摘要
第一章：正常老年对照组与轻度AD的静息态fMRl研究 目的:应用种子相关的功能连接分析方法,探讨正常老年人与轻度AD患者静息状态下后扣带回(posteriorcingulatecortex,PCC)的功能连接特点,探讨轻度AD患者静息状态下默认网络的改变情况。 方法: 1.研究对象 1.1.轻度AD患者组:2010年1月至2010年12月广东省人民医院老年病学研究所“老年记忆障碍”专科门诊就诊的22例患者,其中男10例,女12例,年龄50-80岁,教育程度均初中毕业及以上。所有患者符合以下诊断标准:①依据美国神经病、语言沟通和卒中研究所、老年性痴呆及相关疾病学会(NICNDS-ADRDA)制订的标准确定有AD;②依据简易精神状态检查(minimentalstateexamination,MMSE)判定痴呆程度MMSE≤23分;③依据His缺血指数表得分<4分,以除外血管性痴呆及混合性痴呆;④临床痴呆分级(clinicaldementiarating,CDR)为1;⑤无任何精神或神经病史;⑥MRI检查发现除了脑萎缩和深部白质少量T2WI高信号(最大直径<1cm)外,无其它异常改变。 1.2.健康老年对照组:从社区招募正常老年志愿者22例,其中男11例,女11例,年龄50-80岁,教育程度均初中毕业及以上。所有志愿者均符合以下诊断标准:①有独立的行为能力且神经检查正常;②无任何精神或神经病史;③MRI除了脑萎缩和深部白质少量T2WI高信号(最大直径<1cm)外,无其它异常改变;④MMSE评分≥28分。⑤临床痴呆分级(CDR)为0。 2.图像采集 采用静息态功能扫描,受试者保持清醒、平卧于检查床,紧密填充海绵垫以固定头部,棉球塞耳以减轻机器噪音对患者的影响。在每次扫描开始之前测量被试者呼吸及脉搏是否平稳,结束之后询问被试者情况,保证采集数据的有效性。 2.1.硬件设备:所有扫描均采用美国GE公司生产的SignaExciteHD3.0T超导磁共振机,配套头部正交线圈。 2.2.常规序列:常规三平面定位后,行轴位T1WI、T2WI、T2-FLAIR扫描,扫描基线平行于前后联合线,扫描范围从颅顶至枕骨大孔,扫描参数如下:T1WI(TR/TE,580/18),T2WI(TR/TE,5100/130),FLAIR(TR/TE,9600/110TI=2400)FOV240mm,层厚5mm,层间距1mm,共25层,范围包括全脑。 2.3.静息态fMRI扫描:要求其安静、闭眼、不进行任何有意识的思维。扫描前用话筒与被试者交流并尽量减少机器噪音的影响。采用梯度回波单次激发的平面回波成像序列(GRE-EPI序列),层厚5mm,间隔0,TR2000ms,TE35ms,翻转角80°,分辨率64×64,FOV240mm,矩阵64×64,进行BOLDfMRI扫描,扫描层数25层,扫描时间5’12”,前12”不做数据采集,共150个时相。 2.4.结构像扫描:常规三平面定位后,采用快速扰相位梯度回波翻转恢复(FSPGRIR)脉冲序列(TlWI)行横断位扫描,范围从颅顶至枕骨大孔,TR7.6ms,TE3.4ms,FLA20°,层数142层,层厚1.0mm,层间距0,FOV240mm,矩阵256×256,Nexl次。 3.图像后处理 在atlabR2008b平台上使用SPM8()和DPARSF_V2.0BasicEdition(YanandZang,2010)软件包进行运算。由于开始磁场信号的不稳定性以及受试者正处于对环境的适应阶段,前12”不做数据采集,其余150个时相的数据进行以下处理。M 3.1.数据预处理采用SPM8和DPARSF软件对采集到的结构相和功能相进行预处理,步骤如下: ⑴.图像格式转换:采用DPARSF自带的工具,把原始数据DICOM格式转换成NIFTI格式; ⑵.功能图像的时间校正; ⑶.功能图像头动校正,将头动平移超过1.5mm,旋转超过1.5°的被试去除; ⑷.功能图像标准化:采用T1联合分割配准的方法将功能图像标准化到T1WI结构像上,然后再配准到SPM8自带的标准EPI模板; ⑸.重采样(分辨率为3×3×3mm); ⑹.采用4mm半高全宽(FWHM)的高斯核对功能图像进行空间平滑; ⑺.去除线性漂移; ⑻.为降低低频漂移和高频噪声,对每个体素的时间序列进行带通滤波(带宽0.01-0.08Hz)。 3.2.选取种子点 由于有研究已经证实后扣带回/楔前叶(PCC/Pcu)是默认模式网络的中心结点,是唯一直接与默认模式网络其它结点连接的脑区,本研究采用WFU_PickAtlas()软件,分别从AAL模板(anatomicalautomaticlabeling,AAL)中选择左右PCC/Pcu为种子点,制作成Mask。 3.3.连接强度计算 使用REST_V1.4_100426()软件计算功能连接。利用上一步得到的感兴趣区模板,从每一个个体经过预处理后的fMRI图像中提取出相应的时间序列。针对每个个体,对感兴趣区内所有体素的时间序列进行平均,r(i),i=1,2,….n(n为时间序列的长度),以平均时间序列作为参考时间序列,逐一计算其与全脑每个体素(假设某一体素用m(i),i=1,2,….n表示)的时间序列的相关系数r,即下式中的CC(correlationcoefficient),以度量该体素与种子点的连接强度。 而后使用Fisher'sZ变换将相关系数r转化成z值,以改善其分布的正态性,z值即代表该体素与种子感兴趣区的功能连接强度,从而得到每个受试者PCC/PCu的功能连接图。 r为其它脑区和STR平均时间序列的相关系数。 4.统计分析 采用REST_V1.4_100426自带的统计软件进行分析 (1)采用单样本参数t检验分别分析左右PCC/Pcu在正常对照组和AD两组内的功能连接情况。 (2)采用双样本参数t检验比较AD组-正常对照组的组间连接差异,以前一步得到的模板,判断差异性质,即正连接增强或减弱,负连接增强或减弱。 在单样本参数t检验里,将P值小于0.01,采用AlphaSim多重比校正后将团块大小超过18个体素的脑区认为差异具有显著性;在双样本参数t检验里,将P值小于0.05,采用AlphaSim校正后将团块大小超过85个体素的脑区认为差异具有显著性,得到统计差异图。将有差异脑区叠加于MNI标准三维模板脑,显示方式包括横断面、冠状面切层显示及表面显示。观察并记录有统计学意义的体素的所在脑区、体积(cluster大小)、强度及其坐标(MNI坐标)。 结果: 1.研究对象的人口学资料 最终AD组22例、NC组22例纳入本实验。两组间年龄、受教育程度采用两独立样本双边t检验,MMSE评分、His评分采用两独立样本单边t检验,性别采用卡方检验,发现两组间性别、年龄、受教育程度之间的差别无统计学意义,P值均大于0.05,认为:两组间性别、年龄、受教育程度匹配。两组间MMSE差别具有统计学意义,P值<0.000。 2.种子相关分析 2.1.正常老年组默认模式网络主要包括以下脑区:双侧后扣带回、楔叶及楔前叶、顶下小叶、前额叶背内侧区(dorsomedialprefrontalcortex,DMPFC)、前额叶背外侧区(dorsolateralprefrontalcortex,DLPFC)、部分颞枕叶、双侧丘脑、海马、海马旁回、岛叶(P<0.001,AlphaSim,K≥6体素)等。 2.2.轻度AD组默认模式网络主要包括以下脑区:双侧楔前叶、后扣带回、顶下小叶(P<0.001,AlphaSim,K≥6体素)等。 2.3.与正常对照组默认模式网络相比,轻度AD患者组在以下脑区出现激活程度减低:双侧后扣带回、楔前叶、楔叶、顶下小叶、前额叶背内侧区、前额叶背外侧区、左侧海马、左侧丘脑、左侧梭状回,左侧激活减弱程度大于右侧。此外,轻度AD患者组在以下脑区出现激活程度增加:双侧楔前叶、楔叶、扣带回中部、壳核、纹状体、右侧顶下小叶(P<0.005,AlphaSim,K≥12体素)。 2.4.默认模式网络激活程度减低的脑区中除了左侧海马等少许脑区,其余的静息态网络脑区功能的异常在形态学异常之前出现;两个偏侧化的网络中激活减弱的脑区未发现明显的灰质萎缩。 结论:选取双侧PCC为种子点,分析PCC与默认网络中其它节点的功能连接强度,可以较早发现默认网络中与PCC连接异常的脑区,在脑结构出现异常之前发现轻度AD患者静息态脑功能网络特征性的改变,将为AD患者的早期诊断提供生物学标志。 第二章：正常老年对照组与轻度AD基于体素的全脑DTI研究 目的:应用磁共振弥散张量成像(DTI)技术,探讨轻度AD患者的脑白质异常的变化特点,比较轻度AD患者基于静息状态下默认网络的功能连接改变与基于DTI白质异常的结构连接改变之间的相关性。 方法: 1.研究对象 1.1.轻度AD患者组:2010年1月至2010年12月广东省人民医院老年病学研究所“老年记忆障碍”专科门诊就诊的22例患者,其中男11例,女11例,年龄50-80岁,教育程度均初中毕业及以上。所有患者符合以下诊断标准:①依据美国神经病、语言沟通和卒中研究所、老年性痴呆及相关疾病学会(NICNDS-ADRDA)制订的标准确定有AD;②依据简易精神状态检查(minimentalstateexamination,MMSE)判定痴呆程度MMSE≤23分;③依据His缺血指数表得分<4分,以除外血管性痴呆及混合性痴呆;④临床痴呆分级(clinicaldementiarating,CDR)为1;⑤无任何精神或神经病史;⑥MRI检查发现除了脑萎缩和深部白质少量T2WI高信号(最大直径<1cm)外,无其它异常改变。 1.2.健康老年对照组:从社区招募正常老年志愿者22例,其中男11例,女11例,年龄50-80岁,教育程度均初中毕业及以上。所有志愿者均符合以下诊断标准:①有独立的行为能力且神经检查正常;②无任何精神或神经病史;③MRI除了脑萎缩和深部白质少量T2WI高信号(最大直径<1cm)外,无其它异常改变;④MMSE评分≥28分。⑤临床痴呆分级(CDR)为0。 2.图像采集 受试者平卧于检查床,紧密填充海绵垫以固定头部,棉球塞耳以减轻机器噪音对患者的影响。同时要求其安静、闭眼。扫描前用话筒与被试者交流并尽量减少机器噪音的影响。在每次扫描开始之前测量被试者呼吸及脉搏是否平稳,结束之后询问被试者情况,保证采集数据的有效性。 2.1.硬件设备:所有扫描均采用美国GE公司生产的SignaExciteHD3.0T超导磁共振机,配套头部正交线圈。 2.2.常规序列:常规三平面定位后,行轴位T1WI、T2WI、T2-FLAIR扫描,扫描基线平行于前后联合线,扫描范围从颅顶至枕骨大孔,扫描参数如下:T1WI(TR/TE,580/18),T2WI(TR/TE,5100/130),FLAIR(TR/TE,9600/110TI=2400)FOV240mm,层厚5mm,层间距1mm,共25层,范围包括全脑。 2.3.DTI 图像采集：使用单次激发自旋回波-平面回波序列(DW-EPI)，常规三平面定位后，以前后联合的连线作为扫描基线，行斜轴位 DTI 扫描；TR=8000ms，TE=76ms，FOV=240mm，矩阵 128×128，NEX=1；扫描范围从颅顶至枕骨大孔，层厚 4mm，无间隔的连续扫描；b 值分别为 0 和 1000s/mm2，在 25 个不同的非线性方向上施加梯度磁场。
NETL