基于图论的糖尿病肾病患者大尺度脑结构和功能网络改变的磁共振成像研究

发布时间：2020-09-12 19:11

　　 第一部分糖尿病肾病患者脑结构网络改变的研究目的:采用图论分析(graph-based analysis)的方法探究糖尿病肾病患者脑白质结构网络的变化模式,并探讨其与糖尿病肾病患者认知功能改变的关系。材料与方法:62例糖尿病肾病患者(糖尿病肾病组,平均年龄:53±9岁、男女比例:42/20)、60例无肾脏并发症的糖尿病患者(糖尿病组,平均年龄:52 ±12岁、男女比例:40/20)以及80例年龄、性别和教育程度匹配的健康志愿者(对照组,平均年龄:49±13岁、男女比例:52/28)被纳入本研究。所有被试均进行扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)、实验室检查及神经心理学量表评估。采用基于图论的复杂脑网络分析方法分析3组被试的脑白质结构网络拓扑属性。以估算的肾小球滤过率将糖尿病肾病患者分为两组(估算的肾小球滤过率大于 60ml/min/l.73m2 为 CKD1-3 组,小于 60ml/min/1.73m2 为 CKD4-5 组),进一步分析肾功能对脑白质结构网络的影响。最后,计算这些网络指标与认知量表评分以及实验室检查结果之间的相关性。结果:三组被试的脑白质网络均表现出明显的小世界属性。糖尿病组在网络拓扑属性上与对照组均无统计学差异(P值均0.05)。糖尿病肾病组相比于糖尿病组和对照组在全局属性上表现为特征路径长度(characteristic path length,Lp)增加(P值分别为0.025、0.023)、全局效率(global efficiency,Eg)减低(P值分别为0.001、0.001)及局部效率(local efficiency,Eloc)(P 值分别为0.001、0.001)减低;在节点属性上表现为顶叶、枕叶以及基底节相关脑区节点效率降低,顶叶相关脑区节点度降低。糖尿病肾病组相比于糖尿病组显示出背侧注意网络内结构连接的减低。这些改变与患者认知量表评分及实验室检查结果有一定的相关性。上述改变会随着肾功能的降低而加重。结论:糖尿病肾病患者脑白质网络表现出全局属性及节点属性的改变,这些改变与患者认知量表评分及实验室检查结果具有相关性;脑白质网络的改变可能是导致认知功能损害的神经机制;肾功能的损害是脑白质网络损害的主要危险因素。第二部分糖尿病肾病患者功能网络改变及结构-功能网络耦合改变的研究目的:采用图论分析(graph-based analysis)的方法探究糖尿病肾病患者脑功能网络和结构-功能网络耦合情况的改变,进而揭示糖尿病肾病患者认知功能损害的神经机制。材料与方法:62例糖尿病肾病患者(糖尿病肾病组,平均年龄:53±9岁、男女比例:42/20)、60例无肾脏并发症的糖尿病患者(糖尿病组,平均年龄:52 ±12岁、男女比例:40/20)以及80例年龄、性别和教育程度匹配的健康志愿者(对照组,平均年龄:49± 13岁、男女比例:52/28)被纳入本研究。所有被试均进行静息态功能磁共振成像(resting-state functionalMRI,rs-fMRI)扫描、实验室检查及神经心理学量表评估。采用基于图论的复杂脑网络分析方法分析3组被试的脑功能网络拓扑属性。此外,计算各组被试结构-功能网络的耦合值。以估算的肾小球滤过率将糖尿病肾病患者分为两组(估算的肾小球滤过率大于60 ml/min/1.73m2 为 CKD1-3 组,小于 60ml/min/1.73m2 为 CKD4-5 组),分析肾功能对脑功能网络的影响。最后,计算这些网络指标与认知量表评分以及实验室检查结果之间的相关性。结果:三组被试的脑功能网络均表现出了明显的小世界属性。在标准化聚类系数(normalized clustering coefficient,γ)以及标准化特征路径长度(normalized characteristic path length,λ)方面,糖尿病肾病组相比对照组明显降低(P值分别为0.010、0.001),其余组间并未发现统计学差异。在特征路径长度(characteristic path length,Lp)方面,三组间均存在统计学差异,糖尿病肾病组、糖尿病组及对照组Lp值依次降低(糖尿病肾病组-糖尿病组P值为0.020,糖尿病肾病组-对照组P值为0.001,糖尿病组-对照组P值为0.001)。在全局效率(global efficiency,Eg)及局部效率(local efficiency,Eloc)方面,三组间均存在统计学差异,糖尿病肾病组、糖尿病组及对照组Eg值及Eloc值均依次增加(糖尿病肾病组-糖尿病组P值分别为0.031、0.033;糖尿病肾病组-对照组P值分别为0.001、0.001;糖尿病组-对照组P值分别为0.001、0.001)。在节点属性上方面,糖尿病肾病组相比对照组在前额叶、顶叶、枕叶以及基底节相关脑区节点效率降低,在前额叶、额叶、枕叶以及基底节相关脑区节点度降低;糖尿病组相比对照组具有类似的表现,但程度均低于糖尿病肾病组。糖尿病肾病组相比于糖尿病组,有少数脑区表现出节点效率以及节点度的降低。患者组与对照组相比均显示出广泛的功能连接改变,糖尿病肾病组相比于糖尿病组显示出背侧注意网络和执行控制网络内功能连接减低。在结构-功能耦合方面,糖尿病组相比于对照组表现出结构-功能去耦合,而糖尿病肾病组相比于对照组无统计学差异。结论:糖尿病肾病患者脑功能网络表现出明显的拓扑网络属性改变,并且随着肾功能的降低这些改变会逐步加重。糖尿病患者表现出结构-功能网络去耦合,但糖尿病肾病患者结构-功能耦合表现为正常,这可能与糖尿病肾病患者脑结构和功能网络均遭受到明显破坏有关。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R445.2;R587.2;R692.9
【部分图文】：

在所选取的网络稀疏度范围内，糖尿病肾病组、糖尿病组和对照组的结构网逡逑络均表现出典型的小世界拓扑属性，即Ｙ＞＞１、入？１及。＞＞１［２５］。在阈值下逡逑各组丫、入、0之间无统计学差异（所有ｐ＞０．０５）（图１－ｌａ－ｃ）。Ｃｐ值在三组之逡逑间无统计学差异；糖尿病组的Ｌｐ、Ｅｇ、Ｅｌｏｃ值与对照组相比均无统计学差异（所逡逑有Ｐ＞０．邋０５）。糖尿病肾病组相比于糖尿病组和对照组在全局属性上表现为Ｌｐ增逡逑加（Ｐ邋值分别为邋０．邋０２５、０．邋０２３邋）、Ｅｇ邋减低（Ｐ邋值分别为＜０．邋００１、＜０？邋００１）及邋Ｅｌｏｃ逡逑减低（Ｐ值分别为＜０．邋００１、＜0．00１）减低（图１－ｌｄ－ｇ）。逡逑Ｉ逡逑－２４－逡逑

回、双侧后扣带回、双侧中央旁小叶、双侧楔前叶、右侧丘脑及右侧枕上回表现逡逑出节点度的降低）（所有Ｐ＜0．邋０５，邋ＦＤＲ校正）。糖尿病组与对照组相比节点度的逡逑差异无统计学意义（图１－２）。逡逑在节点效率方面，糖尿病肾病组与对照组相比，左侧中央前回、右侧背外侧逡逑额上回、双侧三角部额下回、左侧补充运动区、右侧脑岛、双侧内侧和旁扣带脑逡逑回、双侧后扣带回、双侧海马、左侧海马旁回、双侧距状裂周围皮层、双侧楔叶、逡逑双侧舌回、双侧枕上回、双侧枕中回、左侧梭状回、右侧中央后回、双侧顶上回、逡逑左侧顶下缘角回、双侧楔前叶、双侧中央旁小叶、双侧豆状壳核、双侧豆状苍白逡逑球、双侧丘脑、左侧颞上回、双侧颞中回及右侧颞下回表现出节点效率的降低，逡逑而糖尿病肾病组与糖尿病组相比具有类似的表现（左侧中央前回、右侧三角部额逡逑下回、左侧补充运动区、双侧内侧和旁扣带脑回、双侧后扣带回、右侧海马、双逡逑侧距状裂周围皮层、双侧楔叶、双侧舌回、双侧枕上回、右侧枕中回、右侧中央逡逑后回、右侧角回、双侧楔前叶、双侧中央旁小叶、右侧尾状核、左侧豆状苍白球、逡逑双侧丘脑、左侧颞上回及双侧颞中回表现出节点效率的降低）（所有Ｐ＜0．邋０５，逡逑ＦＤＲ校正）。糖尿病组与对照组相比节点效率无统计学差异（图１－３）。逡逑总的来说

输－灥逡逑物eu吟逡逑？邋＿拳逡逑图１－２．脑结构网络节点度的比较结果图逡逑（ａ）糖尿病肾病组与对照组脑结构网络节点度的比较；（ｂ）糖尿病肾病组与糖逡逑尿病组脑结构网络节点度的比较。糖尿病组与对照组相比脑结构网络节点度无统逡逑计学差异。蓝色节点代表节点度减小。逡逑－２８－逡逑

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本文编号：2817794