慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者脑结构损害和功能重构的MRI研究

摘要

第一部分：慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者脑结构损害的MRI研究
　　目的：分析慢性丘脑梗死患者丘脑与初级躯体感觉皮层（primary somatosensory cortex，S1）之间结构连接和全脑皮层体积改变情况，以及与躯体感觉功能障碍之间的关系，旨在探讨慢性丘脑梗死患者感觉功能障碍的神经影像机制。
　　方法：选取31例慢性丘脑梗死患者（梗死组）和31例性别、年龄匹配的正常健康志愿者（对照组），对所有受试者的躯体感觉功能、运动功能及日常生活能力等方面进行评估，并进行MRI全脑高分辨率解剖成像和扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）扫描。随后进行以下数据处理和分析：（1）采用确定性追踪的方法对患侧丘脑与S1、健侧丘脑与 S1进行纤维追踪，并计算纤维数量、各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、平均扩散系数（mean diffusivity，MD）、纵向扩散率（axial diffusivity，λ‖）和横向扩散率（radial diffusivity，λ⊥）。采用一般线性模型对两组的纤维数量、FA、MD、λ‖和λ⊥值进行统计分析。（2）全脑皮层重建及皮层体积的预处理采用 Freesuefer V5.3软件，其统计分析采用一般线性模型比较两组间的差异，cluster水平FWE校正，P＜0.05具有统计学差异。（3）应用中介分析法对病灶侧丘脑与S1间纤维束的FA值、S1体积和躯体感觉功能评分三者之间的关系进行研究。
　　结果：（1）与对照组比较，梗死组患侧丘脑与 S1间纤维的数量（F=21.911，P＜0.001）、FA值（F=18.634，P＜0.001）显著低于对照组，且FA值与躯体感觉功能有关（r=0.460，P=0.012）；梗死组患侧丘脑-S1纤维束的MD值（F=18.673，P＜0.001）、λ‖（F=14.356，P＜0.001）和λ⊥（F=16.985，P＜0.001）显著高于对照组。（2）梗死组健侧丘脑与S1间纤维的数量（F=0.062，P=0.804）、FA值（F=0.079，P=0.779）、MD值（F=0.100，P=0.753）、λ‖（F=0.227，P=0.636）和λ⊥（F=0.432，P=0.513）与对照组无统计学差异。（3）与对照组比较，梗死组的 S1（T=5.401，cluster size=330mm2）、中央沟及 M1（T=3.909;，cluster size=247mm2）、缘上回（T=4.002，cluster size=531mm2）体积显著降低，且S1体积与躯体感觉功能评分呈正相关（r=0.375，P=0.049）；（4）梗死组萎缩的S1体积可部分中介患侧丘脑-S1纤维束FA值与躯体感觉功能之间的关系，中介效应占总效应的比例为23.846%。
　　结论：慢性丘脑梗死患者出现躯体感觉功能减退可能是由于丘脑与S1间的纤维连接受损及与之相连的S1体积降低所致。
　　第二部分：慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者脑功能连接的静息态fMRI研究
　　目的：采用种子点静息态功能连接方法及独立成分分析（independent component analysis，ICA）方法，分析慢性丘脑梗死患者感觉运动网络内部以及丘脑与全脑静息态功能连接的改变，阐明慢性丘脑梗死患者功能连接改变特点及与躯体感觉障碍的关系，进而揭示躯体感觉功能恢复的神经机制。
　　方法：选取31例慢性丘脑梗死患者（梗死组）和31例性别、年龄匹配的正常健康志愿者（对照组），对所有受试者的躯体感觉功能、运动功能及日常生活能力等方面进行评估，并进行MRI全脑高分辨率解剖成像和静息态fMRI扫描。随后进行以下数据处理和分析：（1）静息态fMRI数据预处理采用基于Matlab平台的SPM8和DPARSF软件。（2）ICA采用 GIFT软件，并提取出感觉运动网络（sensory motor network，SMN）。（3）分别以左侧（或患侧）和右侧（或健侧）丘脑作为种子点进行全脑功能连接分析。（4）比较梗死组和对照组丘脑与全脑功能连接、感觉运动网络内部功能连接的差异采用一般线性模型，将性别、年龄及全脑体积作为协变量，单体素阈值取 P＜0.001，多重比较校正采用cluster水平FWE校正。（5）提取出上述组间分析具有统计学差异的脑区作为感兴趣区，与躯体感觉评分进行偏相关分析，以年龄、性别及全脑体积作为协变量。
　　结果：（1）与对照组比较，梗死组SMN内部功能连接显著增强的脑区有：患侧辅助运动区（T=4.658，体素=46）；功能连接减弱的脑区有：患侧中央后回和顶上小叶（T=4.581，体素=171）。（2）梗死组患侧辅助运动区功能连接值与躯体感觉功能评分呈正相关（r=0.426，P=0.027）。（3）以左侧（患侧）丘脑为种子点，梗死组在下列脑区功能连接较对照组增强：患侧初级感觉皮层和初级运动皮层（T=4.479，体素=273）、健侧初级感觉皮层和初级运动皮层（T=4.386，体素=1131）、枕中回和枕下回（T=4.832，体素=787）。（4）以右侧（健侧）丘脑为种子点，梗死组在下列脑区功能连接较对照组增强：患侧初级感觉皮层和初级运动皮层（T=4.108，体素=708）、健侧初级感觉皮层和初级运动皮层（T=5.177，体素=2947）、健侧颞中回（T=5.213，体素=614）。（5）患侧丘脑与患侧初级感觉运动皮层功能连接值与躯体感觉功能评分呈正相关（r=0.371，P=0.048）；健侧丘脑与患侧初级感觉运动皮层功能连接值与躯体感觉功能评分呈正相关（r=0.396，P=0.041）。
　　结论：慢性丘脑梗死患者躯体感觉功能减退可能与SMN内部患侧S1区功能连接减弱有关，而其患侧辅助运动区功能连接增加，可能反映了功能的重构。此外，患者双侧S1与丘脑功能连接增强可能也发挥了功能代偿作用。
　　第三部分：慢性丘脑梗死患者初级感觉皮层结构损害与功能重构的关系
　　目的：分析慢性丘脑梗死患者患侧丘脑-初级感觉皮层（primary sensory cortex，S1）结构连接、S1-S1结构连接、患侧丘脑-S1功能连接、S1-S1功能连接改变，以及它们之间的相互关系。旨在进一步探讨慢性丘脑梗死患者躯体感觉障碍发生的原因和功能重构的方式，以及结构连接损害和功能重构的关系。
　　方法：选取31例慢性丘脑梗死患者（梗死组）和31例性别、年龄匹配的正常健康志愿者（对照组），对所有被试的躯体感觉功能、运动功能及日常生活能力等方面进行评估，并进行MRI全脑高分辨率解剖成像、DTI和静息态fMRI扫描。随后进行以下数据处理和分析：（1） DTI数据预处理采用基于Linux平台的FSL5.1软件包；静息态fMRI数据预处理采用基于Matlab平台的SPM8和DPARSF软件。（2）采用确定性追踪的方法对患侧丘脑与S1区，双侧S1区进行纤维追踪，并计算各纤维束的FA值。两组纤维束的FA值比较采用一般线性模型进行统计分析，将性别、年龄和全脑体积作为协变量。（3）患侧丘脑-S1、S1-S1功能连接采用REST软件进行计算，并提取出所有受试者的功能连接值。采用一般线性模型比较两组患侧丘脑-S1、S1-S1功能连接值的差异，性别、年龄及全脑体积作为协变量。（4）梗死组分别做下列偏相关分析：患侧丘脑-S1纤维束FA值与S1-S1纤维束FA值、患侧丘脑-S1纤维束FA值与患侧丘脑-S1功能连接值、患侧丘脑-S1纤维束FA值与S1-S1功能连接值、S1-S1纤维束FA值与S1-S1功能连接值之间。
　　结果：（1）梗死组患侧丘脑-S1纤维束（F=18.634，P＜0.001）、S1-S1纤维束（F=36.226，P＜0.001）FA值较对照组显著降低。（2）梗死组患侧丘脑-S1功能连接值（F=7.888，P=0.007）、S1-S1功能连接值（F=23.930，P＜0.001）显著高于对照组。（3）梗死组患侧丘脑-S1纤维束FA值与S1-S1纤维束FA值呈正相关（r=0.466，P=0.012）；患侧丘脑-S1纤维束 FA值与 S1-S1功能连接值呈负相关（r=-0.388，P=0.041）；S1-S1纤维束FA值与S1-S1功能连接值呈负相关（r=-0.554，P=0.002）。
　　结论：慢性丘脑梗死患者出现躯体感觉障碍可能与患侧丘脑-S1结构连接受损以及继发性的S1-S1结构连接损伤有关；S1-S1功能连接增强可能为弥补这些结构连接受损的一种代偿方式。

目录

声明

英汉缩略语名词对照

前言

参考文献

第一部分 慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者脑结构损害的MRI研究

前言

第一节 慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者丘脑与S1结构连接异常的研究

1 对象与方法

2 结果

3.讨论

结论

参考文献

附图

第二节 慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者大脑皮层体积改变的MRI研究

1 对象与方法

2 结果

3.讨论

结论

参考文献

附图

第二部分 慢性丘脑梗死躯体感觉障碍患者脑功能连接的静息态fMRI研究

前言

第一节 慢性丘脑梗死患者感觉运动网络的静息态fMRI研究

1 对象与方法

2.结果

3. 讨论

结论

参考文献

附图

第二节 慢性丘脑梗死患者丘脑与全脑功能连接的静息态fMRI研究

1 对象与方法

2.结果

3. 讨论

结论

参考文献

附图

第三部分 慢性丘脑梗死患者初级感觉皮层结构损害与功能重构的关系

前言

1 对象与方法

2. 结果

3. 讨论

结论

参考文献

附图

全文总结

文献综述：基于连接方法在脑卒中患者脑结构和功能改变中的应用

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文、参研项目、学术交流