多b值DWI對艾滋病家庭孤兒基底節擴散差異的研究

鐘洋，吳光耀，全紅

人體感染人類免疫缺陷病毒（human immune deficiency virus，HIV）后免疫細胞及免疫系統被破壞，容易合并各種機會性感染和惡性腫瘤，最終表現為獲得性免疫缺陷綜合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），即艾滋病。腦部區域是HIV相關合并癥常見的受累部位，報道顯示國內HIV感染者中有10%～27%以神經系統損害為首發癥狀［1］?；坠澆粌H是本能反射調節中樞的重要組成部分，更在支配和完成隨意運動過程中發揮關鍵作用。有研究［2－3］報道HIV感染者行腦部擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）檢查時基底節區域表現異?；虿∽?。艾滋病家庭孤兒是社會上極其弱勢的群體，其感染HIV的概率因母嬰傳播等途徑遠遠高于其他人群。據統計，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檢查手段應用于HIV陽性感染者中而沒有進行深入研究［5－6］，并且關于多b值DWI應用于對HIV陽性的研究國內外鮮有報道。此外，有關拉伸指數模型DWI的應用研究大都在b＞1000s／mm2條件下進行，忽略了對b＜1000s／mm2范圍內的應用探索［7－8］。目前，多b值DWI在對腦部腫瘤的研究中取得了一定的成果。有研究認為多b值DWI可更準確描述良性腦膜瘤的擴散信息［9］。也有研究認為拉伸指數模型DWI中的α值在腦部腫瘤區的異?？蔀樵u估腦部腫瘤提供新的方法［10］。本研究關注青少年艾滋家庭孤兒腦部基底節區域，在b＜1000s／mm2范圍內對研究對象行腦部多b值（0、50、150、200、400、600、800s／mm2）DWI檢查，分析單指數模型DWI中的表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）及拉伸指數模型DWI中的分布擴散系數（distributed diffusion coefficient，DDC）和異質性指數α，旨在為HIV陽性的診斷提供參考。

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已感染HIV，血清學檢查HIV陽性并經國家確證實驗室證實，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）差異均無統計學意義。所有研究對象來源和數據采集均來自武漢大學中南醫院。所有研究對象符合以下條件：①常規MRI檢查無明確的腦部結構和信號異常；②無腦內機會性感染及顱內腫瘤；③既往無精神病史，無吸煙等不良嗜好。本研究獲得武漢大學中南醫院倫理委員會批準。所有受檢者在掃描前均告知掃描內容并簽署知情同意書。

2.儀器與方法

采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T全身MR儀。全腦常規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MRI橫軸面掃描定位相同。掃描參數：TR 3400ms，TE 85ms，翻轉角90°，激勵次數4，矩陣為192×192，掃描層數為20層，層厚5mm，層間距0mm，視野219mm×219mm，b＝0，50，150，200，400，600，800s／mm2，掃描時間62～65s（圖1）。

3.數據分析

將采集的多b值DWI圖像經SPM軟件行頭動校正、空間平滑等預處理后獲取7個b值下的DWI圖像。采用MRIcro軟件在左右基底節豆狀核腹側區各選擇一橢圓形ROI，大小95～100mm2，分別讀取7個b值下ROI的平均信號強度。通過Origin 8.0軟件根據單指數模型數學表達式s／s0＝exp（－ADC×b）和拉伸指數模型數學表達式s／s0＝exp［－（DDC×b）α］利用7個b值及每個b值下ROI的信號強度擬合出ADC值、DDC值和α值。重復三次，取三次所得ADC值、DDC值、α值的平均值進行統計學分析。

圖1 女，15歲，HIV陽性。a～g）均為DWI圖像，橢圓標記為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HIV陽性感染者和陰性健康者雙側基底節區ADC值、DDC值、α值分別采用獨立樣本t檢驗行差異性分析，并對兩組人群各自基底節區的DDC和ADC值分別行pearson相關性分析。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.單指數模型和拉伸指數模型的比較

當b＜1000s／mm2時，單指數模型和拉伸指數模型均能較好描述DWI中隨b值增加信號強度遞減的衰減規律（圖2）。

2.HIV陽性感染者和陰性健康者擬合結果的比較

HIV陽性感染者左側基底節豆狀核腹側區α值（0.848±0.068）較陰性健康者（0.923±0.050）明顯下降，差異有統計學意義（t＝－2.749，P＝0.012＜0.05），兩組右側基底節豆狀核腹側區α值間差異無統計學意義（P＞0.05）；兩組人群間DDC值和ADC值在雙側基底節豆狀核腹側區差異均無統計學意義（P均＞0.05），見表1。兩組人群各自的DDC和ADC值在雙側基底節豆狀核腹側區均呈正相關（P均＜0.05），見表2。

表1 兩組基底節α、DDC和ADC值比較（10－4 mm2／s）

表2 兩組各自基底節區的DDC值與ADC值相關性分析

討 論

DWI是利用水分子的布朗運動反映活體組織生理結構、病理狀態的無創性磁共振功能成像技術。臨床上對人體組織進行DWI檢查時，可采用不同的擴散敏感系數，即b值。單指數模型認為體素內水分子擴散率單一，用ADC值表征此擴散率，并且認為體素內信號衰減方式單一。拉伸指數模型新引入的參數α與體素內水分子擴散的異質性有關，反映體素內信號衰減方式。其值為0～1，當α接近1時，表明體素內信號衰減方式趨于單一，擴散的異質性低；當α接近0時，表明體素內信號衰減方式復雜，擴散的異質性高。此外，拉伸指數模型考慮到成像體素內擴散的復雜性，認為體素內存在連續分布的擴散率。表征擴散率的DDC值相比ADC值有所不同，表示體素內平均擴散率，可理解為是體素內呈指數式衰減的不同擴散成份經容積率加權后得到的ADC值。臨床上往往是采集兩個b值下的圖像來計算ADC值，生成ADC圖。比如，臨床上對中樞神經系統行DWI檢查時，常采集b值為0和1000s／mm2圖像來計算獲取ADC值。本研究根據單指數模型和拉伸指數模型數學表達式利用7個b值及每個b值下ROI的信號強度擬合出ADC值、DDC值和α值，從數學計算方法的角度來說要比常規利用兩個b值下圖像計算所得的ADC值有更好的精確性［11］。

圖2 一例HIV陽性感染者（男，16歲）和一例陰性健康者（男，16歲）基底節區b值與磁共振信號強度。

本實驗在b＜1000s／mm2范圍內對青少年艾滋家庭孤兒行腦部多b值DWI研究，結果表明拉伸指數模型DWI中的α值在無癥狀HIV陽性感染者腦部基底節區與HIV陰性健康者間存在明顯差異，提示多b值DWI可反映常規影像學不能顯示的HIV腦病臨床前期異常，其主要特征是α值下降。Bladowska等［12－13］在對無精神疾病、無腦內機會性感染及顱內腫瘤、常規MRI檢查無明確的腦部結構和信號異常的無癥狀HIV感染者行灌注加權成像研究時發現，HIV感染者右側顳頂皮質區和左側額葉皮質區相對血容量與健康對照組間均存在顯著性差異，認為PWI在HIV引發神經認知紊亂等臨床癥狀之前可反映出腦部灌注變化。本實驗研究對象特征與此研究對象中HIV感染者特征極度相似，并且實驗結果均顯示HIV感染者腦部出現單側區域異常。但與之不同的是，本實驗對無癥狀HIV感染者進行的是腦部多b值DWI研究，結果發現HIV感染者腦部左側基底節區α值相比HIV陰性健康者明顯偏低，提示在HIV陽性感染者亞臨床期腦部基底節區水分子擴散已出現異常變化以及體素內信號衰減方式異常。Suzuki等［14］報道了1例AIDS患者在行腦部Gd增強T1WI時腦部基底節區出現少許高強度異常信號，結合該患者的治療過程和臨床癥狀的變化可充分說明此高強度異常信號能為弓形體蟲腦炎的診斷提供重要參考價值。本組資料也顯示，對于HIV陽性亞臨床期感染者，多b值DWI可檢出常規影像學所不能顯示的基底節區水分子擴散異常。有關拉伸指數模型多b值DWI的類似研究亦有報道α值在相應病變區相比正常對照區明顯下降。Kwee等［10］發現高級別膠質瘤腫瘤區α值明顯低于腫瘤對側基底節區；彭雯佳等［15］發現手術所致的腦缺血大鼠的右側大腦區α值明顯低于正常大鼠?；诒緦嶒濰IV陽性感染者左側基底節區α值的異常，提示α值有可能作為評價指標來區分HIV陽性和HIV陰性，對HIV陽性的診斷提供有價值的參考。

本實驗結果還顯示，HIV陽性感染者和HIV陰性健康者兩組人群各自基底節區的DDC值與ADC值均呈正相關（P均＜0.05）。Kwee等［10］發現高級別膠質瘤腫瘤區ADC值與DDC值也呈正相關。彭雯佳等［16］報道DDC值和ADC值在單側大腦前循環動脈狹窄者和無狹窄者間均有明顯差異。Buckle等［17］在對進行高效抗逆轉錄病毒療法的AIDS伴進行性多灶性腦白質病變患者回顧性分析中發現，治療后部分患者出現免疫重建炎癥綜合癥。在治療前，病變區最大ADC值與對側鏡像白質區最大ADC值的比值在兩組患者間具有顯著性差異。

總之，本實驗基于單指數模型和拉伸指數模型DWI在b＜1000s／mm2范圍內擬合出23名青少年艾滋病家庭孤兒腦部基底節區ADC值、DDC值、α值。結果表明兩種模型均能較好描述體素內信號強度隨b值增加的衰減特征并且在HIV陽性感染者腦部基底節區α值異常，提示拉伸指數模型DWI中的α值有可能作為評價指標來區分HIV陽性和HIV陰性，對HIV陽性的診斷提供有價值的參考。當然，本研究也存在一定的不足。首先，由于本實驗研究對象屬特殊人群，樣本搜集起來有一定的困難，導致樣本量不夠大；其次，本實驗在b＜1000s／mm2范圍內僅僅采集了7個b值下的DWI圖像。在今后的研究中，本研究小組將進一步擴大樣本量，采集并分析更多b值下的DWI圖像。

致謝：感謝醫科達醫療器械（上海）公司對本課題的資助與支持！

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