集成磁共振成像在輕微型肝性腦病臨床應用中的初探

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。若不及時采取干預措施，隨著時間及病情的發展，易進展為顯性肝性腦病(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量也增加了社會隱患，因此及早對MHE患者進行篩查診斷并及時進行干預治療顯得尤為重要。目前診斷MHE尚缺乏統一“金標準”，臨床診斷MHE的方法主要包括神經精神量表及腦電圖等。然而神經精神量表易受年齡、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性，但只有在嚴重HE患者中才能檢測出典型的腦電圖改變[1]，敏感度較低。傳統磁共振技術對HE尚無特異性診斷指標，由此目前臨床迫切需要簡易且客觀性較好的影像學檢查手段對MHE進行輔助診斷。

近些年隨著神經影像學的發展，集成磁共振成像(synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI)技術的問世為我們對MHE 患者的篩查提供了新的思路。SyMRI 可在4～6 min 的掃描時間里實現全腦的覆蓋并獲得10 種對比加權圖像，完成弛豫時間(T1、T2)及質子密度(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 技術定量MHE 患者及健康志愿者各腦區間弛豫時間及PD 值的差異，探討SyMRI 技術在篩查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月期間寧夏醫科大學總醫院感染疾病科收住的肝硬化患者。納入標準：(1)經臨床實驗室指標及影像學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。排除標準：(1)腦外傷、卒中、腫瘤的患者；(2)其他神經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。采用神經精神量表中數字連接試驗(number connection test，NCT-A)及數字符號試驗(digit symbol test，DST)[1]對45名肝硬化患者進行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。本研究經寧夏醫科大學總醫院倫理委員會批準，批準文號：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MRI 檢查均使用美國GE Architect 3.0 T MRI 設備，48 通道頭部線圈進行掃描。受試者取仰臥位，掃描前囑受試者盡量保持安靜休息狀態，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：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1，層數20，時間3 min 38 s。

1.3 圖像分析

本研究中感興趣區(region of interest，ROI)以大腦雙側基底節區及雙側額葉白質為主要研究區域，具體分為尾狀核(caudate nucleus，CA)、殼核(putamen，PUT)、蒼白球(globus pallidus，GP)、背側丘腦(thalamus，THA)及額葉白質(frontal white matter，FWM) 5 對亞區[9]。將收集的全部數據使用MAGIC v100.1.1后處理軟件進行ROI的勾畫及測量，選取各亞區最大層面及其前后2 層圖像手動勾畫ROI，深部核團ROI 提取以核團實際形態大小進行勾畫，T1、T2 及PD 值所選ROI 為在同一個弛豫圖上進行切換，以保證3 個值所測區域一致，所有區域定量值為總體各亞區的平均值。勾畫額葉ROI 時應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 年以上工作經驗的神經影像診斷醫師進行，采用雙盲的方法對T1、T2及PD值進行測量，并對所測數據進行一致性檢驗。

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 統計學方法

采用SPSS 23.0及MedCalc軟件對數據進行統計分析。使用組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)方法檢測數據一致性，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。經過Shapiro-Wilktest正態性檢驗，該檢驗計量數據不符合正態分布，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，計算有意義腦區的SyMRI參數在鑒別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表示差異具有統計學意義。

2 結果

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子密度(proton density，PD) mapping 圖及ROI 勾畫示意圖；2B：左側額葉白質ROI 提取放大圖及T1、T2、PD 值；2C：右側額葉白質ROI提取放大圖及T1、T2、PD值；2D：右側尾狀核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 值之間的統計結果見表1。與HC 組相比，MHE 組雙側殼核及右側蒼白球的T1值減低，右側尾狀核、雙側殼核及左側蒼白球的T2值減低，右側殼核的PD值減低，且差異具有統計學意義(P＜0.05)。雙側額葉的T1、T2 值及PD 值升高，其中T1及PD值差異具有統計學意義(P＜0.05)。

表1 MHE組及HC組各腦實質亞區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

構建ROC 曲線并計算AUC，利用AUC 分析差異具有統計學意義的腦區在鑒別MHE 組與HC 組的診斷效能。各腦區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 值各指標內的AUC 下面積之差進行統計分析，結果顯示差異無統計學意義(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T1、T2 及質子密度(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立危險因素[10]，如果在MHE 階段進行適當的治療，則病情被認為是可逆的[11]，因此及早診斷和預測該疾病對臨床治療決策的調整具有重要意義。本研究首次利用SyMRI 技術證實MHE 患者與健康志愿者間弛豫值及PD 值存在一定差異。研究發現MHE 組雙側殼核、右側蒼白球的T1值，右側尾狀核、雙側殼核及左側蒼白球的T2值及右側殼核的PD值較HC組明顯降低；雙側額葉的T1值及PD 值較HC 組明顯升高。其中右側額葉的PD 值最具診斷效能。由此，我們認為SyMRI 技術的T1 值、T2 值及PD 值對MHE 患者與健康志愿者腦區間的差異較為敏感，可顯示MHE患者與健康志愿者間腦區的細微差異，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依據。

3.1 MHE 組與HC 組間部分腦區T1 值、T2 值及PD 值的差異

本研究利用SyMRI 技術對腦實質內特定腦區進行定量測量發現，除背側丘腦及額葉白質外，MHE 組較HC 組的弛豫時間及質子密度均呈下降趨勢，推測這可能與細胞外間隙含水量降低有關。目前HE的發病機制尚不明確，仍以氨中毒學說為主[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細胞造成毒害作用[13]，引起細胞毒性水腫[14]，細胞膜APT 依賴性鈉-鉀泵異常，鈉離子潴留于細胞內，造成細胞腫脹，細胞外間隙狹窄。還有學者認為HE患者在發病期間呈現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 的機制，但這些假說最終結果均為引起細胞水腫及細胞外液的減少。由此，我們推測這也可能是MHE 患者深部核團的T1、T2 及PD 值較HC 患者減低的原因。另有學者認為[16-17]HE 的發生與腦實質內金屬離子的異常沉積有關，由于順磁性物質鐵引起磁場不均勻性相關的漸進式相位不一致，使接近順磁性鐵的水分子經歷局部磁場梯度，產生鐵的順磁性效應[18]導致T1值、T2值減低，但這一假設仍需要進一步的研究。

本研究發現與腦實質深部核團不同的是，MHE 組雙側額葉白質的T1 值、T2 值及PD 值較HC 組均升高，其中T1值及PD值差異具有統計學意義(P＜0.05)，推測這是由于細胞外液增加所致，這一假說也在Chen等[19]、Cudalbu 等[20]相關學者的部分研究中得到支持。Qi 等[11]、Kale 等[21]通過擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)發現由慢性肝病所致的HE 患者各向異性分數值變化不顯著，平均擴散系數值增加，這表明HE患者白質內存在可逆的間質性腦水腫，而細胞外液增加的機制被推測可能與細胞滲透調節過程中大分子的胞外遷移有關?？紫榈萚22]、鄭薇等[23]學者也報道過MHE 患者可能存在白質內細胞外液增多，并推測是脫髓鞘及軸突丟失造成的腦組織間質性水腫。雖然也有部分學者[24]支持腦白質水腫可能是細胞內水腫所致，但這一現象可能與病情的急性程度密切相關。在本研究中我們主要以肝硬化相關的MHE患者為研究對象，屬于慢性肝功能不全性疾病。另外，SyMRI技術是對組織特性的絕對定量評估，能夠更加客觀地展現組織內水分的變化，其中T1 值與組織含水量、髓鞘丟失相關，主要受間質含水量的影響[25]，PD 值主要反映大腦結構損傷，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患者雙側額葉白質內弛豫時間及PD值的改變。因此，對于雙側額葉白質的T1、PD 值升高，本研究更傾向于血管源性水腫所致的間質水腫。

3.2 T1、T2及PD值在各腦區的診斷效能

本研究發現不同定量值對MHE 組與HC 組的鑒別表現出不同的預測效能，AUC 在0.706～0.901 之間。右側尾狀核及雙側額葉的鑒別診斷效能較高(AUC＞0.8)，T1 值各腦區中左側額葉AUC 最高(0.875)，T2 值右側尾狀核AUC最高(0.842)，PD值右側額葉AUC最高(0.901)，其中右側額葉PD 值在AUC 方面優于其他參數。有報道指出[27]額葉水分子的擴散對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的測量對MHE 的檢測是具有有效性的，而PD值對組織內游離水量變化[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，沒有進行HE 各階段的分級比較分析，之后的研究應擴大病程范圍，全面了解疾病特點；其次，樣本量較少，對測量結果可能存在一定局限性，后期研究應納入更多樣本量；最后，當前研究是對局部ROI的選擇，后期應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。

綜上，基于SyMRI 技術可以發現MHE 患者與健康志愿者間弛豫值及質子密度具有差異性并可對MHE的發生進行預測，為MHE 的出現作出預警，從而及早進行干預治療，改善患者預后。