集成磁共振成像技术评估COVID-19康复患者神经损伤.pdf
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1、第 45卷 第1期2024 年 1月Vol.45 No.1January 2024中山大学学报(医学科学版)JOURNAL OF SUN YATSEN UNIVERSITY(MEDICAL SCIENCES)集成磁共振成像技术评估COVID-19康复患者神经损伤谢青,吴文浩,廖健伟,王国杰,李绍林,张亚琴(中山大学附属第五医院放射科,广东 珠海 519000)摘要:【目的】应用集成磁共振成像技术(SyMRI)评估COVID-19康复患者脑灰质微结构的改变。【方法】29例COVID-19康复患者分为重症患者组(SG=11例)和普通患者组(OG=18例),选取年龄、性别、体质指数(BMI)和教育年
2、限相匹配的健康志愿者作为健康对照组(HC=23例)。所有受试者均行SyMRI扫描,生成T1、T2定量图谱,利用自动解剖标记(AAL)模板将T1和T2图谱分割成90个感兴趣区(ROIs)。通过对ROI内的所有体素进行平均得到每个ROI的T1、T2弛豫值。分析比较三组间90个脑区的T1、T2值。【结果】HC相比,SG在双侧眶内额上回、双侧海马旁回、双侧豆状壳核、双侧颞中回、双侧颞下回、左侧眶部额上回、左侧眶部额下回、左侧直回、左侧前扣带与旁扣带脑回、右侧内侧和旁扣带脑回、左侧后扣带回、左侧缘上回的T2值显著升高(P 0.05);与OG相比,SG在左侧直回、左侧海马旁回、双侧颞中回、双侧颞下回的T2
3、值显著升高(P 0.05)。与HC相比SG在双侧眶内额上回、左侧直回、左侧前扣带和旁扣带脑回、右侧后扣带回、左侧海马旁回、左侧舌回、左侧豆状壳核、左侧丘脑的T1值显著升高(P 0.05);与OG相比,SG在右侧后扣带回、右侧距状裂周围皮层、左侧豆状壳核的T1值显著升高(P 0.05)。【结论】COVID-19患者即使在康复后脑灰质微结构仍可能存在持续性或迟发性损伤,且损伤程度与病情严重程度相关;SyMRI可作为一项敏感的工具评估中枢神经系统(CNS)微结构损伤情况,有助于早期临床诊断。关键词:合成磁共振成像技术;新型冠状病毒感染;康复期;中枢神经系统;神经损伤中图分类号:R445.2 文献标志
4、码:A 文章编号:1672-3554(2024)01-0114-07DOI:10.13471/ki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).20240004.012Synthetic MRI to Assess Neurological Injury in Recovered COVID-19 PatientsXIE Qing,WU Wenhao,LIAO Jianwei,WANG Guojie,LI Shaolin,ZHANG Yaqin(Department of Radiology,The Fifth Affiliated Hospital of Sun Yat-sen
5、University,Zhuhai 519000,China)Correspondence to:ZHANG Yaqin;E-mail:Abstract:【Objective】To assess the microstructural involvement of gray matter in recovered COVID-19 patients using Synthetic MRI.【Methods】This study was conducted in 29 recovered COVID-19 patients,including severe group(SG,n=11)and o
6、rdinary group(OG,n=18).Healthy volunteers matched by age,sex,BMI and years of education were selected as a healthy control group(HC=23 cases).Each subject underwent synthetic MRI to generate quantitative T1 and T2 maps,and the T1 and T2 maps were segmented into 90 regions of interest(ROIs)using auto
7、matic anatomical labeling(AAL)mapping.T1 and T2 values for each ROI were obtained by averaging all voxels within the ROIs.The T1 and T2 values of the 90 brain regions between the three groups were compared.【Results】Relative to HC,the SG had significantly higher T2 values in bilateral orbital superio
8、r frontal gyrus,bilateral parahippocampal gyrus,bilateral putamen,bilateral middle temporal gyrus,bilateral Inferior temporal gyrus,left orbital superior frontal gyrus,left orbital inferior frontal gyrus,left gyrus rectus,left anterior cingulate and paracingulate gyri,right median cingulate and para
9、cingulate gyri,left posterior cingulate gyrus,and left supramarginal gyrus(P0.05);Relative to OG,SG showed significantly increased T2 values in 临床研究 收稿日期:2023-09-21 录用日期:2023-12-03基金项目:国家自然科学基金(82371917);广东省基础与应用基础研究基金(2020A1515010572);珠海市基础与应用基础课题研究基金(ZH22017003200001PWC)作者简介:谢青,第一作者,研究方向:中枢神经系统功能磁
10、共振成像,E-mail:;张亚琴,通信作者,E-mail:第1期谢青,等.集成磁共振成像技术评估COVID-19康复患者神经损伤the left rectus gyrus,left parahippocampal gyrus,bilateral middle temporal gyrus,and bilateral inferior temporal gyrus(P0.05).Relative to HC,the T1 values of SG were significantly increased in bilateral orbital superior frontal gyrus,le
11、ft rectus gyrus,left anterior cingulate and paracingulate gyri,right posterior cingulate gyrus,left parahippocampal gyrus,left lingual gyrus,left putamen,left thalamus(P0.05);Relative to OG,the T1 values of SG were significantly higher in the right posterior cingulate gyrus,right calcarine fissure a
12、nd surrounding cortex,and left putamen(P0.05).【Conclusions】Even after recovering from COVID-19,patients may still have persistent or delayed damage to their brain gray matter structure,which is correlated with the severity of the condition.SyMRI can serve as a sensitive tool to assess the extent of
13、microstructural damage to the central nervous system,aiding in early diagnosis of the disease.Key words:synthetic MRI;COVID-19;recovery;CNS;neurological injuryJ SUN Yatsen Univ(Med Sci),2024,45(1):114-120由重症急性呼吸系统综合征冠状病毒 2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)引起的新型冠状病毒感染(corona
14、virus disease 2019,COVID-19)肆虐全球,造成巨大经济损失的同时也威胁着人们的身心健康,可影响包括CNS在内的全身各个系统1-2,其中CNS损伤表现主要包括头晕、头痛、意识障碍、急性脑血管疾病、共济失调和抽搐等3。随着大流行时间的延长,学者们越来越关注COVID-19患者的长期神经和精神并发症,即所谓的COVID-19后综合征或长新冠症状4-7。最常见的神经系统持续症状包括“脑雾”、疲劳、头痛、肌肉痛、睡眠障碍、嗅觉和味觉障碍8。这些神经系统持续症状可能会显著影响COVID-19后遗症患者的福祉和生活质量。目前,对 COVID-19后综合症的神经和精神障碍的生理机制仍然
15、知之甚少。但是,越来越多的临床证据表明,COVID-19后综合症与脑微结构损伤(脱髓鞘、轴突破坏、神经元细胞凋亡等)密切相关9-14。因此,对脑微结构的非侵入性定量评估在评估临床并发症、制定治疗方案和预测预后方面起着至关重要的作用。然而,目前在这一领域的研究仍存在明显不足。大量定量MRI成像技术的出现使直接无创分析大脑的微观结构特征成为可能。其中,以T1、T2 Mapping为代表的定量技术被认为具有巨大的潜力。既往研究表明,T1、T2值是组织特有的生物物理参数,可受组织病理状态如水肿、脱髓鞘或轴突丢失和炎症等影响;这些因素可引起细胞外间隙增加,从而延长T1、T2值15-19。集成磁共振成像技
16、术(synthetic MRI,syMRI)是一种提供组织水的绝对磁性的技术,不受MRI扫描仪硬件或设置的影响,被认为适合临床实践,具有足够的准确性和重复性16,近年来在CNS疾病领域得到广泛应用。在这项研究中,我们使用SyMRI获取脑组织的T1、T2值,评估COVID-19康复患者脑灰质微结构特征,研究SARS-COV-2对大脑皮层的远期影响,探讨SyMRI在COVID-19康复患者随访过程中的应用价值。1 材料与方法1.1研究对象回顾性收集分析2020年1月至3月在我院住院治疗的COVID-19患者的临床及影像学资料,同时从我院 PACS(Picture Archiving and Com
17、munication Systems)筛选与患者组年龄、性别、体质指数(body mass index,BMI)、教育年限相匹配的健康体检者作为对照组。本研究经中山大学附属第五医院伦理委员审查通过,批文号:中大五院【2022】伦字第(K46-1)号,所有参与者知情同意。患者组纳入标准:住院期间根据 新型冠状病毒感染肺炎诊疗方案(试行第六版)诊断的重症型、普通型COVID-19患者;近半年内体健,除近期罹患新冠肺炎外,无其他重大疾病史;具有完整的颅脑 MRI 数据,包括T1加权像(T1 weighted image,T1WI)、T2加权像(T2 weighted image,T2WI)、液体衰减
18、反转恢复序列(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)、集成磁共振成像序列(magnetic resonance imaging compilation,MAGiC);年龄在2070岁。健康对照组纳入标准:具有完整的颅脑 MRI 数据,包括 T1WI、T2WI、FLAIR、MAGiC;既往体健,没有基础疾病(糖尿病、高血压、肾病、甲亢等);精神状态可,近半月没有失眠、焦虑、抑郁等;年龄在2070岁。排除标准:既往患有精神神经系统疾病或神经系统肿瘤、中风、严重的颅115第45卷中山大学学报(医学科学版)脑外伤或手术;过去6个月内酗酒、吸毒、药物滥用或依
19、赖者。1.2资料收集收集 COVID-19 患者的临床资料,包括年龄、性别、身高、体质量、基础病(高血压、糖尿病、心脑血管疾病、恶性肿瘤和慢性肾脏病)、典型症状(发热、咳嗽、厌食、腹泻、咽喉痛、腹痛)、神经系统症状和实验室检查结果。1.3MRI检查采用 GE SIGNA Pioneer 3.0 T MRI 扫描仪,使用29通道头颈联合线圈。所有受试者均行MR扫描,包 括 矢 状 位 3D T1WI 扰 相 梯 度 回 波 序 列(3D T1WI spoiled gradient recalled echo,3D T1WI-SPGR)及轴位SyMRI序列。SyMRI扫描参数:视野(FOV)256
20、 mm256 mm,层厚2 mm,重复时间(TR)10 000 ms,回波时间(TE)10.6 ms 或 63.6 ms,反转时 间(TI)12.3 ms,翻 转 角 度 90,像 素 带 宽278.984 Hz/像素,采集矩阵128128。3D T1WI-SPGR 扫描参数:FOV 256 mm256 mm,层厚 1 mm,TR 7.5 ms,TE 2.2 ms,TI 450,翻转角度12,像素带宽244.141 Hz/像素,采集矩阵256256。1.4图像后处理将 MAGiC 扫描数据导入 SyMRI 后处理软件(v11.2.2,SyntheticMR公司),自动计算得到T1、T2图谱。使
21、用 dcm2nii 软件将 T1、T2和 3D T1WI-SPGR扫描数据转换成 NIFTI 格式。随后采用 FSL 软件(https:/fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/FSL)将 T1、T2图谱配准到标准脑空间(MNI)。最后利用自动解剖标记(anatomical automatic labeling,AAL)模板将 T1和 T2图谱分割成 90 个感兴趣区域(region of interests,ROIs),通过对ROI内的所有体素进行平均得到每个ROI的T1、T2值。1.5统计学分析所有数据均使用SPSS 22.0软件(版本22;IBM公司,Armonk,
22、N)进行分析。连续变量(如年龄、BMI)用秩和检验,分类变量(性别)的比例用2检验进行统计分析。符合正态分布的连续变量采用 t 检验,非正态分布的连续变量采用非参数秩和检验。三组间90个脑区T1、T2值比较,当数据满足方差齐性时,采用One-Way ANOVA,再进行Bonferroni post-hoc 检验;数据不满足方差齐性时,采用Welchs ANOVA,然后使用 Games-Howell 检验进行事后比较。P0.05表示差异有统计学意义。2 结 果2.1人口统计学、临床特征和实验室检查共纳入COVID-19康复患者29例,重症患者组(severe group,SG=11 例),普 通
23、 患 者 组(ordinary group,OG=18 例)。健康对照组(healthy controls,HC)23 例。3组间受试者年龄、性别、BMI及受教育年限差异均无统计学意义(P0.05),SG、OG两组间从确诊到本次检查的时间间隔差异无统计学意义(表 1)。在 SARS-COV2 急性感染期间,SG、OG均出现呼吸道系统症状(发热、咳嗽、咽痛)、胃肠道系统症状(腹痛、腹泻、厌食)及炎症反应的病例;相对于OG,SG还出现了头晕、嗅觉障碍、肌肉酸痛等中枢及周围神经性症状的病例(表2)。表1受试者特征Table 1Characteristics of all subjects Chara
24、cteristicAge/yearsGender/(M/F)BMI/(kg/m2)Education/yearsDuration from the first consultation to the current examination/daysSG(n=11)53.2713.196/524.473.8710.522.6040.5516.91OG(n=18)44.0611.917/1123.683.4712.243.5536.6117.57HC(n=23)46.529.1210/1323.123.1612.834.16P0.104*0.709#0.511*0.142*0.860&SG:sev
25、ere group;OG:ordinary group;HC:healthy controls.Data are represented as mean standard deviation.For comparisons of demographics,*P values are obtained using one-way ANOVA tests.#P value for the gender distribution in the three groups was obtained using a 2 test.&P value is obtained using independent
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