輕微型肝性腦病患者楔前葉VBM-MRI研究

周鷺， 郭大靜， 周治明

輕微型肝性腦病(minimal hepatic encephalopathy，MHE)屬于肝性腦病的一個亞型，臨床上這類患者并不會表現出意識錯亂、肝昏迷等明顯的癥狀或者體征，通常僅表現為輕度注意力障礙、空間記憶減退、視覺感知運動功能及精細運動能力下降等相關神經認知方面的障礙，由于目前對于MHE的診斷沒有金標準，國際共識推薦采用肝性腦病心理測試評分法(psychometric hepatic encephalopathy score，PHES)來篩查MHE[1]，但是這些量表評估方法易受到被試者受教育程度、年齡等多種因素的影響，結果缺乏客觀性。近年來，功能磁功能成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)研究發現，MHE患者楔前葉腦區神經元活動及腦功能連接異常存在異常，并且與其認知功能異常具有相關性[2-5]。因此，本研究將在我們既往對MHE全腦結構功能研究的基礎上[6]，采用更為精確配準的DARTEL算法[7]，針對楔前葉亞區的灰白質體積進行精細觀察，旨在精準分析MHE患者楔前葉亞區結構的變化情況。

材料與方法

1.研究對象

搜集2016年1月-2016年7月來我院就診的15例MHE患者的臨床和影像資料，其中男8例、女7例，年齡41～67歲，受教育年限6～16年。對臨床診斷為乙型肝炎合并肝硬化的患者行數字連接試驗(number connection test A，NCT-A)和數字符號試驗(digit symbol test，DST)，并將至少一項評分在正常組均值2個標準差以外的患者擬診為MHE。所有測試均在進行MRI掃描前完成。排除標準：①嚴重HE患者；②急性肝功能衰竭患者；③酒精性肝硬化及任何其它可能導致腦功能改變的軀體或精神疾患的患者。

招募15例健康志愿者作為正常對照組，其中男8例、女7例，年齡40～70歲，受教育年限6～16年。對照組中受試者均無肝硬化、認知功能損傷和腦外傷等病史。

所有受試者無MRI檢查禁忌證，對本研究的目的和方法知情同意。

2.圖像采集和處理

采用Philips Achieva 3.0T MR掃描儀和8通道標準頭線圈，采用磁化準備快速梯度回波(three dimensional magnetization prepared rapid gradient echo，3D-MPRAGE)序列T1WI進行矢狀面掃描，掃描參數：TR 2000 ms，TE 30 ms，視野240 mm×240 mm，矩陣232×227，層厚1.0 mm，掃描層數150。

對所有采集的圖像在Metlab的運行環境下采用DPARS fMRI(data processing assistant for resting-state fMRI)軟件里的VBM-DARTEL分析方法進行后處理。DARTEL方法利用了6×106個參數的流場理論對圖像進行配準，而之前的算法通常只采用了1000個參數進行配準，所以相較于之前的算法，DARTEL算法的配準更加精確[8]。具體操作處理流程如下[9]：①圖像分割。首先應用VBM方法對原始的腦結構MR圖像做統一化分割，得到具體的灰、白質圖像。②配準。利用DARTEL算法進行配準，具體步驟則是將分割后的灰白質圖像不斷地平均，得到模板，重復進行配準和平均的過程，從而得到最優模板[10]。③利用Fan等[11]于2016年提出的最新腦網絡圖譜，根據圖譜所提供的最大概率圖，提取楔前葉4個亞區的模板，并將獲得的亞區模板作用于配準的參數。④調制。將MNI空間進行標準化，并對配準后的亞區圖像進行調制。⑤平滑。選定高斯平滑核對獲得的亞區灰、白質圖像進行處理；⑥統計分析。建立統計模型，對數據進行統計分析。

3.統計學分析

使用SPSS 19.0軟件進行統計分析。采用χ2檢驗比較MHE組與對照組患者性別構成的差異，采用獨立樣本t檢驗比較患者的年齡、文化程度和神經心理測試結果間的差異，以P<0.05為差異有統計學意義。使用REST軟件對MHE組及對照組中楔前葉及其亞區的體積進行兩樣本t檢驗，采用AlphaSim校正后P<0.05且體素閾值>54個為結果具有統計學意義，并將此體素疊加于三維T1WI上生成偽彩圖。

結 果

1. 臨床資料

兩組被試的臨床資料及統計分析結果見表1。兩組間性別構成比、年齡及受教育年限的差異均無統計學意義。與對照組比較，MHE組DST量表評分明顯降低，完成NCT-A的時間明顯增加，組間差異均具有統計學意義(P<0.001)。

表1 MHE組和對照組臨床資料及統計分析結果

2. MRI平掃表現

與對照組相比，MHE組平掃T1WI上雙側基底節區可見對稱性高信號改變(圖1)。

3. MHE組腦灰質改變

VBM分析結果顯示，MHE組患者左側楔前葉的灰質體積減少；就亞區而言，左側4個亞區的灰質體積均以減少為主，同時伴有相應增加，其中前部和中央楔前葉的體積僅輕度減少、后部和腹側楔前葉的體積明顯減少；右側楔前葉4個亞區灰質體積的變化規律與左側基本一致，但體積減少的程度更加顯著(圖2、表2)。

表2 MHE組與對照組楔前葉灰質體積有顯著差異的腦區

注：與對照組相比，經AlphaSim校正后，取P<0.05、體素閾值>54。

4.MHE組腦白質改變

與對照組比較，MHE組患者左側楔前葉白質體積增加；就亞區而言，左側楔前葉4個亞區的白質體積以增加為主，同時伴有相應減少，但前部和中央楔前葉的體積僅輕度增加，后部和腹側楔前葉的體積明顯增加；右側楔前葉4個亞區的白質體積增加程度均較左側明顯(圖3、表3)。

表3 MHE組與對照組楔前葉白質體積有顯著差異的腦區

注：與對照組相比，經AlphaSim校正后、取P<0.05，體素閾值>54個體素。

圖1 MHE患者，男，50歲。T1WI顯示雙側基底節區對稱性高信號改變。a) 基底節層面； b) 丘腦層面。

楔前葉位于后內側頂葉的背側區，前方為中央旁小葉，后方為楔葉，下方為后扣帶回和胼胝體壓部，雖然所處位置較深，但是其與高級皮層及皮層下多個結構連接，且可能作為DMN中較為重要的節點，體現其功能的復雜性。具體而言，楔前葉與后扣帶回、丘腦、中央前額葉皮層及海馬等結構均有連接，由于所處位置較深，所以相關研究相對較少，但是它可能是大腦靜息態默認網絡的重要節點[12]，參與多種功能(包括認知功能、視覺空間想象、情景記憶及自我信息)的相關調控和處理等。姜曉萍等[13]發現MHE和明顯肝性腦病(overt hepatic encephalopathy，OHE)患者的腦默認網絡低頻振蕩幅度(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)值較正常組顯著降低。既往的研究也顯示MHE患者楔前葉的腦神經元活動、皮層厚度以及與其它腦區之間的功能連接可出現不同程度的改變[2-5]。因此，本研究中選取楔前葉作為研究對象，且進一步觀察其各個亞區的體積變化特點。最近，Fan等[11]在研究腦網絡圖譜時，利用非侵入式多通道神經成像技術，包括結構MRI、fMRI及DWI，并設計了一種以功能連接為基礎的分割框架來細分整個大腦，最后將整個大腦分成了210個皮層和36個皮層下的亞區，這為臨床診斷和研究提供了新的方向。有學者提出，左右楔前葉可分為各4個亞區，包括前、中、后及腹側楔前葉[8]。前楔前葉主要參與感覺運動，后楔前葉主要是視覺、情景記憶恢復的功能，中央楔前葉則是前、后楔前葉的橋梁，起到相關認知整合的作用，腹側楔前葉則主要參與構成默認腦網絡的核心，起到空間記憶的作用[14]，它在整個楔前葉中發揮著重要作用。

1.MHE患者楔前葉亞區灰質體積變化的意義

本課題組已通過優化的VBM方法研究發現多個腦區存在灰質體積的減少，包括右側小腦后葉、雙側豆狀核、雙側殼核、雙側中央后回、右側舌回、雙側顳中回、雙側海馬、左側小腦后葉、左側蒼白球、左側前扣帶回、左楔葉及左顳下回等[6]。而本研究通過VBM-DARTEL法進一步研究發現，MHE患者楔前葉整體灰質體積也是減少的，這與之前Zhang等[15]的研究結果是一致的。就亞區而言，前和中央楔前葉的主要功能為感覺運動及部分連接作用。MHE患者主要表現為精細運動及記憶認知障礙，本研究結果亦顯示左側前和中央楔前葉的灰質體積下降并不明顯；而后楔前葉主要參與情景記憶，本組結果顯示其灰質體積下降程度較前和中央楔前葉明顯，結果與MHE患者的臨床表現是一致的，表明MHE患者記憶功能障礙與中央楔前葉灰質體積下降有一定關系。腹側楔前葉在整個楔前葉的功能中發揮著較為重要的作用，主要是參與構成腦默認神經網絡，與后扣帶回一起在腦默認神經網絡中起到較為核心的作用[9]，本研究結果顯示MHE患者的腹側楔前葉的灰質體積是明顯下降的。之前Bai等的研究表明，有輕度遺忘及記憶障礙的患者，他們的靜息態默認腦網絡的功能連接以及楔前葉/后扣帶回區域同質性會出現一定的衰減[16]，且Chen等[17]還發現MHE組楔前葉的局部一致性(regional homogeneity，ReHo)值也是顯著減低的，提示當這部分腦區受影響后，空間記憶能力會缺失以及認知功能會出現下降。神經病理學研究認為，氨、錳的聚集及神經炎癥可引起神經細胞凋亡及不可逆損傷，而MHE腦灰質主要以星形膠質細胞Alzheimer II型變為特征[18]，猜測灰質體積減少可能與上述機制有關，從而最終導致相應腦區功能減低的改變。

圖2 VBM分析偽彩圖，不同層面顯示雙側側楔前葉各亞區灰質體積較正常組差異有顯著意義的區域(紅黃色表示MHE組灰質增加區域，藍綠色表示MHE組灰質減少區域)。a) 左側楔前葉前亞區； b) 左側楔前葉中央亞區； c) 左側楔前葉后亞區； d) 左側楔前葉腹側亞區； e) 右側楔前葉前亞區； f) 右側楔前葉中央亞區； g) 右側楔前葉后亞區； h) 右側楔前葉腹側亞區。

本課題組前期研究結果同時還發現雙側丘腦的灰質體積較正常組增加[6]，而此次結果也顯示楔前葉四個亞區的灰質體積出現相應增加，猜測可能與丘腦體積增加機制一樣，與補償效應有關，神經節或神經膠質出現代償性病理性增生或肥大，但目前還無相關神經病理學證據來證實這一觀點，增加的灰質體積也并不能改善大腦功能。且大腦皮質是具有功能及結構的可塑性的，如慢性腦卒中患者會出現軀體感覺區皮質增厚[19]，所以猜測當出現了灰質體積的減少，可能所在區域其實都會出現不同程度神經節或神經膠質細胞的代償性增生，這也許就是大腦皮質功能及結構可塑性的表現。

右側楔前葉灰質變化與左側并不完全相同，主要表現為體積減少程度更明顯，這可能與左右腦功能分區不太一致有關。Zhang等[16]研究還發現，當輕型肝性腦病患者出現門體分流時，右側楔前葉的下降程度較左側更為明顯，而本文結果顯示，MHE患者沒有出現門體分流時，右側體積仍較左側變化更明顯，相關機制仍待繼續探索。

2.MHE患者楔前葉亞區白質體積變化的意義

其實以往的研究多集中于腦灰質的變化，對腦白質的研究相對較少。Iwasa等[20]曾采用VBM法研究得出，腦白質體積與血氨水平之間存在一定的正相關，表明肝性腦病患者白質體積的改變，至少可能是由于血氨或部分炎性因子使星形膠質細胞功能發生障礙所導致的。本研究結果顯示左側前和中央楔前葉白質體積輕度增加，這兩個亞區的主要功能為感覺運動及部分連接作用，這可能與MHE患者一部分運動下降有一定的關系。后楔前葉及腹側楔前葉白質體積是明顯增加的，當這部分區域由于血氨升高使星形膠質細胞受累后，會影響相應腦區的功能，包括情景記憶及空間記憶，所以輕微型肝性腦病患者會出現記憶障礙，同時在這四個亞區局部區域白質體積出現了減少。右側楔前葉各亞區白質體積增加的程度相較于左側更加明顯，說明實驗組患者大腦白質都可能受到了血氨的影響，星形膠質細胞的功能障礙，最終影響腦功能，從而主要表現出白質的增加。而皮質下白質的減少本身就會引起注意力及執行功能損害等認知障礙及姿勢步態障礙。當出現腦代謝增加，對氧耗和血供的需求急劇增加，進而導致一系列病生改變，如神經元變性、水腫及細胞外間隙的增寬等等，這種腦組織長期反復的病理生理改變，最終會引起白質體積發生相應的變化，而內源性神經毒性物質，如錳，也會引起白質的改變。

圖3 VBM分析偽彩圖，不同層面顯示雙側側楔前葉各亞區白質體積較正常組有顯著差異的區域(紅黃色表示MHE組灰質增加區域，藍綠色表示MHE組白質減少區域)。a) 左側楔前葉前亞區； b) 左側楔前葉中央亞區； c) 左側楔前葉后亞區； d) 左側楔前葉腹側亞區； e) 右側楔前葉前亞區； f) 右側楔前葉中央亞區； g) 右側楔前葉后亞區； h) 右側楔前葉腹側亞區。

本研究尚存在不足之處，如能進一步擴大樣本量，相信能獲得更加準確的結果，能更好探究MHE患者的神經病理生理學機制。楔前葉作為默認腦網絡中較為重要的腦區，當出現輕微型肝性腦病時，其四個亞區的灰白質均會出現不同程度的改變，這對早期診斷該病提供了較之前更加精確細致的診斷依據，隨著對輕微型肝性腦病的研究越來越多，如果我們能同時結合多種磁共振檢查方法，相信能更好地揭示神經性病變及其病理生理基礎的變化，為該病的診斷提供更為可靠的依據。相信隨著影像學技術的不斷提高完善，對探討輕微型肝性腦病及其他多種神經病變的神經病理學機制會起到非常關鍵的作用。

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