糖尿病患者大脑功能网络拓扑结构变化的PET成像研究

摘要

目的:近年来，许多神经影像证据表明糖尿病(diabetes mellitus，DM)患者大脑结构网络特性发生明显改变，然而，至今为止，很少有功能网络方面的研究，糖尿病大脑功能网络是否出现与结构网络相似的异常仍然需要进一步探索。因此，本研究基于FDG-PET数据，采用图论分析法初步探讨糖尿病患者大脑功能网络与正常对照的差异。
　　材料和方法:本研究为回顾性研究，共挑选164例脑FDG-PET数据，均来自xx附属第一医院核医学科，包含糖尿病组73例(男54，女19)，平均年龄57±10岁，正常对照(normal control，NC)组91例(男66，女25)，平均年龄56±8岁。首先，运用基于MATLAB平台的统计参数图8(statistical parameters mapping8，SPM8)软件对图像进行格式转换、空间标准化和平滑。其次，使用自动解剖标记模板(automated anatomic labeling，AAL)把大脑分割成90个左右对称的感兴趣区域(regions of interest，ROIs)，分别计算每一个ROI内的平均葡萄糖代谢值。在进行相关分析之前，对每个ROI区域内的平均葡萄糖代谢值进行归一化处理(即每个ROI的平均葡萄糖代谢值除以全脑葡萄糖代谢均值)，之后引入线性回归模型以控制年龄、性别及血糖因素对局部葡萄糖代谢的影响，得到的回归残差代替局部葡萄糖代谢值进行皮尔逊相关分析，构建区域与区域间葡萄糖代谢相关矩阵。最后，运用图论分析法构建大脑功能PET网络，分析糖尿病组与正常对照组网络拓扑参数的差异。
　　结果:
　　1.PET功能脑网络的小世界特性
　　DM组和NC组的功能脑网络均具备小世界网络特性(σ＞1)。例如，在所有密度阈值下，两组网络的标准化集群系数均较高(γ＞＞1)，标准化最短路径长度接近1(λ～1)。
　　2.糖尿病组功能脑网络小世界参数的改变
　　2.1.在密度阈值范围为10％-40％时，DM组的标准化集群系数γ均较正常对照组减低，当密度阈值为10％-22％、34％、36％-40％时，差异具有统计学意义(P＜0.05)。
　　2.2.在密度范围为10％-40％时，DM组的标准化最短路径长度λ均较NC组增加，当密度阈值为10％时，差异具有统计学意义(P＜0.05)。
　　2.3.在密度阈值范围为10％-40％时，DM组的小世界指数σ均较NC组减低，当密度阈值为10％-22％、34％、36％-40％时，差异具有统计学意义(P＜0.05)。
　　3.功能网络核心区域的分布
　　DM组有21个节点被定义为核心区域，NC组有19个节点被定义核心区域，有5个节点同时是DM组和NC组的核心区域。
　　4.糖尿病组功能脑网络核心区域中心度的变化
　　与NC组相比，DM组中心度显著减少的核心区域有4个:右侧直回、右侧楔叶、左侧枕中回和左侧中央后回，中心度显著增加的脑区有3个:左侧额中回眶额区、左侧嗅觉区和右侧中央旁小叶。
　　结论:
　　研究结果表明虽然糖尿病大脑PET功能脑网络具备小世界网络特性，但网络的拓扑结构出现明显的变化，这很可能是糖尿病患者出现脑损害的潜在的病理生理基础。同时，本研究也为糖尿病大脑网络的异常提供功能影像学证据。

目录

声明

摘要

前言

材料和方法

1．研究对象

2．PET数据采集

3．数据预处理

4．脑功能网络的构建

5．基于图论法的功能脑网络分析

6．统计分析

结果

1．功能网络的小世界特性

2．糖尿病组功能网络小世界参数的改变

3．功能网络核心区域的分布

4．糖尿病组功能网络核心区域的变化

讨论

1．PET功能脑网络的小世界特性

2．糖尿病患者功能脑网络小世界参数(γ、λ、σ)的变化

3．功能脑网络核心区域的分布

4．糖尿病患者功能脑网络核心区域的变化

结论

参考文献

综述 功能成像技术结合复杂网络分析在脑部疾病中的应用

致谢