MR定量磁化率成像(QSM)对正常SD大鼠老化过程中脑内灰质及白质磁化率发展轨迹与年龄相关性的初步研究

摘要

目的:
　　本研究利用MR定量磁化率成像(Quantitative Susceptibility Mapping，QSM)对不同年龄段SD大鼠脑内灰质及白质磁化率进行测量，对正常SD大鼠在成熟和老化过程中局部脑组织磁化率的变化进行纵向观察，量化不同大脑区域磁化率的时间曲线（包括主要白质纤维束以及皮层下灰质核团），评估髓鞘及铁含量在脑内分布特性及其随年龄的变化趋势。
　　方法:
　　实验动物:本研究所用实验动物均购自北京维通利华实验动物技术有限公司，实验动物质量合格证许可证号:SCXK（京2012-0001）。健康雄性SD大鼠，置于SPF环境中饲养:24±2℃，12h光照/黑暗，7:00am给光，食物和水充分供给。动物按月龄分为6组，分别为1、3、6、10、13、24月龄（其中24月龄为D-半乳糖建立衰老动物模型）各15只，每组在15例中随机选择10例进行动物实验。
　　实验仪器和测试方法:
　　本研究QSM检测采用美国GE MR7503.0T磁共振扫描仪及鼠实验专用线圈进行SD大鼠颅脑扫描。SD大鼠用戊巴比妥钠300mg/kg体重肌肉注射麻醉后俯卧固定，局部保暖。扫描层面的定位参考大鼠脑立体定位图谱，选择双侧对耳线和中线作为轴位定位点。数据采集使用三维多回波梯度回波脉冲序列。颅脑常规MRI检查包括:轴位T1WI: TR=2833.3ms;TE=24.0ms;轴位T2WI:FSE序列TR=1500ms; TE=25.5ms; QSM数据采集使用三维多回波梯度回波脉冲序列。扫描参数为:TR=151.9ms; TE=7.8ms; FOV=55cm;层厚=1.00mm;层距=1.0mm;反转角度=12°;带宽=31.25Hz;激励次数=1;QSM采集时间6min18s。采集数据传送至后处理工作中进行磁化率及数据分析。
　　采集的原始数据在GE工作站利用软件进行后处理，得到重建的QSM影像。利用软件调节QSM图的亮度及对比度以明确脑内结构的边界，进行铁含量的精确测量。根据解剖结构分别在QSM图像上手工绘制双侧大脑主要白质纤维束以及脑灰质中的富铁深核的感兴趣区(region of interest，ROI)，测量ROI区的磁化率值，为减小误差，分别测量三次取平均值。
　　统计学分析:
　　应用统计软件包(statistics package for social science，SPSS)18.0版对所有测量数据进行统计学分析。采集的数据应用统计软件包(statistics package for social science，SPSS)18.0版对所有测量数据进行统计学分析。所有数据的正态性分布采用单样本Kolmogorov-Smimov检验。左右两侧脑内深部灰质核团的磁化率值对比差异采用配对t检验，应用Pearson相关分析，评价白质及左右两侧脑内深部灰质核团的磁化率值与年龄的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。
　　结果:
　　1脑内苍白球的磁化率值为0.086083ppm，在脑内结构中最高;其次为黑质，磁化率值为0.066416ppm;尾壳核的磁化率值为0.037755ppm，在脑内结构中磁化率值最低，表明脑内苍白球的铁含量最多;尾壳核的铁含量最低。
　　2苍白球、黑质、红核及尾壳核左右两侧磁化率值之间配对t检验P值分别为0.155、0.217、0.287、0.910，P均＞0.05，无统计学意义,尚不能认为苍白球、黑质、红核、尾壳核左右两侧磁化率值存在侧别差异。
　　3双侧苍白球、黑质、红核、尾壳核的磁化率值均与年龄具有正相关性，左侧r值分别为0.671、0.742、0.724及0.731;右侧r值分别为0.665、0.736、0.682、0.764;P值均＜0.05;这些核团的平均磁化率值与年龄亦均存在正相关，r值分别为0.691、0.749、0.712及0.771，P均＜0.05，具有统计学意义。
　　4在正常SD大鼠大脑深部灰质核团中，双侧苍白球、黑质、红核、尾壳核磁化率值自3月龄开始随月龄增长逐渐增加，在13月龄以后趋于稳定。
　　5在大脑白质中，胼胝体及内囊的磁化率值在1-3月龄时迅速下降（即变得更加抗磁性），然后逐渐减慢，并在3月龄后期达到最小值，而后随着年龄增长，磁化率值单调增加，这种变化曲线与已知的大脑髓鞘化特征相一致。
　　结论:
　　本研究通过对6个年龄组健康SD大鼠行头部QSM序列扫描研究，测量磁化率值，得出初步结论如下:
　　1利用QSM序列获得的QSM图能够清晰地显示脑内富含铁质的结构，如脑内深部灰质核团，并且能够量化评估脑内各结构的铁含量;
　　2灰质中，双侧苍白球、黑质、红核、尾壳核的铁含量随年龄的增长具有增加的趋势;
　　3白质中，胼胝体、内囊的磁化率值随年龄变化的趋势与大脑髓鞘化的已知特征相一致;
　　4灰质核团内磁敏感值的升高可以反映神经认知功能的损害，尤其是执行功能的损害。磁敏感值可以作为一种反映脑内铁含量变化的临床指标。
　　综上，本研究通过对不同年龄组SD大鼠不同大脑结构进行磁化率值的测量，分析了磁化率值在大脑灰白、质中的分布特征及时间变化，从而进一步推测了脑内髓鞘发展及铁沉积的变化，为正常脑髓鞘及铁含量研究提供了一个新的非损伤性的方法。磁化率值可以反映脑髓鞘和铁分布区域性和随年龄变化的规律，希望，这些发现能更深入地利用磁化率提高对各种神经疾病和神经变性的认识，特别是评估在正常大脑发育和衰老过程中的磁化率变化，可以评价脑内脱髓鞘和铁沉积情况，为相关脑组织病变提供参考，这也对于观察正常成脑与某些神经功能疾病提供了相对定量的标准。

目录

声明

摘要

英文缩写

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

结论

参考文献

综述 定量磁化率成像在中枢神经系统中的研究进展及应用

致谢

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