脑血管病相关病理改变在捐献人脑组织中的分布及生前认知功能关系研究

发布时间：2020-08-04 18:19

【摘要】：研究背景随着人口老龄化,年龄相关的认知功能下降成为日益增长的公共健康问题。其发生机制有多种假说,越来越多研究提供了脑血管病变机制的证据,但病理学研究相对匮乏。已有的脑血管病变与认知功能关系的病理学研究大多探究梗死与认知水平的关系,而对其他脑血管病变缺乏关注。同时,脑血管病理学研究大多停留在有或无的定性描述阶段,缺乏定量研究。研究目的本研究旨在探究各种脑血管病(Cerebral vessel disease,CVD)相关病理改变在中国捐献人脑组织不同脑区中的分布情况,及其与生前认知功能关系。采用深度卷积神经网络模型对血管病理改变进行识别,并计算相应面积,从而探索脑血管病病理定量评分标准。研究方法本研究共纳入中国医学科学院北京协和医学院人脑组织库122例具有临床信息、ECog认知评分,保存完整的捐献人脑组织,对12个脑区分别进行HE染色及GFAP染色,镜下阅片并根据改良脑血管病变分期标准对染色结果进行分期打分。利用描述统计及秩和检验分析病理改变与临床认知水平的关系。利用Python构建深度卷积网络,对输入样本进行机器学习和测试,输出结果与人工识别所得金标准结果比较,优化识别模型。研究结果在中国医学科学院北京协和医学院人脑组织库中,诊断血管性痴呆17例,患病率13.94%。腔隙性梗死、小动脉硬化、血管周围细胞增多、血管周围间隙增大出现较多。其中腔隙性梗死、血管周围细胞增多、微出血、小动脉硬化、血管周围间隙在不同认知水平组中有显著差异。血管病理分期可能与临床认知损害存在相关性,ECog总分及各项评分随腔隙性梗死、小动脉硬化、血管周围细胞增多、血管周围间隙增大严重程度的增加而上升。脑血管病理改变在合并AD病理改变时加重认知损伤。目前利用深度卷积网络可识别血管周围间隙增大,准确率较高。研究结论目前临床诊断血管性痴呆(Vascular dementia,VaD)敏感度低,凸显病理诊断血管性痴呆重要性。多种脑血管病理改变可能影响临床认知水平。脑血管病理改变合并AD病理改变时可加重认知损伤。
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R743;R749.1
【图文】：

横截面积,血管,病理改变,腔隙性梗死

在完成全部的脑组织镜下阅片后，将存在该病理改变的组织切片相互比较，逡逑按照病变的严重程度打分。对于可清晰量化的病理改变（大梗死、腔隙性梗死、逡逑血管周围间隙增大）采取定量打分（图１），对于不易量化的病理改变（小动脉逡逑硬化，微出血，血管周围细胞增多）采取半定量打分，０＝邋“没有”，１＝邋“轻”，逡逑２＝邋“中”，３＝邋“重”（图２）。对于定量打分图像，在图像处理软件中用闭合不逡逑规则多边形对目标区域进行描绘，一张图像中通常有２个不规则多边形，如梗死逡逑灶面积和血管横截面积，两面积像素点比值为输出值。大梗死和腔隙性梗死严重逡逑程度的量化指标为：梗死面积／血管横截面积；0＝“没有”，１＝“梗死面积／血管逡逑横截面积＜１０”，２＝邋“１０〈梗死面积／血管横截面积＜２０”，３＝邋“梗死面积／血管逡逑横截面积＞２０”。血管周围间隙增大严重程度的量化指标为：血管周围间隙面积逡逑／血管横截面积。０＝邋“没有”，１＝邋“血管周围间隙面积／血管横截面积Ｓ３”，２＝逡逑“邋３＜血管周围间隙面积／血管横截面积＜邋７邋”

血管,小动脉硬化,横截面积,数据加载

血管周围间隙增大）采取定量打分（图１），对于不易量化的病理改变（小动脉逡逑硬化，微出血，血管周围细胞增多）采取半定量打分，０＝邋“没有”，１＝邋“轻”，逡逑２＝邋“中”，３＝邋“重”（图２）。对于定量打分图像，在图像处理软件中用闭合不逡逑规则多边形对目标区域进行描绘，一张图像中通常有２个不规则多边形，如梗死逡逑灶面积和血管横截面积，两面积像素点比值为输出值。大梗死和腔隙性梗死严重逡逑程度的量化指标为：梗死面积／血管横截面积；0＝“没有”，１＝“梗死面积／血管逡逑横截面积＜１０”，２＝邋“１０〈梗死面积／血管横截面积＜２０”，３＝邋“梗死面积／血管逡逑横截面积＞２０”。血管周围间隙增大严重程度的量化指标为：血管周围间隙面积逡逑／血管横截面积。０＝邋“没有”，１＝邋“血管周围间隙面积／血管横截面积Ｓ３”，２＝逡逑“邋３＜血管周围间隙面积／血管横截面积＜邋７邋”，３＝邋“血管周围间隙面积／血管横截面逡逑积＞７或多个”。逡逑１０逡逑

网络模块,卷积

③逦下采样模块：先进行池化，然后做两次卷积，逐步扩大感受野，获取图像的逡逑总体特征。逡逑④上采样模块：首先将输入进行一次转置卷积，然后将它与特征提取过程中对逡逑应的输出拼接，然后共同进行两次卷积。每上采样一次，就和特征提取部分对应逡逑的通道数相同尺度融合，逐步恢复空间维度和细节信息（图３）。逡逑

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