1型糖尿病儿童认知功能及多模态磁共振脑功能成像研究

发布时间：2020-08-12 04:11

【摘要】：研究背景1型糖尿病是由于免疫系统发育不良或免疫应激引发胰岛素绝对缺乏的一类糖尿病,常在儿童及青少年期发病。儿童1型糖尿病的发病率逐年上升。随着1型糖尿病病程的进展,患者可出现视网膜病变、心脑血管意外、酮症酸中毒等并发症,成为患者致死致残的重要因素。1型糖尿病对认知功能的影响越来越受到人们的关注。研究表明,1型糖尿病可引起儿童神经认知功能损伤,主要集中在整体智力、记忆力、注意力、执行能力、视空间能力、精神运动速度、读写能力等几个方面,其中特征性的损害表现在智力和记忆方面。通常,发病越早,病程越长,认知功能受损越严重。但近年来的研究发现在1型糖尿病起始阶段即可出现认知功能损伤。1型糖尿病认知功能损伤的发生机制比较复杂,是多因素、多方面综合作用的结果,尽管目前对其有了一定程度的认识,但研究还不够深入。既往研究表明,脑部的神经功能与结构改变往往先于认知功能障碍相关的临床症状而出现。因此,采用多方面、多角度对脑部神经功能和结构进行评估,有助于对1型糖尿病认知功能障碍发病机制的理解和早期诊治干预。目前,MRI已被应用于1型糖尿病儿童认知功能障碍领域,借助影像参数可系统全面地评价脑结构及功能。三维T1加权成像可用来反映大脑的神经元变性(灰白质萎缩),通过该技术已经发现1型糖尿病可引起儿童广泛的脑灰白质结构及认知功能的改变,并且两者存在相关性。脑灰质细微结构的改变可成为神经元损伤或退变的早期生物学标志。另外,静息态脑功能磁共振成像技术逐渐被用于1型糖尿病患者的脑功能研究。既往研究主要集中于成人患者,目前仅有一项关于儿童患者的静息态功能磁共振成像的研究报道。该项研究发现1型糖尿病儿童部分脑区存在功能连接改变,且与认知功能相关,提示1型糖尿病患儿存在与认知损害病理生理相关的功能连接异常。该研究的研究对象病程超过2年,而首发患儿的脑结构及功能改变目前仍不清楚。本研究尝试应用3D-T1WI结构数据及静息态功能磁共振的数据分别分析大脑灰质体积、神经活动及脑功能连接改变情况,结合临床实验室指标和认知量表数据,阐明1型糖尿病对儿童脑结构、功能及认知的影响,了解1型糖尿病儿童认知损伤的脑结构及功能基础,为科学地干预及治疗儿童1型糖尿病提供新的功能磁共振影像学依据。第一部分首发1型糖尿病儿童脑灰质的基于体素的形态测量学研究研究目的本研究通过比较首发1型糖尿病儿童与正常对照儿童之间灰质体积有无差异,并对灰质体积与临床及认知数据进行相关性分析,探讨首发T1DM儿童的灰质结构变化情况及其与临床参数及认知的相关性。研究方法本研究纳入首发1型糖尿病儿童35例和年龄、性别相匹配的正常对照儿童35例。收集人口社会学资料、临床实验室检查资料及智力测评资料。通过使用3DT1-BRAVO序列采集所有被试的高分辨三维脑结构图像,常规横断面T2WI序列排除颅内疾病。原始3D T1-BRAVO结构像数据经格式转换后应用FSL4.1软件进行基于体素的脑形态学分析。使用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验分析两组间人口统计学和临床实验室数据差异。对提取的灰质体积和临床变量之间进行偏相关分析,年龄和性别为协变量。P0.05被认为有显著统计学差异。结果糖尿病组和对照组间在年龄、性别上差异无统计学意义(P0.05)。糖尿病组HbA1c和血糖水平均高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。而糖尿病组较对照组总智商无明显改变,差异无统计学意义(P0.05)。与对照组相比,糖尿病组右侧颞下回、右侧颞中回、右侧舌回和左侧额上回的灰质体积减少,差异具有统计学意义。此外,较对照组,糖尿病组并无脑区灰质体积增加。糖尿病组右侧颞中回的灰质体积与HbA1c呈显著负相关,右侧颞中回的灰质体积与IQ呈显著正相关。结论这些结构变化表明,在1型糖尿病开始时即有灰质结构的改变,脑组织完整性受到1型糖尿病及其代谢紊乱的影响,并且这种结构改变早于智商改变。这些灰质改变可能是1型糖尿病患儿认知功能损伤(如语言、视觉和记忆损伤)的发生机制之一。另外,局部脑区灰质体积受到1型糖尿病儿童近期血糖控制水平的影响。第二部分首发1型糖尿病儿童基于fALFF的静息态功能磁共振研究研究目的本研究通过比较首发1型糖尿病儿童与正常对照儿童之间自发性低频振幅幅度分数有无差异,并对自发性低频振幅幅度分数与临床及认知数据进行相关性分析,探讨首发T1DM儿童的大脑自发活动变化及其与临床参数及认知的相关性。研究方法本研究共纳入首发1型糖尿病儿童35例和年龄、性别相匹配的正常对照儿童33例。收集人口社会学资料、临床资料及智力测评资料。所有被试的静息态功能磁共振图像采用全脑平面回波成像序列采集。同时还通过3D T1-BRAVO序列采集高分辨三维脑结构图像。使用SPM8和DPARSF软件对静息态功能磁共振成像数据进行预处理,使用REST软件计算fALFF。采用双样本T检验检测两组间fALFF的差异,并进行多重比较校正。当集群大小40个体素时,统计阈值设定为P0.01,对应于校正的P0.05。采用Spearman相关分析异常脑区fALFF与临床变量和智商Z评分之间的相关性。P0.05被认为有统计学差异。结果糖尿病组和对照组间在年龄、性别、智商上均无统计学差异(P0.05)。糖尿病组HbA1c和血糖水平均高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。与对照组相比,糖尿病组左侧颞中回及右侧距状回fALFF值增加,右侧丘脑的fALFF值降低。在首发1型糖尿病患儿中,左侧颞中回fALFF值与总智商呈正相关,右侧丘脑fALFF值与检查前血糖水平呈负相关。结论本研究结果表明,首发1型糖尿病患儿静息时左颞中回、右侧距状回和右侧丘脑的自发神经活动受到影响。在首发1型糖尿病患儿中,左侧颞中回自发神经活动与智商存在一定的关联,而检查前血糖水平可能影响了右侧丘脑自发神经活动。这些脑区的自发神经活动变化可能是1型糖尿病早期的重要神经病理生理学特征,并且可能是1型糖尿病患者今后视觉损害、认知功能障碍和抑郁的发病机制。第三部分首发1型糖尿病儿童基于静息态功能磁共振的功能连接研究研究目的本研究通过比较首发1型糖尿病儿童与正常对照儿童之间全脑功能连接密度有无差异,并对功能连接密度与临床及认知数据进行相关性分析,以功能连接密度差异脑区作为种子点,与全脑体素做功能连接,分析两组间功能连接改变。研究方法本研究共纳入首发1型糖尿病儿童35例和年龄、性别相匹配的正常对照儿童33例。收集人口社会学资料、临床资料及智力测评资料。所有被试的静息态功能磁共振图像采用全脑平面回波成像序列采集。同时通过3D T1-BRAVO序列采集高分辨三维结构图像。使用SPM8和DPARSF软件对静息态功能磁共振成像数据进行预处理,计算每个被试全脑功能连接密度,选择具有功能连接密度组间差异结果的脑区作为种子点进行全脑功能连接计算。功能连接密度或功能连接图上体素的组间比较采用两样本t检验,并进行多重比较校正。统计学差异设为未校正的P0.005(体素30),对应于校正的P0.05。所有人口统计学和临床资料均采用两样本T检验进行检验。对1型糖尿病组提取的功能连接密度值与临床资料进行偏相关分析,年龄和性别作为协变量。P0.05认为有显著统计学差异。结果糖尿病组和对照组间在年龄、性别、智商上均无统计学差异(P0.05)。糖尿病组HbA1c和血糖水平均高于对照组,差异有统计学意义(P0.05)。与对照组相比,糖尿病组右侧颞下回及右侧后扣带回功能连接密度值降低。糖尿病组的右侧颞下回及右侧后扣带回功能连接密度值与HbA1c、检查前血糖及总智商均不相关。糖尿病组的右侧颞下回与左侧眶部额下回间的功能连接增加,右侧后扣带回于右侧楔叶的功能连接降低。结论本研究结果显示,即使在1型糖尿病起始阶段,患儿静息状态下部分脑区功能连接就已发生改变。右侧颞下回、右侧后扣带回、右侧楔叶功能连接异常可能是1型糖尿病儿童行为(情绪)及认知功能(记忆力、注意力、执行功能)改变的潜在原因之一。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R445.2;R725.8
【图文】：

儿童,临床实验室,颞中回,博士学位论文

逦山东大学博士学位论文逦逡逑表３首发１型糖尿病组ｆＡＬＦＦ值与临床实验室参数的相关性逡逑脑区逦ＨｂＡｌｅ逦检查前血糖逦总ＩＱ逡逑厂ａ逦ｐ逦厂ａ逦ｊｐ逦厂ａ逡逑左侧颞中回逦－０．２４逦０．１７３逦０．１１逦０．５４逦０．４０逦０．０２逡逑右侧距状回逦－０．０１逦０．９４逦－０．０６逦０．７３逦０．１６逦０．３７逡逑右侧丘脑逦０．２１逦０．２２逦－０．４２逦０．０１逦－０．０５逦０．７９逡逑ａ＋：增加；下降。逡逑附图逡逑

功能连接,儿童,对照组,密度降低

Ｙ＝－５７逦Ｘ＝３３逦Ｚ＝１５逡逑图１首发１型糖尿病儿童脑区功能连接密度改变图。与对照组相比，１型糖尿病逡逑组部分脑区存在功能连接密度降低。蓝色表示首发１型糖尿病儿童的全脑功能逡逑连接密度低于对照组。颜色条表示Ｔ值。逡逑

功能连接,儿童,颞下回,额上回

图２首发１型糖尿病儿童脑区功能连接改变图。与对照组相比，１型糖尿病组右逡逑侧颞下回与左侧眶部额上回（ａ）间的功能连接强度增加，右侧扣带回与右侧楔逡逑叶（ｂ）间的功能连接强度降低。十字交叉线线表示受累脑区峰值体素的位置。逡逑

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