摘要
第一部分海洛因成瘾患者脑静息态默认网络低波振幅异常的研究 目的: 利用脑静息态血氧水平依赖功能磁共振成像技术和低波振幅算法研究海洛因成瘾患者静息状态下脑默认网络改变情况,探讨海洛因成瘾患者默认网络的改变与临床海洛因成瘾时间和美沙酮用量的相关性。 材料与方法: 对24例海洛因成瘾患者(男20例,女4例)和24例正常对照被试(男20例,女4例)行脑静息态血氧水平依赖功能磁共振检查,24例海洛因成瘾患者平均年龄为35.67±5.66岁(27～45岁),海洛因成瘾时间为10.83±4.61年(1～18年),受教育时间10.7±2.67年(6～15年)。24例正常对照被试平均年龄为35.38±6.02岁(27～47岁),受教育时间11.21±3.26年(6～16年)。所有研究对象均无神经和精神疾病史、头颅外伤史、HIV感染史、糖尿病、乙型肝炎等。使用Philips Achieva双梯度1.5T超导型核磁共振扫描仪进行静息态脑功能磁共振扫描,16通道神经血管(NV)线圈进行信号接收。静息态脑功能数据采集采用GRE-EPI序列,TR/TE=2000/50ms,平行于前后联合的轴位22层,层厚/层间距为4.5/0 mm,分辨率64×64,视野230×230 mm,240个动态,静息态脑功能扫描时间为8分钟。借助基于Matlab7.6分析软件平台的SPM8脑成像处理软件对静息态脑功能磁共振数据进行预处理,具体预处理步骤包括:①.手动去除前十个扫描容积(防止磁场达到稳态前的一过性信号改变)；②.时间差异校正(slicetiming)；③.头动校正(realignment),静息态脑功能磁共振扫描过程中被试头动超过1.0mm或10的数据从本研究中剔除；④.标准化(normalization)处理,将头动校正后的数据标准化到MNI模板(重采样分辨率为3×3×3 mm3)并转化到Talairach and Tournoux空间；⑤.根据高斯随机场理论以半高宽(FWHM)为8的平滑核进行空间平滑。进一步的预处理和ALFF计算采用REST软件,包括去线性飘移(linear detrends)和低频滤过(temporally filterd),采用0.01-0.08Hz的带宽以去除低频漂移和高频噪声的影响。ALFF计算过程与以往报道一致,利用REST软件对两组经过空间预处理的数据进行第一阶单样本组分析,生成单个被试的ALFF统计脑图。主要过程包括:逐体素对全脑信号强度的时间序列行傅立叶变换,转为频域功率谱,功率谱的峰下面积可视为信号的能量,然后再对其进行开方,即可代表该信号振荡的幅度。 采用两独立样本t检验的统计方法评价海洛因成瘾患者和正常被试间的年龄、教育程度、吸烟和头动的差异,P<0.05认为有统计学意义。以上统计分析通过SPSS13.0统计软件包完成。采用SPM8软件,分别对两组被试ALFF统计脑图进行随机效应分析。包括两组被试的单样本t检验分析及两组被试之间比较的两样本t检验,结果进行多重比较以降低假阳性率。P<0.05(多重比较校正)认为有统计学意义。多重比较校正采用阈值校正的方法,通过REST软件里面的AlphaSim程序完成。 采用Xjview8.1软件()和REST软件来显示结果。 结果: (1)同正常对照比较,海洛因成瘾患者双侧背侧扣带回、双侧内侧眶额叶皮层、左侧背外侧前额叶皮层、左侧颞中回、左侧颞下回、后扣带回及左侧楔叶低频振幅明显减低(P<0.05,多重比较校正)。 (2)同正常被试比较,海洛因成瘾患者双侧角回、双侧后扣带回/双侧楔前叶、双侧缘上回和左侧额中回低频振幅显著增高(P<0.05,多重比较校正)。 (3)海洛因成瘾患者成瘾时间与组间显著差异区的平均ALFF之间的相关性无统计学意义(P=0.459)。 (4)海洛因成瘾患者低频振幅显著升高的区域平均ALFF值与美沙酮用量呈正相关(r=0.431,P=0.036)。 结论: 1.海洛因成瘾患者多个脑区存在异常的ALFF,主要表现为海洛因成瘾患者双侧背侧扣带回、双侧内侧眶额叶皮层、左侧背外侧前额叶皮层、左侧颞中回、左侧颞下回、后扣带回及左侧楔叶低频振幅明显减低；双侧角回,双侧后扣带回/双侧楔前叶,双侧缘上回和左侧额中回低频振幅显著增高。 2.海洛因成瘾患者双侧顶叶平均ALFF值与美沙酮服用剂量呈正相关性(r=0.431,P=0.036)。 3.海洛因成瘾患者成瘾时间与海洛因成瘾患者脑ALFF值相关性无统计学意义(P=0.459)。 因此我们认为,海洛因滥用能影响海洛因成瘾患者脑自发神经元活性,而美沙酮能有效地改善这种影响,特别在双侧顶叶。 第二部分海洛因成瘾患者脑灰质的异常及其与海洛因成瘾时间的相关性研究 目的: 利用高分辨磁共振检查技术和DARTEL-VBM的分析方法探讨海洛因成瘾患者脑灰质体积的改变情况,同时探讨海洛因成瘾患者的灰质体积的改变与海洛因成瘾时间的相关性。 材料与方法: 48例被试纳入本次研究:24例海洛因成瘾患者(男20例,女4例)平均年龄为.35.67±5.66岁(27～45岁),海洛因成瘾时间为10.83±4.61年(1～18年),受教育时间10.79±2.67年(6～15年)。24例正常对照被试(男20例,女4例)平均年龄为35.38±6.02岁(27～47岁),受教育程度11.21±3.26年(6～16年)。排除标准包括神经疾病病史、本人或家族有精神疾病病史(精神分裂、抑郁症等)、头颅外伤史、HIV阳性、糖尿病、乙型肝炎或磁共振检查禁忌症者除外。 使用飞利浦1.5T双梯度磁共振扫描仪(Achieva,Philips)进行扫描和16通道神经血管线圈接收核磁共振信号。采用3D快速场回波序列(FFE)进行高分辨T1加权像采集,具体扫描参数如下:25/4.1ms(TR/TE),30°翻转角,平行于正中矢状面进行全脑采集,层厚/层间距为1/0 mm,矩阵231×231,视野230×230 mm。 图像的预处理采用基于SPM的DARTEL工具箱,主要步骤包括:(1)对所有被试者的原始结构图像进行分割(segment),获得*seg.sn.mat文件,导入DARTEL内运算获得每位被试者的灰质图像；(2)在DARTEL内制作灰质模板(create template)；(3)标准化(normalization),使用生成的灰质模板对所有被试者的灰质图像进行标准化；(4)调整(modulation):即将灰质密度图像进行Jacobian参数校正,它可保证配准后的图像灰度值能真实反映原图像的灰质结构体积。(5)平滑(smoothing):将分割后的灰质图像采用8mm半高全宽(full widthat half maximum,FWHM)的高斯核进行空间平滑以确保图像具有高斯随机场的性质,以满足SPM的统计假设,同时提高信噪比。(6)空间转化,将平滑后的原始空间数据转化为MNI空间。应用SPM8软件对上述经过预处理的MRI图像进行分析。统计学分析采用一般线性模型和随机场理论,应用逐像素单边检验,得到每个像素的t值,选择P<0.05,FDR校正,体积阈值为200mm3构成统计参数图,该图即表示海洛因成瘾患者灰质体积减少的脑区。最后将灰质体积减少的脑区叠加到结构图像上,并用伪彩显示。同时,在上述图像处理过程中可自动得到全脑灰质、全脑白质及全脑室的容积。 结果: 1、VBM结果 较正常被试相比,海洛因成瘾患者双侧内侧前额叶皮层(Brodmann areas(BA)6,8,9,32)、双侧背外侧前额叶皮层(DLPFC BA8,9,10,46)及右侧梭状回灰质体积明显减少(P<0.05,FDR校正,体积阈值为200mm3)。两组被试间间灰质团块体积无明显差异。没有显著容积增高区域。 2、海洛因成瘾患者组间显著差异区的灰质体积与海洛因成瘾时间的相关性分析 海洛因成瘾患者成瘾时间与双侧前额叶内侧皮层(左:r=-0.561,P=0.040;右:r=-0.706,P=0.001)、双侧额叶背外侧皮层灰质体积(左:r=-0.582,P=0.003；右:r=-0.699,P=0.000)呈负相关。 结论: 1.海洛因成瘾患者双侧内侧前额叶皮层(包括前扣带回),双侧背外侧前额叶皮层和右侧梭状回灰质体积明显减小； 2.海洛因成瘾患者随着成瘾时间延长,双侧内侧前额叶皮层、双侧背外侧前额叶皮层灰质容积逐渐减小。 第三部分海洛因成瘾患者脑白质微结构进行性损伤-DTI和TBSS研究 目的: 利用磁共振扩散张量成像技术(DTI)和基于纤维束的空间统计(TBSS)后处理技术研究不同成瘾时间段的海洛因成瘾患者脑白质微结构改变情况,评估海洛因成瘾患者成瘾时间对白质微结构改变的影响(范围和程度)。同时探讨DTI各参数在评价海洛因成瘾患者脑白质微结构损伤中的敏感性。 材料与方法: 设备仪器同前。对52例被试进行DTI检查,52例被试包括36例海洛因成瘾患者和16例正常对照被试(均为男性,36.69±12.213岁)。根据海洛因成瘾时间的不同,将海洛因成瘾患者分为:①成瘾10年及以下组(0～10HDI,18例,均为男性,35.11±8.443岁)；②成瘾10～20年组(10～20HDI,18例,男性,37.89±4.213岁)。 DTI数据分析采用FSL(FMRIB Software Library,,version4.04)提供的工具包。首先对原始DTI数据进行头动和涡流校正,接着利用FSL软件中BET套件以每个被试者的B0图像作为依据产生各自的Mask,然后通过FDT套件中的DTIfit函式来进行扩散张量的计算。输出的结果将包含MD(mean diffusivity)、FA(fractional anisotropy)、三个特征值(λ1、λ2、λ3)与相对应的特征向量(V1、V2、V3)等,再通过FSL函式计算出λ⊥值(λ⊥=(λ2+λ3)/2)。随后通过TBSS对三组被试的FA值、λ1值和λ⊥值分别进行两样本非参数u检验,参考TFCE(threshold-free cluster enhancement)的演算法；在统计方法上,采用permutation的方法有效地控制并校正在多重比较时找寻受试者间FA图数值差异时所可能发生FWE(family—wise error)的概率。 结果: TBSS结果: 1、0～10HDI与对照组 与对照组相比,0～10HDI组在右侧额叶(包括部分下额枕束和部分钩束),右侧颞叶(包括部分下纵束和部分海马)和右侧顶叶(后放射冠区)白质FA值明显减低,P<0.05,多重比较校正。未见FA值升高区域。两组间λ1和λ⊥无统计学差异。 2、10～20HDI与对照组 与对照组比较,10～20HDI组患者双侧额叶、颞叶、枕叶及顶叶白质(包括胼胝体、双侧下额枕叶束、双侧上纵束、双侧钩束、双侧下纵束、双侧丘脑放射和双侧皮质脊髓束等白质纤维束)弥漫性FA值减低。胼胝体压部、双侧下纵束、双侧下额枕束及左侧上纵束λ1值明显减低。双侧皮质脊髓束和双侧钩束λ⊥值明显升高,P<0.05,多重比较校正。未见FA值和λ1值升高区域和λ⊥值减低区域。 3、0～10HDI与10～20HDI: 较0～10HDI组比较,10～20HDI组患者胼胝体、双侧下额枕束、双侧上纵束、双侧钩束、双侧下纵束、双侧皮质脊髓束明显减低,P<0.05,多重比较校正。未见FA值升高区。λ1和λ⊥组间未见显著差异。 相关性分析结果: 1、海洛因成瘾患者成瘾时间与海洛因成瘾患者右侧前额叶(r=-0.346,P=0.039)、右侧颞叶(r=-0.333,P=0.047)及右侧项叶(r=-0.525,P=0.001)等0～10HDI组与对照组组间FA值显著差异区的FA值呈负相关,海洛因成瘾患者右侧顶叶λ1值与成瘾时间亦呈负相关(r=-0.407,P=0.014)。三个脑区λ⊥与海洛因成瘾时间之间相关性无统计学意义。 2、海洛因成瘾患者成瘾时间与海洛因患者全脑FA值呈负相关(r=-0.354,P=0.021),与λ1和λ⊥之间相关性无统计学意义。 结论: 1、海洛因成瘾患者脑白质微结构的损伤与成瘾时间有明确的相关性,随着成瘾时间的延长,白质受累范围越广泛,受累程度越重。 2、海洛因成瘾患者白质微结构的破坏包括髓鞘和轴索的破坏,表现为FA值的降低和λ1值的减低以及λ⊥值的升高。 3、较其他弥散指数(λ1与λ⊥)比较,FA值在海洛因成瘾患者脑白质微结构损伤检测中最为敏感。
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