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磁共振定量弥散张量对多发性硬化脑的研究

作　者: 周福庆
导　师: 龚洪翰；Chi-Shing Zee
学　校: 南昌大学
专　业: 外科学
关键词: 弥散张量成像多发性硬化各向异性分数平均弥散系数高信号病灶表现正常白质表现正常灰质轴突髓鞘再生
分类号: R445.2
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

目的：(1)回顾性评估多发性硬化(Multiple Sclerosis, MS)T1高信号病灶定量弥散张量(Diffusion Tensor Imaging,DTI)值改变,研究其与脑组织损害参数(脑萎缩)之间的关系；(2)探讨多发性硬化早期表现正常胼胝体的定量DTI改变,并探讨表现正常胼胝体经Hofer’s新分区方案FA值的定量改变；(3)探讨MS患者表现正常的脑干区域、边缘系统、联络纤维、投射纤维定量DTI的改变；(4)评估多发性硬化患者表现正常的皮层灰质(CGM)和深部灰质(DGM)定量DTI值和标化T2-信号强度(nT2-SI)的改变。方法：2008年1月至2009年8月经University of Southern California(USC)医学中心临床确诊的MS患者总共100例,40例健康志愿者作为对照组。下列情况被排除：(a)MS图像质量较差者,(b)其他严重神经系统或系统性疾病,或(c)年龄超过60岁者(避免在MRI上区分年龄相关和高信号病灶或脑萎缩)。所有受试者扫描采用3.0 T Signa Echo-speed磁共振系统(General Electric, Milwaukee, USA)。所有受试者接受常规横断位自旋回波(spin echo)T2加权成像(TR 3000 ms, TE 30/122ms; matrix size 256×256; FOV 240 mm;层厚5mm)和T2 T2-FLAIR(TR 8800 ms, TE 30/158 ms; matrix size 256×256; FOV240mm),T1加权成像(TR=600 ms,TE=10ms,axial slices 5 mm)及T1增强扫描(0.1mmol/kg Gd-DTPA).横断位的弥散张量成像使用脉冲梯度、自旋回波、回波平面成像(TR/TE,2000/74; matrix,256×256; FOV,240×240 mm;层厚5 mm; b=1000 s/mm2),弥散加权使用15个非共线方向。依据不同的研究目的放置感兴趣区,比较两组上述不同区域定量DTI参数改变,包括平均弥散系数(Mean Diffusion, MD)和各向异性分数(Fractional anisotropy, FA)值的改变,并分析其与nT2-SI值和脑实质分数(brain parenchymal fraction, BPF)/T2病灶容积(lesion volumes, LV)等参数之间的相关性。MS患者和健康对照组的FA值和MD值之间的比较采用协方差分析法,MD、FA和FA之间的相关性分析使用Spearman秩相关检验。T1高信号病灶DTI参数和年龄、疾病进程、和脑萎缩参数(BPF和第三脑室宽度)的相关性使用Pearson相关性检验。所有统计使用SPSS13.0(SPSS Inc, Chicago, IL)分析。结果：(1)在16个患者中发现T1高信号病灶(至少1处),总共28个病灶。T1高信号病灶较T1其他信号病灶MD值低但高于正常白质(F=3.931,p=0.0009844),T1高信号病灶FA值(F=3.24,p=0.0001743)和容积比(Volume Ratio, VR)(F=1.664, P=0.000442)高于T1低/等信号病灶但低于表现正常白质(normal-appearing white matter, NAWM)和正常白质。在T1高信号病灶中FA值和MD值之间呈负相关(r=-0.437,P<0.02),MD值和VR值之间呈负相关(r=-0.423,P=0.025),T1高信号病灶在FA值和VR值之间存在相关性(r=0.678；P<0.001)。T1高信号病灶FA值(r=-0.111,P=0.018)、VR值(r=-0.142,P=0.003)分别和第三脑室宽度呈显著负相关,T1高信号MD值和第三脑室宽度具有显著的相关性(r=0.379,P<0.001)。T1高信号病灶的MD值和脑实质分数(BrainParenchymal Fraction, BPF) (r=-0.304, P<0.001)之间存在显著的负相关,T1高信号病灶VR值和BPF(r=0.096,P=0.042)之间存在显著的相关性,但T1高信号病灶FA值和BPF之间并无显著相关性。(2)早期MS患者的表现正常胼胝体(normal-appearing corpus callosum, NACC)与正常对照组比较FA值下降(P<0.001)、MD值增加(P<0.001),但早期MS患者额、枕区的NAWM和正常对照比较其FA值(P=0.216)/MD值(P=0.673)差异并无统计学意义。NACC的平均MD值和反映脑实质中央性萎缩的Evans指数间存在相关性(r=0.648,P=0.043)。(3)在健康志愿者中,Hofer’s新分区方案FA值组内比较差异具有统计学意义(P<0.001),FA(区Ⅴ)>FA(区Ⅰ)>FA(区Ⅳ)>FA(区Ⅱ)>FA(区Ⅲ),在RRMS患者中同样观察到这些区域的FA值具有不均一性：FA(区Ⅴ)>FA(区Ⅰ)>FA(区Ⅱ)>FA(区Ⅲ)>FA(区Ⅳ)；RRMS患者区Ⅱ(F=4.159,P=0.046)、区Ⅲ(F=9.257,P=0.004)、区Ⅳ(F=12.234,P=0.001)的FA值较健康对照组明显降低；胼胝体的区Ⅴ的FA值同样出现降低趋势,但无统计学意义(P=0.179)；胼胝体的区工的FA值未见明显改变(P=0.787)。在Hofer’s新分区方案中,胼胝体组内FA值和BPF之间(P值范围：0.086-0.969)、FA值和T2病灶容积之间(P值范围：0.127-0.658)均无相关性。(4)经ANCOVA协方差分析,RRMS组患者皮质脊髓束/皮质脑桥束(L：P=0.03；R：P=0.02)、小脑下脚(L：P=0.03；R：P=0.037)、小脑上脚(L：P=0.036；R：P=0.041)、内侧丘系(L：P=0.014；R：P=0.035)的FA值较对照组明显降低。RRMS组患者皮质脊髓束/皮质脑桥束(L：P=0.004；R：P=0.046)、小脑下脚(L：P=0.047；R：P=0.011)、小脑上脚(L：P=0.021；R：P=0.011)、内侧丘系(L：P=0.002；R：P=0.044)的MD值较对照组明显增高。小脑中脚的MD值及FA值两组间差异均无统计学意义(P>0.05)。RRMS患者表现正常脑干白质纤维束的MD值及FA值与BPF/T2病灶容积之间均无相关性。(5) RRMS组患者穹窿束(F=15.605,P=0.000135)、右侧穹窿/终纹束(F=15.772,P=0.000127)、左侧穹窿/终纹束(F=8.53,P=0.004)的FA值较健康对照组明显降低；RRMS组患者穹窿束(F=13.28,P=0.0004)、右侧终纹束(F=10.943,P=0.002)、右侧穹窿/终纹束(F=7.326,P=0.008)的MD值较健康对照组明显增高；RRMS组患者左/右侧的前、后扣带束、右侧终纹束、左侧终纹束的FA和对照组比较差异无统计学意义；RRMS组患者左/右侧的前、后扣带束、左侧终纹束、左侧穹窿／终纹束的MD值较健康对照比较差异均无统计学意义。(6) RRMS组患者联络纤维钩束(unc)(L：F=5.498,P=0.024；R：F=5.158,P=0.029)、下纵束(ilf)(L：F=8.267,P=0.007；R：F=5.108,P=0.03)、胼胝体/下枕—额束(cc/ifo)伴行部分(L：F=5.669,P=0.022；R：F=7.162,P=0.011)、下枕—额束/下纵束(ifo/ilf)伴行部分(L：F=4.521,P=0.04；R：F=5.437,P=0.025)的FA值较健康对照组低,差异有统计学意义；RRMS组患者ilf(L:F=5.012, P=0.031; R:F=5.48, P=0.025)、ifo/ilf伴行部分(L：F=8.318,P=0.006; R:F=12.882, P=0.00094)、cc/ifo伴行部分(L：F=5.426,P=0.025；R：F=5.8,P=0.021)的MD值较健康对照组高,差异有统计学意义；RRMS组患者双侧unc/ilf伴行部分、双侧unc/ifo伴行部分、双侧sfo、双侧上纵束的FA(P：0.065-0.599)值/MD(P：0.075-0.327)值和对照组比较差异均无统计学意义,双侧unc的MD值和对照组比较差异无统计学意义。(7)RRMS组患者投射纤维丘脑后辐射(ptr)(L：F=12.158,P=0.001；R：F=4.401,P=0.043)、皮质桥脑纤维束/丘脑前辐射(cpt/atr)(L:F=6.545,P=0.015；R：F=5.371,P=0.026)、皮质脑桥束/皮质后辐射(cpt/ptr)(L:F=12.141, P=0.001;R:F=4.682, P=0.037)、皮质脑桥束/皮质脊髓束/皮质上辐射(cpt/cst/str)(L：F=8.794,P=0.005：R：F=5.446,P=0.025)的FA值较健康对照组低,差异有统计学意义；RRMS组患者atr(L：F=1.198,P=0.281；R：F=0.641,P=0.428)的FA和对照组比较差异无统计学意义。RRMS组患者cpt/ptr (L:F=7.466, P=0.009;R:F=7.205, P=0.011)、cpt/cst/str(L：F=2.653,P=0.02;R：F=10.36,P=0.0035)的MD值较健康对照组增高,差异有统计学意义；RRMS组患者atr(L:F=1.020, P=0.319; R:F=0.211, P=0.649)、Ⅲptr(L:F=1.636, P=0.209; R:F=1.606, P=0.213). cpt/atr(L:F=1.872, P=0.179;R：F=0.026,P=0.874)的MD值较健康对照比较差异均无统计学意义。(8)MS患者的皮层灰质(CGM)区域较对照组存在较高的MD值和较低的FA值(P<0.05)。然而,在MS患者的深部灰质(DGM)较对照组的MD/FA值的差异并无统计学意义。在MS患者的DGM中,nT2-SI值较对照组显著降低(P<0.05),但在MS患者的CGM中,nT2-SI值较对照组并无显著性的减低。在MS患者CGM中,仅额叶MD值和BPF(R:P=0.009, L:P=0.036)或T2LV(R:P=0.002, L:P=0.047)之间存在(负)显著相关性。在MS患者除左侧丘脑和双侧红核外的所有DGM区域nT2-SI值和BPF之间存在显著的相关性(r=0.282-0.504,P<0.05)。在所有DGM区域的nT2-SI值和MS患者T2 LV之间并无显著相关性。结论：(1)MS患者T1高信号病灶的定量DTI值介于T1等／低信号病灶和NAWM之间；T1高信号病灶的定量FA值和BPF／第三脑室宽度之间具有相关性,但在FA和BPF之间并不具有相关性；轴突的髓鞘再生可能是病灶高信号的原因。(2)MS疾病早期损害优先出现在胼胝体,胼胝体的结构特点可能是其在MS早期较其他白质纤维束易受损害的原因；而在表现正常胼胝体内,部分区域(区Ⅱ、区Ⅲ、区Ⅳ)存在微观病理改变,这些改变可能和胼胝体原发性缺血、局部微病灶等因素有关。(3)在多发性硬化患者表现正常白质中,边缘系统、脑干白质、联络纤维、投射纤维中部分纤维束、部分区域定量DTI改变,表明上述纤维束存在微观病变,定量DTI可以作为反映MS表现正常白质纤维微观病理性改变的敏感工具。(4)在CGM, MS患者定量DTI值的变化和BPF/T2 LV之间的相关性提示在该区域存在由炎症、脱髓鞘或华氏变性的微结构破坏,但CGM的变化并不依赖于BPF和T2病灶的变化；在DGM,MS患者nT2-SI的降低及其与BPF(脑萎缩)之间的相关性,提示存在和慢性破坏有关的铁沉积。本研究表明在CGM和DGM中可能存在不同的病理损害机制。

全文目录

摘要  3-7
ABSTRACT  7-17
第1章引言  17-19
第2章多发性硬化T1高信号病灶的定量DTI评估  19-28
  1 材料和方法  19-22
  2 结果  22-26
  3 讨论  26-28
第3章多发性硬化胼胝体的定量DTI改变  28-42
  第1节早期多发性硬化胼胝体的定量DTI改变  28-34
    1 材料与方法  28-30
    2 结果  30-31
    3 讨论  31-34
  第2节 RRMS患者表现正常胼胝体经Hofer’s新方案分区的FA定量研究  34-42
    1 材料与方法  34-37
    2 结果  37-39
    3 讨论  39-42
第4章多发性硬化患者脑干区域、边缘系统、联络系统、投射系统表现正常白质纤维的定量DTI分析  42-69
  第1节多发性硬化患者表现正常的脑干白质纤维束定量DTI分析  42-50
    1 资料与方法  42-45
    2 结果  45-47
    3 讨论  47-50
  第2节多发性硬化边缘系统白质纤维束定量DTI改变  50-56
    1 材料与方法  50-52
    2 结果  52-53
    3 讨论  53-56
  第3节多发性硬化患者联络纤维束定量DTI研究  56-63
    1 材料与方法  56-59
    2 结果  59-60
    3 讨论  60-63
  第4节多发性硬化患者投射纤维束定量DTI研究  63-69
    1 材料与方法  63-66
    2 结果  66-67
    3 讨论  67-69
第5章定量磁共振对MS患者深部和皮层灰质不同改变机制的探讨  69-78
  1 材料与方法  69-72
  2 结果  72-76
  3 讨论  76-78
第6章结论与展望  78-79
  1 结论  78
  2 进一步工作的方向  78-79
致谢  79-81
参考文献  81-88
综述1  88-98
综述2  98-104
攻读学位期间的研究成果  104-120

磁共振定量弥散张量对多发性硬化脑的研究

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