原发性失眠静息态功能磁共振的局部一致性及功能连接研究

发布时间：2017-08-12 19:41

  本文关键词：原发性失眠静息态功能磁共振的局部一致性及功能连接研究

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【摘要】：第一部分基于静息态功能磁共振的原发性失眠局部一致性的研究目的：原发性失眠神经机制不明。本研究基于功能磁共振成像技术(fMRI),探索原发性失眠患者(PI)静息状态下全脑范围内局部脑功能的改变,并进行相关性分析,探索这种局部与功能与临床特征之间的联系,为原发性失眠神经机制的探索提供进一步的影像学证据。材料与方法：59例PI患者及47例年龄,性别,受教育程度均匹配的健康对照组被纳入本实验。其中患者组59例中,平均年龄：39.3-10.7Y,范围：20-59 Y；正常对照组平均年龄40.0-±9.1Y, 范围：18-57Y。采用匹茨堡睡眠质量指数(Pittsburgh Sleep Quality Index,PSQI)量表,采取焦虑自评量表(Self-rating anxiety Scale,SAS)、抑郁自评量表(Self-rating depression scale, SDS)获得每个失眠症患者情绪方面可量化的指标。MRI数据是由一台广东省第二人民医院影像科1.5T扫描仪(Achieva Nova-Dual; Philips, Best, the Netherlands)来采集。Rs-fMRI数据使用对BOLD对比敏感的梯度回波EPI序列进行采集。Rs-fMRI采集参数如下：重复时间(TR)=2500ms,回波时间(TE)=50ms,翻转角度=90°,FOV=224×224mm2,矩阵=64×64,总容积=160,27个横断层面,层厚4mm,层间距为0.8,体素大小：3.5mm×3.5 mm×4mm。总共扫描240个动态,持续时间为10分钟。在扫描完成后询问所有被试以明确他们的配合程度。图像数据主要是由一种Rs-fMRI的传输数据分析中命名为静息态数据处理助手DPARSF完成。为最大程度减小头动影响,我们首先剔除任何方向上头动大于1.5 mm or1.5°的被试数据；然后使用两独立样本T检验比较两组间头动差异性,确定两组间头动无明显差异性；并去除每个被试前10个时间点以避免磁场达到稳定状态前的短暂的信号改变并让被试习惯fMRI扫描噪音；最后,我们将头动作为协变量去除后再做组间比较。所有数据进行空间标准化到蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板(重采样体素大小=3x3x3mm3)。随后的数据处理包括去线性漂移和时间滤波(带宽0.01-0.08Hz),为进一步的ReHo分析去除极低频率漂移和生理上高频呼吸和心脏噪音的影响。ReHo计算过程与先前的研究报道的相同。简而言之,ReHo是基于逐个体素的计算一个给定的体素与相邻26个体素时间序列的肯德尔和谐系数(Kendall's在公式中,W是给定体素间的KCC,范围从0-1；融是第i个时间点的27个体素点的体素值的等级总数,黾第j体素中第i个时间点的等级数)；R=((n±1)k)/2是Ri的平均值,k是所测量簇内的时间序列数(27,一个给定的体素及其相邻26个体素)；n是等级数(本研究中n=150)。通过计算每个给定体素的KCC值,可得到每个被试者的个体KCC图,标准化的ReHo图是通过每个体素的KCC值除以全脑的平均KCC值获得的。所得到的数据再使用8mm半高值带宽(full-width at half-maximum, FWHM)高斯核函数进行空间平滑,以减少噪声和脑回结构的剩余差异。采用两样本t检验来探索PI患者与正常被试间的ReHo差异,校正簇水平的阈值设定在p0.05认为具有显著性差异。采用Alphasim进行多重校正。得出明显差异性脑区后,采用REST软件提取差异性脑区原发性失眠患者的Reho值,并用Pearson相关系数分析其与PSQI及SAS、SDS量表得分相关性。统计分析是用软件(SPSS,20.0版本),P0.05被认为差异具有统计学意义。进行静息状态下的功能磁共振成像扫描,应用局部一致性分析方法(Reho),得出原发性失眠患者局部一致性异常的脑区。并将原发性失眠组量表结果与差异脑区的Reho值进行相关性分析。结果：与正常对照组相比,在静息状态下原发性失眠患者左侧脑岛、左侧前扣带回双侧中央前回、左侧楔叶局部一致性升高；而在左侧扣带中回、右侧梭状回局部一致性降低；原发性失眠患者PSIQ与组间显著差异的脑区之间的Reho值之间相关无统计学意义(P0.05),脑岛Reho值与SAS(r=0.377,P=0003)、右侧扣带中Reho值与SDS (r=0.312, P=0.016)及SAS (r=0.303, P=0.020)值均呈显著正相关,而右侧中央前回Reho值与SDS呈显著负相关(r=-0.292,P=0.025)。结论：本研究发现,静息状态下原发性失眠患者存在情绪、感觉运动区域等多个脑区的局部功能活动的异常,我们从功能分化的角度探究PI患者大脑神经活动的改变,有利于进一步理解原发性失眠的神经活动特点。第二部分原发性失眠患者脑岛功能连接分析：基于静息态功台皂磁共振的研究目的：原发性失眠机制尚不明确.功能影像学的研究为理解失眠的发生发展提供了重要证据,且研究表明原发性失眠的发生与情绪回路的异常相关.为此,本研究基于功能磁共振成像技术(fMRI),选取情绪回路中重要的脑区之一并在我们的前期研究中出现异常活动的脑岛作为感兴趣区域,探索原发性失眠患者(PI)静息状态下左侧脑岛与全脑范围内其他体素之间的功能连接异常,为原发性失眠神经机制的探索提供进一步的影像学证据。材料与方法：57例PI患者及46例年龄,性别,受教育程度均匹配的健康对照组被纳入本实验。其中患者组57例中,平均年龄：39.58±10.742岁；正常对照组平均年龄39.93±9.229岁。MRI数据是由一台广东省第二人民医院影像科1.5T扫描仪(Achieva Nova-Dual; Philips, Best, the Netherlands)来采集。Rs-fMRI数据使用对BOLD对比敏感的梯度回波EPI序列进行采集。Rs-fMRI采集参数如下：重复时间(TR) =2500ms,回波时间(TE)=50ms,翻转角度=90-,FOV=224×224mm2,矩阵=64×64,总容积=160,27个横断层面,层厚4mm,层间距为0.8,体素大小：3.5mm×3.5 mm×4mm。总共扫描240个动态,持续时间为10分钟。在扫描完成后询问所有被试以明确他们的配合程度。图像数据主要是由一种Rs-fMRI的传输数据分析中命名为静息态数据处理助手(Data Processing Assistant for Resting-State, DPARSF; http://restfmri.net/forum/DPARSF)的MATLAB工具箱来处理。DPARSF是基于统计参数图软件功能(SPM8; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)和软件(REST;http://resting-fmri.sourceforge.net)。为最大程度减小头动影响,我们首先剔除任何方向上头动大于1.0 mm or1.0°的被试数据；然后使用两独立样本T检验比较两组间头动差异性,确定两组间头动无明显差异性；并去除每个被试前10个时间点以避免磁场达到稳定状态前的短暂的信号改变并让被试习惯fMRI扫描噪音；最后,我们将头动作为协变量去除后再做组间比较。所有数据进行空间标准化到蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板(重采样体素大小=3x3x3mm3)。随后的数据处理包括去线性漂移和时间滤波(带宽0.01-0.08Hz)。功能连接通过选取脑区中的一个或者若干个体素作为“种子”点,然后把大脑中的所有其他区域的体素的时间序列与“种子”序列的时间序列做相关,选取高相关的区域,认为他们之间共同协同加工特定的认知活动。在本项目中,功能连接的“种子”区域选自前期的功能影像数据的处理结果,即ReHo结果得出的情绪相关的脑区。将其中一个情绪脑区作为“种子”点,然后和其他情绪相关的脑区做相关,探索这些情绪相关的脑区之间的功能连接情况。采用两样本t检验来评估原发性失眠患者与健康对照者之间的年龄、受教育年限。用卡方检验来分析两组间性别差异。采用两样本t检验来探索PI患者与正常被试间的FC差异,校正簇水平的阈值设定在p0.05认为具有显著性差异。采用Alphasim进行多重校正。统计分析是用软件(SPSS,20.0版本),P0.05被认为差异具有统计学意义。结果：正常对照组及原发性失眠患者组在年龄(P=0.859)、性别(P--0.618)及受教育程度(p=0.301)中没有明显差异性。同正常对照比较,原发性患者失眠患者左侧脑岛与右侧前额叶、右侧扣带前回、双侧丘脑及左侧楔叶连接升高,而在左侧颞中回、左侧梭状回功能连接降低；结论：原发性失眠患者左侧脑岛与多个脑区,包括情绪回路、高级认知脑区等存在功能连接的异常,这些异常可能与患者负面情绪有关,并可能提示潜在的认知损伤。
【关键词】：局部一致性 静息态磁共振 原发性失眠 功能分化 功能连接 静息态磁共振 原发性失眠
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R740;R445.2
【目录】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-18
• 前言18-21
• 第一部分 原发性失眠的局部一致性研究21-50
• 一、第一部分前言21-23
• 二、对象与方法23-31
• (一) 对象23-24
• (二) 方法24-26
• (三) 结果26-31
• 三、讨论31-45
• 1 血氧水平依赖的功能磁共振成像技术原理及其先进性31-32
• 2 静息态功能磁共振及其研究意义32-33
• 3 静息态脑功能磁共振常用分析方法33-34
• 4 局部一致性(Regional Homogeneity,ReHo)分析方法34-35
• 5 基于血氧水平依赖的静息态功能磁共振技术的质量控制及参数优化35-37
• 6 原发性失眠神经机制研究现状37-41
• 7 原发性失眠患者局部一致性分析结果41-45
• 参考文献45-50
• 第二部分 基于静息态功能磁共振的原发性失眠患者脑岛功能连接分析50-65
• 一、第二部分前言50-51
• 二、对象与方法51-55
• (一) 对象51-52
• (二) 方法52-54
• (三) 结果54-55
• 三、讨论55-61
• 1 功能连接(functional connectivity)55-56
• 2 原发性失眠与情绪障碍相关性的国内外研究现状56-59
• 3 原发性失眠患者左侧脑岛与全脑体素功能连接状态分析59-61
• 参考文献61-65
• 成果65-67
• 致谢67-69

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本文编号：663331