阿尔茨海默病全脑非高斯扩散改变的扩散峰度成像研究

发布时间：2017-08-23 00:36

  本文关键词：阿尔茨海默病全脑非高斯扩散改变的扩散峰度成像研究

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【摘要】：目的：分析不同采集方案得到的扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging, DKI)参数对不同组织微观结构的分辨能力和对胼胝体微观结构成像的优劣,探寻最优中枢神经系统的DKI采集方案。然后研究早期阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者全脑白质和灰质的非高斯扩散(non-Gaussian diffusion)改变的特点。材料和方法：选取6名健康右利手志愿者行常规磁共振成像序列和扩散序列扫描,使用的扩散敏感因子(b值)有b=0的参考基准和b=500s/mm2、b=1000s/mm2、 b=1500s/mm2、b=2000s/mm2、b=2500s/mm2,扩散梯度编码方向个数为30个,利用FSL软件进行头动、涡流校正等预处理,在MATLAB R2010b平台上计算不同b值组合采集方案下的表观峰度系数(apparent kurtosis coefficient, AKC)、表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)、轴向峰度系数(axial kurtosis,AK)和径向扩散系数(radial kurtosis, RK)等参数图。全面评估不同方案得到的参数对灰质、白质和脑脊液的分辨能力及对胼胝体微观结构成像的优劣。然后选取在我院进行诊治的早期阿尔茨海默病患者26例,收集年龄匹配的26例健康志愿者作为正常对照(normal control, NC)组。采集所有阿尔茨海默病患者及健康志愿者的基本信息及相关临床病史,排除抑郁、焦虑等影响神经精神学量表评分的疾病,对所有受试者进行简易智能量表(Mini-mental state examination, MMSE)、蒙特利尔认知评估(Montreal cognitive assessment, MOCA)、临床痴呆分级(clinical dementia rate, CDR)、Hachinski缺血指数量表(Hachinski Ischemic Score, HIS)、汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Depression Scale, HAMD)和汉密尔顿焦虑量表(Hamilton Anxiety Scale, HAMA)等神经精神学量表评分。并采用3.0T MR扫描仪进行常规MRI与最优DKI序列扫描。利用FSL软件进行头动校正、涡流校正等预处理,采用DKE (diffusion kurtosis estimator)软件得到平均峰度系数(mean kurtosis, MK)、AK、RK、部分各向异性(factional anisotropy, FA)和平均扩散系数(mean diffusivity, MD)、轴向扩散系数(axial diffusivity, AxD)、径向扩散系数(radial diffusivity, RD)的参数图,然后采用统计参数图SPM8软件包对两组受试者全脑白质和灰质的所有参数进行基于体素的分析(voxel-based analysis, VBA),并进行AD病人全脑的参数MK、FA和MD与神经精神病学量表评分之间的相关性分析。结果：1、①仅增加b值的个数不仅不能提高DKI对不同组织的分辨能力,反而增大拟合误差,而且延长采集时间。而2个b值的采集方案降低了临床的应用时间,且不会减低对不同组织的分辨能力；②1000s/mm2和2000s/mm2的采集方案得出的峰度参数更能真实地反映胼胝体的微观结构特征；2、①AD患者白质区域中的胼胝体、双侧扣带束、双侧额叶及双侧颞叶白质的MD、AxD和RD值显著升高(P0.001), MK、AK、RK和FA值显著降低(P0.001)；②AD患者灰质区域中的双侧海马旁回,海马,扣带回,胼胝体下回,颞叶和额叶灰质的MD、AxD和RD值显著升高(P0.001), MK、 AK、RK值显著降低(P0.001)。值得注意的是,皮层下灰质的豆状核于峰度参数图上表现为显著升高(P0.001),但于其他参数上无显著改变；③AD患者在MD、AxDRD中显示的异常范围与MK、AK、RK和FA显示的异常范围不同；④在AD患者中,参数MK在胼胝体、左侧扣带束、双侧颞叶和额叶白质区域与MMSE评分呈显著正相关(P0.001)。参数FA在胼胝体和左侧扣带束区域与MMSE评分呈显著正相关(P0.001)。参数MD在胼胝体和右侧扣带束区域与MMSE评分呈显著负相关(P0.001)。参数MK发现的具有相关性的区域多于参数FA和MD发现的相关性区域。结论：中枢神经系统的DKI优化采集方案采用b值1000s/mm2与2000s/mm2较为适宜。AD患者早期即有多个灰质和白质脑区的微观结构改变,皮层下豆状核的微观结构改变较复杂,DKI技术从非高斯扩散这一新的视角发现这些改变。此外,AD患者不同部位的DKI的不同参数与临床病情严重程度有不同程度的相关性,峰度参数可能更反映AD的严重程度,说明DKI的不同参数在不同类型的扩散变化上有不同的敏感性,DKI是传统扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)的有力补充。
【关键词】：阿尔茨海默病 扩散峰度 成像平均峰度系数 轴向峰度系数 径向峰度系数 部分各向异性基于体素的分析
【学位授予单位】：天津医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R749.16;R445.2
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-10
• 缩略语/符号说明10-12
• 前言12-15
• 研究现状、成果12-13
• 研究目的、方法13-15
• 一、扩散峰度成像采集方案的优化研究15-24
• 1.1 对象和方法15-18
• 1.1.1 研究对象15
• 1.1.2 MR扫描15
• 1.1.3 数据处理15-16
• 1.1.4 DKI参数对不同结构组织的分辨能力16-17
• 1.1.5 峰度参数对胼胝体的局部微观结构成像17-18
• 1.2 结果18-20
• 1.2.1 DKI参数对灰质、白质和脑脊液的分辨能力18-19
• 1.2.2 峰度参数对胼胝体的局部微观结构成像特点19-20
• 1.3 讨论20-23
• 1.3.1 扩散峰度成像的提出20-21
• 1.3.3 扩散峰度成像的优化21-23
• 1.4 小结23-24
• 二、阿尔茨海默病全脑非高斯扩散改变的扩散峰度成像研究24-38
• 2.1 对象和方法24-27
• 2.1.1 研究对象24-25
• 2.1.2 MR扫描25
• 2.1.3 参数图的计算25-26
• 2.1.4 基于体素的分析26-27
• 2.2 结果27-32
• 2.2.1 DKI对AD患者全脑白质区域的研究27
• 2.2.2 DKI对AD患者全脑灰质区域的研究27
• 2.2.3 AD患者DKI参数改变与临床认知水平的相关性分析27-32
• 2.3 讨论32-37
• 2.3.1 AD患者中枢神经系统的病理改变特点32-33
• 2.3.2 AD患者全脑白质非高斯扩散变化的特点33-35
• 2.3.3 AD患者全脑灰质非高斯扩散变化的特点35-36
• 2.3.4 AD患者DKI参数改变与临床认知水平的相关性36-37
• 2.4 小结37-38
• 结论38-39
• 参考文献39-46
• 发表论文和参加科研情况说明46-47
• 附录47-59
• 综述 扩散峰度成像及其在中枢神经系统的研究进展59-69
• 综述参考文献65-69
• 致谢69-70

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本文编号：722008