本文關(guān)鍵詞：肌萎縮側(cè)索硬化癥全腦功能網(wǎng)絡(luò)和腦皮質(zhì)下核團體積改變的初步研究

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【摘要】：背景ALS是一種少見的神經(jīng)退行性疾病,特征是上和下運動神經(jīng)元的損失。研究表明ALS進展性的損害并不局限在上、下運動神經(jīng)元,還累及包括前額葉、顳葉、頂葉及基底節(jié)區(qū)等多個腦區(qū),存在諸多的非運動系統(tǒng)癥狀。近年來,ALS錐體外系癥狀成為研究關(guān)注的熱點問題,獲得了不少ALS錐體外系受累的證據(jù)。有研究采用f MRI的技術(shù)和方法,發(fā)現(xiàn)了功能連接明顯減低的區(qū)域在感覺運動網(wǎng)絡(luò)以及有關(guān)認知行為的網(wǎng)絡(luò);同時在軀體感覺和其他運動外區(qū)域也有功能連接增加的報道。然而,所有這些報道均采用的是基于獨立成分分析或者種子點途徑的網(wǎng)絡(luò)功能連接分析方法,尚不能充分描述ALS的全腦功能網(wǎng)絡(luò)連接組。同時,在既往ALS結(jié)構(gòu)MRI研究中,大多數(shù)應(yīng)用VBM和SBM技術(shù)的研究都發(fā)現(xiàn)了ALS患者運動皮質(zhì)的灰質(zhì)萎縮和額葉腦區(qū)廣泛的皮質(zhì)變薄,但尚未發(fā)現(xiàn)有專門針對ALS深部核團結(jié)構(gòu)的研究報道。近年興起的網(wǎng)絡(luò)圖論分析技術(shù)能夠描述某個節(jié)點與全腦功能網(wǎng)絡(luò)連接組的功能關(guān)系,度中心度(DC)是一個常被使用圖論網(wǎng)絡(luò)測量指標,常被用來表征全腦功能網(wǎng)絡(luò)中心性的變化。FSL—FIRST活體MRI體積分析是使用基于標準手動分割圖像模型對皮質(zhì)下核團進行自動分割的技術(shù),可用來評估皮質(zhì)下核團體積的變化。這些技術(shù)的應(yīng)用為我們提供了觀察和分析ALS神經(jīng)影像機制的新視角。目的在本研究擬應(yīng)用體素水平的靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)度中心度(DC)分析技術(shù),探討ALS患者全腦功能網(wǎng)絡(luò)變化,并應(yīng)用FSL—FIRST活體MR體積分析技術(shù),評估ALS皮質(zhì)下核團的體積改變。通過相關(guān)性分析初步探討ALS全腦功能網(wǎng)絡(luò)改變和皮質(zhì)下核團體積改變與ALS疾病嚴重程度的關(guān)系。材料和方法(一)體素水平靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)DC分析1.受試者招募根據(jù)El Escorial診斷標準,連續(xù)招募了43名ALS患者(30名確診/13名可能診斷)和44名性別、年齡相匹配的健康志愿者,均為右利手。排除標準如下:(1)運動神經(jīng)元病家族史;(2)臨床額顳癡呆診斷;(3)腦外傷、癲癇、精神病及其他神經(jīng)精神病史;(4)明顯呼吸衰竭(用力肺活量小于70);(5)認知功能損害,Mo CA評分小于26分為認知功能損害。使用ALSFRS-R評估病情的嚴重程度。所有的受試者均接受常規(guī)MRI檢查,排除了腫瘤、中風(fēng)、腦白質(zhì)病變等顱內(nèi)器質(zhì)性病變,并簽署了知情同意書。2.MRI數(shù)據(jù)采集使用重慶西南醫(yī)院的3.0 T Siemens Trio Tim超導(dǎo)全身MRI掃描儀。靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)采集使用EPI序列進行36個層面軸位掃描。3D T1WI高分辨率解剖圖像數(shù)據(jù)通過三維磁化準備快速梯度回波序列從矢狀位采集。3.MRI數(shù)據(jù)處理基于MATLAB平臺,在REST1.8軟件和SPM8軟件的框架下,使用DPARSF2.3軟件對所有的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理并計算DC。為排除非灰質(zhì)體素干擾相關(guān),DC的計算在灰質(zhì)概率大于20%的先驗?zāi)０鍍?nèi)進行,將預(yù)處理功能數(shù)據(jù)進行基于體素的全腦相關(guān)分析;根據(jù)模板內(nèi)每個體素的時間信號與所有其他體素的相關(guān)性,產(chǎn)生的相關(guān)矩陣;通過在r0.25閾值,得出一個非直接連接矩陣。每個體素與其它所有體素功能連接的總數(shù)量即為二值DC,每個體素與其它所有體素功能連接的權(quán)重值總和,即為權(quán)重DC。通過每個體素的DC值減去全腦所有體素DC的均值后再除以標準差,對體素水平的DC進行z評分值轉(zhuǎn)換以便于統(tǒng)計分析。最后,以帶寬半徑4mm對z評分值圖譜進行高斯核平滑。4.統(tǒng)計分析使用REST1.8軟件進行兩樣本T檢驗,以比較ALS組與正常對照組的DC指標是否存在差異,多重比較校正采用Alpha Sim方法,閾值為P0.01,體素的計算采用AFNI Alpha Sim方法中Monte Carlo simulations進行計算,簇體積(clusters)大于18個體素的腦區(qū)設(shè)定為有統(tǒng)計學(xué)差異的腦區(qū)。以每名患者的性別和年齡為協(xié)變量,使用皮爾森相關(guān)(雙側(cè))分析ALS患者的ALSFRS-R評分與DC變化區(qū)域的z評分值間的相關(guān)性。(二)ALS皮質(zhì)下核團的體積分析1.受試者招募根據(jù)修訂El Escorial診斷標準,連續(xù)招募了25名(男17,女8)可能診斷或者明確診斷的散發(fā)ALS患者。排除標準:運動神經(jīng)元病家族史、認知損害和臨床確診額顳癡呆患者以及其它重要的全身性、精神系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病。使用ALSFRS-R評分評估患者的臨床嚴重狀態(tài)。從初始癥狀出現(xiàn)至MRI掃描的時間為病程,疾病進展率=(48-ALSFRS-R)/病程。25名健康對照從當?shù)厣鐓^(qū)招募,沒有神經(jīng)精神疾病史。所有的受試者均接受常規(guī)MRI檢查,排除了腫瘤、中風(fēng)、腦白質(zhì)病變等顱內(nèi)器質(zhì)性病變,并簽署了知情同意書。2.MRI數(shù)據(jù)采集及處理使用3.0T Siemens Trio Tim超導(dǎo)MRI掃描儀,通過三維磁化準備快速梯度回波序列采集標準T1加權(quán)高分辨率解剖圖像數(shù)據(jù)集,以進行皮質(zhì)下核團的體積分析。使用FSL軟件4.1.5版的FIRST插件1.2版自動分割并計算受試者雙側(cè)大腦半球的皮質(zhì)下區(qū)域的體積,包括雙側(cè)伏隔核、杏仁核、尾狀核、海馬、殼核和丘腦。為了消除個體變異性的影響,使用SIENAX工具從相應(yīng)受試的T1WI高分辨率圖像提取每個受試的總顱內(nèi)體積(TIV)。3.統(tǒng)計分析采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析,以每個受試者的年齡、性別、教育程度和TIV為協(xié)變量,采用MANCOVA模型評估皮質(zhì)下核團體積。MANCOVA模型定義每組被試為固定因子,14個獨立核團(雙側(cè)伏隔核、杏仁核、尾狀核、海馬、殼核和丘腦)為因變量,多重對比校正采用Bonferroni方法進行校正,有統(tǒng)計學(xué)意義差異閾值設(shè)定為P0.05。以每名患者的性別、年齡和教育程度為協(xié)變量,使用皮爾森相關(guān)(雙側(cè))分析ALS患者的ALSFRS-R評分與改變核團體積間的相關(guān)性。結(jié)果(一)權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC指標的分析表明。與對照組相比較,ALS組的權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC明顯增高的區(qū)域是:左側(cè)小腦后葉、雙側(cè)小腦腳、雙側(cè)枕極(BA18/19)、右側(cè)眶額葉(BA11)和雙側(cè)前額葉(BA8/9)。ALS組與對照組比較,權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC明顯減低的區(qū)域是:雙側(cè)初級運動皮層(BA4/6)、雙側(cè)感覺運動區(qū)(BA3/5)、右側(cè)前額葉(BA45)、左側(cè)楔前葉(BA5)、雙側(cè)外側(cè)顳葉(BA48)、左側(cè)中扣帶皮質(zhì)(BA23)、雙側(cè)視覺處理皮質(zhì)(BA17/18/37)。二值網(wǎng)絡(luò)DC分析的結(jié)果與權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC分析結(jié)果類似。相關(guān)分析表明:ALS患者右側(cè)枕下回的權(quán)重網(wǎng)絡(luò)(p=0.038,r=-0.342)DC z評分值和二值網(wǎng)絡(luò)(p=0.039,r=-0.0341)DC z評分值均與ALSFRS-R評分呈明顯意義負相關(guān)。(二)基于FSL—FIRST皮質(zhì)下核團體積分析技術(shù)發(fā)現(xiàn):ALS組患者與對照組相比較,ALS組雙側(cè)丘腦(左側(cè)p=0.021,右側(cè)p=0.006)、左側(cè)海馬(p=0.034)和右側(cè)杏仁核(p=0.019)的體積明顯減低。ALS患者的ALSFRS-R評分與改變核團體積間沒有明顯意義的相關(guān)性。結(jié)論體素水平靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)DC分析表明:ALS患者腦網(wǎng)絡(luò)DC異常的區(qū)域分別位于多個腦區(qū),進一步印證了ALS是一種多系統(tǒng)疾病;右側(cè)枕下回DC改變或許可以用來評估ALS患者的病情嚴重性。提示DC指標在研究ALS全腦網(wǎng)絡(luò)重組有重要意義。皮質(zhì)下核團的體積分析發(fā)現(xiàn)ALS累及雙側(cè)丘腦、左側(cè)海馬和右側(cè)杏仁核。本研究從ALS腦功能網(wǎng)絡(luò)的多系統(tǒng)改變和皮質(zhì)下核團體積的變化兩個角度,進一步加深了對ALS是一種多系統(tǒng)疾病的理解。
【關(guān)鍵詞】：肌萎縮側(cè)索硬化癥 度中心度 圖論網(wǎng)絡(luò) 靜息態(tài) 磁共振成像 皮質(zhì)下核團 體積分析
【學(xué)位授予單位】：第三軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：R445.2;R744.8
【目錄】：

• 英文縮略詞一覽表4-7
• 英文摘要7-12
• 中文摘要12-16
• 第一章 前言16-18
• 第二章 ALS的體素水平靜息態(tài)腦圖論網(wǎng)絡(luò)度中心度改變18-32
• 2.1 引言18-19
• 2.2 材料和方法19-21
• 2.3 結(jié)果21-29
• 2.4 討論29-31
• 2.5 結(jié)論31-32
• 第三章 ALS的皮質(zhì)下核團體積分析32-39
• 3.1 引言32-33
• 3.2 材料和方法33-35
• 3.3 結(jié)果35-37
• 3.4 討論37-38
• 3.5 結(jié)論38-39
• 全文小結(jié)39-40
• 參考文獻40-55
• 文獻綜述 肌萎縮側(cè)索硬化的神經(jīng)影像學(xué)進展55-98
• 參考文獻71-98
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文98-99
• 致謝99

【參考文獻】

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1 Li An;Qing-Jiu Cao;Man-Qiu Sui;Li Sun;Qi-Hong Zou;Yu-Feng Zang;Yu-Feng Wang;;Local synchronization and amplitude of the fluctuation of spontaneous brain activity in attention-deficit/hyperactivity disorder:a resting-state fMRI study[J];Neuroscience Bulletin;2013年05期

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本文編號：1035106