脊髓型颈椎病患者脑结构和功能改变的磁共振多模态研究

发布时间：2020-08-31 16:44

　　 目的:脊髓型颈椎病(cervical spondylotic myelopathy,CSM)是最常见的慢性颈椎病,是由于间盘退变引起的肢体功能障碍,感觉缺失和疼痛等症状。脊髓型颈椎病是一种特殊的脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)。因为脊髓型颈椎病的病因是由于脊髓压迫引起,所以传统的治疗观念都是集中于颈椎和脊髓受压迫节段。然而脊髓受压同时会由于大脑长时间感觉输入和运动输出刺激缺失,致使影响大脑结构和功能的重塑发生。既往研究通过任务态磁共振证实了脊髓型颈椎病患者术前大脑存在代偿性的大脑功能改变,尤其是在运动感觉皮层。然而脊髓型颈椎病患者的大脑运动感觉皮层的结构改变仍然是未知的。本研究目的是通过使用形态磁共振去探测是否有运动感觉皮层体积改变,并且体积改变与临床评分是否存在线性相关。方法:本研究一共分为三部分:1.脊髓型颈椎病患者脑结构改变本研究一共招募30名脊髓型颈椎病患者和年龄,性别,受教育程度相匹配的25名健康志愿者。患者均在手术前行形态磁共振扫描。使用基于体素的全脑形态学测量(voxel-based morphometry,VBM)通过DARTEL算法将大脑分割成灰质和白质。使用BA1区,BA2区,BA3a区,BA3b区,BA4a区,BA4p区,BA5区,BA6区,丘脑和小脑作为感兴趣区间去比较脊髓型颈椎病患者和健康志愿之间的灰质体积区别。然后将患者大脑的萎缩体积和日本骨科协会评分(Japanese Orthopedic Association,JOA)及其分项评分进行线性相关分析,分项评分包括上肢功能评分、下肢功能评分、感觉评分和膀胱功能评分。2.脊髓型颈椎病患者脑功能改变30名需要手术治疗的脊髓型颈椎病患者和25名匹配的健康志愿者进行静息态功能磁共振扫描。使用SPM12和DPARSF工具箱对功能图像进行后处理,使用低频震荡振幅(amplitude of low frequency fluctuations,ALFF)方法去分析大脑的功能改变。接下来,利用功能连接(functional connectivity,FC)去分析大脑网络水平改变。低频震荡振幅和功能连接强度通过REST软件提取出并和JOA评分及其分项评分进行线性相关分析。图论的属性通过gretna工具箱获得并对比脊髓型颈椎病患者和健康志愿者之间的不同。3.脊髓型颈椎病患者减压手术的大脑结构和功能改变及运动功能恢复机制一共15名脊髓型颈椎病患者术前和术后6个月分别进行功能磁共振,结构磁共振和弥散张量成像技术扫描。结构磁共振图像使用Freesurfer纵向分析方法进行后处理。对比脊髓型颈椎病患者术前和术后之间的低频震荡振幅和功能连接强度差别。图论的属性通过gretna工具箱获得并对比两组之间的不同。利用FSL使用TBSS方法去后处理DTI图像。对比脊髓型颈椎病术前和术后之间,脊髓型颈椎病术前和健康志愿者之间的FA,MD,AD和RD值。结果:1.脊髓型颈椎病患者脑结构改变与健康志愿者相比,脊髓型颈椎病患者在左侧BA1区,左侧BA2区,左侧BA3a区,右侧BA3a区,左侧BA3b区,左侧BA4a区,右侧BA4p区,左侧BA5区,右侧BA6区,左侧和右侧丘脑显示显著的灰质萎缩。并且灰质萎缩体积在初级感觉区(BA1,BA2和BA3),初级运动区(BA4)和丘脑的改变与JOA的运动功能评分呈正线性相关。辅助运动区(BA6)的体积萎缩区域与膀胱功能评分呈正线性相关。2.脊髓型颈椎病患者脑功能改变脊髓型颈椎病患者左侧BA1区,右侧BA6区和左侧小脑与健康志愿者对比显示了显著ALFF值增高,ALFF值改变与临床评分并无线性相关。脊髓型颈椎病患者在右侧BA6区与左侧丘脑和左侧小脑的功能连接较健康志愿者有显著性提高。而且右侧BA6区与左侧丘脑的功能连接强度与上肢运动功能评分呈正线性相关(p=0.029,r=0.04)。与健康对照组比较,脊髓型颈椎病患者在顶部运动感觉区和枕部的运动感觉区度中心度减低,在左侧小脑的内侧和中部的局部网络效率减低,在右侧小脑、左侧丘脑、扣带回后侧、前额叶皮层和背侧额叶皮层的度中心度增高。3.脊髓型颈椎病患者减压手术后大脑结构和功能改变及运动功能恢复机制对脊髓型颈椎病患者术前和术后六个月的全脑ALFF值进行比较,发现术后6个月患者右侧小脑ALFF值减低。以右侧小脑为异常活动区域为种子点,对脊髓型颈椎病患者术前及术后6个月功能连接强度对比发现,在脊髓型颈椎病患者术后可见左侧小脑与右侧小脑、右侧初级感受区(S1)、右侧初级运动区(M1)和右侧辅助运动区功能连接强度较术前可见显著性减弱。与脊髓型颈椎病患者术前进行比较,脊髓型颈椎病患者术后六个月在右侧丘脑、前部额叶皮层和腹外侧额叶皮层的度中心度减弱,左侧小脑外侧的最短路径和扣带回后侧局部网络效率减低。顶部运动感觉区、左侧侧部和中部小脑的度中心度增高。脊髓型颈椎患者术前较健康对照组左侧上纵束颞叶区FA值减低,右侧上纵束的MD值较正常人增高,脊髓型颈椎病患者术后6个月较术前在中部小脑脑桥和右侧皮质脊髓束FA值减弱,在右侧扣带束可见MD,AD和RD增强,右侧前丘脑辐射束可见AD和RD增强。结论:1.脊髓型经颈椎病患者运动感觉脑区出现萎缩。同时萎缩体积与临床评分之间呈正线性相关。2.脊髓型颈椎患者在左侧BA1区,右侧BA6区和左侧小脑为针对运动感觉脑区萎缩,ALFF值代偿性增高。3.右侧BA6区与左侧丘脑和左侧小脑功能连接有显著增高,而且与左侧丘脑的连接强度与上肢运动功能评分呈正线性相关。4.在全脑网络水平,脊髓型颈椎病患者左侧运动感觉区网络节点的度中心度下降,其他区域出现代偿性度中心度增高。5.患者术后与术前对比在左侧小脑与右侧运动感觉区功能连接强度显著减低。6.在减压术后,脊髓型颈椎病患者左侧小脑代偿性ALFF值增高消失。7.减压术前的脊髓型颈椎病患者与健康志愿者对比,可见在对侧上纵束FA值减低,对侧上纵束代偿性弥散系数增高。减压术后患者双侧皮质脊髓束FA较前降低,扣带束和前部丘脑辐射束弥散系数增高。8.脊髓型颈椎病患者运动功能恢复机制为脊髓压迫后大脑运动感觉区皮层出现萎缩,相关脑区出现活动性和功能连接强度增加以弥补信号的缺失,减压术后信号恢复,代偿反应会伴随功能的恢复逐渐减弱,同时左侧的运动感觉区和小脑活动效率和度中心度增加,辅助恢复运动感觉功能。
【学位单位】：中国医科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R445.2;R681.55

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本文编号：2809067