基于连接的分割方法进行伏隔核分割与颞叶癫痫患者伏隔核两亚区的结构改变研究

摘要

目的：
　　伏隔核是基底前脑的一个重要结构，使其成为一些药物难治性神经精神疾病深部核团刺激治疗的重要靶点。根据细胞构筑和纤维联系的不同，伏隔核可分为壳部和核部两部分。越来越多的研究支持伏隔核参与颞叶癫痫活动的传导，尤其是它的壳部。一些研究成功运用伏隔核电刺激术治疗难治性部分癫痫患者，初步证实了其可行性及安全性。然而在个体水平的伏隔核内部的分割界线并不精确，两部分在癫痫患者中的结构改变也并不清楚。本研究旨在利用DTI概率性连接算法在个体水平将伏隔核分割成两部分，指导伏隔核壳部DBS手术的立体定位以治疗颞叶癫痫患者;以及评估伏隔核两部分在癫痫患者中的结构改变。
　　方法：
　　研究被试包括：40名内侧颞叶癫痫患者及25名健康志愿者。经过入组标准及排除标准筛选，最终，本研究共纳入34名内侧颞叶癫痫患者（其中左侧颞叶癫痫患者组16人，右侧颞叶癫痫患者组18人），25名正常受试者。MRI数据采集在南方医院影像中心磁共振室内完成，采用飞利浦3.0T磁共振成像扫描仪(Philips Achiva3.0T)行数据采集，8通道头颅相位阵列线圈进行信号接收。
　　数据处理：所有受试者均完成弥散张量成像(DTI)扫描及矢状位3D-T1WI扫描。使用Matlab2010、FSL等软件对数据进行数据处理。基于连接的分割方法参考Baliki等的方法步骤。对于每个被试，利用FSL软件中的FIRST套件在T1图像上分别提取双侧伏隔核结构。每个被试的NAc图像线性配准至每个被试的本地DTI空间。然后利用FSL软件中的PROBTRACKX套件在每个被试的本地DTI空间运行侧伏隔核的全脑概率追踪，得出伏隔核体素与全脑其他体素的连接矩阵，然后生成一个对称的互相关矩阵。利用这个互相关矩阵进行K-均值聚类分析，将连接相似的体素进行聚类，即可在个体水平将伏隔核分割成两部分。依据以前伏隔核免疫组织化学研究中核部和壳部的位置和形状对核部及壳部进行识别。然后提取伏隔核各部分的弥散参数及体积大小进行下一步统计分析。为了研究各组之间伏隔核各亚区不同的解剖连接模式，每个被试个体水平的伏隔核两亚区分别配准到MNI标准空间，由所有被试的伏隔核核部及壳部进行重叠，得到组平均的伏隔核核部及壳部。然后这个组平均的伏隔核各亚区分别作为种子点与预先定义好的同侧16个靶点做概率性连接。用FSL软件中的PROBTRACKX套件在标准空间评估每个被试组平均的伏隔核各亚区与预先定义好的同侧16个靶点之间的概率性连接。概率追踪之后，每个被试伏隔核各部分到靶点之间的纤维束分别在标准空间进行重叠，从而生成所有被试的共同连接通路。这个共同的连接通路再配准到每个被试的弥散空间，从而提取各连接通路的平均FA及MD值。
　　统计分析：统计分析采用SPSS20.0(IBM SPSS，Chicago，IL)。左、右侧颞叶癫痫患者组伏隔核各亚区的FA、MD、AD、RD值、三个本征值(V1、V2、V3)及体积分别与正常组进行比较，采用重复测量方差分析。事后比较采用Bonferroni多重比较校正，分别比较左、右侧颞叶癫痫患者组与正常组之间伏隔核各亚区弥散参数及体积的差异。对于正常组，应用三因素重复测量方差分析。用配对比较来评估伏隔核各部分与靶点之间不同的连接模式，多重比较校正采用Bonferroni校正。为了定量比较正常组与癫痫患者之间伏隔核各部分的解剖连接差异，伏隔核各部分与16个靶点之间的连接概率采用三因素重复测量方差分析。用事后配对比较，来评估正常组与癫痫患者之间伏隔核各部分的解剖连接差异，多重比较校正采用Bonferroni校正。采用两样本T检验分别比较左、右颞叶癫痫组与正常组之间共同连接通路参数值的差异。
　　结果：
　　最终在24名健康被试，14名左侧颞叶癫痫患者及14名右侧颞叶癫痫患者上成功将双侧伏隔核分割成两个亚区。所有成功完成分割的被试，其伏隔核都被分割成腹内侧及背外侧两个部分。两部分的位置和形状与以前研究中尸检人体组织的伏隔核核部及壳部的细胞构筑研究基本吻合。基于这种相似性，我们将位于腹内侧的部分识别为伏隔核壳部，位于背外侧的部分识别为伏隔核核部。与正常组相比，左、右侧颞叶癫痫患者组伏隔核壳部FA值明显减低，RD值显著升高，而核部的弥散参数值却没有显著改变。我们构建了伏隔核两亚区各自的结构连接，结果证实正常组伏隔核两个亚区呈现相对不同的结构连接模式：核部与尾状核、额极、丘脑之间的连接更为显著;而壳部则与杏仁核、后扣带回、眶额皮层、海马旁回、壳核、胼胝体下回及颞极之间的连接更为显著。与正常组相比，颞叶癫痫患者伏隔核壳部的结构连接改变更为广泛。值得注意的是，胼胝体下回-壳部、眶额皮层-壳部之间的连接上表现出神经纤维受损，但连接概率却增加的趋势。
　　结论：
　　本研究是利用DTI概率性追踪算法首次在颞叶癫痫患者个体水平上进行伏隔核分割。癫痫患者的伏隔核核部、壳部的精确解剖定位，可以辅助神经外科医生进行伏隔核壳部DBS治疗，以抑制癫痫扩布。我们的研究发现颞叶癫痫患者伏隔核壳部发生了明显的结构改变及更广泛的连接改变，而核部并未发生明显改变。这个结果为伏隔核壳部在癫痫发生中的作用提供了解剖学依据。神经纤维束的完整性受损而连接增加这一结果，提示新生异常连接的形成，这可能是由于反复癫痫发作所致的一种代偿及修复，这种新生的异常连接逐渐构成了癫痫结构网络的特征变化。

目录

摘要

前言

1．研究对象

2．数据采集

3．数据预处理

4．个体水平的伏隔核分割：基于连接的分割方法

5．评估伏隔核各亚区的弥散参数及体积差异

6．评估伏隔核各亚区的结构连接模式

7．比较伏隔核各亚区共同连接通路的弥散参数值

结果

1．基于连接分割的方法在个体水平将伏隔核分割成两个部分

2．人口统计学资料分析结果

3．颞叶癫痫病人与正常组之间伏隔核各部分的弥散参数及体积差异

4．正常组组平均的伏隔核各亚区的结构连接模式

5．颞叶癫痫患者组与正常组之间伏隔核各亚区结构连接差异的定量比较

6．颞叶癫痫患者组与正常组之间伏隔核各亚区对应共同连接通路的弥散参数差异

讨论

伏隔核的两个亚区

颞叶癫痫患者伏隔核各亚区的弥散参数改变

正常组伏隔核各亚区的结构连接模式

颞叶癫痫患者伏隔核各亚区的结构连接差异

颞叶癫痫组伏隔核各亚区对应的组水平的共同连接通路的微结构改变

结论

本研究的优势与局限性

参考文献

附录

攻读学位期间发表论文

致谢

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