垂直传播感染HIV青少年脑结构分析及食蟹猴脑磁共振解剖图像模板的制作

发布时间：2017-09-27 15:01

  本文关键词：垂直传播感染HIV青少年脑结构分析及食蟹猴脑磁共振解剖图像模板的制作

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【摘要】：第一部分青少年垂直传播感染HIV后脑扩散张量成像研究目的：基于示踪空间统计分析(Tract-Based Spatial Statistics, TBSS)研究青少年HIV垂直传播并高效抗逆转录病毒治疗(highly active antiretroviral therapy, HAART)后脑白质微观结构完整性的改变,探讨神经HIV脑白质受损早期可视化生物标记物及HAART对脑白质微观结构完整性的影响。方法：根据纳入标准筛选15名HIV垂直传播青少年(HIV+)和年龄、性别、家庭环境及教育水平匹配HIV阴性HIV-组(HIV-)26名,行DTI采集,TBSS测量DTI异常脑白质区扩散参数；多元回归分析HIV+年龄、HAART时间与扩散参数相关性。结果：与HIV-比较,HIV+两侧胼胝体(包括胼胝体膝部、压部和体部)、上和后辐射冠、额叶白质、顶叶白质、中央前后回和上纵束FA值显著减低；FA值减低脑区Dr显著增加(P0.05)；双侧脑区Da未见显著变化。多元回归分析结果显示仅两侧额叶白质FA值与治疗时间长短呈负相关；HIV+年龄与扩散参数变化未见显著相关性。结论：青少年HIV垂直传播脑白质微观结构完整性受损,提示髓鞘形成不良或脱髓鞘,最敏感脑区是双侧胼胝体和辐射冠区,是神经HIV脑白质微观结构受损早期定量的可视化生物标记物；HAART毒性可能是双侧额叶白质完整性受损的协同因素。第二部分青少年垂直传播感染HIV后脑灰白质体积基于体素的形态测量学目的：现有的影像学研究更多的关注的是成人或者是小孩的脑结构改变。然而,对于青少年垂直传播感染HIV后脑结构的改变了解甚少。基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry, VBM)研究并探讨青少年HIV垂直传播并高效抗逆转录病毒治疗(highly active antiretroviral therapy, HAART)后脑结构完整性的改变。方法：根据纳入标准筛选24名HIV垂直传播青少年(HIV+)和年龄、性别、家庭环境及教育水平匹配HIV阴性HIV-组(HIV-)33名,行T1-3D图像采集。VBM分析是在SPM8条件下进行的。根据已有的先验概率模板对大脑进行分割,得到3个组分,灰质、白质和脑脊液。利用DARTEL算法可以得到整个数据的人脑模板。然后,执行分割图像的非线性弯曲来匹配相应的MNI空间DARTEL模板。经平滑、校正以及标准化后的图像分别进行统计检验,同时年龄、性别和脑总体积作为协变量,可以得到不同脑组织间密度(或者体积)的差异信息。结果：与HIV-比较,HIV+组的两侧小脑半球、右侧苍白球、右侧距状皮层、左侧前扣带回、右上枕叶可见灰质体积减小；HIV+与HIV-相比,前者在两侧小脑后叶、右侧脑干及左侧枕叶显示出脑白质体积减少；在两侧额叶、左侧颞叶及两侧顶叶可见脑白质体积增加。与HIV-组相比,HIV+青少年在两侧胼胝体(包括膝部、压部和体部)、两侧小脑后叶、两侧额叶、左侧扣带回以及左侧颞叶显示了脑白质密度减低区；HIV+组没有显示出脑白质密度增高脑区；HIV+组与HIV-组间全脑体积(包括全部灰质体积、全部白质体积以及灰、白质体积总和)未见明显差异(去掉了年龄和性别因素的影响)。前扣带回体积和MMSE得分、CD4细胞计数之间存在正相关性。结论：青少年垂直传播感染HIV后脑白质、灰质结构发生了不小的变化,包括HIV+青少年脑白质密度的减低和脑灰质体积的减小；其中脑白质密度的减低可能与脑白质发育过程中髓鞘完整性受到破坏或髓鞘形成不良有关,而脑灰质体积减小可能是HIV的直接作用,也可能是高效抗逆转录病毒治疗,导致脑发育不良,最终使脑灰质体积减小。前扣带回灰质完整性的改变可作为了解HIV感染和抗逆转录病毒治疗后认知功能障碍的可靠生物标记物。我们的结果有助于理解青少年垂直传播感染HIV后脑灰质、白质结构改变的机制。第三部分青少年垂直传播感染HIV后脑结构网络研究。目的：利用神经影像学技术,分析垂直传播HIV+组和HIV-组间脑结构网络的差异,寻求其影像学敏感性特征,进一步探索其致病机理与过程。方法：根据纳入标准筛选24名HIV垂直传播青少年(HIV+)和年龄、性别、家庭环境及教育水平匹配HIV阴性HIV-组(HIV-)33名,行T1-3D图像采集。应用VBM分析法,比较HIV+组与HIV-组间脑灰质结构差异并构建脑网络,研究脑区间的连接状况,比如核心节点；并采用全局、局部网络测量参数,如小世界属性、标准化聚类系数、标准化路径长度、节点介数、度、随机故障及靶向攻击等,明晰两组人群脑结构网络的差异性特征。结果：两组的脑网络在密度范围内符合小世界网络属性；这两个网络的路径长度略高于随机网络,拥有的聚类系数远远高于随机网络。在选取的整个网络密度区间,HIV+组与HIV-组相比,脑网络的标准化聚类系数、标准化路径长度和小世界属性均未见显著差异(P0.05)。HIV+组脑网络相比HIV-组,HIV+组颞下回在整个脑网络构架中的中心性降低(局部效率、节点介数和度值均减低)。经随机故障AUC分析,HIV感染青少年组和有感染风险但未感染HIV组间没有明显差异,这表明两组脑网络应对随机故障时表现出类似的顺应性。然而,感染HIV组脑网络应对靶向攻击的顺应性较低,在某些节点组间差异较为显著,即病理状态下韧性减弱。HIV-组与HIV+组共有的核心节点为左侧楔叶和右侧中央沟盖,HIV+组独有的核心节点包括前脑岛。结论：HIV+青少年组跨多个皮层和皮层下区域的灰质体积下降,这些区域有促进认知、感觉运动和综合角色的功能。结构网络中节点属性被破坏以及与HIV感染和抗逆转录病毒治疗相关的核心节点分布偏移到感觉运动区。第四部分用于VBM分析的食蟹猴脑模板目的：建立中国食蟹猴脑结构T1图像模板,分析其脑灰质、白质及脑脊液组织概率分布图,供后续关于猴免疫缺陷病毒SIV感染中国食蟹猴所建立的AIDS动物模型组与正常食蟹猴组脑结构VBM分析的研究需要。方法：16只健康中国食蟹猴3.0TMRI脑的高分辨3D矢状位T1WI采集,使用模糊C均值聚类(FCM)法对每例图像进行组织分割、插值、空间标准化及图像平滑,建立脑白质、灰质、脑脊液组织概率图和个体脑模板。对所得图像进行配准及平均后,再经过VBM流程分析测试获得食蟹猴MRI图像模板。结果：建立了正常中国食蟹猴脑结构3D模板,并获得了食蟹猴脑白质、灰质、脑脊液三种组织的概率图,清晰地显示了全脑T1加权对比结构。结论：动物模型是研究许多疾病不可缺少的工具,而灵长类动物食蟹猴在进化关系上与人类最为接近。建立MRI图像模板和组织概率图为中国食蟹猴脑结构VBM分析和fMRI定位提供了重要的基础和便利。
【关键词】：扩散张量成像 垂直传播 人类免疫缺陷病毒 基于示踪空间统计分析 脑白质 基于体素的形态测量学 垂直传播 人类免疫缺陷病毒 青少年 人类免疫缺陷病毒 青少年 脑结构网络 小世界属性 核心节点 灰质 食蟹猴 磁共振图像模板 基于体素的形态学分析
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R445.2;R512.91
【目录】：

• 论文创新点6-10
• 中文摘要10-13
• ABSTRACT13-18
• 第一部分 前言18-22
• 1.1 HIV18-19
• 1.2 青少年HIV垂直传播19-20
• 1.3 青少年HIV患者认知功能的临床评估20-22
• 第二部分 磁共振成像22-33
• 2.1 磁共振成像原理22-23
• 2.2 结构磁共振成像23-33
• 第三部分 青少年垂直传播感染HIV后脑扩散张量成像研究33-42
• 3.1 材料和方法33-36
• 3.2 结果36-39
• 3.3 讨论39-42
• 第四部分 青少年垂直传播感染HIV后脑灰白质体积基于体素的形态测量学42-53
• 4.1 材料和方法43-45
• 4.2 结果45-50
• 4.3 讨论50-53
• 第五部分 青少年垂直传播感染HIV后灰质结构网络研究53-66
• 5.1 材料和方法53-58
• 5.2 结果58-63
• 5.3 讨论63-66
• 第六部分 用于VBM分析的食蟹猴脑模板66-73
• 6.1 材料和方法67-69
• 6.2 结果69-71
• 6.3 讨论71-73
• 参考文献73-83
• 综述 HIV相关神经认知疾病磁共振成像的研究进展83-94
• 参考文献90-94
• 攻博期间发表和待完成的论文94
• 参与课题及会议94-96
• 致谢96-98

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本文编号：930313