增殖期糖尿病視網膜眼病的動態增強MRI初步研究

許慶剛，陳青華，鮮軍舫，王振常

糖尿病視網膜病變是糖尿病眼病不可逆盲的最嚴重的并發癥。增殖期糖尿病視網膜眼病(proliferative diabetic retinopathy, PDR)主要為視網膜內微循環的異常，血管通透性增加，血管內的液體成分深入組織內，最終可出現血-視網膜屏障(blood-retina barrier, BRB)破壞，導致黃斑水腫。然而，目前評價BRB破壞的金標準熒光素血管造影術(fluoroangiography, FA)法有很多局限性。隨著功能MRI技術的發展，動態增強MRI (dynamic contrast enhancement MRI, DCE-MRI)檢查逐漸地進入了該研究領域，且已得到了廣泛地應用。該法采用小分子對比劑，具有體內不易代謝、不能從玻璃體主動轉運至血管、不能與血漿蛋白結合的特性，而且僅僅當細胞間緊密連接破壞后才可跨越BRB，因此可用來準確地監測BRB的變化[1]。同時，DCE-MRI可不受研究介質的影響，具有非創傷性，可對對比劑滲漏處病變進行二維觀察，其觀察數據與FA具有可比性[2]，更重要的是其具有廣泛的臨床前期及臨床應用價值。

迄今為止，有關視網膜DCE-MRI的研究多見于動物實驗和臨床反饋[1,3-5]。而關于活體視網膜DCEMRI的變化卻鮮有報道[6]。基于MRI對動物研究的實驗結果，筆者假設：增殖期糖尿病視網膜眼病在DCE-MRI表現為視網膜前玻璃體的信號強度明顯升高；DCE-MRI能夠評價增殖期糖尿病視網膜病變BRB的破壞，且可以成為診斷該病的有效工具。

1 材料與方法

1.1 研究對象

參照糖尿病眼病國際臨床分類標準[7]，前瞻性選取2組病例：對照組(C組)和PDR組，所有入選患者均經眼底鏡檢查(fundus photography, FP)和(或)FA診斷、分期及分級，其中PDR組為糖尿病眼病國際臨床分類Ⅴ期患者。

所有受試對象均對檢測項目知情同意，本研究經過首都醫科大學附屬北京同仁醫院倫理委員會批準。

病例組受試者排除標準：(1)其他原因所致的眼部疾病或伴有眼部并發癥的全身系統疾病；(2)6個月內有眼眶手術史者(包括白內障手術)及12個月內有視網膜散光凝固法照射治療的患者；(3)背景期糖尿病眼病患者。

15例健康受試者和10例PDR患者自愿參加此次檢查。但是，隨后因為在檢查過程中1例健康受試者和3例PDR患者因眼球運動過多，影響了信號強度的細微變化，其數據不可用、丟棄。因此，14例健康受試者和7名PDR患者最終完成數據采集。其中健康受試者男7例，女7例，年齡31～76歲，平均(50±15)歲，掃描16只眼；PDR患者男3例，女4例，年齡33～72歲，平均(54±14)歲，Ⅱ型糖尿病，病史3～15年，平均(9±4)年，掃描14只眼。

1.2 研究方法

應用GE 1.5 T超導型MR掃描儀(Signa Twinspeed;GE Healthcare, Milwaukee, Wisconsin)，采用標準發射-接收眼表面線圈或8通道相控陣頭線圈置于受試者眼部中心，受試者仰臥平躺、固定頭部。為減少掃描過程中過多的眼球運動，掃描前指導、訓練受試者盯著置于正上方的固定點注視，同時使用人工淚液滴眼以減少瞬目。在此掃描期間，圖像采集始終對準眼球中心視乳頭層面，并確保眼球掃描野范圍相對固定不變。

采用三維(3D)快速擾相梯度回波序列進行動態增強掃描，采集解剖和功能數據，參數：TR 8.4 ms，TE 4.0 ms； 反轉角15°；FOV 14 cm×14 cm (眼表面線圈)和18 cm×18 cm (頭線圈)； 層厚3 mm；矩陣256×160；激勵次數為1；帶寬為22.7 kHz，共采集12個時相，每一個時相掃描時間和間歇時間均為13 s，掃描時間約為5 min，延遲至10～30 min不等。

對比劑使用Gd-DTPA (0.1 mmol/kg, Magnevist;Bayer Schering Pharma, Berlin, Germany)，濃度為469 mg/ml。采用高壓注射器經上臂靜脈注射，注射流率為2.5 ml/s，在第一個時相掃描結束時同時注射。

掃描中心定位于視神經和晶狀體，掃描間期可行瞬目休息，然后接著完成掃描。這種不瞬目-瞬目的采集模式可減少受試者的眼部不適，可更好地減少眼球運動所致偽影[8]。

1.3 數據分析

1.3.1 MRI數據

所有受試者的掃描圖像用于視網膜BRB破壞情況的分析。首先，為了糾正不同時期同一掃描范圍的運動偏差，圖像偏移，所有掃描圖像均在AFNI軟件上進行空間位置校正，隨后利用NIH image軟件進行數據分析(http://rsb.info.nih.gov/nih-image)。

對于視網膜前玻璃體的每個像素而言，選取注射對比劑后時間-信號強度變化的最大斜率值來間接反映視網膜BRB的破壞情況。最大斜率值的計算公式如下。

最大斜率值=(SIpeak－ SIpre)/(SIpre× Tpeak)[9]

SIpre為注射對比劑前的信號強度值，SIpeak為注射對比劑后達到峰值時的信號強度值，Tpeak為SIpeak對應的時間。

1.3.2 ROI的選取

基于Trick等的研究[10]，首先，沿視網膜-脈絡膜復合體和玻璃體交界處畫一曲線，其厚度界定為1個像素大小，并設定為黑色。隨后，在這一黑色曲線前視網膜前玻璃體內再畫“1個像素厚度的曲線”，該曲線即為計算BRB破壞情況的ROI(圖1A)。這種ROI的選擇方法盡可能地減少了視網膜-脈絡膜復合體對分析結果的干擾，并可確保每個ROI的選擇都是大致相同的[10]。

表1 對照組(C組)與增殖期糖尿病眼病(PDR)組不同區域最大斜率值的比較Tab.1 Comparison of slope (max) in different ROI between group C and group PDR

為了便于測量，規定以通過眼球中心視乳頭層面晶狀體中點與視乳頭中心連線為軸，整個視網膜區為2～10點鐘方向弧形曲線ROI，鼻側為2～5點鐘方向弧形曲線ROI，顳側為7～10點鐘方向弧形曲線ROI，視乳頭區為5～7點鐘方向弧形曲線ROI(圖1A～D)。

1.3.3 統計分析

采用SPSS 13.0軟件包進行統計學分析，最大斜率值以表示。采用兩樣本t檢驗比較兩組的最大斜率平均值，P＜0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

在對照組，DCE-MRI可清楚地顯示視網膜-脈絡膜復合體、睫狀體及虹膜等正常組織解剖結構，在玻璃體內未見明顯異常。

PDR組受試者BRB破壞區域視網膜前玻璃體內的信號強度升高，表現為斑片狀高信號影，且隨著時間的延長范圍逐漸擴大(表1，圖2～4)。

對照組視網膜前玻璃體區在注射對比劑后整個視網膜區、鼻側、顳側及視乳頭區的時間-信號強度變化的最大斜率的平均值顯著高于對照組，差異有統計學意義(P＜0.05)。

在延遲掃描相，BRB破壞處可清楚地顯示視網膜前區玻璃體腔內高信號的順磁性對比劑，且隨著時間的延長范圍逐漸擴大(圖3)。而在糖尿病視網膜眼病動態增強曲線圖上可見BRB破壞區前方玻璃體內的時間-信號曲線呈持續上升型(圖4)。

3 討論

增殖期糖尿病視網膜眼病所致視網膜內微循環異常，導致微小血管病變區氧分子的彌散受阻，彌散至視網膜前玻璃體的氧分子減少。而視網膜小動脈和小靜脈漸進性擴張，視網膜色素上皮和血管內皮之間屏障(BRB)破壞，對比劑滲漏至視網膜前玻璃體間隙內。對于糖尿病性視網膜病而言，BRB破壞，Gd-DTPA不是滲漏到玻璃體腔內，而是進入到玻璃體間隙內，進而影響周圍自旋質子的弛豫率，這一作用與Gd-DTPA的濃度成正比。因此，MRI玻璃體內T1WI號強度的改變可作為BRB破壞的標志。

本研究是利用DCE-MRI 監測增殖期糖尿病視網膜眼病視網膜前玻璃體內的信號強度變化來檢測視網膜BRB的破壞情況，研究結果揭示了增殖期糖尿病視網膜眼病視網膜前玻璃體信號強度最大斜率值升高，明顯高于對照組，反映出進展期糖尿病視網膜病變會出現血管通透性增加，BRB破壞，最終可能會發展成視網膜黃斑水腫及視網膜脫離，與Sander等[11]采用熒光測定法測量的結果一致。視網膜血管通透性增加及黃斑水腫的原因是視網膜色素上皮和血管內皮之間屏障(即BRB)的破壞。水分子跨越BRB主要是兩種運動方式，被動轉運(雙向)和從視網膜到血液方向的主動轉運。糖尿病黃斑水腫主要為BRB破壞，被動轉運增加；而作為代償性的主動轉運可吸收積液，減輕水腫，但是其作用有限。這些研究結果充分表明DCE-MRI能夠評價增殖期糖尿病視網膜BRB的破壞，且可以成為診斷該病的有效工具。另外，本方法成功率高，不受研究介質的影響，具有非創傷性，可對對比劑滲漏處進行二維觀察，且MR掃描儀普及廣泛，因此，DCE-MRI用來監測視網膜BRB的破壞情況有著非常廣闊地應用前景。但是，因為MRI對視網膜的分辨率有限，尚不能明顯區分視網膜各層的厚度，因此，筆者認為DCE-MRI目前尚不能取代FA、光學相干斷層成像術等傳統檢查方法，只有這些方法相互補充、取長補短，才能更好地發揮作用。

本研究只是對活體糖尿病視網膜BRB的破壞情況作一些初步的研究，其更廣泛地應用尚需進一步研究。Berkowitz等[12]采用DCE-MRI方法分別檢測小鼠模型玻璃體內注射人類血清蛋白、血管內皮生長因子(VEGF)和糖尿病模型的表面積透過產物(blood retinal barrier permeability surface area product, BRB PS)，研究發現VEGF注射和病程為8個月的糖尿病小鼠模型其BRB PS較對照組明顯升高，且差異具有統計學意義。進一步定量分析表明，DCE-MRI 可檢測BRB PS＞3.9×10－5cm3/min的微小變化。相對于本研究所監測視網膜前玻璃體的滲漏最大斜率值而言，這種病理性變化早于視網膜脫離和臨床癥狀[6,13]，因此有望成為活體內監測病變進展的可靠參考指標。

DCE-MRI還可用來評價藥物治療糖尿病視網膜病變的療效。Berkowitz等[14]利用高分辨錳增強MRI研究發現未治療組糖尿病小鼠模型其視網膜受體攝取離子低于正常狀態，而類脂酸可糾正這種異常。進一步說明MRI可指導臨床進行藥物干預治療，并可提供客觀、可靠的依據[15-16]。

本研究驗證了DCE-MRI能夠評價增殖期糖尿病視網膜病變BRB的破壞，且可以成為診斷該病的有效工具。隨著這項技術的不斷深入完善，有望將會成為研究BRB破壞機制及藥物、手術干預治療的有效評價方法。

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