扩散张量及静息态功能磁共振成像在轻度创伤性脑损伤中的应用研究

摘要

目的:随着现代交通业、建筑业的快速发展，创伤性脑损伤(Traumatic Brain Injury，TBI)发病率逐年增加，其中以轻度创伤性颅脑损伤(mild traumatic brain injury，mTBI)居多。mTBI临床表现轻微，常规影像学检查常常表现为阴性，极易被忽视，给临床诊断以及治疗带来很大的困扰。开发和利用新的功能影像学检查技术对mTBI的微观结构进行深入研究，以利于临床对该疾病的准确诊断、恰当治疗和预后评估作出科学的判断。因此，我们利用扩散张量成像及静息态功能磁共振成像技术对mTBI患者进行系统研究，定量分析脑白质结构的完整性，深入研究mTBI患者的功能网络连接状态，进一步统计分析这些指标与神经认知功能等之间的相互关系，为临床上更准确制定治疗方案和评估预后提供客观有效的形态学依据。
　　方法:扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)可以无创地提供更多常规MRI不能提供的诸如人体组织微观结构、神经纤维走向和受损情况、膜渗透性以及温度方面的信息，可定量分析和评估白质各向异性改变，为发现mTBI患者结构和功能的改变提供诊断信息。我们利用磁共振扩散张量成像技术对mTBI临床病例进行系统研究，定量分析脑白质结构的完整性，并应用基于DTI白质纤维束水平(tract-based)的方法对全脑白质纤维结构进行评估，深入研究mTBI患者白质结构完整性与神经认知功能等之间的相互关系。同时，使用局部脑区激活强度的低频振幅(Amplitude of LowFrequency Fluctuation，ALFF)，局部一致性（Regional Homogeneity，ReHo），脑区之间功能连接强度(Function Connectivity，FC)等方法对临床采集的25例mTBI患者和25例健康志愿者静息态fMRI进行分析，研究mTBI患者认知相关脑区的ALFF、ReHo及功能网络连接状态的变化，进一步统计分析这些指标与神经认知功能等之间的相互关系。
　　结果:mTBI患者在常规T1、T2加权及FLAIR MR结构图上未发现有出血、骨折等明显异常。25例mTBI患者平均受教育年龄12.84±3.05年，对照组平均13.89±3.22年，两组被试受教育时间没有显著差异。与正常对照组比较，mTBI患者的智商评分、词语理解指数(Verbal Comprehension Index，VCI)、推理指数(PerceptualReasoning Index，PRI)有降低的趋势，但两组间没有显著差异，只有工作记忆指数(Working Memory Index，WMI)、处理速度指数(Processing Speed Index，PSI)两组间差异显著，mTBI患者显著降低。MMSE评分两组间也没有显著差异。基于体素水平分析结果显示，与正常对照组比较，FA值在mTBI患者脑白质区域有显著降低，主要分布在上纵束、内囊、胼胝体体部、额钳、放射冠等区域;部分白质纤维束的平均扩散系数MD值显著抬高，主要包括视束、上纵束及内囊等。TBSS分析发现，FA值在mTBI患者与正常对照组比较有显著差异。钩束、上纵束、下纵束及内囊等FA值显著降低，部分白质纤维束的平均扩散系数MD值显著抬高，包括胼胝体体部、钩束、上纵束及内囊等。统计分析发现mTBI患者钩束FA值与MMSE评分显著正相关(R2=0.36，P＜0.05)，mTBI患者钩束MD值与工作记忆指数显著负相关(R2=0.51，P＜0.05)，mTBI患者内囊的MD值与处理速度指数显著负相关(R2=0.45，P＜0.05)。其他感兴趣区的FA值、MD值与MMSE评分及智力各种指数间没有显著相关性。应用静息态功能磁共振成像技术研究分析，与正常对照组比校，mTBI组ReHo显著下降的脑区包括左侧额中回、左侧额下回、前扣带、左侧额上回;ReHo值显著升高的脑区包括左侧楔叶、左侧楔前叶、右侧颞中回。mTBI患者组ALFF值显著下降的区域包括扣带回、左侧额中回、右侧额上回、右侧额中回、左侧额上回;ALFF值显著升高的区域包括左侧枕回中部、左侧楔前叶、右侧舌回、左侧舌回。功能网络分析结果显示，mTBI患者脑内15对功能连接显著下降，左侧大脑主要包括左侧丘脑与左侧额中回、左侧额下回盖部、左侧颞下回、左侧项上叶、左侧楔前叶、左侧枕中回之间功能连接，左侧尾状核与左侧楔叶、左侧额上回、左侧额中回之间功能连接，右侧大脑主要包括右侧海马与右侧矩状沟之间，右侧丘脑与右侧角回，右侧枕中回，右侧矩状沟，右侧舌回，右侧枕下回之间功能连接。与正常对照组比较，没有发现mTBI患者脑内各解剖结构之间的功能连接有显著上升。统计分析发现mTBI患者左额上回ReHO值与MMSE评分显著正相关(R2=0.32，P＜0.05)，mTBI患者扣带回ALFF值与工作记忆指数显著正相关(R2=0.42，P＜0.05)。 mTBI患者中左侧丘脑与左侧额中回之间功能连接与工作记忆指数显著正相关(R2=0.38，P＜0.05)，右侧海马与右侧矩状沟之间功能连接与MMSE评分显著正相关(R2=0.34，P＜0.05)，其他异常的功能连接与MMSE评分及智力各种指数间没有显著相关性。
　　结论:mTBI患者的认知功能障碍与白质结构的变化显著相关，可作为评价mTBI患者认知功能障碍的更客观的形态学基础。mTBI患者左额上回ReHO值与MMSE评分显著正相关，提示mTBI患者左额上回ReHO值显著下降可能导致患者认知功能障碍，记忆力下降。mTBI患者扣带回ALFF值与工作记忆指数显著正相关，提示扣带回功能下降可能导致mTBI患者的工作记忆功能障碍。本研究发现，mTBI患者左侧丘脑与左侧额中回之间功能连接减弱，可能提示mTBI患者对记忆、判断存在不足。右侧海马与右侧矩状沟之间存在减弱的功能连接，且与MMSE评分显著正相关，提示mTBI患者认知障碍可能与右侧海马异常的信息处理有关。因此，利用扩散张量成像及静息态功能磁共振成像技术能够显示mTBI患者脑白质结构的完整性及脑功能状态与正常对照组存在显著差异，与临床神经认知功能障碍显著相关，为临床上制定治疗方案和评估预后提供了更客观的影像学依据。

目录

声明

缩略语表

摘要

第一章 前言

第二章 常规MRI对创伤性颅脑损伤的诊断价值

2．1 材料与方法

2．2 结果

2．3 讨论

第三章 应用扩散张量成像研究mTBI患者脑白质损伤与认知功能障碍的相关性

3．1 研究背景

3．2 材料与方法

3．3 结果

3．4 讨论

第四章 静息态脑功能磁共振成像技术在轻度创伤性颅脑损伤中的临床应用研究

4．1 研究背景

4．2 材料与方法

4．3 结果

4．4 讨论

总结和展望

参考文献

文献综述一 弥散张量成像和磁共振波谱成像在创伤性脑损伤中的应用进展

文献综述二 弥漫性轴索损伤后认知功能障碍检测方法的研究进展

攻读学位期间的研究成果

致谢