人脑海马体积测量及其在精神疾病中的应用

摘要

目的：
　　 将手工分割测量法、IBASPM自动分割测量方法、以及两种基于体素的脑形态学分析方法(标准的VBM5与最新的VBM8-DARTEL)对于海马体积的测量结果，在两组高分辨率MRI脑结构像数据中进行比较。并以手工分割测量法为金标准，考察几种自动分析方法对于海马体积检测的敏感性与有效性。也通过上述多种方法，检测首发重性抑郁症及精神分裂症的海马体积异常。
　　 方法：
　　 三十二名首发未服药的重性抑郁症患者，以及三十名正常健康被试，运用德国Siemens公司Avanto1.5T磁共振成像系统完成高分辨率3D全脑T1结构像数据采集。另有三十二名首发未服药的精神分裂症患者，以及二十七名正常健康被试，运用荷兰Phillips公司的Intera Achieva3.0T磁共振成像系统完成高分辨率3D全脑T1结构像数据采集。在两组数据中均同时运用手工分割测量法，IBASPM自动分割测量法以及两种VBM分析方法（标准的VBM5与最新的VBM8-DARTEL）进行海马体积的测量。
　　 结果：
　　 (1)对于手工测量所得首发重性抑郁症患者与正常对照海马体积，经Cendes法(Cendes F，1993)标准化后，以年龄和性别为协变量，进行重复测量的方差分析，发现显著的分组效应(F=5.192， df=58，p=0.026)，差异主要在左侧海马(F=9.977， df=58， p=0.003)。对于手工测量所得海马原始体积，以年龄、性别和颅腔体积为协变量，进行重复测量的方差分析，也发现显著的分组效应(F=10.113，df=57，p=0.002)，差异仍然主要在左侧海马(F=13.943，df=57，p＜0.001)。以年龄、性别和IBASPM所测全脑体积为协变量，运用重复测量的方差分析处理IBASPM所测海马体积，发现显著的分组效应(F=5.337，df=57，p=0.025)。以全脑体积、年龄、性别作为协变量控制，应用VBM5-ROI分析法进行海马体积差异的协方差分析，未发现抑郁组及正常组之间显著的海马体积差异。以全脑体积、年龄、性别为协变量，对VBM8-DARTEL处理数据进行协方差分析，发现首发抑郁患者的左侧海马体积显著下降，最强激活点为MNI坐标(-36-31-12)（cluster=65，z=2.87，AlphaSim校正:P＜0.01，最小体素数＞16）。
　　 (2)分别在首发抑郁症研究全部被试、正常被试、以及抑郁症患者的三组数据当中，将四种方法测得的颅腔体积或全脑体积结果进行pearson's相关，均为VBM5与VBM8所得全脑体积的相关值最高，分别是0.896(P＜0.01)，0.947(P＜0.01)，0.863(P＜0.01);而手工测量法与IBASPM法所得全脑体积的相关值最低，分别0.209(P＞0.05)，0.444(P＜0.05)，0.055(P＞0.05)。手工测量法与VBM8所得全脑体积的相关值在三组数据内分别为0.882(P＜0.01)，0.912(P＜0.01)，0.860(P＜0.01)。以年龄、性别和VBM8所测全脑体积为协变量，对IBASPM所测海马体积进行重复测量的方差分析，分组效应不显著(F=0.987，df=57，p=0.325);而同样以上述协变量对手工测量的原始海马体积进行分析，仍然发现显著的分组效应(F=7.690，df=57，p=0.008)，且差异主要在左侧海马(F=11.964，df=57，p=0.001)。
　　 (3)对于手工测量所得首发精神分裂症症患者与正常对照的海马体积，经Cendes法标准化后，以年龄和性别为协变量，进行重复测量的方差分析，发现显著的分组效应(F=7.500，df=55，p=0.008)。对于手工测量所得海马原始体积，以年龄、性别和颅腔体积为协变量，进行重复测量的方差分析，也发现显著的分组效应(F=23.116，df=54，p＜0.001)。以年龄、性别和VBM8所测全脑体积为协变量，运用重复测量的方差分析处理IBASPM所测海马体积，发现显著的分组效应(F=5.937，df=54，p=0.018)。以全脑体积、年龄、性别为协变量，应用VBM5-ROI分析法进行海马体积差异的协方差分析，未发现精神分裂症组及正常组之间显著的海马体积差异。以全脑体积、年龄、性别为协变量，对VBM8-DARTEL处理数据进行协方差分析，发现首发精神分裂症患者的双侧海马体积显著下降，差异区最强激活点MNI坐标分别为(-20-15-11;23-369;-14-3310)(z=2.83;z=2.72;z=2.75;均经AlphaSim校正:P＜0.01，最小体素数＞16)。
　　 结论：
　　 (1)在确定局部的形态学改变方面，VBM8-DARTEL法与手工测量法之间显示出了良好的一致性，具有良好的敏感度和有效性，可能在精神疾病的病理生理学研究方面是一个非常有用的工具。
　　 (2)在确定海马的形态学改变方面，尤其是对于病理人群海马异常的检测，标准VBM5的敏感性及有效性不足。
　　 (3)尽管IBASPM自动测量脑区体积的方法可以在一定程度上反映海马体积改变，但其对于海马异常的检测敏感性还有待加强。此外对于全脑体积的计算误差较大。
　　 (4)首发未服药青年重性抑郁症患者的左侧海马体积显著小于正常对照。
　　 (5)首发未服药精神分裂症患者的双侧海马体积均显著小于正常对照。

目录

声明

缩略词表

摘要

第一章 前言

1．1 海马的解剖学特点

1．1．1 海马的大体解剖学特征

1．1．2 海马皮层细胞构筑的特征

1．1．3 海马的纤维联系及主要功能

1．2 海马在磁共振影像中的特点

1．3 基于MRI影像的海马体积学测量方法

1．3．1 手工测量海马体积

1．3．2 自动测量海马体积

1．3．3 基于体素的海马形态学(voxel-based morphometry，VBM)研究

1．4 海马体积学测量在神经精神疾病当中的应用

1．4．1 海马体积学测量在神经疾病中的应用

1．4．2 精神分裂症的海马体积学研究

1．4．3 情感障碍的海马体积学研究

1．4．4 海马体积学研究在神经精神类疾病当中应用的问题

1．5 本研究的目的和意义

第二章 研究对象和方法

2．1 研究对象

2．1．1 首发重性抑郁症患者和健康对照入组标准

2．1．2 首发精神分裂症患者和健康对照入组标准

2．2 研究工具与问卷

2．2．1 一般资料收集

2．2．2 首发重性抑郁症研究所用量表

2．2．3 首发精神分裂症研究所用量表

2．3 fMRI数据采集

2．3．1 首发重性抑郁症患者fMRI数据采集

2．3．2 首发精神分裂症患者fMRI数据采集

2．4 手工分割法测量海马体积

2．4．1 海马边界的确定

2．4．2 MRI手工测量海马体积

2．4．3 标准化

2．4．4 手工测量海马体积数据统计分析

2．5 基于图谱的自动分割法测量海马体积

2．5．1 IBASPM数据处理流程

2．5．2 IBASPM数据成组分析

2．6 基于体素的海马形态学分析

2．6．1 VBM5的数据处理流程

2．6．2 VBM8-DARTEL的数据处理流程

2．6．3 VBM数据成组分析

2．7 其它统计方法

第三章 结果

3．1 运用不同测量方法对首发重性抑郁症患者fMRI数据的比较分析

3．1．1 人口学资料及临床资料

3．1．2 手工法测量海马体积结果

3．1．3 IBASPM法自动测量海马体积结果

3．1．4 运用VBM法进行海马感兴趣区的分析

3．1．5 不同方法所测得的颅腔体积／全脑体积比较

3．2 运用不同测量方法对首发精神分裂症患者fMRI数据的比较分析

3．2．1 人口学资料及临床资料

3．2．2 手工法测量海马体积结果

3．2．3 IBASPM法自动测量海马体积结果

3．2．4 运用VBM法进行海马感兴趣区的分析

第四章 讨论

4．1 手工测量当中MRI图像上的海马定界问题

4．1．1 对于海马前界中海马-杏仁核分界的定义

4．1．2 对于海马后界的定义

4．1．3 各种不同的自定义划界线的使用

4．1．4 是否将海马白质计算在内

4．2 影响MRI影像中海马体积测量的采集技术问题

4．2．1 采集序列

4．2．2 场强

4．2．3 采集方向

4．3 影响海马体积测量结果的数据标准化问题

4．3．1 评估者一致性信度

4．3．2 全脑体积，利手，性别及年龄干扰因素的处理

4．3．3 关于不同方法所测颅腔体积／全脑体积的讨论

4．4 不同海马体积测量方法所得结果比较

4．4．1 海马体积测量方法之间的比较

4．4．2 海马体积测量在重性精神疾病中的发现

4．5 本研究的局限及未来研究的展望

4．5．1 本研究的局限

4．5．2 未来研究的展望

第五章 结论

参考文献

综述

致谢

攻读博士期间发表的学术论文及参加科研项目