尿病是造成腦部結構和功能變化的獨立病因，而且T2DM造成的腦部這些變化是在年齡相關的老年性疾病出現(xiàn)之前的。很多相關的研究都是有關老年糖尿病群體的，而他選擇的是相對年輕的糖尿病患者，不伴有認知和功能方面的問題，這增加了早期結構和代謝改變方面的理論依據(jù)。

本研究結果顯示，與輕微視網(wǎng)膜病變的患者相比，有嚴重視網(wǎng)膜病變的患者多表現(xiàn)為右側顳上回和左側額中回腦皮質(zhì)的ADC值大。一種解釋是視網(wǎng)膜不同病變程度的功能差異是微血管病變的選擇性，而腦部微血管與視網(wǎng)膜在組織胚胎起源上具有一定的同源性，故也反映了腦部結構和腦血流調(diào)節(jié)的異常。腦血管活性和伴隨的大腦血流改變是DM高血糖中重要的組成機制，因為高血糖導致血氧含量水平不同。也有一些關于糖尿病腦血管活性的研究，例如Fulesdi等[9]發(fā)現(xiàn)腦血流量不足時刺激腦實質(zhì)造成腦損害在相對較長的糖尿病病期中比較明顯，或者是伴有其他并發(fā)癥，如視網(wǎng)膜病變。他認為血糖變化可能會影響到基底神經(jīng)節(jié)及額葉區(qū)域，而這可能與年齡、性別、病程長短、平均血糖水平及HbA1c (%)沒有相關性。

圖1 、2 分別為單純型及增殖型視網(wǎng)膜病變眼底鏡圖像 圖3、4 分別為DWI及ADC圖(男性，47歲)，其內(nèi)數(shù)字所示位置為感興趣區(qū)，代表的位置分別為：1、2：額中回；3、4：顳上回；5、6：楔回Fig. 1,2 Funduscope images of simple diabetic retinopathy and proliferative diabetic retinopathy respectively. Fig. 3,4 DWI and ADC figure respectively (Male, 47 years old), the number is the interested area, as is shown in the position: 1, 2: midfrontal gyrus; 3,4: superior temporal gyrus; 5,6: cuneate gyrus. Even number to the left, odd number to the right.

表1 3組的臨床資料比較(x±s)Tab.1 Comparison of clinical data of three groups (x±s)

表2 3組雙側大腦不同部位皮層ADC值(×10-4mm2/s)Tab.2 The comparison of different parts of the double side cortex ADC values (×10-4mm2/s)

表3 組間兩兩比較Tab.3 Post hoc multiple comparison

此外，與對照組相比，糖尿病患者雙側額中回及顳上回腦皮層的ADC值差異有統(tǒng)計學意義，且視網(wǎng)膜病變程度不同，ADC值亦不同。DR患者的額葉和顳葉腦皮層密度減低，這些區(qū)域位于大腦中、后動脈的分水嶺區(qū)，這個部位極易發(fā)生腦梗死，因此腦部皮層密度減低很有可能是灰質(zhì)微血管腦梗死。另外，微血管腦梗死可能導致癡呆[10]及 短 暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attack，TIA)。分水嶺區(qū)腦皮質(zhì)微梗死較易發(fā)生，腦部血流灌注不足可能是最主要的原因。

近來，Wessels等[11-12]認為相對年輕的糖尿病患者在信息處理和視覺建立的速度方面低于與性別、年齡和教育程度相匹配的健康對照組。尤其是伴有復雜的微血管并發(fā)癥的患者腦白質(zhì)體積較未患DM患者明顯減少。本研究中左側額中回和右側顳上回的ADC值中，糖尿病伴增殖性視網(wǎng)膜病變組與對照組之間的差異有統(tǒng)計學意義，而糖尿病伴單純性視網(wǎng)膜病變組與對照組之間的差異沒有統(tǒng)計學意義。很多研究[13-15]顯示持續(xù)的高血糖最易影響與認知功能相關的腦回，以顳上回影響最大[15-16]，而患者是否伴有糖尿病血管并發(fā)癥是影響程度的主要決定因素。血糖的升降均會在不同程度上影響成年糖尿病患者顳葉，Hershey等[17]認為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是神經(jīng)元正常神經(jīng)生長模式被破壞。劉代洪等[18]認為T2DM伴輕度認知功能障礙患者存在多個相關腦區(qū)的異?；顒?，這可部分反映T2DM患者的病理神經(jīng)生理基礎。Kodl等[19]研究了病程較長的1型糖尿病患者的中樞腦白質(zhì)功能障礙與神經(jīng)認知測試之間的關系，利用磁共振彌散張量成像功能客觀反映水分子的運動軌跡，間接反映出腦白質(zhì)完整性，識別腦白質(zhì)顯微結構的異常與1型糖尿病的聯(lián)系，進一步分析這些差異是否會對神經(jīng)認知測試產(chǎn)生影響，結果顯示DM組患者的各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值遠遠低于對照組，而且下降的FA值與DM的病期以及HbA1c增加有相關性，致死性的低血糖病史與FA值并沒有相關性。

本研究結果顯示，Ⅰ、Ⅱ組患者額中回腦皮層的ADC值隨著病期的增長而增加，這表明隨著糖尿病病期的延長，右側額中回腦皮層逐漸受累。結果中ADC值與HbA1c沒有明顯相關性的原因可能是降糖藥物使用的不同及血糖控制情況的不同。鄧靈靈等[20]研究發(fā)現(xiàn)背外側前額葉的功能連接減低與糖化血紅蛋白值存在負相關性，推測可能是由于飲食調(diào)節(jié)失衡和血糖控制不理想導致的，且與T2DM的嚴重程度有關。

本研究通過ADC值研究了糖尿病患者大腦半球皮層的早期改變，與傳統(tǒng)的研究方法相比，不僅提高了結果的準確度和客觀性，并且對中年糖尿病患者雙側大腦皮層ADC值的差別進行了初步探究。發(fā)現(xiàn)糖尿病患者組與正常對照組的ADC值差異有統(tǒng)計學意義，伴有不同程度視網(wǎng)膜病變的糖尿病患者之間差異有統(tǒng)計學意義。說明2型糖尿病與腦損傷之間有一定的相關性，且隨著疾病進展，腦損傷有進一步加重的趨勢。本研究也有一定的局限性，如：(1)樣本量較小，而且T2DM個體都接受不同的糖尿病治療及管理方案，仍需進一步的標準化研究；(2)測量部位有限；(3)本研究屬于橫向研究，如果未來能進行密切隨訪并縱向研究，將能夠進行更加深入的分析和探索?？傊?，磁共振用于糖尿病的診斷具有重要意義，DWI序列可反映糖尿病腦皮層病變的病理生理機制，ADC值可為糖尿病腦皮層微觀變化的研究提供客觀評價依據(jù)。

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Type 2 diabetes and apparent diffusion coefficients of the cerebral cortex associated with specific functions on brain MRI

ZHAO Jian-hong, YANG Hai-ting, ZHOU Jun-lin*, BAI Liang-cai, LIU Hong, JIANG Jian, ZHAO Jun
Department of Radiology, the Second Hospital of Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
*

Zhou JL, E-mail: zjl601@163.com
Received 25 Jul 2016, Accepted 15 Dec 2016

Objective:To detect whether there is any change of apparent diffusion coefficients (ADC) levels in different sites of the brain, particularly in areas associated with the memory, the emotion and the vision in type 2 diabetic patients with retinopathy by measuring diffusion-weighted imaging (DWI).Materials and Methods:Conventional magnetic resonance imaging (MRI) and DWI of the brain were obtained from 40 diabetic patients: 20 patients with proliferative diabetic retinopathy (group Ⅰ), 20 diabetic patients with simple diabetic retinopathy (groupⅡ) and 20 age-matched healthy volunteers (group Ⅲ). ADC values of midfrontal gyrus, superior temporal gyrus and cuneate gyrus were obtained.Results:There is no significant difference in routine T1 or T2 weighted imaging between the three group. The ADC values of bilateral midfrontal gyrus and superior temporal gyrus cortex significantly increased in group Ⅰ and Ⅱ compared to group Ⅲ (P＜0.05). The duration of disease positively correlated with ADC values of the right midfrontal gyrus in group Ⅰ and Ⅱ.Conclusion:We found increases in ADC values supporting the neuronal degeneration and poptosis in some regions, especially in midfrontal gyrus and superior temporal gyrus by DWI in the diabetic patients with retinopathy. This result supports the association between diabetic retinopathy and brain injury, and with the progression of disease, the brain injury may be further aggravation.

Cerebral cortical; Magnetic resonance imaging; Diabetes mellitus, type 2; Diffusion weighted imaging; Apparent diffusion coefficients; Diabetic retinopathy

蘭州 大 學第二醫(yī) 院 放 射科，蘭 州730000

周俊林，E-mail：zjl601@163.com

2016-07-25接受日期：2016-12-15

R445.2；R587.1

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.02.007