针对人类免疫缺陷病毒感染者使用的便携式低场磁共振成像技术

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：Portable Low-Field Magnetic Resonance Imaging in People With Human Immunodeficiency Virus

本研究评估便携式低场MRI（LF-MRI）在HIV感染者中的可行性，并利用机器学习算法比较其与无HIV人群的脑萎缩及白质高信号（WMH）差异。结果显示，LF-MRI可检测到HIV感染者尾状核、丘脑及WMH体积减少，而海马体体积与无HIV对照组无显著差异。该技术为资源有限地区的HIV脑健康监测提供了新方法。

　　随着全球范围内人类免疫缺陷病毒（HIV）感染人群的老龄化趋势日益明显，研究者们开始更加关注这一群体在神经退行性疾病方面的风险。数据显示，美国约有54%的HIV感染者年龄在50岁以上，这一比例的增长意味着需要针对老年人群进行更全面的医疗照护和研究。此外，模型预测显示，60岁以上的HIV感染者中，有16%至22%的人可能会出现与年龄相关的痴呆症，这一比例明显高于普通人群中的13%至15%。因此，HIV感染者的脑健康问题成为临床关注的重点之一。在这一背景下，开发一种更易获取、成本更低的脑部影像学工具显得尤为重要，以便能够更频繁地进行筛查和随访，从而更早地发现潜在的神经退行性变化。

传统的高场强（HF）磁共振成像（MRI）虽然在评估与年龄相关的脑部变化方面是金标准，但其高昂的成本、有限的可及性以及对操作环境的严格要求，使得许多资源匮乏地区无法广泛使用。对于生活在撒哈拉以南非洲等地区的约60%的HIV感染者来说，常规的HF-MRI筛查并不现实。即使在美国某些地区，HF-MRI虽然可用，但HIV感染者仍然面临诸如交通困难、需要调整工作时间等实际障碍，这进一步限制了其在临床中的广泛应用。

为了克服这些限制，低场强（LF）MRI技术应运而生。LF-MRI系统通常运行在低于1特斯拉的磁场强度下，不仅体积更小、不需要液氮冷却，而且价格仅为HF-MRI的4至12倍。这使得LF-MRI可以在不依赖特殊环境的普通临床环境中使用，为资源有限的地区提供了一种可行的解决方案。此外，随着机器学习（ML）算法的发展，研究者们发现这些算法能够有效解决LF-MRI信号噪声比低的问题，从而实现对脑部结构的自动分割和定量分析。这一技术突破为LF-MRI在临床和研究中的应用打开了新的大门。

本研究旨在评估LF-MRI在HIV感染者中的可行性，并利用ML算法对脑部萎缩和白质高信号（WMH）进行检测，与未感染HIV的同龄人进行比较。研究对象为接受抗逆转录病毒治疗（ART）的HIV感染者，以及具有至少一种血管共病（VC）或轻度认知障碍（MCI）的未感染HIV人群。通过LF-MRI获得的脑部体积数据经过机器学习算法处理后，与HF-MRI数据进行了对比，同时对年龄和性别进行了调整。研究结果表明，LF-MRI在检测脑萎缩和WMH方面具有较高的可行性，能够为临床提供有价值的信息。

研究共纳入了30名接受ART的HIV感染者，这些患者在门诊感染科接受了LF-MRI扫描。同时，研究还纳入了25名具有VC的未感染HIV人群和24名因阿尔茨海默病（AD）疑似而被诊断为MCI的未感染HIV人群。通过LF-MRI获取的脑部体积数据在多个脑区中显示出与未感染HIV人群的显著差异。具体而言，HIV感染者在尾状核和豆状核的体积较VC人群有所减少（p?p?≥?0.05），但在MCI人群中的杏仁核体积则显著减少（p?p?>?0.05）。

这一结果表明，LF-MRI不仅能够有效检测HIV感染者脑部萎缩，还能够在未感染人群中识别出与AD相关的MCI特征。研究进一步探讨了LF-MRI与HF-MRI之间的数据一致性。通过将LF-MRI与HF-MRI进行比较，发现两者的脑部体积在多个区域表现出高度的相关性，尤其是白质和皮质，其相关系数达到0.96以上。对于其他脑区，如室管膜系统、丘脑-下丘脑复合体（DTC）、基底节和海马体，相关性也保持在较高水平。尽管如此，LF-MRI的分辨率仍略逊于HF-MRI，这可能对某些小体积结构的检测造成一定影响。研究者还使用了Dice相似度系数和绝对对称百分比差异（ASPD）来评估LF-MRI与HF-MRI之间的空间重叠和体积一致性，结果显示LF-MRI在大部分区域能够提供可靠的体积测量。

此外，研究还分析了ASCVD（动脉粥样硬化性心血管疾病）风险与WMH体积之间的关系。结果显示，ASCVD风险与WMH体积存在中度相关性（r?=?0.53，p?=?0.01），表明心血管疾病可能在HIV感染者的脑部病变中起到一定作用。相比之下，MoCA（蒙特利尔认知评估）成绩与海马体和皮质体积之间存在中度相关性，而与其他脑区（如丘脑和核团）的关联则较弱。这提示，虽然HIV感染可能导致某些特定脑区的萎缩，但认知功能的下降可能更多与年龄相关的变化有关。

研究还进一步探讨了HIV感染者的脑部萎缩与CD4+ T细胞计数、CD4+ T细胞最低值、HIV-1病毒载量以及ART持续时间之间的关系。结果表明，这些HIV相关指标与白质、尾状核和豆状核体积之间没有显著关联，这可能意味着当前的ART治疗在一定程度上缓解了某些类型的脑萎缩。然而，由于样本量较小，研究可能未能充分捕捉到这些潜在关联。研究者指出，未来需要更大的样本量和更长的随访时间，以进一步验证这些发现。

研究还发现，HIV感染者在LF-MRI中显示出与VC人群不同的脑萎缩模式，尤其是尾状核和豆状核的萎缩。这种模式与MCI人群的萎缩模式也存在差异，后者主要集中在皮质和海马体区域。这些发现表明，LF-MRI能够识别出HIV感染与非感染人群之间的特定脑部变化，为早期诊断和干预提供了可能的依据。

然而，研究也存在一定的局限性。首先，研究采用的是横断面设计，无法提供关于脑萎缩随时间变化的纵向数据。其次，样本量相对较小，可能影响结果的普遍性。此外，研究中的对照组使用了历史数据，这可能引入一定的偏差。研究者还指出，未来的研究应包括更广泛的种族和年龄分布，以及更全面的认知评估和神经退行性标志物检测，以进一步提升LF-MRI在HIV感染者脑部评估中的准确性和适用性。

总体而言，这项研究展示了LF-MRI在HIV感染者脑部成像中的应用潜力，尤其是在资源有限的环境中。LF-MRI不仅成本效益高，而且便于在门诊环境中使用，这为更广泛地进行脑部健康监测提供了可能。结合机器学习算法，LF-MRI能够实现对特定脑区萎缩和WMH的自动检测，从而为HIV感染者的脑部健康评估提供了一种新的工具。研究还强调，未来需要进一步优化LF-MRI的技术性能，特别是在图像分辨率和后处理算法方面，以提升其在临床和研究中的价值。此外，提高LF-MRI的可及性和使用便捷性，将有助于推动其在HIV护理中的广泛应用，特别是在那些缺乏HF-MRI资源的地区。通过这种方式，LF-MRI有望成为一种有效的工具，用于早期发现和监测HIV感染者的脑萎缩，从而改善其长期健康结局。