磁共振波譜及擴散加權(quán)成像在糖尿病患者腦損傷評估中的應(yīng)用

黃晶晶，陳愛華，趙云

(1三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002；2宜昌市第一人民醫(yī)院)

磁共振波譜及擴散加權(quán)成像在糖尿病患者腦損傷評估中的應(yīng)用

黃晶晶1，陳愛華2，趙云1

(1三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002；2宜昌市第一人民醫(yī)院)

目的探討磁共振波譜(MRS)及擴散加權(quán)成像(DWI)評估糖尿病患者腦損傷的價值。方法選擇單純2型糖尿病患者30例(糖尿病組)及同期體檢健康者30例(對照組)，均行3.0T MR常規(guī)掃描及MRS、DWI，測量雙側(cè)半卵圓中心的ADC值、eADC值、N-乙酰天門冬氨酸與肌酸比值 (NAA/Cr)、膽堿復(fù)合物與肌酸比值(Cho/Cr)及N-乙酰天門冬氨酸與膽堿復(fù)合物比值(NAA/Cho)，并分析糖尿病組各指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果糖尿病組雙側(cè)半卵圓中心ADC值、左側(cè)半卵圓中心Cho/Cr均高于對照組，雙側(cè)半卵圓中心eADC值、NAA/Cr與NAA/Cho均低于對照組(P均<0.05)。兩組右側(cè)半卵圓中心Cho/Cr比較無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。糖尿病組雙側(cè)半卵圓中心ADC值、eADC值與NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho均無顯著相關(guān)性(P均>0.05)。結(jié)論MRS及DWI 可有效顯示糖尿病患者腦部功能區(qū)的代謝狀況及腦組織水分子改變，其相關(guān)參數(shù)改變可為糖尿病患者腦損傷評估提供量化依據(jù)。

糖尿病；磁共振波譜；擴散加權(quán)成像；腦白質(zhì)；代謝

我國糖尿病發(fā)病率以每年0.1%的速度遞增，預(yù)測2030年全球糖尿病發(fā)病率將超過4%[1]。國內(nèi)研究調(diào)查顯示，我國成人糖尿病發(fā)病率接近11.6%[2]。糖尿病患者容易發(fā)生腦血管疾病，其致殘率及致死率均較高。磁共振成像(MRI)技術(shù)能發(fā)現(xiàn)腦部細微結(jié)構(gòu)和功能改變，對早期發(fā)現(xiàn)并評估腦損傷具有重要意義。磁共振波譜(MRS)是測定活體內(nèi)某一特定組織區(qū)域化學(xué)成分的惟一的無損傷技術(shù)，是在MRI基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型功能分析診斷方法。擴散加權(quán)成像(DWI)是近年來興起的一種功能成像技術(shù)，能從分子水平反映組織水分子變化，同時能夠檢測出與組織含水量有關(guān)的早期形態(tài)學(xué)和生理學(xué)改變。MRS及DWI檢查可無創(chuàng)、敏感地顯示早期腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變，但其在糖尿病患者腦損傷評估中的應(yīng)用價值報道較少。為此，我們進行了如下研究。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2016年3月～2017年3月宜昌市第一人民醫(yī)院內(nèi)分泌科收治的單純2型糖尿病患者30例作為糖尿病組，男15例、女15例，年齡41～63歲，受教育年限9～12年，糖尿病病程2～10年。均符合2010年美國糖尿病學(xué)會(ADA)2型糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并影響認知功能的精神及神經(jīng)疾病等；②肝、腎功能不全及冠心病、腦血管意外(腦出血或腦梗塞)、腫瘤、外傷、感染或有中樞神經(jīng)系統(tǒng)障礙體征(失語、偏癱、偏深感覺障礙)等；③酒精依賴以及其他精神疾病相關(guān)藥物濫用；④糖尿病急性代謝并發(fā)癥、曾有嚴重低血糖發(fā)作及酮癥酸中毒；⑤左利手。選擇同期體檢健康者30例作為對照組，男15例、女15例，年齡41～63歲，受教育年限9～12年，均為右利手。兩組性別、年齡和受教育年限均具有可比性。本研究通過倫理委員會審核，受試者均簽署知情同意書。

1.2 MRS及DWI檢查 使用GE 3.0T超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)及配套8通道頭頸線圈，掃描序列包括橫軸位T1加權(quán)像、T2加權(quán)像、FLAIR序列、DWI序列及MRS序列。DWI序列掃描時間為56 s，TR=4 000 ms，TE=MIN，矩陣128×130，視野(FOV)=24×18，層厚5 mm，層間距0 mm，b值取1 000 s/mm2。MRS采集選用二維多體素點分析法(PRESS)序列，TR=1 000 ms，TE=144 ms，Phase16，NEX=1，采集次數(shù)128次，采集時間為5分28秒。掃描范圍從枕骨大孔至顱頂。掃描后排除受試者頭顱平掃圖像上比較明顯的結(jié)構(gòu)及圖像異常(如腦腫瘤、腦梗塞等)，以及某些發(fā)育變異(如透明隔囊腫和大枕大池等)，還有其他原因造成的不同程度的偽影。 圖像處理： 將數(shù)據(jù)傳至AW4.6后處理工作站Functool 9.4.05，感興趣區(qū)(ROI)在DWI序列橫軸位進行定位，所選層面為側(cè)腦室上方半卵圓中心層面，選取ROI為2個對稱性區(qū)域，均為方形，大小56.3 mm2。所有ROI設(shè)置由一名有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師獨立進行，取平均值后進一步分析，分別得出左、右側(cè)半卵圓中心的N-乙酰天門冬氨酸與肌酸比值 (NAA/Cr)、膽堿復(fù)合物與肌酸比值(Cho/Cr)及N-乙酰天門冬氨酸與膽堿復(fù)合物比值(NAA/Cho)。在同一后處理工作站，由同一名醫(yī)師設(shè)置ROI測量，選取的ROI盡可能與MRS選取的面積大小、位置一致，測得ADC值、eADC值。

2 結(jié)果

2.1 兩組雙側(cè)半卵圓中心MRS及DWI相關(guān)指標(biāo)比較 見表1。

表1 兩組雙側(cè)半卵圓中心MRS及DWI相關(guān)指標(biāo)比較

注：與對照組比較，*P<0.05。

2.2 MRS及DWI指標(biāo)的關(guān)系 糖尿病組雙側(cè)半卵圓中心ADC值、eADC值與NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho均無顯著相關(guān)性(P均>0.05)。

3 討論

糖尿病患者易發(fā)生腦血管疾病的機制可能為：①慢性持續(xù)性高血糖使線粒體產(chǎn)生大量活性氧(ROS)，其所誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致線粒體功能受損[3]和中樞神經(jīng)細胞凋亡[4]；高血糖導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能和血小板功能障礙，血液黏稠度增加，血管變狹窄、甚至阻塞，最終發(fā)展為腔隙性腦梗死或腦卒中[5]。②長時間缺乏胰島素使得神經(jīng)纖維發(fā)生脫髓鞘改變。③膽固醇代謝異常使突觸和神經(jīng)元功能受損，從而發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)退行性改變[6]。④糖尿病患者腦組織內(nèi)β淀粉樣蛋白(Aβ)沉積和異常過度磷酸化的干數(shù)管結(jié)合蛋白(Tau)增多；Aβ沉積可引起炎性因子激活，神經(jīng)元缺損，導(dǎo)致中樞整合功能異常；Tau異常過度磷酸化后，與微管結(jié)合能力降低，導(dǎo)致微管結(jié)構(gòu)易被破壞，引起突觸丟失，神經(jīng)元功能受損[7]。陳志曄等[8]DWI分析結(jié)果顯示，2型糖尿病患者雙側(cè)大腦局部腦實質(zhì)ADC值均升高，認為糖尿病腦皮層改變與灰質(zhì)內(nèi)髓鞘、神經(jīng)突觸和胰島素受體功能缺失有關(guān)。相關(guān)研究表明，腦皮層ADC值升高反映脫髓鞘和軸突損失[9]。eADC值即指數(shù)化表觀彌散系數(shù)，與ADC值呈負相關(guān)，其可消除“T2透射效應(yīng)”的干擾，較ADC值更為準(zhǔn)確。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者雙側(cè)半卵圓中心ADC值均明顯高于對照組，eADC值均明顯低于對照組。推測糖尿病患者存在代謝異常，導(dǎo)致突觸和神經(jīng)元功能受損，突觸數(shù)量減少，細胞內(nèi)間隙擴大，水分子擴散能力增強。

在MRS檢查中所顯示的NAA峰是正常腦組織第一大峰，僅存在于神經(jīng)元內(nèi)，是神經(jīng)元存活的標(biāo)志。Cho可反映細胞膜的代謝狀況和神經(jīng)膠質(zhì)細胞增殖情況；Cr值一般比較穩(wěn)定，常作為其他代謝產(chǎn)物信號強度的參照物。本研究結(jié)果顯示，糖尿病組左側(cè)半卵圓中心Cho/Cr高于對照組，雙側(cè)半卵圓中心NAA/Cr、NAA/Cho均低于對照組，說明糖尿病患者雙側(cè)半卵圓中心均存在神經(jīng)元缺失，神經(jīng)細胞功能及代謝障礙。Sinha等[10]MRS分析顯示，糖尿病患者右側(cè)額葉和右側(cè)頂-枕區(qū)NAA曲線下面積明顯低于對照組。Lin等[11]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者豆?fàn)詈薔AA/Cr減小，Cho/Cr增大。Brundel等[12]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者雙側(cè)海馬及頂葉白質(zhì)等部位NAA/Cr下降。以上研究均表明，糖尿病患者部分腦區(qū)神經(jīng)元功能受損。另外有研究顯示，在糖尿病患者腦結(jié)構(gòu)發(fā)生變化之前，可測得海馬及額葉等特定部位代謝產(chǎn)物值變化，提示糖尿病早期存在部分神經(jīng)元缺失和功能障礙[13]。徐麗娟等[14]研究發(fā)現(xiàn)，MRS對糖尿病酮癥酸中毒早期患者出現(xiàn)的腦損害具有較高的診斷價值。因此，檢測代謝物質(zhì)在大腦內(nèi)的含量變化可以提供常規(guī)MRI不能獲得的病變腦區(qū)的生化信息，是常規(guī)成像的補充，有助于判斷大腦損傷程度及治療后的轉(zhuǎn)歸情況。本研究相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，糖尿病組雙側(cè)半卵圓中心ADC值、eADC值與NAA/Cr、Cho/Cr、NAA/Cho均無顯著相關(guān)性，表明MRS及DWI兩種檢查的相關(guān)指標(biāo)在糖尿病患者腦損傷評估中并無相關(guān)性。

綜上所述，MRS、DWI能夠發(fā)現(xiàn)糖尿病患者腦部功能區(qū)的代謝狀況及腦組織水分子改變，其相關(guān)參數(shù)改變可為糖尿病腦損傷診斷提供客觀的量化依據(jù)。本研究在MRS的基礎(chǔ)上進行改進，在DWI軸位圖像上進行定位，使后處理可在同一掃描層面上進行；同時采用了多體素掃描，不僅提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且可同步觀察糖尿病患者雙側(cè)半卵圓中心ADC值、eADC值及腦內(nèi)代謝產(chǎn)物變化。但本研究也存在一定的局限性：①樣本量較小且手動勾畫ROI，存在一定的誤差；②測量部位只局限在半卵圓中心；③分析手段有限。隨著MRI技術(shù)的不斷發(fā)展，未來將測量多個部位的ADC值、eADC值及腦內(nèi)代謝產(chǎn)物，以對糖尿病腦損傷進行更深入、全面研究。

[1] Wild S, Togile G, Green A, et al. Global prevalence of diabetes [J] . Diabetes Care, 2004,27(5):1047-1053.

[2] Ning G, Bloomgatden Z. Diabetes in China: prevalence, diagnosis, and control[J]. J Diabetes, 2013,5(1):372-372.

[3] Liu X, Xiao Q, Zhao K, et al. Ghrelin inhibits high glucose-induced PC12 cell apoptosis by regulating TLR4/NF-κB pathway[J]. Inflammation, 2013,36(6):1286-1294.

[4] Kamchatnov PR, Chugunov AV, Basse DA, et al. Peculiarities of the course of ischemic stroke in patients with diabetes mellitus type 2[J]. Zh Nevrol Psikhiatr Im S S Korsakova, 2009,109(10Suppl 2):15-18.

[5] Cougnard-Grégoire A, Delyfer MN, Korobelnik JF, et al. Elevated high-density lipoprotein cholesterol and age-related macular degeneration: the Alienor study[J]. PLoS One, 2014,9(3):e90973.

[6] Ittner LM, Gatz J. Amyloid-β and tau--a toxic pas de deux in Alzheimer′s disease[J]. Nat Rev Neurosci, 2011,12(2):65-72.

[7] Okada K, Kotani K, Yagyu H, et al. Effects of treatment with liraglutide on oxidative stress and cardiac natriuretic peptide levels in patients with type 2 diabetes mellitus [J]. Endocrine, 2014,47(3):962-964.

[8] 陳志曄,李金鋒,孫杰,等.2型糖尿病患者大腦皮層變薄及胰島素治療恢復(fù)觀察[J].中華醫(yī)學(xué)雜志,2013,9(3):1313-1317.

[9] 王倩,徐基磐,伍建林,等.擴散張量成量成像評價2型糖尿病兔模型認知功能相關(guān)腦區(qū)白質(zhì)微結(jié)構(gòu)變化[J].中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2013,29(9):1423-1426.

[10] Sinha S, Ekka M, Sharma U, et al. Assessment of changes in brain metabolites in Indian patients with type-2 diabetes mellitus using proton magnetic resonance spectroscopy[J]. BMC Res Notes, 2014,17(7):41.

[11] Lin Y, Zhou J, Sha L, et al. Metabolite differences in the lenticular nucleus in type 2 diabetes mellitus shown by proton MR spectroscopy[J]. AJNR Am J Neuroradiol，2013,34(9):1692-1696.

[12] Brundel M, Kappelle LJ, Biessels GJ. Brain imaging in type 2 diabetes[J]. Eur Neuropsychopharmacol, 2014,24(12):1967-1981.

[13] 李淵靈,王悅,徐曉云,等.2型糖尿病患者記憶功能及相關(guān)腦區(qū)代謝的改變[J].臨床神經(jīng)病學(xué)雜志,2013,26(3):173-176.

[14] 徐麗娟,楊義.功能磁共振成像在糖尿病腦部代謝異常中的應(yīng)用研究[J].糖尿病新世界,2015,68(9):130-131.

趙云(E-mail： Zhaoyun@ctgu.edu.cn)

10.3969/j.issn.1002-266X.2017.44.027

R587.1

B

1002-266X(2017)44-0083-03

2017-03-13)