3.0T MRS对肝性脑病的研究初探*

张媛媛，汪楠，汪飞

（1.安庆医药高等专科学校，安徽 安庆 246052；2.安庆市立医院，安徽 安庆 246000）

肝性脑病（hepatic encephalopathy, HE）是一种常见的神经精神异常，是肝功能衰竭和/或门体分流的过程和结果。其表现广泛多变，包括轻度亚临床征至深昏迷。以往研究集中在循环肠道源性毒素尤其是氨的作用、脑肿胀的进展和大脑神经介质系统的改变，所导致的中枢神经系统功能紊乱。直接研究大脑的功能一直很困难，新的磁共振成像技术提供了评估脑容量改变和脑功能受损的非侵入性手段。本研究应用3.0T氢质子磁共振波谱（proton magnetic resonance spectroscopy,1H-MRS）对肝性脑病患者的脑代谢物变化和脑组织灌注信息进行分析，从代谢物水平揭示HE患者认知功能相关脑区存在的病理改变。现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2016年1月-2017年8月安庆市立医院消化内科收治住院的肝性脑病患者20例（HE组）。其中，男性17例，女性3例；年龄36～73岁，平均（56.65±9.34）岁；乙肝肝硬化11例，血吸虫肝硬化6例，药物性肝病1例，原发性肝癌1例，混合型肝硬化（乙肝+血吸虫+酒精性肝硬化）1例。脑电图广泛异常，均符合中国肝性脑病诊治共识意见制定的肝性脑病诊治指南的诊断标准[1]。入选患者需同时满足下列条件：既往无神经系统疾病病史，无严重肺病、心脏病、肾病及脑血管意外；入院前一周内无使用镇静剂及影响神经系统的其他药物史；无MRI检查的禁忌证，无幽闭恐惧症，可配合完成磁共振检查；文盲患者被排除。对照组在该院门诊健康体检者中筛选，为同期与HE组性别相同、年龄相仿的体检人员20例，均经临床查体、实验室检查及影像学检查排除神经系统疾病、遗传代谢性疾病。本研究经该院伦理委员会审核研究通过，根据《赫尔辛基宣言》进行，所有参与者检查前均签署知情同意书。

1.2 磁共振检査

1.2.1 MRI检查 所有受检者均使用3.0T超导磁共振机（Discovery MR750，美国GE公司）进行头部扫描。先进行常规MRI扫描：采用8通道线圈，扫描横轴位T2-PROPELLER TR 5741 ms，TE 93 ms，层厚5 mm，层间隔1.5 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵512×512，平均次数 NEX 2；横轴位T1-FLAIR TR 1750 ms，TE 24 ms，IR 780 ms，层厚5 mm，层间隔1.5 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×256，平均次数NEX 1；横轴位T2-FLAIR TR 8400 ms，TE 145 ms，TI 2100 ms，翻转角111，层厚5 cm，层间距1.5 cm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，平均次数NEX 1；3D T1BRAVO TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，TI 450 ms，翻转角12，层厚1.2 mm，FOV 24 cm×24 cm，矩阵256×256，平均次数NEX 1。

1.2.2 单体素氢质子波谱（1H-MRS）扫描 采用波谱-点分辨自旋回波序列（PRESS），TR 1500 ms，TE 35 ms，每个兴趣区（region of interest, ROI）的扫描时间为3 min 48 s，均为128次采集，接受/发射增益调节、体素内匀场、水抑制和无水抑制扫描均由自动预扫描程序完成，水峰半高宽小于8 Hz。扣带回的ROI定位于后扣带回，体素大小为2 cm×2 cm×2 cm，右侧基底节区的ROI定位于苍白球，体素大小为2 cm×2 cm×2 cm。后扣带回和苍白球MRS各指标数据采集后经设定的程序进行后处理，自动生成已处理完成的拟合谱线。比较HE组和对照组的MRS各指标 ：肌醇（myo-inositol, mIns）、胆碱（Choline, Cho）、N-乙酰天门冬氨酸（N-acetylaspartate, NAA）和肌酸（Creatine, Cr）。Cr总量相对恒定，即使在病理状态下变化也较少，作为内参照研究1H-MRS的共振峰mIns、Cho和 NAA。

1.3 统计学方法

数据分析采用SPSS 22.0统计软件，对符合正态分布的计量资料以均数±标准差（±s）表示，采用t检验，偏态分布数据用中位数及四分位数间距[M（QR）]表示，Child-Pugh分级资料采用Kruskal-wallis秩和检验进行分析，对差异有统计学意义的指标再进行组间的两两比较；用Pearson相关性检验两部位MRS各指标与静脉血氨值和神经心理学测试NCT-A、DST间的相关性，应用Spearman等级相关性检验分析后扣带回、右侧苍白球的MRS指标与Child-Pugh分级之间的相关性；计数资料的比较采用χ2检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组基本资料比较

HE组与对照组性别构成男∶女均为17∶3，平均年龄HE组（56.65±9.34）岁，对照组（56.45±7.84）岁，两组年龄及性别构成比的差异无统计学意义（P＞0.05）；利用神经心理学测试作为评价标准，HE组20例患者的数字连接实验（NCT-A）时间（70.31±20.52）s较对照组（38.92±10.32）s长，差异有统计学意义（t=9.325，P=0.003）；HE组数字符号实验（DST）分值（32.43±14.32）分较对照组（60.23±9.12）分减少，差异有统计学意义（t=5.235，P=0.027）；HE组的血氨浓度和NCT-A实验、血氨浓度和DST实验均无直线相关性，差异无统计学意义（r=0.672和0.621，P=0.341和 0.538）。

2.2 两组后扣带回、右侧苍白球MRS结果比较

ROI定位于后扣带回、右侧苍白球，与对照组比较，HE组的Cho/Cr、mIns/Cr降低，差异有统计学意义（P＜0.05），而NAA/Cr与对照组比较差异无统计学意义（P＞0.05）（见表 1和图 1～ 4）。尽管 MRS受多因素影响，后扣带回及右侧苍白球的MRS均可区分正常人与HE患者。

表1 两组后扣带回与右侧苍白球的1H-MRS指标比较 [n =20，M（QR）]

图1 HE组一患者后扣带回波谱成像

图2 同一HE组患者右侧苍白球波谱成像

图3 对照组一成员后扣带回波谱成像

图4 同一对照组成员右侧苍白球波谱成像

2.3 HE组后扣带回、右侧苍白球的MRS指标与血氨、神经心理学测试及Child–Pugh分级的相关性

应用Pearson相关性分析后扣带回、右侧苍白球的MRS指标与血氨及神经心理学测试间的相关性，HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr及Cho/Cr指标与血氨呈负相关，差异有统计学意义（P＜0.05），HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr与神经心理测验 NCT-A、DST存在相关性（P＜0.05）。应用Spearman等级相关检验分析HE组后扣带回、右侧苍白球MRS指标与Child-Pugh分级的相关性显示，HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr及Cho/Cr指标与Child-Pugh分级呈负相关，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表 2。

表2 HE组后扣带回、右侧苍白球的MRS指标与血氨、神经心理学测试及Child-Pugh分级的相关性

3 讨论

MRS是研究患者脑代谢过程中生化信息的非侵入性方法，应用MRS可定量认识脑代谢物的含量变化，获得HE患者脑水合作用和脑渗透变化的证据，可直接测量脑渗透调节物质，如控制细胞内稳态的肌醇。1H-MRS常用来对脑代谢产物提供信息，如渗透调节物质mIns，以及Cho、NAA、Cr[2]。1H-MRS的敏感性较高，短TE的1H-MRS序列能够检测到非常轻微的改变。以往MRS的局限性体现在对窄光谱内产生的代谢产物的分辨率有限及不能检测低浓度代谢物。本研究磁系统在3.0T超高磁场操作，T1弛豫时间延长、磁敏感增加，信噪比进一步改善，能获得比以往低场强MR质量更高的原始图像。在3.0T高场强下采集时间更快，能够在同一患者的脑部检查中执行多个MR序列；能够在同一检查中获取脑肿胀导致认知紊乱的增强磁共振和功能磁共振数据，用以研究脑渗透水平。3.0T通过提升化学位移效应改善分辨代谢物的能力，能分辨某些在低场强MR上无法分辨的化学浓度和峰值，如精确分离NAA与Glx。以往研究通常将体素放置于颞叶、枕叶[3]及前扣带回或基底节[4]，MARSH等[5]发现，肝硬化患者后扣带回在认知任务和静息状态下都存在脑活动下降。后扣带回是默认网络中关键脑区的重要构成，参与情绪、空间定位、记忆的评价及恢复等脑功能活动，在疾病中的功能损伤可能与其处于主要动脉供应交界及高代谢率有关[6]。苍白球是基底节环路的组成部分，基底节参与运动、认知、动机及情绪的加工等功能，HE患者的认知功能减退、动机减弱、情绪低迷可能与基底节的功能损伤有关[7-8]。为进一步探讨其脑功能改变的代谢基础，本研究将ROI定位于后扣带回；考虑到MRS测量时间过长引起不适会妨碍志愿者参与本研究，另一个ROI仅定位于右侧基底节的苍白球。低钠血症、苯二氮卓类药物和感染（炎症细胞因子）等诱因导致星形胶质细胞肿胀，稳态机制限制了星形胶质细胞的渗透负荷，为代偿星形胶质细胞内渗透压增加导致的水肿，mIns、Cho释放到胞外进行渗透调节[9-10]，解释本研究结果中后扣带回和右侧苍白球mIns、Cho的降低。星形胶质细胞肿胀协同多种因素引起脑细胞水肿，导致肝性脑病的精神症状以及神经系统查体的阳性表现。NAA反映神经元的数量和功能，是神经元损伤严重程度的指标。与对照组比较，HE组NAA/Cr的差异无统计学意义，说明HE患者脑神经元损伤的程度较轻，临床也未表现出神经元严重受损的症状。

本研究发现HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr及Cho/Cr指标与血氨呈负相关，这与倪玲等[6]的结论不一致，但与张龙江等[11]扣带回MRS指标与静脉血氨值之间存在联系的结论一致，高血氨症是HE发病机制各种假说的共同通路[12]，但血氨水平与HE严重程度不相关[10]；由于肝外因素也能引起血氨升高，血氨升高无法直接诊断HE，血氨正常也无法直接排除HE诊断，血氨不能作为HE诊断依据[13]。mIns有助于脑细胞获得更多能量且有降氨解毒作用，本研究发现HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr与NCT-A、DST存在相关性，张颖雪等[12]认为mIns/Cr及Cho/Cr的降低与HE的神经心理障碍相关，MRS指标可部分反映HE患者的神经心理学异常。Child评分指标反映肝实质损害的程度和肝功能代偿现状并能预测肝功能的储备；乙酰胆碱是与记忆、识别和情绪行为相关的关键性神经递质，Cho是乙酰胆碱的前体，还与磷脂合成分解代谢及髓鞘形成有关，能促进脑的发育。本研究发现HE组后扣带回、右侧苍白球的mIns/Cr及Cho/Cr指标与Child分级呈负相关，这与霍赛楠等[14]的结论一致，脑代谢物浓度随肝功能不全的加重发生改变，最终出现精神神经症状进展为肝性脑病；杨婧等[9]认为HE组mIns/Cr明显降低，张龙江等[11]在肝硬化无HE组也观察到基底节区mIns/Cr降低，推测右侧苍白球mIns/Cr的降低不能作为诊断HE的特异性指标；AHL等[15]认为区域性血流和代谢差别导致代谢废物大量沉积在星形细胞中，导致星形细胞增生，本研究与AHL等[15]有关该ROI星形细胞水肿加重的结论相符合，为HE病理改变与HE患者Child分级的相关性提供了脑代谢方面的依据。后扣带回、右侧苍白球的Cho/Cr比值下降可能是HE患者认知障碍的重要生物学标志。

本研究采用3.0T1H-MRS成像技术分析肝性脑病患者后扣带回、右侧苍白球的脑代谢变化，证实MRS指标可反映HE患者的神经心理学异常，为HE患者记忆、认知等功能障碍的诊断提供脑代谢水平的生物学标志。本研究对象数量较少，有待大样本的研究为防治HE提供理论和实践参考；本研究尚未进一步行磁共振多模态分析，多模态功能影像技术的应用可能有助于揭示肝性脑病的病理生理机制[16]。目前MRS信息的特异性、精确性有限，能作为补充而不能替代传统的神经影像方式。

致谢：安徽省安庆市立医院核磁共振室