基于TBSS對常規(guī)MRI檢查不同顱內(nèi)表現(xiàn)結(jié)核患者腦白質(zhì)改變的分析

[Abstract]Objective：Toexplore thewhitemateralterationsandtheirimpactoncognitivefunctioninpatientswithdiferent brainMRIfeatures.Methods：Atotalof24patientswithintracranialtuberculosis（ITB）and26patientswithextracranial multi-organtuberculosis（EMTB），and25healthycontrols（HC）wereretrospectivelycolectedasITB，EMTBandHCroups. Applyingthetract-basedspatialstatistics（TBSS）ofDTI，thediferencesinfractionalanisotropy（FA）andmeandifusivity（MD） wereanalyzedamongthethreegroups.Partialcorelationanalysiswasused，ithageandgenderascovariates，thecorrelations betweenFA，MDvaluesinROIandthecognitivefunctionwereinvestigated.Results：Compared toHCgroup，EMTBgroup exhibitedlocalizedelevationofMDvalue，ITBgroupexhibitedwidespreadFAdecreasesandmoreextensiveMDincreases. ComparedtoEMTBgroup，ITBgroupshowedFAdecreasesandMD increases，with asmalerrangeof diferences between ITBgroupandHC group.There werenosignificantcorrelations betweenFAor MDvaluesandthecognitive function scores （both Pgt;0.05 ）.Conclusions：Both ITB and EMTB patients exhibit changes in white matter that may afect cognitive function.EMTB patients may have microstructural lesions in the brain.

[Keywords] Tuberculosis;Magnetic resonance imaging;Tract-based spatial statistics

顱內(nèi)結(jié)核（intracranialtuberculosis，ITB）是由結(jié)核分枝桿菌（mycobacterium tuberculosis，MTB）引起的最嚴(yán)重的肺外結(jié)核1，臨床表現(xiàn)多樣且不典型，早期難以明確診斷2]。根據(jù)常規(guī)MRI檢查結(jié)果，可將結(jié)核患者分為有顱內(nèi)表現(xiàn)和無顱內(nèi)表現(xiàn)。ITB通常繼發(fā)于存在播散的顱外結(jié)核病灶，在結(jié)核播散的情況下，患者更可能發(fā)展為多器官結(jié)核。與單一器官結(jié)核患者相比，顱外多器官結(jié)核（extracranialmulti-organtuberculosis，EMTB）患者并發(fā)ITB的風(fēng)險(xiǎn)顯著增高。研究發(fā)現(xiàn)，EMTB患者可在顱內(nèi)未有明確結(jié)核病灶前，腦內(nèi)功能活動即發(fā)生改變，這可能與潛在的腦內(nèi)微結(jié)構(gòu)異常有關(guān)[3]。目前尚缺乏探索ITB、EMTB與健康對照（healthcontrol，HC）之間腦內(nèi)結(jié)構(gòu)的研究。DTI通過檢測生物組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散速率生成圖像，能清晰顯示白質(zhì)纖維的走向及其結(jié)構(gòu)[4]。各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）和平均擴(kuò)散系數(shù)（meandiffusivity，MD）是DTI的2個(gè)重要指標(biāo)。基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(jì)（tract-basedspatialstatistics，TBSS）通過提供更可靠的白質(zhì)束對齊方式，提高了可靠性和精度[5-6]。本研究擬采用TBSS，比較ITB患者與HC、EMTB患者間腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的差異，探討常規(guī)MRI檢查中不同顱內(nèi)表現(xiàn)結(jié)核患者腦白質(zhì)的改變，并進(jìn)一步分析其與認(rèn)知功能的關(guān)系。

1資料與方法

1.1一般資料

回顧性收集2020年10月至2021年11月在北京胸科醫(yī)院就診的ITB患者24例（ITB組）EMTB患者26例（EMTB組），并在社區(qū)招募的HC25例（HC組）。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核批準(zhǔn)[批號：（2023）年臨審-科研-第（02）號]。

1.2 診斷標(biāo)準(zhǔn)

ITB診斷標(biāo)準(zhǔn)[7-8]： ① 腦脊液診斷示抗酸染色陽性，和/或MTB培養(yǎng)陽性，和/或核酸擴(kuò)增試驗(yàn)陽性；② 中樞神經(jīng)系統(tǒng)外分離出MTB，且具有結(jié)核性腦膜炎的臨床表現(xiàn)及典型的腦脊液改變。滿足上述條件之一即可確診。EMTB診斷標(biāo)準(zhǔn)： ① 符合《肺結(jié)核診斷：WS 288-2017》中肺結(jié)核的診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]。 ② 符合肺外結(jié)核診斷標(biāo)準(zhǔn)，即抗酸染色、MTB培養(yǎng)或Xpert？MTB/RIF檢測尿液、體液、分泌物或組織涂片陽性[10];肺外組織病理切片可見肉芽腫性炎癥[1]。滿足上述條件之一，即可確診。

1.3 納入及排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡 18～60 歲；小學(xué)及以上文化程度；右利手；無MRI檢查禁忌證；無精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：有尼古丁或藥物濫用、酗酒史；有高血壓、糖尿病、焦慮、抑郁及嚴(yán)重的精神或神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；懷孕或哺乳期婦女；圖像質(zhì)量差；HC和EMTB患者既往或本次檢查發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)病變，ITB患者既往檢查有顱內(nèi)病變者。

1.4認(rèn)知功能評估

由經(jīng)規(guī)范化培訓(xùn)的研究人員對3組受試者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化認(rèn)知功能評估。采用簡易精神狀態(tài)量表（mini-mental state examination，MMSE）和蒙特利爾認(rèn)知評估量表（Montreal cognitiveassessment，MoCA）評估受試者的總體認(rèn)知水平[12-13];采用 Rey聽覺言語學(xué)習(xí)測試（Reyauditoryverbal learningtest，RAVLT）評估言語記憶能力[14];采用數(shù)字廣度測試（digit span test，DST）評估注意力和工作記憶[14];采用時(shí)鐘繪制測試（clock drawing test，CDT）和數(shù)字符號測試（symbol digit modalities test，SDMT）分別評估視覺空間功能和信息處理能力[14-15]；應(yīng)用詞語流暢性測試（verbal fluencytest，VFT）和連線測試（trail-makingtest，TMT）評估言語能力和執(zhí)行能力[14，16]

1.5儀器與方法

應(yīng)用GE Signa pioneer 3.0T MRI設(shè)備及配套32通道相控陣頭頸線圈。DTI掃描參數(shù)：視野240mm×240mm ，TR 8000ms ，TE取最小值，矩陣128×130，15 個(gè)擴(kuò)散編碼方向，層厚 5mm，29 層，無間隔， b=0.1 000s/mm² ，掃描時(shí)間 4min 24s 。另收集所有患者的 T₂FLAIR 圖像和ITB患者的增強(qiáng) T₁WI 圖像。

1.6 數(shù)據(jù)處理

排除偽影嚴(yán)重的圖像后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，應(yīng)用腦功能MRI軟件庫FSL4.1.0版（http：//www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）處理分析DTI數(shù)據(jù)： ① 提取FA和MD。② TBSS分析。將每位受試者的FA圖像非線性配準(zhǔn)至蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所（MontrealNeurologicalInstitute，MNI）152空間中的FMRIB58_FA模板，進(jìn)行平均并細(xì)化，生成平均FA骨架圖像（FA閾值 gt;0.2 ），將對齊后的FA數(shù)據(jù)投影至平均FA骨架上，最后將MD數(shù)據(jù)投影至平均FA骨架上。 ③ 提取骨架值。參考FSL提供的JHU-ICBM-DTI-81白質(zhì)圖譜，根據(jù)不同白質(zhì)纖維束劃分腦區(qū)，并提取各腦區(qū)的平均FA和MD用于統(tǒng)計(jì)分析。

1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS25.0統(tǒng)計(jì)軟件比較年齡、性別、受教育年限和認(rèn)知功能評分。正態(tài)分布的計(jì)量數(shù)據(jù)以 表示，非正態(tài)分布以 M（Q_L，Q_U） 表示。3組間比較采用ANOVA分析，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)比較行Mann-Whitney U 檢驗(yàn)，性別差異比較行 χ² 檢驗(yàn)。以Plt;0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

對骨架化的DTI數(shù)據(jù)（FA和MD）行基于體素的一般線性模型分析，使用非參數(shù)置換檢驗(yàn)識別組間差異。3組年齡、性別差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但仍將年齡和性別設(shè)置為協(xié)變量以減少潛在影響。首先在3組間行ANOVA分析，將差異腦區(qū)作為掩膜，再行兩兩比較。使用TFCE和FWE行多重校正比較，顯著性閾值設(shè)定為 Plt;0.05 。最后，使用JHU-ICBM-DTI-81白質(zhì)圖譜定位差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)。

采用偏相關(guān)分析，以年齡、性別和受教育年限為協(xié)變量，分析FA、MD與認(rèn)知功能之間的相關(guān)性。將每2組間同時(shí)出現(xiàn)FA和MD差異的腦區(qū)作為ROI，對

每組的各項(xiàng)認(rèn)知功能評分與FA、MD行偏相關(guān)分析。

應(yīng)用Bonferroni校正行多重比較校正。

2結(jié)果

2.13組一般資料和認(rèn)知功能比較

ITB組24例，經(jīng)腦脊液檢測診斷13例，臨床診斷

11例。3組間MMSE評分、MoCA評分、RAVLT即刻與延遲評分、RAVLT評分、CDT評分、SDMT評分、VFT評分及TMT-B評分比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 Plt;0.05 ）；3組間性別、年齡、受教育年限、DST評分、TMT-A評分比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均 Pgt; 0.05）（表1）。

表13組一般資料和認(rèn)知功能比較

注：HC為健康對照，EMTB為顱外多器官結(jié)核，ITB為顱內(nèi)結(jié)核，MMSE為簡易精神狀態(tài)量表， MoCA 為蒙特利爾認(rèn)知評估量表，RAVLT為Rey聽覺言語學(xué)習(xí)測試，DST為數(shù)字廣度測試，CDT為時(shí)鐘繪制測試，SDMT為數(shù)字符號測試，VFT為詞語流暢性測試，TMT為連線測試。

2.2EMTB組和HC組腦白質(zhì)差異比較

與HC組比，EMTB組腦白質(zhì)FA未見明顯改

變，MD在部分腦區(qū)升高（ Plt;0.05 ，TFCE和FWE校正）（圖1），異常MD主要集中在左側(cè)。

圖1顱外多器官結(jié)核（EMTB）組與健康對照（HC）組平均擴(kuò)散系數(shù)（MD）的差異注：與HC組相比，EMTB組腦白質(zhì)MD升高的區(qū)域顯示為暖色（ Plt; 0.05，TFCE和FWE校正）。腦白質(zhì)骨架顯示為綠色。L，左；R，右

2.3 ITB組和HC組腦白質(zhì)差異比較

與HC組相比，ITB組腦白質(zhì)的FA廣泛降低、MD升高更廣泛（ Plt;0.05 ，TFCE和FWE校正）（圖2，3）。其中朕胝體體部、駢胝體壓部、雙側(cè)前放射冠等的FA和MD同時(shí)改變（圖4）。

2.4ITB組和EMTB組腦白質(zhì)差異比較

與EMTB組相比，ITB組腦白質(zhì)顯示出較廣泛的FA降低和MD升高（ Plt;0.05 ，TFCE和FWE校正）（圖5，6），其范圍小于ITB組與HC組之間的差異。其中朕眠體膝部、雙側(cè)前放射冠等同時(shí)出現(xiàn)FA降低和MD升高（圖7）。

2.5 FA、MD與認(rèn)知功能的相關(guān)性

以年齡、性別和受教育年限作為協(xié)變量，對ROI的FA、MD與認(rèn)知功能行偏相關(guān)分析。由于EMTB組的FA相比于HC組未見明顯變化，故選取MD異常區(qū)域作為ROI。經(jīng)Bonferroni校正后，F(xiàn)A、MD與認(rèn)知功能無明顯相關(guān)性（均 Pgt;0.05 ）。

3討論

本研究采用TBSS方法探討ITB患者、EMTB患者和HC間腦白質(zhì)的差異，并進(jìn)一步分析了DTI參數(shù)與認(rèn)知功能之間的相關(guān)性。

結(jié)核病是全球第二大致命傳染病，在全球死因中居第13位[17]，其中，ITB是最嚴(yán)重的類型，嚴(yán)重?fù)p害患者的認(rèn)知功能，死亡率和發(fā)病率均較高[18-19]MTB可能通過血流從肺部播散至腦、脊髓或腦膜并形成小結(jié)核灶，病灶破裂可將MTB釋放至蛛網(wǎng)膜下腔、腦實(shí)質(zhì)或脊髓中，引發(fā)腦膜、腦實(shí)質(zhì)及血管的炎癥反應(yīng)、增殖反應(yīng)和壞死反應(yīng)[20]。這些病理改變可能是本研究中ITB患者FA降低、MD升高的原因。此外，與FA相比，MD的異常區(qū)域更廣泛，表明MD可能對ITB的診斷更敏感。

本研究中，與EMTB組相比，ITB組的FA降低和MD升高較廣泛，但小于ITB組與HC間的差異。有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)核性腦膜炎常合并2個(gè)腦外器官結(jié)核，約占 63.8%^[21] 。Wang等[3]發(fā)現(xiàn)EMTB顱內(nèi)無病灶時(shí)，其腦功能也有可能發(fā)生改變。推斷EMTB患者可能存在當(dāng)前影像檢查無法檢測到的微小腦內(nèi)病變。同時(shí)DTI可能是早期發(fā)現(xiàn)ITB微小病變的潛在手段，有助于ITB的早期診療。

本研究中雖然FA、MD與認(rèn)知功能間無明顯相關(guān)性，但EMTB和ITB患者在認(rèn)知測試中表現(xiàn)較差，原因可能是腦白質(zhì)改變對ITB和EMTB患者的認(rèn)知功能造成一定影響。

本研究的局限性：為橫斷面研究，無法觀察DTI參數(shù)的動態(tài)變化；樣本量較小，未排除存在結(jié)構(gòu)性病變的患者；DTI掃描使用的方向數(shù)相對有限，后續(xù)研究將進(jìn)行改進(jìn)。

綜上所述，本研究通過TBSS方法發(fā)現(xiàn)ITB和EMTB患者均存在腦白質(zhì)改變，并可能影響認(rèn)知功能，且EMTB患者可能存在腦內(nèi)微觀病變。以上發(fā)現(xiàn)有助于揭示ITB的神經(jīng)病理機(jī)制，從而為其早期診斷和治療提供新的可能。

[參考文獻(xiàn)]

[1]DIAN S，GANIEM A R，TE BRAKE L H，et al.Currentinsightsinto diagnosing and treating neurotuberculosis in adults[J]. CNS Drugs，2023，37（11） ：957-972.

[2]中華醫(yī)學(xué)會結(jié)核病學(xué)分會結(jié)核性腦膜炎專業(yè)委員會. 2019中國中樞神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)核病診療指南[J].中華傳染 病雜志，2020，38（7）：400-408.

[3]WANG Y，WEN J，KONG C，et al. Regional homogeneityalterations in multifrequency bands in patients with extracranial multi-organ tuberculosis：a prospective crosssectional study[J].Quant Imaging Med Surg，2023， 13（3）：1753-1767.

[4]OGAWA S，LEE T M，KAY A R，et al. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation[J].Proc Natl Acad Sci U S A，1990，87（24）： 9868-9872.

[5]SMITH S M，JOHANSEN-BERG H，JENKINSON M，et al.Acquisition and voxelwise analysis of multi-subject diffusion data with tract-based spatial statistics[J].Nat protoc，2007，2（3）：499-503.

[6]MEI Y，WANG W，QIUD，et al.Micro-structural white matter abnormalities in new daily persistent headache：a DTI study using TBSS analysis[J].J Headache Pain， 2023，24（1）：80.

[7]MARAIS S，THWAITES G，SCHOEMAN JF，et al. Tuberculous meningitis：a uniform case definition for use in clinical research[J]. Lancet Infect Dis，2010，10（11）： 803-812.

[8]THWAITES G，F(xiàn)ISHER M，HEMINGWAY C，et al. BritishInfection Society guidelines for the diagnosis and treatment of tuberculosis of the central nervous system in adults and children[J]. J Infect，2009，59（3）：167- 187.

[9］中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會．肺結(jié)核診 斷：WS288-2017[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017：1-3.

[10]World Health Organization.Global tuberculosisreport 2024[C]. Geneva： World Health Organization，2024.

[11]RODRIGUEZ-TAKEUCHISY，RENJIFO ME，MEDINA FJ.Extrapulmonary tuberculosis：pathophysiology and imaging findings[J]. Radiographics，2019，39（7） ： 2023- 2037.

[12]FOLSTEIN M F，F(xiàn)OLSTEIN SE，MCHUGH P R. “Mini-mental state”：a practical method for grading the cognitive state ofpatients for the clinician[J].J Psychiatr Res，1975，12（3）：189-198.

[13] NASREDDINE Z S，PHILLIPS N A，BEDIRIAN V，et al. Themontreal cognitiveassessment，moca：abrief screening tool for mildcognitive impairment[J].J Am Geriatr Soc，2005，53（4）：695-699.

[14]LEZAK M D，HOWIESON D B，BIGLER E D，et al. Neuropsychological assessment[M]. 4th edition.New York ：Oxford University Press，2004.

[15]SHULMAN K I. Clock-drawing：is it the ideal cognitive screening test？[J].Int J Geriatr Psychiatry，2000， 15（6） ：548-561.

[16]HARVEY P D，BOWIE C R. Administration and interpretation of the trail making test[J]. Nature Protocols， 2006，1（5）：2277-2281.

[17] BAGCCHI S.WHO's global tuberculosis report 2022[J]. Lancet Microbe，2023，4（1）：e20.

[18]LOGAN C，MULLENDER C，MIRFENDERESKY M，et al.Presentations and outcomes of central nervous system TB in a UK cohort：the high burden of neurological morbidity[J]. J Infect，2021，82（1）：90-97.

[19] THAKUR K，DAS M，DOOLEY K E，et al. The global neurological burden of tuberculosis[J]. Semin Neurol， 2018，38（2）：226-237.

[20]KATRAK S M. Central nervous system tuberculosis[J]. J Neurol Sci，2021，421：117278.

[21］唐書福，陳誠，張建勇，等．74例結(jié)核性腦膜炎合并腦外 多臟器結(jié)核患者的臨床分析[J].重慶醫(yī)學(xué)，2016，45（36）： 5153-5155.