慢性乙肝肝硬化患者背侧丘脑的二维氢质子磁共振波谱成像

摘要

研究目的：
　　 1、应用二维氢质子磁共振波谱(2D-1HMRS)检测慢性乙肝肝硬化患者丘脑代谢情况;
　　 2、探讨慢性乙肝肝硬化患者2D-1HMRS与认知功能改变的关系，并结合相关文献探讨其改变的机制。
　　 材料和方法：
　　 1、研究对象
　　 入选对象包括2011年4月至2011年11月在广东省第二人民医院就诊的慢性乙型肝炎肝硬化患者28名和同时段在影像科健康体检者23名。28名肝硬化患者及23名匹配健康体检者均行常规1.5TMRI和2D-1HMRS检查。其中肝硬化组男性24名，女性4名，年龄27～66岁，平均44.5岁，均为慢性乙型肝炎患者，病史9月～31年。影像学诊断或肝脏穿刺病理诊断肝硬化，肝功能根据Child-Pugh分级分为A、B、C三级，分别11、11、6例。对照组为同期相同性别、学历以及年龄相差不超过3岁的健康体检者。全部入组对象要求排除高血压，继发性神经心理功能异常如颅内占位病变、硬膜下血肿、脑梗塞、明显脑白质变性，其他神经系统综合征，如Wernicke's病等，代谢性异常如电解质紊乱，糖尿病，酒精及药物中毒。
　　 2、检查仪器和设备
　　 本研究所用设备为飞利浦公司(Philip)的Achieva Nova-Dual1.5T超导型全身磁共振扫描仪，常规序列采用头颅16通道线圈;2D-1HMRS扫描采用波谱成像专用单通道正交线圈。
　　 3、MRI检查方法
　　 体位和固定:受检者仰卧位，头部置于线圈内，头颅两侧及枕部放置塑性海绵固定填充，要求被检者下巴轻度下压状态，使前、后连合的连线接近轴位，定位线置于双侧眉毛中间。
　　 常规MR序列扫描:常规头颅T1加权成像(T1WI)、T2加权成像(T2WI)、水抑制成像(T2 Flair)及扩散加权成像(DWI)扫描。扫描平面为与胼胝体嘴及压部的切线平面（该切线与前、后连合连线以及丘脑最大径平行），扫描范围为全脑。扫描参数如下:T1WI(TR/TE:487.6/15.0ms)，层厚10mm，层间距0mm，矩阵320×256，FOV=79.68mm2，NEX=2;T2WI(TR/TE:3979/110ms)，层厚10mm，层间距0.3mm，矩阵512×288，FOV=90.625mm2，NEX=2;T2Flair(TR/TE:9600/110ms)，层厚10mm，层间距0.3mm，矩阵288×224，FOV78.85mm2，NEX=1;DWI(TR/TE:6000/120ms)，扩散加权系数（b值）为1000s/mm2，层厚10mm，层间距0mm，矩阵192×192，FOV78.64mm2，NEX=2。常规行横断面扫描，部分加扫冠状位及矢状位。
　　 2D-1H-MRS扫描:波谱采集方式采用二维多体素(multivoxel，MV)技术，脉冲序列选择点分辨波谱成像(point resolved spectroscopy,PRESS)，TR/TE:2000/35ms，层间距10mm，体素厚度10mm，采集次数(NEX)为2次，FOV18cm×18cm。具体波谱扫描野(volume of interest，VOI)层面定位于室间孔层面，该层面背侧丘脑面积最大，于T1WI平扫的轴位上进行波谱定位，VOI大小选取50mm×30mm，尽量避免脑脊液对波谱成像质量影响。于选择好的VOI周围设定6条饱和带(VSS)，以减少周围组织的部分容积效应对波谱质量的影响。接受/发射增益调节、体素内匀场、水抑制扫描均由自动预扫描程序完成，达到水的半高带宽(FWHM)＜10，水抑制达机器默认标准方开始正式扫描，波谱扫描时间为13分钟。
　　 4、图像后处理及数据测量
　　 1H-MRS图像后处理及数据测量:扫描完成后利用机器自带软件对所获得的化学频率进行自动基线校正、、信号平均、频率翻转、代谢物识别，并以总肌酸(Creatine，Cr)的峰为参照物，计算各代谢物峰下面积与之比较的比值。本研究感兴趣的主要代谢物为N-乙酰天门冬氨酸(N-Acetylaminosuccinic acid，NAA)，化学位移位置为2.01ppm;胆碱化合物(Choline，Cho)，位置为3.20ppm;肌醇(myo-inosital，mI)位置为3.56ppm、肌酸(Creatine，Cr);谷氨酸类化合物(glutamine and glutamate，Glx)包括β，γ-Glx位于2.1～2.4ppm，α-Glx位于3.65～3.8ppm，由于J藕联的存在，本研究主要分析3.76ppm的Glx峰;记录各代谢物峰下面积与肌酸的比值:NAA/Cr、Cho/Cr、Glx/Cr及mI/Cr。于双侧背侧丘脑各选择3个固定体素作为ROI，要求3个体素信噪比(singal nosieratio，SNR)较高、波谱曲线基线平直且有明显窄峰，采用3个体素的平均值作为一侧波谱数据的最终值。
　　 5、神经心理测试
　　 根据第11届世界胃肠病大会专家小组提出的《肝性脑病的定义、命名、诊断及定量》建议[1,2]，以下神经心理学测试可用于诊断MHE:数字连接试验A和B(Number Connection Tests A and B，NCT-A，B)、数字符号试验(Digital Symbol Test，DST)以及区组设计实验(block-design test)。任何两项或以上测试异常者，在除外可能引起神经心理功能异常的其他因素后，应该考虑诊断MHE。本研究采用最常使用NCT-A、DST，所有被试在磁共振扫描前，均在同一研究者说明及记录下完成，总共完成时间10～15分钟。NCT-A是测定受试者将随机排列的1～25个数字依次连接起来的时间（包括纠正错误时间）;DST试验是1～9每个数字对应一种符号，受试者按照这种对应关系尽快在表格内填上和数字对应的符号，填对一格记1分，记录受试者90秒内所得分数
　　 6、统计学分析
　　 统计学处理采用SPSS13.0统计软件进行分析。各组资料均属计量资料，用均数±标准差（(x)±s）形式表示，行统计学对比前进行K-S拟合优度检验(1-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)检验各组数据是否符合正态分布，P＜0.05符合正态分布。肝硬化组、正常组分别进行左右双侧代谢物比值进行配对样本t检验(Paired-Samples T Test)，双侧数据间不存在统计学差异者将合并求其平均值，而存在统计学差异的将分别比较。肝硬化组与正常组的神经心理学测试积分比较、正常组与肝硬化组间MRS数据分析使用两独立样本t检验(Independent-Samples T Test);检验前进行方差齐性检验，P＞0.05认为方差齐，进行方差齐性的t检验;方差不齐者采用方差不齐的t检验。正常组、肝硬化ChildA、B、C四组1H-MRS数据方差齐采用单因素方差分析(one-way ANOVA)，方差不齐则采用Welch法;在方差分析显著的情况下进行多重比较，满足方差齐性的用LSD法，方差不齐时用Dunnett'sT3法。以年龄、性别及教育程度为控制变量，背侧丘脑MRS代谢物比值与神经心理学测试结果之间进行偏相关分析（Partial correlation analysis），选取检验水准α=0.05。
　　 结果：
　　 1、本研究受检对象丘脑的2D-1H-MRS扫描一次即可获得符合诊断要求的波谱。我们采用短TE35ms，不仅能够获得质量较高NAA、Cho、Cr波峰，还能在2.2ppm-2.4ppm获取Glx波峰，其中第一高峰为NAA，而Cho峰与Cr峰差距常不显著，均可为第二峰。我们采用AC-PCline作为波谱VOI的定位层面，经证实均能够获得较优的波谱，为了使该层面接近轴位，需要使受检者下巴轻度内收
　　 2、左、右侧背侧丘脑1H-MRS数据结果肝硬化组、正常组左、右侧NAA/Cr、Cho/Cr、mI/Cr、Glx/Cr比值无统计学差异（正常组:t=-1.220，P=0.235;t=-0.752，P=0.460;t=-1.281，P=0.214;t=-0.377，P=0.709;肝硬化组:t=-1.808，p=0.082;t=-1.670,P=0.106;t=-0.795,P=0.433;t=-1.759,P=0.090），合并后求平均值进行下一步分析。
　　 3、1H-MRS数据比较
　　 (1)肝硬化与正常对照组两组间背侧丘脑代谢物比较结果:NAA/Cr比值无统计学差异(t=1.826，P=0.074);Cho/Cr、mI/Cr以及Glx/Cr比值有统计学差异(t=4.733，P＜0.001;t=7.176，P＜0.001;t=-8.582，P＜0.001)。相对于正常组，肝硬化组Cho/Cr、mI/Cr比值减小，Glx/Cr比值升高。
　　 (2)方差分析结果:①齐性检验结果，NAA/Cr、Cho/Cr以及Glx/Cr方差齐(F=1.467,P=0.236;F=1.467,P=0.105;F=1.205,P=0.318)，采用One-wayANOVA进行方差分析;mI/Cr分差不齐（F=5.561，P=0.002），采用Welch法进行分差分析。②分差分析:a)One-wayANOVA结果:NAA/Cr四组间没有统计学差异(F=1.588，P=0.205)，Cho/Cr、Glx/Cr四组间有统计学差异(F=8.205，P＜0.001;F=67.200，P＜0.001)，采用LSD法进行多重比较。b)Welch结果:mI/Cr组间有统计学差异(F=16.414，P＜0.001)，采用DUNNETT'sT3法进行多重比较。
　　 (3)多重比较结果:①Cho/Cr比值:Child-A、B、C级与正常组间均有统计学差异(P=0.018;P=0.001，P＜0.001)，ChildA级、B、C级两两间无统计学差异（P值均大于0.05）。②mI/Cr比值:ChildA、B、C级与正常组间均有统计学差异(P=0.032;P=0.001，P＜0.001)，ChildA级与C级、ChildB级与C级之间有统计学差异(P=0.001，P=0.045)，ChildA级与B级之间没有统计学差异(P=0.510)。③Glx/Cr:Child-A、B、C级与正常组间均有统计学差异(P＜0.001;P＜0.001，P＜0.001)，ChildA级与C级、ChildB级与C级之间有统计学差异(P＜0.001，P＜0.001)，ChildA级与B级之间没有统计学差异(P=0.408)。
　　 4、神经心理测试结果肝硬化组与正常组间NCT-A完成时间、DST完成个数有统计学差异(F=7.158，P=0.010;F=4.758，P=0.034)，肝硬化组较正常组NCT-A时间延长、DST完成数目减少(P＜0.001)，慢性肝硬化存在神经心理功能障碍。
　　 5、偏相关分析结果:①mI/Cr与Glx/Cr密切负相关(P＜0.001，r=0.729)，Cho/Cr与mI/Cr比值正相关(P=0.002，r=0.435)、与Glx/Cr比值负相关（P＜0.001，r=-0.567)。②Cho/Cr、mI/Cr比值与NCT-A呈负相关关系(r=-0.477，P=0.001;r=-0.695,P＜0.001)，与DST呈正相关关系(r=0.478，P=0.001;r=0.632，P＜0.001);Glx/Cr比值与NCT-A呈正相关关系(r=0.665，P＜0.001)、与DST呈负相关关系(r=-0.572,P＜0.001)。
　　 结论：
　　 1.2D-1H-MRS一次扫描即可同时获取多个部位的波谱，用来检测慢性肝硬化患者大脑代谢物变化，既可以节省时间，也有利于内部的相互对比;使用PRESS、MV技术，采用短TE15.0ms，并以胼胝体嘴及压部的切线(平行于AC-PCline)作为波谱VOI的定位层面,可以获得符合诊断要求的波谱。
　　 2.2D-1H-MRS能够发现慢性肝硬化患者常规MR表现正常的背侧丘脑代谢物的改变，肝硬化组与对照组Cho/Cr、mI/Cr、Glx/Cr比值有统计学差异(t=4.733，P＜0.001;t=7.176，P＜0.001;t=-8.582，P＜0.001)，从正常组到ChildA、B、C级，Cho/Cr、mI/Cr比值逐渐减低，Glx/Cr逐渐增高。肝硬化组较正常组NCT-A时间延长、DST完成数目较少（p=0.010;F=4.758，P=0.034），存在神经心理功能障碍。Cho/Cr、mI/Cr比值与NCT-A呈负相关关系（r=-0.477，P=0.001;r=-0.695，P＜0.001），与DST呈正相关关系(r=0.478，P=0.001;r=0.632，P＜0.001);Glx/Cr比值与NCT-A正相关，与DST负相关(r=0.665，P＜0.001;r=-0.572，P＜0.001)。因此MRS有潜力成为早期诊断人类慢性肝硬化背侧丘脑代谢改变的一种无创性指标。

目录

摘要

前言

材料与方法

一、研究对象

二、主要仪器和设备

三、测试结果及MR图像获取

四、图像后处理及数据测量

五、统计学分析

结果

一、基本临床资料、影像学及病理检查

二、常规头颅MRI检查结果

三、1H-MRS数据结果

讨论

一、MRS成像基本原理及波谱成像方法

二、慢性乙肝硬化丘脑波谱改变及解释

三、NCT-A、DST测试结果及其与1H-MRS相关性的解释

结论

参考文献

英文缩写及中英文对照

攻读学位期间发表论文

致谢

声明

统计学审稿证明