多b值DWI对艾滋病家庭孤儿基底节扩散差异的研究

钟洋，吴光耀，全红

人体感染人类免疫缺陷病毒（human immune deficiency virus，HIV）后免疫细胞及免疫系统被破坏，容易合并各种机会性感染和恶性肿瘤，最终表现为获得性免疫缺陷综合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS），即艾滋病。脑部区域是HIV相关合并症常见的受累部位，报道显示国内HIV感染者中有10%～27%以神经系统损害为首发症状［1］。基底节不仅是本能反射调节中枢的重要组成部分，更在支配和完成随意运动过程中发挥关键作用。有研究［2－3］报道HIV感染者行脑部扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）检查时基底节区域表现异常或病变。艾滋病家庭孤儿是社会上极其弱势的群体，其感染HIV的概率因母婴传播等途径远远高于其他人群。据统计，全球每天有将近1000新生婴儿因母婴传播而感染HIV［4］。然而，DWI大都是仅作为一种影像学检查手段应用于HIV阳性感染者中而没有进行深入研究［5－6］，并且关于多b值DWI应用于对HIV阳性的研究国内外鲜有报道。此外，有关拉伸指数模型DWI的应用研究大都在b＞1000s／mm2条件下进行，忽略了对b＜1000s／mm2范围内的应用探索［7－8］。目前，多b值DWI在对脑部肿瘤的研究中取得了一定的成果。有研究认为多b值DWI可更准确描述良性脑膜瘤的扩散信息［9］。也有研究认为拉伸指数模型DWI中的α值在脑部肿瘤区的异常可为评估脑部肿瘤提供新的方法［10］。本研究关注青少年艾滋家庭孤儿脑部基底节区域，在b＜1000s／mm2范围内对研究对象行脑部多b值（0、50、150、200、400、600、800s／mm2）DWI检查，分析单指数模型DWI中的表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）及拉伸指数模型DWI中的分布扩散系数（distributed diffusion coefficient，DDC）和异质性指数α，旨在为HIV阳性的诊断提供参考。

材料与方法

1.一般资料

2013年7月－8月搜集23例青少年艾滋家庭孤儿，其中男13例，女10例，年龄14～18岁，平均（16.4±1.4）岁。其中15例青少年（男8例，女7例）因母婴传播在出生时已感染HIV，血清学检查HIV阳性并经国家确证实验室证实，中位年龄17岁。另外8例青少年（男5例，女3例）未感染HIV为健康者，中位年龄17岁。两组人群年龄间（t＝－0.155，P＝0.878）和性别间（U＝0.000，Z＝－1.549，P＝0.333）差异均无统计学意义。所有研究对象来源和数据采集均来自武汉大学中南医院。所有研究对象符合以下条件：①常规MRI检查无明确的脑部结构和信号异常；②无脑内机会性感染及颅内肿瘤；③既往无精神病史，无吸烟等不良嗜好。本研究获得武汉大学中南医院伦理委员会批准。所有受检者在扫描前均告知扫描内容并签署知情同意书。

2.仪器与方法

采用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T全身MR仪。全脑常规MRI检查包括矢状面TSE T1WI，TR 700ms，TE 9.6ms；横轴面TSE－FS T2WI，TR 2000ms，TE 76ms；冠状面TSE－TIRM T2WI，TR 3800ms，TE 68ms。多b值DWI扫描采用EPI序列，与常规MRI横轴面扫描定位相同。扫描参数：TR 3400ms，TE 85ms，翻转角90°，激励次数4，矩阵为192×192，扫描层数为20层，层厚5mm，层间距0mm，视野219mm×219mm，b＝0，50，150，200，400，600，800s／mm2，扫描时间62～65s（图1）。

3.数据分析

将采集的多b值DWI图像经SPM软件行头动校正、空间平滑等预处理后获取7个b值下的DWI图像。采用MRIcro软件在左右基底节豆状核腹侧区各选择一椭圆形ROI，大小95～100mm2，分别读取7个b值下ROI的平均信号强度。通过Origin 8.0软件根据单指数模型数学表达式s／s0＝exp（－ADC×b）和拉伸指数模型数学表达式s／s0＝exp［－（DDC×b）α］利用7个b值及每个b值下ROI的信号强度拟合出ADC值、DDC值和α值。重复三次，取三次所得ADC值、DDC值、α值的平均值进行统计学分析。

图1 女，15岁，HIV阳性。a～g）均为DWI图像，椭圆标记为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软件对HIV阳性感染者和阴性健康者双侧基底节区ADC值、DDC值、α值分别采用独立样本t检验行差异性分析，并对两组人群各自基底节区的DDC和ADC值分别行pearson相关性分析。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.单指数模型和拉伸指数模型的比较

当b＜1000s／mm2时，单指数模型和拉伸指数模型均能较好描述DWI中随b值增加信号强度递减的衰减规律（图2）。

2.HIV阳性感染者和阴性健康者拟合结果的比较

HIV阳性感染者左侧基底节豆状核腹侧区α值（0.848±0.068）较阴性健康者（0.923±0.050）明显下降，差异有统计学意义（t＝－2.749，P＝0.012＜0.05），两组右侧基底节豆状核腹侧区α值间差异无统计学意义（P＞0.05）；两组人群间DDC值和ADC值在双侧基底节豆状核腹侧区差异均无统计学意义（P均＞0.05），见表1。两组人群各自的DDC和ADC值在双侧基底节豆状核腹侧区均呈正相关（P均＜0.05），见表2。

表1 两组基底节α、DDC和ADC值比较（10－4 mm2／s）

表2 两组各自基底节区的DDC值与ADC值相关性分析

讨 论

DWI是利用水分子的布朗运动反映活体组织生理结构、病理状态的无创性磁共振功能成像技术。临床上对人体组织进行DWI检查时，可采用不同的扩散敏感系数，即b值。单指数模型认为体素内水分子扩散率单一，用ADC值表征此扩散率，并且认为体素内信号衰减方式单一。拉伸指数模型新引入的参数α与体素内水分子扩散的异质性有关，反映体素内信号衰减方式。其值为0～1，当α接近1时，表明体素内信号衰减方式趋于单一，扩散的异质性低；当α接近0时，表明体素内信号衰减方式复杂，扩散的异质性高。此外，拉伸指数模型考虑到成像体素内扩散的复杂性，认为体素内存在连续分布的扩散率。表征扩散率的DDC值相比ADC值有所不同，表示体素内平均扩散率，可理解为是体素内呈指数式衰减的不同扩散成份经容积率加权后得到的ADC值。临床上往往是采集两个b值下的图像来计算ADC值，生成ADC图。比如，临床上对中枢神经系统行DWI检查时，常采集b值为0和1000s／mm2图像来计算获取ADC值。本研究根据单指数模型和拉伸指数模型数学表达式利用7个b值及每个b值下ROI的信号强度拟合出ADC值、DDC值和α值，从数学计算方法的角度来说要比常规利用两个b值下图像计算所得的ADC值有更好的精确性［11］。

图2 一例HIV阳性感染者（男，16岁）和一例阴性健康者（男，16岁）基底节区b值与磁共振信号强度。

本实验在b＜1000s／mm2范围内对青少年艾滋家庭孤儿行脑部多b值DWI研究，结果表明拉伸指数模型DWI中的α值在无症状HIV阳性感染者脑部基底节区与HIV阴性健康者间存在明显差异，提示多b值DWI可反映常规影像学不能显示的HIV脑病临床前期异常，其主要特征是α值下降。Bladowska等［12－13］在对无精神疾病、无脑内机会性感染及颅内肿瘤、常规MRI检查无明确的脑部结构和信号异常的无症状HIV感染者行灌注加权成像研究时发现，HIV感染者右侧颞顶皮质区和左侧额叶皮质区相对血容量与健康对照组间均存在显著性差异，认为PWI在HIV引发神经认知紊乱等临床症状之前可反映出脑部灌注变化。本实验研究对象特征与此研究对象中HIV感染者特征极度相似，并且实验结果均显示HIV感染者脑部出现单侧区域异常。但与之不同的是，本实验对无症状HIV感染者进行的是脑部多b值DWI研究，结果发现HIV感染者脑部左侧基底节区α值相比HIV阴性健康者明显偏低，提示在HIV阳性感染者亚临床期脑部基底节区水分子扩散已出现异常变化以及体素内信号衰减方式异常。Suzuki等［14］报道了1例AIDS患者在行脑部Gd增强T1WI时脑部基底节区出现少许高强度异常信号，结合该患者的治疗过程和临床症状的变化可充分说明此高强度异常信号能为弓形体虫脑炎的诊断提供重要参考价值。本组资料也显示，对于HIV阳性亚临床期感染者，多b值DWI可检出常规影像学所不能显示的基底节区水分子扩散异常。有关拉伸指数模型多b值DWI的类似研究亦有报道α值在相应病变区相比正常对照区明显下降。Kwee等［10］发现高级别胶质瘤肿瘤区α值明显低于肿瘤对侧基底节区；彭雯佳等［15］发现手术所致的脑缺血大鼠的右侧大脑区α值明显低于正常大鼠。基于本实验HIV阳性感染者左侧基底节区α值的异常，提示α值有可能作为评价指标来区分HIV阳性和HIV阴性，对HIV阳性的诊断提供有价值的参考。

本实验结果还显示，HIV阳性感染者和HIV阴性健康者两组人群各自基底节区的DDC值与ADC值均呈正相关（P均＜0.05）。Kwee等［10］发现高级别胶质瘤肿瘤区ADC值与DDC值也呈正相关。彭雯佳等［16］报道DDC值和ADC值在单侧大脑前循环动脉狭窄者和无狭窄者间均有明显差异。Buckle等［17］在对进行高效抗逆转录病毒疗法的AIDS伴进行性多灶性脑白质病变患者回顾性分析中发现，治疗后部分患者出现免疫重建炎症综合症。在治疗前，病变区最大ADC值与对侧镜像白质区最大ADC值的比值在两组患者间具有显著性差异。

总之，本实验基于单指数模型和拉伸指数模型DWI在b＜1000s／mm2范围内拟合出23名青少年艾滋病家庭孤儿脑部基底节区ADC值、DDC值、α值。结果表明两种模型均能较好描述体素内信号强度随b值增加的衰减特征并且在HIV阳性感染者脑部基底节区α值异常，提示拉伸指数模型DWI中的α值有可能作为评价指标来区分HIV阳性和HIV阴性，对HIV阳性的诊断提供有价值的参考。当然，本研究也存在一定的不足。首先，由于本实验研究对象属特殊人群，样本搜集起来有一定的困难，导致样本量不够大；其次，本实验在b＜1000s／mm2范围内仅仅采集了7个b值下的DWI图像。在今后的研究中，本研究小组将进一步扩大样本量，采集并分析更多b值下的DWI图像。

致谢：感谢医科达医疗器械（上海）公司对本课题的资助与支持！

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