体素形态学方法与人工神经网络结合在Alzheimer病诊断中的应用研究

目的将体素形态学方法与人工神经网络方法相结合,用于阿尔茨海默氏病的诊断,探索自动、客观的Alzheimer临床诊断新途径。方法研究对象包括10名可能的Alzheimer病人和12例年龄与性别与之相匹配的正常老年人,在Siemens Sonata1.5T超导MR成像系统上获得精细的三维结构图像,首先利用体素形态学方法得到了Alzheimer患者灰质发生缺失的10个区域,然后统计每个区域的灰度值,在此基础上,利用反向传播神经网络对数据进行分析处理。结果海马、海马旁回、内嗅皮层、杏仁体、尾状核头部、颞中回、扣带回、顶下小叶、岛叶和前额背外侧区域,在训练样本数为18的情况下,利用神经网络能够达到100%的判别效果。结论将人工神经网络方法和体素形态学(VBM)方法相结合诊断Alzhei-mer患者,具有良好的临床应用前景,可能成为一种实用和可靠的临床诊断工具。

基于体素的形态学方法对抑郁症患者的脑结构磁共振研究

目的运用基于体素的形态学分析方法探究首发未治疗抑郁症患者的脑灰质体积变化,探讨抑郁症患者有关脑区脑结构改变,为深入理解抑郁症的发病机制提供新的思路。方法前瞻性连续纳入抑郁症患者30例,正常对照24例,使用同一台PHILPS 3.0T磁共振机器对所有受试者进行MRI结构像扫描,并采用基于体素的形态学分析方法对其脑灰质体积改变进行分析。结果患者组较正常对照组相比,左侧颞中回、右侧岛叶、左侧枕上回及右侧背外侧额上回四个脑区灰质体积明显减小(P<0.05,cluster size>45,Alphasim校正),未观察到有脑灰质体积增高的脑区。结论首发未治疗抑郁症患者较正常对照灰质体积减小的脑区主要涉及额颞枕叶及岛叶,表明抑郁症的发生与多个脑区相关联。

基于体素的形态学测量结合ASL在脊髓小脑共济失调3型诊断中的应用价值

目的 探讨基于体素的形态学测量方法 (VBM)结合3D脉冲式动脉自旋标记灌注成像(3D-PASL)对脊髓小脑共济失调3型(SCA3)的诊断价值。方法 前瞻性收集2018年5月~2019年5月经基因检测证实为SCA3的患者,并募集与其性别、年龄、身体质量指数(BMI)匹配的健康志愿者。对所有入组者行基于全脑的T1WI磁化强度预备快速梯度回波(T1MPRAGE)和3D-PASL扫描,获得被试者经Dartel配准后的全脑标准化灰质概率图以及全脑脑血流量(CBF)图。进一步通过组间VBM比较确定灰质体积显著差异的脑区及其特利尔神经研究所(MNI)标准空间坐标作为兴趣区,提取相应脑区的CBF值,并通过非参数检验和受试者工作特性曲线(ROC)分析评价其对SCA3的诊断价值。结果 相比健康对照[n=12,平均(36.92±14.26)岁],VBM示SCA3患者[n=19,平均(40.89±13.72)岁]的右侧小脑半球存在灰质体积显著减低区域,主要位于右侧小脑前叶(MNI坐标x:18,y:-54,z:-19.5)(P<0.05,FWE校正)。进一步对比分析相应区域的CBF值,结果表明SCA3患者右侧小脑前叶的CBF值(56.0±30.9) ml/100 g/min明显高于对照组(29.6±21.0)ml/100 g/min(P<0.05)。ROC分析显示,基于右侧小脑前叶的CBF对SCA3具有中等程度的诊断效能,曲线下面积(AUC)为0.75,特异度、敏感度和界值分别为75.0%、84.2%和29.8 ml/100 g/min。结论 相比健康对照,SCA3患者的右侧小脑前叶灰质体积显著减低,相应区域CBF增高。基于右侧小脑前叶的CBF值可用于诊断SCA3。

吸烟者与不吸烟者灰质体积的差异-基于体素的形态学研究(VBM)

目的:了解慢性吸烟者是否存在脑灰质改变。方法:采用磁共振三维成像技术对44名吸烟者和44名相匹配的不吸烟者脑结构扫描,利用基于体素的形态学分析方法进行吸烟与非吸烟者两组之间的脑灰质体积比较。结果:与不吸烟者组相比,吸烟者组的左侧丘脑、额中回区和扣带回灰质体积下降(P<0.001,未纠正)。结论:本研究发现了慢性吸烟者的脑灰质改变(丘脑、额中回区和扣带回灰质体积下降),此结果将有助于进一步研究慢性吸烟的大脑作用机制。

基于体素的形态学分析在认知障碍领域的应用

发现阿尔茨海默病(AD)早期阶段的生物标志物有利于提高AD诊断的准确性及早期诊断AD。随着神经影像及分析方法的发展,基于体素的形态学分析方法(VBM)因其可重复性及准确性引起了人们的重视,利用VBM方法研究AD的灰质体积,可通过神经结构体积的改变预测AD的风险,并发现与AD相关的灰质体积改变的部位,以利于对AD潜在的病理生理学机制的理解,为治疗和预防AD提供帮助。本文结合国内外最新研究进展,就VBM在认知障碍领域的应用做一综述。

基于体素的形态学测量观察终末期肾病患者脑结构变化与认知功能的相关性

目的采用基于体素的形态学测量方法(VBM)检测终末期肾病(ESRD)患者脑结构,探讨脑灰质体积变化与蒙特利尔认知评估量表(MoCA)之间的相关性。方法对47例终末期肾病患者(ESRD组)和46例健康志愿者(正常对照组)行T1WI结构像扫描及MoCA测试,运用DPABI软件对脑结构数据进行预处理,采用SPM 12独立样本t检验分析两组间脑结构数据,获得差异脑区(P<0.05,FWE校正),用SPSS对差异脑区脑体积与MoCA评分行Pearson相关性分析(P<0.05)。结果与正常对照组相比,ESRD组左侧尾状核、左侧海马旁回、左前扣带回、左颞横回、左额中回、左侧前岛叶、双侧中扣带回、右侧颞极、右中央前回内侧段灰质体积减小(P<0.05,FWE校正);左前扣带回体积与MoCA总分、注意力、语言、抽象评分呈正相关(P<0.05);左侧前岛叶体积与MoCA总分、视觉与执行能力、注意力评分呈正相关(P<0.05);左中扣带回体积与注意力评分呈正相关(P<0.05);右中央前回内侧段体积与语言评分呈正相关(P<0.05)。结论ESRD患者部分脑区体积缩小,涉及左前/中扣带回、左侧前岛叶、右中央前回内侧段,主要与认知、注意力、语言功能相关。

伴躯体症状抑郁症患者磁共振脑灰质体积异常表现

目的 采用基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)比较伴和不伴躯体症状抑郁症患者大脑灰质体积变化,探索伴躯体症状抑郁症患者在MRI上特有表现。方法 纳入52例抑郁症患者,根据入组时健康问卷躯体症状群量表评分是否>9分将其分为伴躯体症状组和不伴躯体症状组,同时纳入性别、年龄匹配的健康志愿者40名作为对照组。所有被试予MRI扫描,采用VBM方法比较各组大脑灰质体积的差异。结果 与对照组相比,伴躯体症状组右颞上回灰质体积增加,右眶额下回、右颞下回、左眶额下回、左颞上回体积减少(P<0.001),不伴躯体症状组右颞中回灰质体积增加,右颞上回、右颞下回体积减少(P<0.01)。抑郁症患者中,伴躯体症状组右舌回、左扣带回的体积较不伴躯体症状组增加(P<0.01)。结论 抑郁症伴躯体症状患者在VBM-MRI上表现为舌回、扣带回体积增加。

基于VBM-DARTEL的局灶性皮质发育不良脑灰质体积异常检测方法

目的:局灶性皮质发育不良(Focal Cortical Dysplasia,FCD)是导致药物难治性癫痫的重要病因之一。如何应用磁共振影像探究FCD全脑解剖结构的异常变化部位和定位,对临床诊断和治疗具有重要意义。方法:本文建立一种基于VBM-DARTEL的FCD脑灰质异常检测方法。该方法包括对磁共振结构像进行图像分割、DARTEL模板制作、图像标准化等,最后使用双样本独立t检验统计分析患者组和对照组全脑灰质体积的差异,从而得到FCD脑灰质的病变特征。结果:与正常对照组相比,FCD患者组双侧大脑半球存在广泛脑区的灰质体积异常;FCD患者的脑灰质存在萎缩,并伴有灰质体积异常增大的脑区,且多集中在额叶和颞叶等区域。结论:基于DARTEL的VBM方法可以有效地检测FCD患者脑灰质体积的异常变化,且能准确定位FCD病灶。

抑郁样小鼠额叶体积的减少与脑源性神经营养因子表达的下降有关

目的研究抑郁样小鼠灰质体积的变化及其可能的内在机制。方法将24只6周龄C57小鼠随机分为对照组(n=12)与造模组(n=12),利用慢性不可预知温和刺激(CUMS)对小鼠进行35 d的抑郁造模。通过小动物磁共振对两组小鼠进行成像,观察抑郁小鼠较对照组小鼠灰质体积的结构变化。利用免疫印迹与免疫荧光染色的方法观察小鼠相应皮质脑源性神经营养因子(BDNF)的表达情况。结果造模组小鼠较对照组小鼠在矿场实验中在中央位置的行走距离下降(P<0.05),在强迫游泳实验中不动时间增加(P<0.05)。小动物磁共振成像结果显示,造模组小鼠的额叶皮质体积下降(P<0.001,当团块水平≥10756时,过P=0.05的FDRc矫正)。在蛋白印迹实验中,额叶皮质内成熟BDNF的表达下降(P<0.05);免疫荧光染色显示,BDNF在造模后表达下降,并且VBM分析得到的差异团块的体积大小与蛋白印迹实验中成熟BDNF表达水平的高低存在相关(P<0.05)。结论抑郁造模后小鼠额叶皮质体积的下降与额叶皮质内成熟BDNF表达下降有关。

无认知功能障碍帕金森病患者脑皮层体积变化与运动功能的相关性

目的:探讨帕金森病(PD)患者大脑皮层体积与健康对照之间的差异,结合帕金森运动评分探讨存在体积差异的皮质信号与临床症状的相关性。方法:32例无认知功能障碍的PD患者(PD-wCI)及31例健康志愿者(对照组),首先采用统一帕金森病评定量表(UPDRS-Ⅲ)对每例被试者的运动功能进行评分,采用Siemens Skyra 3.0T磁共振扫描仪对纳入两组受试者行三维磁化准备快速梯度回波(MPRAGE)序列T 1WI扫描,采用DPABI软件中基于体素的形态学方法(VBM)对图像进行后处理,比较两组间皮层体积的差异(GRF检验,voxel P<0.001,cluster P<0.05),将有显著差异脑区的体积与UPDRS-Ⅲ评分进行相关性分析。结果:PD组患者右侧中央前回及中央后回的皮层体积较对照组明显减小(P<0.001),而且这两个脑区的体积与UPDRS-Ⅲ评分之间均存在显著负相关(右侧中央前回:r=-0.472,P=0.006;右侧中央后回:r=-0.510,P=0.003)。结论:PD患者大脑皮层部分区域的体积较小且减小程度与运动功能评分之间呈负相关,提示脑功能成像可在一定程度上揭示帕金森病所致感觉运动功能障碍的发生机制。

联合运用VBM方法和DTI技术揭示精神分裂症的神经元基质

目的:运用基于体素形态学VBM(voxel-based morphometry)方法探索未用药的首发精神分裂症患者与正常人脑结构差异,并用弥散张量成像DTI(diffusion tensor imaging)技术观察脑白质结构完整性。方法:纳入18个首发精神分裂症患者,和19个年龄性别都相符的正常人,分别采集高分辨T1WI图像和DTI图像。T1WI图像的处理采用优化的VBM方法进行全脑分析比较。结果:与健康对照组相比,首发精神分裂症患者双侧枕叶和双侧丘脑明显的灰质密度降低,左侧顶枕束、左上纵束及右扣带回后部白质密度降低。而右枕额纤维束,右胼胝体压部到右扣带回后部有相应FA值降低。结论:联合优化的VBM以及DTI图像分析技术,发现首发精神分裂症患者枕叶视辐射区,丘脑皮质回路(边缘系统)皮质以及白质完整性受损,提示在精神分裂症早期就存在边缘系统和视觉通路的神经发育异常。

形态测量学在阿尔茨海默病和轻度认知障碍的早期诊断及病程转化预测的应用研究

阿尔茨海默病(AD)和轻度认知障碍(MCI)的发生率不断攀升,然而目前却尚无有效的方法预防或者治疗。由于形态学测量方法可以全面、客观地获取脑结构的定量信息,利用形态学测量方法探讨MCI和早期AD的诊断,以及MCI转化AD的预测研究已受到了国内外研究人员的关注。形态测量学在脑功能方面研究的主要方法有基于体素的形态学测量方法(VBM)、基于张量的形态测量学(TBM)和基于形变的形态测量学(DBM)3种方法,其中,尤以VBM受到国内外科研工作者的关注,并取得了一些研究成果。随着成像技术的进步,人脑解剖图像和结构图像分辨率不断提高,形态测量学技术特别是VBM方法在MCI和AD疾病诊断及转化预测方面的研究取得了一些进展,但尚处于起步阶段,许多问题还有待于深入研究来加以解决。

大脑局部灰质体积与戒烟结果的关系——基于体素的形态学分析

目的运用基于体素的形态学分析(VBM)方法寻找与戒烟治疗结果(4周持续戒断率)相关的脑结构。方法对23名慢性吸烟者于戒烟治疗前采用MR三维成像技术进行脑结构扫描,利用VBM方法对戒烟成功和戒烟失败两组之间的脑灰质体积进行比较,并采用统计学方法行两样本t检验。结果 23名接受戒烟治疗的慢性吸烟者中,10名戒烟成功,13名戒烟失败。戒烟成功组右侧额下回和右侧颞下回区灰质体积较戒烟失败组大(P<0.001)。未发现戒烟成功组存在灰质体积较小的脑区。结论慢性吸烟者的持续戒断与具有调节认知(注意力、冲动控制、学习及记忆)、延时兴奋、情绪等功能的前额叶皮层及视空间注意力皮层相关。大脑可能存在某些可作为戒断及复吸的预测器或生物标记的结构。

鼻咽癌放疗后常规磁共振成像阴性的脑灰质体积研究

目的探讨放疗对脑灰质的影响,评估鼻咽癌(NPC)放疗后不同时期脑灰质体积的改变情况,为放射性脑损伤(RBI)潜伏期内出现神经认知功能异常提供依据。方法对60例NPC患者进行高分辨率T1扫描,其中放疗前14例,放疗后46例。使用VBM-DARTEL分析方法进行图像处理,统计学分析以P<0.05为检验水准,采用FDR校正,构成统计参数图,并以伪彩显示。结果与放疗前组相比,NPC组放疗后0~6个月组右侧颞叶、枕叶、顶叶,左侧额叶、小脑蚓部、左侧小脑半球灰质体积减小;放疗后6~12个月组右侧额、顶叶,双侧颞叶及左侧小脑半球灰质体积减小;放疗后>12个月组右侧额叶、颞叶、小脑半球及左侧枕叶灰质体积减小。结论放疗可导致NPC患者产生较广泛的的脑灰质微观结构损伤,在放疗后12个月内损伤最严重。

磁共振检查在强迫症病理机制研究、鉴别诊断及治疗评估中的应用进展

强迫症(OCD)是一类以反复出现强迫意念和(或)强迫行为等强迫症状为主要表现的慢性致残性精神障碍,脑灰质结构异常是其重要神经病理基础之一。核磁共振成像(MRI)检查可发现OCD患者灰质体积异常、皮层形态学异常,进一步提示OCD的发病机制。借助MRI影像数据分析方法,可将OCD与焦虑障碍、孤独症谱系障碍、注意缺陷多动性障碍进行鉴别,并揭示不同的神经病理机制。MRI检查在OCD治疗评估中也有较好的应用前景,如灰质体积改变、脑皮层形态学指标有助于预测OCD患者的治疗效果及预后。

区域灰质体积和局部一致性与内外倾性的相关性研究

目的探究大学生艾森克人格与脑结构及功能的相关性。方法选取100名健康大学生志愿者,行常规序列MRI平扫排除颅内器质性病变。行3D-T1WI全脑结构像及BOLD扫描,采用SPM8软件进行图像处理分析,获取脑结构参数区域灰质体积（GMV）和功能参数局部一致性（REHO）。进行艾森克人格问卷简式量表中国版（EPQ-RSC）评分。区域GMV和REHO值改变与评分的相关性采用Pearson相关性分析,将年龄、性别及颅内总GMV作为外部回归因子。结果内外倾性（E）与神经质（N）分数无相关性（r=-0.39,P〉0.05）。E评分与右侧颞中回GMV负相关（r=-0.38,P〈0.05）,坐标值（X=54,Y=-30,Z=-9）,与左侧中央前回REHO值正相关（r=0.50,P〈0.05）,坐标值（X=-42,Y=0,Z=48）。N评分与大脑区域GMV及REHO值无相关性（P〉0.05）。结论大脑区域GMV及REHO值与人格特质具有相关性,人格特质的不同是基于个人在大脑中结构及功能的差异。

青少年肌阵挛癫痫患者格兰杰因果模型研究

目的:利用格兰杰因果分析(Granger causality analysis,GCA)模型探究青少年肌阵挛癫痫(Juvenile Myoclonic Epilepsy,JME)患者有效连接。方法:采集20例青少年肌阵挛癫痫患者和20例健康被试的静息态功能磁共振成像(Resting-state functional MRI,rs-fMRI)数据。首先利用基于体素的形态学(voxel-based morphometry,VBM)方法分析两组被试灰质体积差异,获取右侧额中回、左侧海马旁回和左侧楔前叶等灰质异常脑区。然后以这3个脑区为感兴趣区通过格兰杰因果分析模型进行青少年肌阵挛癫痫有效连接研究。结果:青少年肌阵挛癫痫患者组的六条格兰杰因果关系中,右侧额中回到左侧海马旁回、右侧额中回到左侧楔前叶两条格兰杰因果关系均呈现负激活。结论:右侧额中回可能对青少年肌阵挛癫痫患者的脑功能网络异常有更大影响。