创伤性脑损伤后认知障碍脑结构与弥散峰度成像的研究

发布时间：2020-07-31 08:40

【摘要】：研究背景:目前,创伤性脑损伤(Traumatic brain injury,TBI)后认知障碍发生的病理改变机制尚未完全清楚。MRI技术,尤其是结构成像及弥散峰度成像(Diffusion kurtosis imaging,DKI)序列对于评估脑组织改变有重要的作用。本课题主要探讨MRI结构成像及DKI序列在评价TBI后认知障碍的价值。研究目的:(1)探索亚急性轻度TBI的脑结构体积、DKI参数改变及其与认知障碍的关系。(2)探索TBI病史患者AD易损脑皮层厚度变化情况及其与AD相关生物指标的相关性。(3)在TBI大鼠模型中纵向研究脑组织微观病理改变及DKI参数改变规律。(4)探索DKI参数在评价慢性TBI大鼠模型认知障碍脑组织微观病理改变的价值。材料与方法:(1)纳入23名亚急性轻度TBI患者及24名对照组,进行神经认知测试、MRI 3D-T1WI结构像及DKI扫描。MRI图像进行全脑TBSS及VBM分析及基于ROI针对皮质下核团的分析。(2)从ADNI数据库搜集45名轻度TBI病史患者,另纳入45名对照组。比较两组8个AD易损皮层厚度及其与AD相关标志物的相关性。(3)纳入一组大鼠5只在造模前、3天、14天、28天进行DKI扫描,分析双侧脑皮层、海马、胼胝体的DKI参数变化规律。四组大鼠(造模前、3天、14天、28天)各5只进行免疫组化分析(包括Neu N、GFAP、MBP、Iba-1)。另两组大鼠(造模后28天、对照组)各6只进行水迷宫测试。(4)纳入TBI大鼠模型及对照组大鼠各6只,造模后7月后进行水迷宫测试、DKI扫描、免疫组化(包括Neu N、GFAP、MBP、Iba-1指标)。分析双侧大脑皮质、海马、胼胝体DKI参数及免疫组化指标改变情况,并分析DKI参数与免疫组化指标及认知测试的相关性。研究结果:(1)与对照组相比,轻度TBI患者存在多个脑白质区域及皮质下核团的MK值升高(P0.05),且与认知障碍存在相关性(P0.05)。(2)与对照组相比,有轻度TBI病史临床前AD患者AD易损脑皮层厚度变薄(P0.05),并且与CSF T-tau存在相关性(P0.05)。(3)与基线相比,TBI大鼠造模后三个时间点在外伤侧皮质、外伤侧海马均存现MK升高、MD升高,胼胝体FA降低(P0.05);并且GFAP增高,Neu N和MBP下降(P0.05)。TBI大鼠造模28天后在定位航行实验中穿越平台次数减少(P0.05)。(4)与对照组比较,TBI大鼠7月后在外伤侧皮质、外伤侧海马、胼胝体MD升高、MK降低(P0.05);免疫组化表现为Neu N降低,Iba-1、MBP升高(P0.05)。外伤侧皮质的MK与Neu N,MD与MBP存在正相关(P0.05),外伤侧皮质、外伤侧海马的MK与Iba-1、MBP存在负相关(P0.05)。外伤侧皮质、外伤侧海马MK与认知功能存在相关性(P0.05)。研究结论:(1)DKI能发现亚急性轻度TBI患者脑结构改变,表现为弥漫白质区域、皮质下核团MK升高,并且与认知障碍存在相关性。(2)有轻度TBI病史的临床前AD患者的AD易损皮层厚度变薄,并且与CSF tau病理存在相关性。(3)DKI能够纵向评价TBI大鼠脑组织改变情况,MK较常规参数在发现脑皮质病理改变更加敏感。(4)慢性TBI大鼠存在认知障碍,DKI参数改变与免疫组化所反映的神经元丢失、神经炎症、髓鞘破坏存在相关性,DKI可用来评估慢性TBI后认知障碍的脑组织改变情况。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R445.2;R651.15
【图文】：

病理机制,病理改变,认知障碍

息进一步研究 TBI 后认知障碍发生的病理基础并寻找可能的治疗靶点。2 TBI 后认知障碍的发生病理机制目前，TBI 后认知障碍的发生病理机制还没有完全清楚。在正常老年人及阿尔茨海默病中，神经元丢失是重要的一个机制 [27; 28]。此外，神经胶质细胞及脑微血管的正常结构在维持认知功能有重要的作用 [29]。很多研究表明 TBI 从急性期到慢性期存在神经元丢失、弥漫轴索损伤、微出血、血脑屏障破坏，这些病理改变可能与认知障碍的发生均存在相关性 [30-33]。Sharp DJ 等 [34] 认为脑神经网络的断裂在认知障碍的发生有重要的作用，TBI 后认知障碍的发生的可能机制可以用图 1 进行表示。此外，对于 TBI 后病理改变还有很多没有解决的问题：（1）TBI 后从急性期到慢性期的病理改变规律是怎样的，脑组织损伤和修复如何共同作用引起认知障碍发生的？（2）TBI 后病理改变与远期痴呆的关系是怎样的？（3）如何在临床中无创观察这些病理改变？

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图 1-1 应用 FIRST 软件分割的皮质下核团示意图。Figure 1-1 Example of masks of subcortical nuclei segmentation using FIRST.（3）对于 DKI 图像处理步骤如下：①数据格式转换，应用 MRIcron 软件中的dcm2niigui 将 DICOM 格式图像转换为 NIFIT 格式。②头动、涡流校正，应用 FSL软件包内的 eddy 软件对原始 DKI 图像进行涡流校正。③DKI 参数指标解算，应用弥散峰度估计软件（ Diffusion Kurtosis Estimator software ， DKE ）(https://www.nitrc.org/projects/dke/)进行 DKI 参数解算，最终可得到各项异性分数（Fractional anisotropy，FA）图，评价弥散度（Mean diffusivity，MD）图，及MK 图 [22]。DKI 参数的全脑分析通过 TBSS 工具包进行白质纤维束的研究 [23]。TBSS 的流程如下：①图像预处理，调用 tbss_1_preproc 指令。②图像配准，调用 tbss_2_reg-T 指令，将每个受试者的 FA 图像在 MNI 空间配准到 FMRIB58 FA模板。③配准后处理，调用 tbss_3_postreg-S 指令，将配准好的 FA 图像进行平均得到 4D 平均 FA 图像，并对 FA 图像骨架化生成平均 FA 骨架。设定平均 FA

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图 1-2 皮质下核团的 DKI 参数示意图（A. MK图）。Figure 1-2 Example of masks of subcortical nucdiffusion space (A mean kurtosis; B mean diffusimean kurtosis).2.4 一般临床资料收集及神经认知测试设计详细的问卷，记录所有受试者的年龄往史、家族史等。对 TBI 患者记录头部外伤的遗忘时间、昏迷时间、GCS 评分、目前的主要一组与 TBI 认知障碍相关的神经认知测试。本域：听觉语言记忆，注意力，执行力。（1）听觉语言记忆测试（Auditory Verbal Lea山版听觉语言记忆测试量表 [27]评价情景记忆

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