2型糖尿病静息态功能磁共振网络拓扑属性与认知功能研究

发布时间：2020-05-23 03:46

【摘要】：目的采用静息态功能磁共振成像(Resting-state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI)技术,通过基于图论的复杂脑网络分析理论构建全脑二值化功能网络,探讨2型糖尿病(Type 2 diabetesmellitus,T2DM)患者脑功能网络的拓扑属性改变及其与空腹血糖(Fasting blood glucose,FBG)、糖化血红蛋白(Glycosylated hemoglobin Ale,HbAlc)、认知功能量表之间的潜在关系,进而探究rs-fMRI技术在T2DM患者中的应用价值及认知功能改变的可能机制,为临床诊疗提供客观的影像学依据。材料与方法搜集2017年4月-2017年11月就诊于广州中医药大学第一附属医院的T2DM组患者30例(男女比例为18:12,年龄51.77±1.42岁),并选取与T2DM组年龄、性别、受教育程度及利手相匹配的健康对照(Healthy controls,HC)组30例(男女比例为18:12,年龄48.87±0.98岁)。所有被试者均完成蒙特利尔认知功能评估量表(Montreal cognitive assessment-B,MoCA-B)、听觉词语学习测验(Auditory verbal learning test,AVLT)、连线测验 A(Trail making test-A,TMT-A)、连线测验 B(Trail making-B,TMT-B)、数字广度测验(Digit span test,DST)、Grooved Pegboard 测验及画钟测验(Clock drawing test,CDT)等认知功能量表测试,并配合完成常规MRI、rs-fMRI及高分辨率3D-T1WI全脑结构像扫描。运用脑功能分析软件包对rs-fMRI数据进行预处理,并构建全脑二值化功能网络矩阵,进而基于图论的复杂脑网络分析理论计算拓扑属性指标,包括(1)整体拓扑属性指标:聚类系数Cp、标准化聚类系数Y、特征性最短路径长度Lp、标准化特征性最短路径长度λ、小世界指数o、整体效率Eglob及局部效率Eloc;(2)局部拓扑属性指标:节点度、节点效率、节点介数。选取合适的统计分析方法,比较T2DM组与HC组人口学资料、生化检查结果及认知功能量表的组间差异;以性别、年龄、受教育程度及BMI作为协变量,比较两组整体、局部拓扑属性指标的组间差异,并进一步与临床资料及认知功能做相关分析;p0.05认为有统计学意义。结果1.T2DM组与HC组的性别、年龄、受教育程度、BMI、AVLT短时延迟回忆、长时延迟回忆及再认、TMT-B、DST及CDT得分均无统计学差异(p0.05);T2DM组收缩压(p=0.013)、舒张压(p=0.035)均高于HC组。T2DM组MoCA(p=0.010)及 AVLT 即刻回忆得分(p=0.016)均低于 HC 组,TMT-A(p=0.018)、Grooved Pegboard-R(p=0.009)及 Grooved Pegboard-L(p=0.025)耗时均高于HC 组。T2DM 组病程为(5.04±4.46)年,FBG 为(8.62±3.44)mmol/L,HbAlc为(8.54±2.09)%。2.静息态脑功能网络拓扑属性结果2.1 T2DM组与HC组整体拓扑属性结果:在稀疏度(sparsity,Sp)为0.05～0.50,步长0.01范围内,相对于随机网络,T2DM组与HC组的静息态脑功能网络具有较大的聚类系数(γ1)及相似的最短路径长度(λ≈1)且小世界指数σ1,即两组的静息态脑功能网络均具有小世界特性。但与HC组相比,在0.05≤Sp≤0.5 范围内,T2DM 组γ值(t=2.412,p=0.019)、σ值(t=2.197,p=0.032)、Eloc值(t=2.180,p=0.034)显著升高;而λ、Cp、Lp、Eglob HC 组相似(P0.05)。2.2T2DM组与HC组的局部属性结果:与HC组相比,T2DM组共有27个脑区的至少一个节点属性发生了改变,表现为右侧中央前回、右侧辅助运动区、右侧眶内额上回、右侧楔叶、左侧背外侧额上回、左侧内侧额上回、左侧杏仁核、左侧扣带回中部、左侧缘上回、双侧舌回、枕上回及枕中回的节点属性降低,右侧直回、右侧扣带回前部、右侧扣带回后部、左侧角回、双侧尾状核、小脑半球3区及小脑脚1区、小脑蚓部1_2区及小脑蚓部3区的节点属性增高。3.T2DM组差异网络拓扑属性指标与认知功能量表之间的相关性分析T2DM组MoCA得分与右侧直回的节点度(r=0.400,p=0.043)及节点效率(r=0.452,p=0.021)呈正相关;AVLT即刻回忆得分与左侧杏仁核的节点介数呈正相关(r=0.457,p=0.019);AVLT短时延迟回忆得分与右侧小脑半球3区的节点度呈正相关(r=0.431,p=0.028);Grooved Pegboard-R耗时与右侧枕中回的节点介数呈负相关(r=-0.461,p=0.018);Grooved Pegboard-L耗时与右侧枕中回的节点介数呈负相关(r=-0.436,p=0.026)。4.T2DM组FBG、HbA1c与差异网络拓扑属性指标之间的相关性分析FBG与左侧枕中回的节点度呈正相关(r=0.422,p=0.023);HbA1c与左侧枕上回的节点度(r=0.372,p=0.043)、左侧枕中回的节点度(r=0.382,p=0.037)呈正相关,与右侧扣带回后部的节点介数(r=-0.388,p=0.034)呈负相关。5.T2DM组FBG、HbA1c与认知功能量表之间的相关性分析HbA1c与AVLT-即刻记忆得分(r=-0.458,p=0.019)呈负相关,与其他认知功能量表之间均无明显相关性(p0.05)。空腹血糖与各量表间无明显相关性(p0.05)。结论1、常规MRI表现阴性的T2DM患者的静息态脑功能网络拓扑属性较正常人发生了改变,表明T2DM是导致脑功能损害的重要因素,进一步说明rs-fMRI技术及基于图论的复杂脑网络分析理论可作为研究T2DM患者脑功能改变的有效手段;2、T2DM患者的枕叶视觉皮层、前额叶、左侧扣带回中部等重要脑区的节点属性降低,而右侧扣带回前后部、双侧尾状核、小脑等脑区的节点属性增高及γ、σ、Eloc。等整体属性升高,提示T2DM患者的视觉中枢、默认网络、高级认知控制网络及小脑等脑区的脑功能活动异常,但也存在某种代偿机制以缓解脑功能的损害;3、T2DM患者的整体认知功能、记忆力、注意力及执行功能较对照组减低,并与部分重要脑区的局部拓扑属性指标存在相关性,在一定程度上解释了T2DM患者发生认知功能障碍的可能机制;4、HbA1c与部分脑区的局部拓扑属性指标、AVLT-即刻记忆存在相关性,说明HbA1c水平对脑功能及认知功能存在较大影响,提示在日后的临床诊疗及预后评估中,控制及监测HbA1c水平具有重大意义;5、T2DM病因复杂,混杂影响因素较多,发病机制尚不清楚,rs-fMRI技术结合基于图论的复杂脑网络分析理论为2型糖尿病脑病的研究提供了新的视角,但其脑网络的拓扑属性改变情况及具体发病机制仍需长期、纵向、大样本并控制多个混杂影响因素的研究。
【图文】：

统计学,无明,对照组,特性

均明显＞１邋（Ｙｔ２ｄｍ＝１．９２±０．０３，邋丫对照组＝１．７２±０．０２），九值《１邋ａＴ２ＤＭ＝ｌ．ｌｌ±0．0ｌ，逡逑１对照组＝１．０９±０．００），小世界指数0（0＝＜／／九）＞１（町２0＼１＝１－６５士０．０２，＜１对照组＝１．５５士０．０２）逡逑（图３－ｌａ？ｃ），说明Ｔ２ＤＭ组与ＨＣ组的静息态脑功能网络均具有“小世界”特逡逑性，且相对于随机网络，，两组的小世界网络具有较高的标准化聚类系数及相似逡逑的最短路径长度。但与ＨＣ组相比，在０．０５＾Ｓｐ＾０．５０范围内，Ｔ２ＤＭ组Ｙ值显著逡逑升高，ＡＵＣ邋值亦显著升高（ｔ＝２．４１２，邋ｐ＝０．０１９）（图邋３－ｌａ、ｆ）；在邋０．１３￡ＳｐＳ０．５逡逑范围内，Ｔ２ＤＭ组ａ值显著升高，ＡＵＣ值亦显著升高（ｔ＝２．１９７，邋ｐ＝０．０３２）（图逡逑３－ｌｃ、ｆ）；在０．０５￡Ｓｐ￡０．５范围内，Ｔ２ＤＭ组的人、Ｃｐ、Ｌｐ值与ＨＣ组相似，且逡逑其ＡＵＣ值组间差异均无统计学意义ａ：邋ｔ＝１．４８９，邋ｐ＝０．１４２；邋Ｃｐ：邋ｔ＝Ｌ４６５，邋ｐ＝０．１４９；逡逑Ｌｐ：邋ｔ＝１．０２７

无明,对照组,聚类系数,随机网络

均明显＞１邋（Ｙｔ２ｄｍ＝１．９２±０．０３，邋丫对照组＝１．７２±０．０２），九值《１邋ａＴ２ＤＭ＝ｌ．ｌｌ±0．0ｌ，逡逑１对照组＝１．０９±０．００），小世界指数0（0＝＜／／九）＞１（町２0＼１＝１－６５士０．０２，＜１对照组＝１．５５士０．０２）逡逑（图３－ｌａ？ｃ），说明Ｔ２ＤＭ组与ＨＣ组的静息态脑功能网络均具有“小世界”特逡逑性，且相对于随机网络，两组的小世界网络具有较高的标准化聚类系数及相似逡逑的最短路径长度。但与ＨＣ组相比，在０．０５＾Ｓｐ＾０．５０范围内，Ｔ２ＤＭ组Ｙ值显著逡逑升高，ＡＵＣ邋值亦显著升高（ｔ＝２．４１２，邋ｐ＝０．０１９）（图邋３－ｌａ、ｆ）；在邋０．１３￡ＳｐＳ０．５逡逑范围内，Ｔ２ＤＭ组ａ值显著升高，ＡＵＣ值亦显著升高（ｔ＝２．１９７，邋ｐ＝０．０３２）（图逡逑３－ｌｃ、ｆ）；在０．０５￡Ｓｐ￡０．５范围内，Ｔ２ＤＭ组的人、Ｃｐ、Ｌｐ值与ＨＣ组相似，且逡逑其ＡＵＣ值组间差异均无统计学意义ａ：邋ｔ＝１．４８９，邋ｐ＝０．１４２；邋Ｃｐ：邋ｔ＝Ｌ４６５，邋ｐ＝０．１４９；逡逑Ｌｐ：邋ｔ＝１．０２７
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R445.2;R587.2

【参考文献】