双相障碍患者小脑结构和功能异常的多模态MRI研究

摘要

本文主要从以下几个部分展开论述: 第一章 基于扩散峰度成像和灌注成像的未服药双相障碍小脑及其相关神经环路的微观结构研究 目的:利用扩散峰度成像(diffusional kurtosis imaging,DKI)和三维动脉自旋标记(Three dimensional arterial spin labeling,3D ASL)灌注技术研究未服药双相障碍(bipolar disorder,BD)小脑及其相关神经环路的微观结构及血流灌注的改变. 方法:收集未服药双相Ⅱ型障碍(bipolar disorder,BD-Ⅱ)患者及正常对照各27例行DKI、3D ASL及常规MR扫描,数据传送至GE Advantage Workstation4.5工作站,采用Functool软件(version9.4.05a)以内嵌的DKI及3D ASL计算模型进行后处理,人工选取双侧小脑上脚、小脑中脚、小脑齿状核、小脑扁桃体、小脑蚓、红核及丘脑为感兴趣区(regions of interest,ROIs),分别计算记录每个ROIs的DKI参数,即:平均扩散峰度(mean kurtosis,MK)、轴向峰度(axial kurtosis,Ka)、径向峰度(radial kurtosis,Kr)、各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、平均扩散率(mean diffusivity,MD)、轴向扩散系数(axial diffusivity,Da)和径向扩散系数(radial diffusivity,Dr)及3D ASL参数脑血流量(cerebral blood flow,CBF).两组间诸参数的比较采用两独立样本t检验,以P值小于0.05为有统计学意义,并将DKI参数及CBF与BD-Ⅱ患者临床变量之间进行皮尔森相关分析. 结果:①诸ROIs组间DKI参数比较差异有统计学意义的结果:右侧小脑中脚的MK(P=0.029)、Kr(P=0.047)及FA值(P=0.003)BD-Ⅱ组显著低于对照组,Dr值(P=0.003)高于对照组;左侧小脑齿状核MK值(P=0.010)及双侧小脑齿状核Kr值(左:P=0.017,右:P=0.030)BD-Ⅱ组显著低于对照组;左侧小脑扁桃体Kr值(P=0.018)BD-Ⅱ组显著低于对照组;小脑蚓MK(P=0.015)及Kr值(P=0.004)BD-Ⅱ组显著低于对照组;左侧丘脑MK值(P=0.031)BD-Ⅱ组显著低于对照组,右侧丘脑Ka值(P=0.040)BD-Ⅱ组显著高于对照组;右侧红核MK值(P=0.047)BD-Ⅱ组显著低于对照组.②诸ROIs组间3D ASL(CBF)参数比较差异有统计学意义的结果:双侧小脑齿状核CBF值BD-Ⅱ组显著低于对照组(左:P=0.007,右:P=0.020);右侧红核CBF值BD-Ⅱ组显著低于对照组(P=0.033),左侧红核CBF值两组间差异无统计学意义.③BD-Ⅱ组临床变量与DKI参数及CBF间行皮尔森相关分析均未见显著相关. 结论:①.BD-Ⅱ患者存在小脑、红核及丘脑DKI参数的异常,提示这些脑区的水分子扩散受限程度减低,组织复杂程度减低,微观结构完整性受损.②.本研究以DKI技术发现丘脑、红核及小脑这些在前额-丘脑-小脑环路中的重要脑区在BD-Ⅱ患者存在微观结构受损,从结构影像学角度间接提示前额-丘脑-小脑环路在BD-Ⅱ的发病中具有重要作用. 第二章 基于超高b值eDWI成像的未服药双相障碍的小脑水通道蛋白及其相关指标研究 目的:利用增强版扩散成像(enhance DWI,eDWI)水通道蛋白三指数模型研究未服药双相障碍小脑的水分子弥散特征,探讨水通道蛋白(aquaporin,AQP)及其相关指标在双相障碍(bipolar disorder,BD)发病中的重要作用. 方法:收集未服药BD患者36例和性别、年龄匹配的正常对照37例行eDWI及常规MR扫描,数据传送至GE Advantage Workstation4.5工作站,采用Functool软件(version9.4.05a)以内嵌的eDWI计算模型进行后处理,人工选取双侧小脑上脚、小脑中脚、小脑齿状核、小脑扁桃体、小脑蚓、红核及丘脑为ROIs,分别计算记录每个ROIs的慢弥散系数(pure water diffusion,D)值、快弥散系数(pseudo-diffusion,D*)值、超高b值表观弥散系数(ultra-high apparent diffusion coefficient,ADCuh)及快弥散分数(fraction of pseudo-diffusion,f)值.两组间诸参数的比较采用两独立样本t检验,以P值小于0.05为有统计学意义,并将eDWI参数与BD患者临床变量之间进行皮尔森相关分析. 结果:①BD组与对照组诸ROIs的eDWI参数(D、D*、ADCuh及f值)两样本t检验比较差异有统计学意义的结果:双侧小脑上脚(左:P=0.004,右:P=0.001)、双侧小脑中脚(左:P=0.010,右:P=0.033)的D值BD组显著高于对照组;双侧小脑齿状核的D值(左:P=0.001,右:P=0.000),ADCuh值(P=0.041)及f值(P=0.049)BD组显著高于对照组;左侧小脑扁桃体的D值(P=0.024)BD组显著高于对照组,双侧小脑扁桃体的ADCuh值(左:P=0.045,右:P=0.048)及f值(左:P=0.008,右:P=0.014)BD组显著高于对照组.小脑蚓的D值(P=0.010)及f值(P=0.007)BD组显著高于对照组;双侧丘脑的D值(左:P=0.001,右:P=0.001)及ADCuh值(左:P=0.004,右:P=0.003)BD组显著高于对照组;双侧红核的D值(左:P=0.001,右:P=0.000)及ADCuh值(左:P=0.007,右:P=0.003)BD组显著高于对照组.②BD组临床变量与eDWI诸参数间行皮尔森相关分析均未见显著相关. 结论:①BD患者存在小脑齿状核、小脑扁桃体、丘脑及红核ADCuh值升高,说明这些脑区水分子主动转运功能增加,提示AQP4的表达上调,其导致的水平衡受损可能参与了BD的病理生理过程;②本研究以eDWI技术发现BD患者小脑、丘脑及红核诸ROIs的D值均升高,说明水分子在细胞膜上跨膜运动受限程度减低,提示组织学上细胞微观结构屏障的损伤,支持本研究第一章的结论,且进一步验证了丘脑、红核及小脑这些前额-丘脑-小脑环路中的重要脑区在BD的发病中具有重要作用. 第三章 基于静息态fMRI的未服药双相障碍患者小脑与默认网络功能连接研究 目的:采用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)基于种子点的功能连接分析方法研究BD小脑与大脑之间的功能连接,尤其是与默认网络(default mode network,DMN)之间功能连接的差异. 方法:收集未服药BD-Ⅱ抑郁相患者30例和性别、年龄匹配的正常对照37例行rs-fMRI及常规MR扫描,采用种子点功能连接分析方法,根据文献报道,种子点选择与DMN密切相关的三个小脑亚区:左侧小脑CrusⅠ、右侧小脑CrusⅠ及小脑LobuleⅨ,分别计算每个球形种子点的平均时间序列与全脑各体素时间序列之间的皮尔森相关系数r,然后通过Fisher's r-to-z变换将此相关系数转为z功能连接图,进一步分别行单样本及双样本t检验. 结果:单样本t检验结果显示BD-Ⅱ组与对照组的小脑三个种子点与大脑之间的静息态功能连接主要分布于前额叶、前后扣带回、楔叶、楔前叶、顶下小叶、颞中/下回、梭状回、海马/海马旁回、枕叶、丘脑、小脑等多个与DMN密切相关的脑区.两样本t检验显示,与对照组相比,BD-Ⅱ组左侧小脑CrusⅠ种子点与右侧顶下小叶之间功能连接显著减低,右侧小脑CrusⅠ种子点与左侧小脑CrusⅠ及右侧颞下回之间功能连接显著减低,小脑LobuleⅨ与全脑各体素及脑区之间功能连接未见显著差异,各种子点与全脑未见功能连接显著增高的脑区.患者组与对照组差异显著脑区时间序列相关系数与临床变量及受教育年限之间无显著相关性. 结论:①.BD-Ⅱ患者存在小脑的功能连接受损,主要是小脑与大脑之间的功能连接受损,尤其是在小脑-DMN之间.②.本研究以基于种子点功能连接分析方法进一步证实了小脑在BD发病中的重要作用.

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ABSTRACT

引言

参考文献

第一章 基于扩散峰度成像和灌注成像的未服药双相障碍小脑及其相关神经环路的微观结构研究

前言

方法与材料

结果

讨论

创新性

本研究的不足之处与下一步工作展望

结论

参考文献

第二章 基于超高b值eDWI成像的未服药双相障碍小脑水通道蛋白及其相关指标研究

前言

方法与材料

结果

创新性

本研究的不足之处与下一步工作展望

结论

参考文献

第三章 基于静息态fMRI的未服药双相障碍患者小脑与默认网络功能连接研究

前言

材料与方法

结果

讨论

创新性

本研究的不足之处与下一步工作展望

结论

参考文献

全文小结

综述

参考文献

附录

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