原发性开角型青光眼fMRI视网膜皮层映射分区及V1区皮层功能变化的研究

发布时间：2018-02-23 23:13

本文关键词： 视网膜感受野功能磁共振视皮层子午线视网膜视野功能磁共振青光眼视皮层第四脑室容积磁共振成像器官测量　出处：《第三军医大学》2010年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】： 背景与目的近年来视网膜皮层映射图技术得到了很大发展,包括fMRI、脑电图、脑磁图等,其中Bold-fMRI视网膜皮层映射技术具有高空间分辨率及无创特点,非常适合活体人类视觉系统的研究。目前大多采用行波方法成像,由于该技术实验设计和数据处理繁杂,一般人员较难掌握。在该部分中我们利用了子午线图刺激法,旨在通过该方法检测正常人视网膜膜皮层映射区的分布特征,探讨其技术方法和意义,并为以后的视觉系统疾病研究提供方法学平台。方法招募的4名健康成人志愿者,其中男性3名,女性1名,年龄31~57岁,均为右利手,双眼视力正常。运用对比度100%的水平和垂直黑白翻转棋盘格子午线图刺激。使用SIEMENS 3.0 T超导磁共振全身扫描仪,功能图像采用EPI扫描序列,垂直于距状裂冠状位扫描,3D MPRAGE序列矢状位采集高分辨率解剖数据。数据处理分析应用BrainVoyager QX 2.0软件,对解剖数据进行去头皮和颅骨、灰白质分割、提取皮层灰质、皮层重建、膨胀及切开展平,把通用线性模型(general linear model,GLM)分析后的功能像叠加于展平皮层上,根据视网膜皮层映射的特征划分视皮层区。结果实际反应曲线与设计的模型曲线均拟合,1～4受试者垂直和水平子午线刺激的拟合程度相关系数r值分别为0.862、0.816,0.859、0.883,0.863、0.792和0.765、0.859,说明子午线刺激获得的功能像实际反应曲线与设计的模型曲线均拟合较好;能达到划分背侧的V1d、V2d、V3、V3a和腹侧的V1v、V2v、Vp及V4区的目的。(图1)图1:四个受试者枕叶视皮层分区图,L-OL、R-OL分别表示左、右侧枕叶结论子午线法fMRI视网膜皮层映射分区可以无创、详细划出早期视皮层V1~V4区之间的分界;各区的总体分布一致,但同一区的大小及其具体的功能解剖分区位置分布存在明显个体差异,因此对视觉系统的研究必须要在分区基础上研究分析更加准确。背景与目的青光眼是我国严重的致盲眼病之一,目前在致盲眼病中排第二位,其中的原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma,POAG)是一组以视网膜神经节细胞死亡伴随视神经萎缩、眼压增高和特征性视野缺失为共同特征的非常复杂的眼病或综合征群,对于该病确切病因、病程的了解还比较有限。近年来的动物实验模型及青光眼病人尸体标本研究表明,可能是一种整个视觉通路的神经退变性疾病,包括皮层功能的改变。fMRI视网膜皮层映射(fMRI retinotopic mapping)图技术在正常人视皮层功能组构研究中得到广泛应用,具有高空间分辨率及无创特点,已开始用于弱视等视觉系统疾病的研究。该部分旨在通过子午线法fMRI视网膜皮层映射图技术对枕叶视皮层功能分区,并基于个体对青光眼患者和正常人双侧眼单独刺激所致V1区皮层信号、激活面积进行测量,并结合眼科相关检查指标分析其变化特点,探讨该病可能存在的中枢皮层机制及该技术在原发性开角型青光眼中的应用价值。方法从第三军医大学西南医院眼科医院和大坪医院青光眼中心搜集原发性开角型青光眼20名,年龄18～75岁,平均年龄50±8岁,男性15名,女性5名,均为右利手,双眼矫正视力≥0.5。年龄和性别与病人相匹配的招募的正常志愿者20名,年龄20～75岁,平均年龄50±11岁,男性15名,女性5名,均为右利手,双眼视力≥1.0。所有受试者实验前详细告知实验流程并签署知情同意书。所有患者和正常志愿者均接受单眼刺激和子午线图双眼同时刺激,单眼视觉刺激运用圆形黑白翻转棋盘格刺激,采用BLOCK设计,子午线图刺激同第一部分相关内容。将子午线图刺激的功能像叠加在膨胀皮层上根据视网膜在枕叶皮层拓扑映射特征切开划分出V1区,以V1为感兴趣区(region of interest,ROI),计算出双侧的V1面积,再把ROI调到单眼圆形棋盘格刺激的功能像和结构像叠加图上,提取双侧枕叶V1区BOLD信号(BOLD signal, %),平均双侧V1区BOLD反应曲线平台期各时间点信号,最终得到单眼刺激V1的平均反应大小。再通过手工画出V1内激活范围保存为ROI,由软件自动计算出V1内激活面积。应用SPSS 16.0 for Windows软件统计分析。正常人左眼与右眼、患者青光眼与对侧眼(相对较重的眼称为青光眼,另一眼为对侧眼)单独接受刺激时V1区皮层反应信号比较,采用配对样本t检验;患者的青光眼、对侧眼分别与其匹配的正常受试者眼进行比较,采用独立样本t检验;患者青光眼和对侧眼单独刺激时的V1皮层功能差异(信号异指数)与视功能差异(PSD差异指数)做线性相关分析;早期和中晚期病人V1区激活大小(激活面积指数)分别左右侧皮层比较,采用配对样本t检验;患者的对侧眼V1激活大小与其年龄、性别、眼侧别相匹配的正常人眼进行独立样本t检验。P0.05有显著性统计学差异。结果 1.经过预处理,功能像头动超过2.5mm的患者2例、不能注意观看视觉刺激的2例、结构像头动过大致灰白质分割不出的1例,严格控制被试头动、行为学表现及机械噪声等因素影响后,最终符合实验要求的POAG患者共15例(男性10例,女性5例),其中早期患者7例,中期4例,晚期4例。从正常志愿者中选择与POAG组受试者性别、年龄相匹配的对照组,共15例(男性10例,女性5例)。患者组和正常对照组年龄采用配对样本t检验,t=-0.495,P=0.8628,表明无统计学差异。所有患者和志愿者的功能数据实际反应曲线与设计的模型曲线均拟合较好,并可以清楚划分出V1/V2区的分界。 2.POAG组的青光眼、对侧眼单独刺激时V1区BOLD信号均值分别为1.24%、2.18%,青光眼明显较对侧眼弱(t=4.757,P0.001)。正常对照组的左、右眼V1区BOLD信号均值分别为1.99%、1.96%,左右眼不存在差异(t=0.205,P=0.840)。患者的青光眼、对侧眼分别与其年龄、性别、眼侧别相匹配的正常人眼进行比较:青光眼和匹配眼单独刺激时V1区BOLD信号均值为1.24%、2.01%,青光眼较正常人眼反应弱(t=-3.011,P=0.006);对侧眼和匹配眼单独刺激时V1区BOLD信号均值分别为2.18%、1.95%,对侧眼V1皮层反应的均值较正常人眼高,但两者不存在差异(t=0.742,P=0.465)。青光眼患者V1皮层反应双眼差异与视野检查的PSD值差异做线性相关分析,青光眼与对侧眼单独刺激的V1皮层功能差异与视功能差异存在线性负相关(r=-0.887,P0.001)。(图1,2) 3.正常人、早期患者、中晚期患者左右眼单独刺激时左右侧V1皮层的激活面积指数进行配对样本t检验:正常人左眼单独刺激时左、右侧V1的激活面积指数均值分别为0.83、0.88,右眼刺激时分别为0.81、0.86,左、右眼单独刺激时右侧V1激活均大于左侧(t=-2.384,P=0.032;t=-2.247,P=0.041);早期患者左眼单独刺激时左、右侧V1的激活面积指数均值分别为0.66、0.85,右眼刺激时分别为0.67、0.81,右侧V1激活均大于左侧(t=-2.606,P=0.040;t=2.949,P=0.026);中晚期患者左眼单独刺激时左、右侧V1的激活面积指数均值分别为0.47、0.66,右眼刺激时分别为0.65、0.41,左眼刺激时右侧V1激活大于左侧(t=-2.783,P=0.027),右眼刺激时左侧V1激活大于右侧(t=2.621,P=0.034)。(图3、4) 4.患者的对侧眼V1激活面积指数与其年龄、性别、眼侧别相匹配的正常人眼进行独立样本t检验。对侧眼和正常人眼的V1激活指数均值分别为0.70、0.85,患者对侧眼V1皮层激活较匹配正常人眼低(t=-3.801,P=0.001)。较,正常人和早期患者右侧V1均为右侧激活大,而中晚期病人则转变为左侧V1激活较大结论 1.青光眼存在皮层功能损害,而且青光眼皮层功能的损害与视觉功能的损害存在相关一致性。 2.青光眼患者随疾病的进展,V1皮层激活的左右不对称性发生改变,早期患者的左眼、右眼和中晚期的左眼保持了右侧皮层优势,而中晚期的右眼则变为左侧V1皮层激活明显;皮层激活不对称性的变化与视网膜神经纤维层的受损模式存在一致性。 3.基于fMRI视网膜皮层映射分区的定位、定量测量是一种对青光眼视觉皮层功能变化临床随访、评估测量的有用方法,也是活体人青光眼视觉通路跨突触退变研究的潜在有用工具。背景与目的交通性脑积水、颅内高压、第四脑室内出血扩张、某些精神类疾病、脑萎缩、第四脑室及周围结构占位性病变均可导致第四脑室大小变化,对这些疾病的临床诊断和科学研究均需以第四脑室容积的正常值为依据。但目前国内、外对正常成人第四脑室的测量均局限于小样本的CT径线测量或尸体标本的测量研究,径线无法完全体现不规则的第四脑室空间状态,所测量值难以真实反映第四脑室容积大小,而尸体标本难以反映活体人的正常形态大小结果。磁共振具有空间分辨力高、软组织对比强、无骨伪影,重建后更能三维地显示四脑室的精细解剖结构,可获取正常人第四脑室的三维可视化图谱。本研究基于1000例中国汉族正常成人三维高分辨率磁共振图像,使用三维容积分析软件自动追踪结合手工勾勒感兴趣区域(region of interest,ROI)测量国人第四脑室容积,探讨第四脑室容积的性别的差异及与年龄的相关关系,为人脑发育及相关疾病的研究、诊断提供基础对照值,并为建立“中国成人数字标准脑”提供该部分基础性数据。方法采用全国16家医院(医院分布全国各地,重庆,四川,湖北,广东,北京,山东,宁夏,山西,新疆,内蒙,浙江,上海等地三级甲等医院)多中心临床研究形式,选取18～70岁健康中国汉族成年志愿者共1000名,按照年龄18～30、31～40、41～50、51～60、61～70岁进行分组,分别定义为A、B、C、D、E年龄段组,男、女每组均为100例,所有受试者均行T1加权三维磁化强度预备梯度回波序列扫描,以Midob1.2软件对三维数据重建后于矢状位通过软件自动追踪结合手工勾勒第四脑室边界测量其容积,对不同性别、不同年龄组分别采用独立样本t检验分析、方差分析,年龄和容积做Pearson相关统计分析。结果男性A、B、C、D、E组第四脑室容积分别为:(2.06±0.91)、(2.12±0.77)、(2.15±0.79)、(2.14±0.99)、(2.42±0.84)ml;女性分别为:(1.95±0.71)、(1.89±0.59)、(1.77±0.56)、(1.93±0.67)、(2.01±0.65)ml。男性容积大于女性具有显著性统计学差异(t=5.573,P=0.000);女性各年龄组间无显著性差异(F=1.788,P=0.130),男性组间有显著性差异(F=2.639,P=0.033),男性两两比较结果60岁前后差异有统计学意义(P0.05)。男性容积和年龄有相关,但相关性不强(r=0.119,P=0.008);女性容积和年龄不相关(r=0.041,P=0.360)。结论正常中国汉族成人第四脑室容积男性大于女性;男女性第四脑室容积随年龄变化情况存在不同,男性60岁后容积增大,女性则不明显。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：R775

【参考文献】