双侧极重度感音神经性耳聋儿童的多模态磁共振成像研究

发布时间：2020-05-09 17:43

【摘要】：目的:听觉中枢在早期发育过程中存在一个可塑性关键期(出生后至2-4岁之前),在此期间听觉皮层的神经可塑性最大,听觉刺激会最大程度影响脑白质及皮层功能的发育,而目前对此阶段双耳极重度感音神经性耳聋(SNHL)患儿的脑发育研究尚鲜少涉及。了解在此特殊时间窗内听觉缺失对大脑的结构重构与功能重组的影响对全面认识耳聋后的大脑发育有重要意义,并可以为人工耳蜗植入术(CI)的实施及术前筛查提供进一步神经影像学依据。多模态磁共振分析方法是放射组学重要的组成部分,主要包括基于血氧水平依赖功能磁共振(fMRI)技术、弥散张量成像(DTI)技术等。这些技术可以在活体状态下研究疾病对大脑功能、结构的影响。近些年来,多模态磁共振方法已经广泛应用于对听觉缺失患者神经病理学机制及临床研究中,并有研究结果发现某些脑区的结构或功能可作为预估CI术后语言功能的神经影像学标志物。但目前这些研究的对象大多集中在听觉剥夺病程相对较长的受试者身上,这些受试者年龄已经超过听觉皮层发育可塑性关键期,其皮层发育已不具备最大可塑性。因此,本研究将联合应用DTI技术、静息态fMRI功能连接技术对发育可塑性关键期内全脑白质微结构发育及听觉皮层功能重组、基于脑网络水平的网络内及网络间功能连接改变进行分析,以探讨此特殊时间窗内听觉缺失对大脑白质结构及皮层功能发育的影响。同时,我们还应用DTI技术探讨了不同年龄段SNHL患儿听觉传导通路上脑白质微结构改变,以期完善发育不同时期听觉缺失对大脑白质结构影响的认识。材料和方法:本研究第一部分及第二部分共纳入46例(平均年龄17.59个月)三岁以下双耳极重度SNHL患儿和33例性别、年龄匹配的对照组婴幼儿(平均年龄18.55个月)。所有被试者在扫描前口服水合氯醛,待患儿熟睡后采用西门子Verio Tim 3.0T磁共振进行常规MRI、静息态fMRI、DTI扫描。对采集到的数据进行如下处理:1.DTI数据:采用基于纤维束示踪的空间统计分析(TBSS),对全脑白质各向异性分数(FA)值进行比较。2.静息态fMRI数据:采用静息态功能连接方法,以左侧、右侧初级听觉皮层(A1)为种子点做全脑功能连接的组间比较。3.使用独立成分分析(ICA)方法,识别出6个感兴趣静息态脑网络:听觉网络、视觉网络、感觉运动网络、默认网络、额叶网络以及突显网络,比较其网络内及网络间功能连接的组间差异。本研究第三部分共纳入≤3岁SNHL患儿16例(平均年龄18.66个月)、3岁SNHL患儿16例(平均年龄53.67个月)及与之性别、年龄匹配的两组对照组婴幼儿分别16例。所有被试者在扫描前口服水合氯醛,待患儿熟睡后采用西门子Verio Tim 3.0T磁共振进行常规MRI、DTI扫描。对DTI数据我们选取双侧颞上回下方白质、双侧颞横回下方白质、双侧听辐射、双侧下丘作为感兴趣区,测量其FA值,分别在不同年龄段SNHL组与对照组组间进行比较。结果:1、DTI数据TBSS分析:与对照组相比,SNHL组表现出广泛的白质FA值减低,包括双侧上纵束、下额枕束、下纵束、右侧皮质脊髓束、丘脑后放射和左侧钩束(p0.05,FWE校正)。而对比对照组,SNHL组并没有发现FA值增高的区域。2、静息态脑功能基于种子点的功能连接分析:组内比较显示SNHL组和对照组在以左侧、右侧A1为种子点的功能连接分析均表现出广泛正性功能连接。这些与种子点功能连接显著的区域包括双侧颞上回、颞中回、岛叶、额下回、角回、顶下小叶、岛盖(p0.05,FDR校正),这些区域主要涵盖了听觉网络、突显网络和默认网络。组间功能连接分析显示,以左侧、右侧A1为种子点的两组之间功能连接存在差异。与对照组相比,以左侧A1为种子点时,右侧颞上回、岛叶的功能连接明显增强(p0.05,FDR校正)。此外,当以右侧A1为种子点时,右侧颞上回、岛叶的功能连接也明显增强(p0.05,FDR校正)。与对照组相比,SNHL组无明显的FC下降区域。3、静息态脑功能独立成分分析:与对照组相比,SNHL组默认网络内的右侧顶下小叶的网络内功能连接强度显著降低(p0.05,FDR校正),听觉网络内的左侧岛叶、突显网络内的左侧海马旁回、右侧前扣带回的网络内功能连接强度显著增强(p0.05,FDR校正),而在视觉网络和躯体感觉运动网络内没有发现功能连接强度的显著改变。另外,我们在对照组的脑网络间发现了7个显著性连接,其中包括4个正性的功能连接和3个负性的功能连接。而在SNHL组中的脑网络间我们发现了12个显著性连接,其中包括5个正性的功能连接和7个负性的功能连接。进一步的组间比较发现,与对照组相比,SNHL组在视觉网络和默认网络之间、听觉网络和额叶网络之间的功能连接强度显著增强(p0.05,未校正)。在对照组中,这两个网络间均没有显著性连接,而在SNHL组中均表现为显著正相关。4、不同年龄段听觉传导通路DTI分析:≤3岁年龄段组与相应对照组比较,双侧颞上回下方白质、双侧颞横回下方白质、双侧听辐射、双侧下丘FA值均存在显著差异(p0.05)。3岁年龄段组与相应对照组比较,只有左侧颞横回下方白质的FA值存在统计学差异(p0.05),其他研究指标无统计学差异。结论:1、本研究使用多模态磁共振成像探讨了3岁之前双侧极重度SNHL患儿的白质微结构和听觉皮层功能连接改变。发现SNHL患儿主要涉及听觉和语言通路的广泛白质微结构变化,这可能反映了SNHL患儿脑白质发育的延迟。此外,SNHL组初级听觉皮层与涉及听觉和语言网络相关脑区之间的功能连接增强,这可能反映了听觉缺失后大脑皮层的功能代偿重组。我们的研究结果为发育可塑性关键期内SNHL婴儿的大脑发育轨迹提供了新的见解。2、本研究应用ICA技术探测发育可塑性关键期内双耳极重度SNHL患儿的脑网络发育特点,发现对比对照组,SNHL组表现出默认网络内功能连接减低、听觉网络内、突显网络内功能连接增强,并且进一步发现视觉-默认网络间及听觉-额叶网络间功能连接增强,这提示了发育可塑性关键期内脑网络水平同时存在网络内功能连接损失与网络内、网络间功能连接代偿重组,这对从脑网络层面理解可塑性关键期内听觉缺失后的脑发育轨迹提供了新的依据。3、本研究应用DTI技术定量检测大脑听觉传导通路白质微结构改变,发现≤3岁SNHL组听觉传导通路上所有ROI的FA值减低,而在3岁以上年龄组则仅发现左侧颞横回下方白质FA值减低。这些结果提示SNHL患儿听觉传导通路白质髓鞘化发育不良,且在发育早期有明显的发育延迟,这为发育早期有效的听觉刺激有利于维持或促进正常的白质髓鞘化进程的观点提供了新的影像学依据。
【图文】：

组间,比较结果,区域,蓝色

7 2. TBSS 分析得到的全脑 FA 值组间比较结果（p<0.05，FWE 校正）。背景图是平 FA 值骨架（绿色）。蓝色区域代表 SNHL 组与对照组相比 FA 值显著降低的区域侧为实际右侧）

功能连接,组内,对照组,颞上回

9 图 3-3-1. SNHL 组和对照组的组内功能连接分析。A：轴位图像；B：脑表面投射图像。在SNHL 组及对照组，，以左侧、右侧初级听觉皮层为种子点的功能连接分析，均表现出在以下区域：双侧颞上回、颞中回、脑岛、额下回、角回、顶下小叶和岛盖（彩色区域）相似的正性功能连接，这些区域主要部分涵盖了听觉网络、突显网络和默认网络。检验阈值为 p<0.05，FDR 校正。彩色条带表示 t 值。（图像左侧为实际右侧）3.3.2 组间功能连接分析组间 FC 分析显示，以左侧、右侧 A1 为 ROI 的两组之间功能连接存在差异（图 3-3-2 和表 3-3-2）。与对照组相比，以左侧 A1 为 ROI 时，右侧颞上回、岛叶的 FC 明显增强。此外，当以右侧 A1 为 ROI 时，右侧颞上回、岛叶的 FC 也
【学位授予单位】：中国医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R764.43;R445.2

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