基于纤维束示踪的空间统计方法研究进展及其应用

基于纤维束示踪的空间统计方法(TBSS)能够自动、准确地分析扩散张量数据,克服了基于体素的形态学分析在配准和平滑等过程中存在的不足,可对不同被试者的主要白质纤维束对齐、配准,从而达到较精准的组间比较,因此对脑白质异常区域定位更准确,为定量评估脑白质病变提供可靠参数,在脑科学研究和临床实践中有较好的应用前景。但TBSS方法仍存在一定局限性,有待于进一步改进。就TBSS方法的原理、计算过程及应用等予以综述。

基于纤维束示踪空间统计方法的扩散张量成像技术在帕金森病中的应用进展

帕金森病(PD)是一种常见于中老年人的慢性进行性神经变性疾病。功能影像学显示,PD在引起黑质纹状体系统改变的同时伴有脑白质纤维等其他区域的病理变化。基于纤维束示踪的空间统计方法(TBSS)的扩散张量成像(DTI)技术能够较为准确地对脑白质异常区域进行定位,为定量评估脑白质病变提供可靠参数。该文就TBSS的DTI的分析方法与限度、在PD诊断以及鉴别诊断中的应用以及优缺点进行总结。

基于纤维束示踪的空间统计分析方法研究遗忘型轻度认知障碍患者脑白质结构变化

目的探讨遗忘型轻度认知障碍(aMCI)患者白质纤维病变并进一步评估白质改变与认知功能变化相关性。方法对12例aMCI患者及24名与患者组年龄相匹配的健康老年人进行磁共振弥散张量成像(DTI)扫描并通过基于纤维束示踪的空间统计学分析(TBSS)方法分析aMCI患者各向异性分数(FA)图。采用简易精神状态量表(MMSE)和蒙特利尔认知评估量表(MoCA)对患者的认知功能进行评定。结果与健康老年人相比,aMCI患者仅在小范围出现了FA值的降低,包括胼胝体膝部及部分左前额叶。aMCI组白质出现差异的区域的平均FA值(0.5±0.4)与MMSE及MoCA评分存在正相关(r=0.534,P<0.01;r=0.487,P=0.01)。结论胼胝体膝部及部分左前额叶的白质在aMCI阶段即可出现损害,且FA值的下降程度与认知功能损害相关。

首发未服药精神分裂症脑弥散张量成像基于纤维束示踪的空间统计分析

目的分析首发未服药精神分裂症患者脑白质结构变化。方法对40例精神分裂症患者与68名正常对照进行脑磁共振弥散张量成像检查,通过FSL软件处理得到各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、平均弥散参数(mean diffusivity,MD)、轴向弥散参数(axial diffusivity,AD)和径向弥散参数(radial diffusivity components,RD)值,通过基于纤维束的空间统计分析(tract-based spatial statistics,TBSS)软件分析2组间差异。结果患者组双侧部分胼胝体膝部、双侧放射冠前肢、左侧放射冠向前额叶的投射、左侧部分前丘脑辐射和分散的左侧钩状束前部多个部位RD值较对照组升高(均P<0.05,FEW校正后),2组间FA、MD、AD值无统计学差异(P>0.05)。结论首发未服药精神分裂症患者可能存在左右大脑半球之间及额叶与其它脑区之间的连接异常。

基于纤维束骨架空间统计方法对内侧颞叶癫痫患者的弥散张量成像研究

目的运用基于纤维束骨架的空间统计方法(TBSS)分析内侧颞叶癫痫(MTLE)患者全脑白质纤维束弥散张量成像(DTI)参数。方法选择24例右利手MTLE患者(左侧MTLE 12例,右侧MTLE 12例)及性别、年龄及受教育程度与之相匹配的12例健康志愿者为研究对象,使用西门子3.0 T Trio Tim磁共振扫描仪对研究对象行DTI扫描。使用TBSS法分析白质纤维束的部分各向异性(FA)及平均弥散率(MD)。结果患者脑白质纤维束FA值显著降低,MD值显著增高。左侧MTLE组双侧大脑半球白质纤维束均有FA值减低,右侧MTLE组FA值减低的脑区主要集中在右侧;左侧MTLE组双侧大脑半球白质纤维束MD值均有升高,而右侧MTLE组MD值增高的区域全部集中在右侧。结论内侧颞叶癫痫患者脑白质微结构存在一定的变化。左侧MTLE患者白质纤维束呈双侧性改变,右侧MTLE白质纤维束的变化多位于患侧。患侧钩束DTI参数的异常可能在MTLE的定侧诊断方面具有应用价值。

全面性发育迟缓患儿大脑白质纤维束微结构异常的扩散峰度成像研究

目的使用扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)评估全面性发育迟缓(global developmental delay,GDD)患儿大脑白质纤维束微结构的改变。材料与方法这项前瞻性研究纳入了37例GDD儿童作为试验组和32例性别、年龄相匹配的健康儿童作为对照组。对所有参与者进行了DKI序列扫描,经过后处理得到扩散张量和峰度张量参数。使用基于束的空间统计学方法(tract-based spatial statistics,TBSS)比较了这些参数在两组之间的差异,并将组间有显著差异纤维束内的参数值与GDD儿童的神经发育得分进行Spearman相关分析。结果与对照组相比,GDD组右侧皮质脊髓束和右侧丘脑前辐射的平均扩散率(mean diffusivity,MD)均显著升高(P均<0.05);双侧丘脑前辐射、双侧皮质脊髓束和右侧上纵束的径向扩散系数(radial diffusivity,RD)也显著升高(P均<0.05)。此外,GDD组的径向峰度(radial kurtosis,RK)则显著降低(P均<0.05),包括双侧丘脑前辐射、双侧皮质脊髓束、双侧下额枕束、双侧上纵束、双侧下纵束、小钳、左侧钩状束和右侧扣带回。相关性分析发现,左侧下纵束和左侧钩状束的平均RK值与适应性行为得分呈正相关(r=0.349、0.486,P均<0.05);左侧钩状束的平均RK值与精细动作得分和个人-社交行为得分均呈正相关(r=0.365、0.590,P均<0.05)。结论DKI技术能够检测到GDD儿童大脑白质纤维束微结构的异常,为探索GDD潜在病理机制提供了有用的价值。

早期帕金森病脑白质特征的扩散张量成像基于纤维束追踪空间统计分析

目的采用扩散张量成像（DTI）基于纤维束追踪空间统计分析（TBSS）观察早期（Hoehn-Yahr 1-2级）帕金森病（PD）患者脑白质结构的变化,探索DTI多参数变化与PD患者综合评分量表（UPDRS）评分升高具有显著相关的脑区。资料与方法 27例早期PD患者及30例正常对照组行DTI检查,采用TBSS技术分析两组受试者脑白质纤维DTI的各相关参数,包括各向异性分数（FA）、平均扩散系数（MD）、轴向扩散系数（AD）、平行扩散系数（RD）,比较两组各DTI参数的差异,分析PD组有差异脑区的FA、MD、RD值与临床UPDRS评分的相关性。结果与对照组相比,PD组多个脑白质区FA值降低,MD、RD值升高（P〈0.05）,AD值未见明显变化（P〉0.05）。PD组较对照组有差异脑区的FA值、MD值、RD值与UPDRS评分均有相关关系（P=0.001）;FA值降低和MD、RD值升高并与UPDRS评分具有显著相关的脑区为胼胝体、左侧内囊前肢、双侧前放射冠、双侧上放射冠、左丘脑后辐射（P=0.001）。结论 PD患者存在脑白质结构的改变,可能是髓鞘脱失或纤维完整性受到破坏。

基于纤维束空间统计学分析视神经脊髓炎谱系疾病脑白质微结构改变

目的采用DTI基于纤维骨架空间统计方法(TBSS)分析视神经脊髓炎谱系疾病(NMOSD)患者脑白质纤维束微结构的改变。方法对20例NMOSD患者(NMOSD组)和20名健康志愿者(正常对照组)行全脑常规MR和DTI扫描,使用FSL软件包中TBSS步骤对DTI数据行全脑非参数统计分析,并对NMOSD组有统计学差异的纤维束FA值与临床扩展残疾状态量表(EDSS)评分进行相关性分析。结果与正常对照组比较,NMOSD组大脑及小脑白质区纤维束如胼胝体、穹隆、皮质脊髓束、钩束、小脑脚等广泛FA值减低(P<0.05,FEW校正),其中扣带束、胼胝体、穹隆等AD值减低、RD值增高,穹隆和左侧内囊豆核后部MD值升高(P<0.05,FEW校正)。NMOSD患者左侧钩束、右侧外囊、左侧小脑下脚及双侧内囊前肢、内侧丘系FA值与EDSS评分呈负相关(P均<0.05)。结论 TBSS显示NMOSD患者大脑及小脑存在广泛脑白质损伤,可解释NMOSD部分临床症状,与残疾症状无关的脑区纤维束微结构改变提示NMOSD患者这些区域病变可能存在更复杂的病理机制。

基于纤维束的空间统计方式的复发缓解型多发性硬化患者磁共振扩散张量成像与正常人对照

目的:利用基于纤维束的空间统计(TBSS)方式结合磁共振扩散张量成像技术(DTI)综合评价DTI对复发缓解型多发性硬化(RRMS)患者全脑白质微结构改变与正常人的对比,并探讨其应用价值。方法:实验组和对照组均进行全脑轴位常规扫描及DTI扫描,数据进行TBSS后处理,生成三维平均各向异性系数纤维骨架并进行非参数统计比较。结果:RRMS患者全脑双侧额叶、颞叶、顶叶及枕叶脑白质区域纤维素呈广泛性各向异性系数值减低、平均扩散率值升高,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:RRMS患者双侧额叶、颞叶、顶叶及枕叶脑白质区存在广泛的脑白质损伤,TBSS后处理方法能较为准确地定位和定量监测、评估及发现RRMS病灶。

基于纤维束空间统计学的吸烟成瘾青少年左右脑白质不对称研究

目的:观察吸烟成瘾青少年左右脑白质结构的不对称性变化。方法:采用基于纤维束空间统计(TBSS)的分析方法,对23名青少年吸烟成瘾者的脑白质弥散张量成像(DTI)数据进行处理,观察分析出现左右脑白质结构异常不对称的脑区。结果:通过分析,我们发现青少年成瘾者的脑白质在胼胝体部、胼胝体膝部、胼胝体压部、前放射冠、内囊前肢等脑区处的左右脑白质不对称差异值较大(FWE校正后P<0.05)。Pearson相关分析显示在胼胝体部(r=0.431, P=0.040)、胼胝体膝部(r=0.429, P=0.041)、前放射冠(r=0.477, P=0.021)这些脑区的轴向弥散率(AD)与尼古丁依赖量表(FTND)程度分数呈显著正相关,胼胝体压部与FTND呈显著负相关(r=-0.450, P=0.031)。胼胝体膝部的分数各向异性与FTND呈现显著正相关(r=0.678, P=0.000)。前放射冠的AD与吸烟指数包年(pack-year)呈现显著正相关(r=0.493, P=0.017)。结论:青少年吸烟成瘾者的胼胝体,前放射冠等脑区的脑白质表现出了异常的左右不对称。

DTI基于白质骨架的纤维束空间统计分析对认知障碍脑瘫患儿的研究

目的运用磁共振DTI(Diffusiontensor imaging)基于纤维束的空间统计分析技术(Tract Based Spatial Statistic,TBSS),对比分析伴有认知功能障碍的脑瘫患儿(Cerebral palsy,CP)与正常儿童(control group,CG)白质纤维束FA值的差异,为临床诊疗及干预提供精准影像学依据。方法选取53例30<DQ<70伴有认知功能障碍CP组患儿及50例正常对照CG组小儿,使用Philips Ingenia 3.0T磁共振成像仪,常规MRI序列及DTI功能成像序列检查,行DTI基于白质骨架的纤维束空间统计法分析。结果白质骨架图显示53例CP组患儿双侧额叶白质、右颞叶白质、右枕叶白质、右顶叶白质、双侧脑室体旁白质、双侧内囊前后肢较CG组的FA值明显减低(P值<0.05);随访13例CP组经6~12个月综合康复治疗后患儿的FA值在双侧内囊后肢区、右枕叶白质区、右侧内囊前肢区、右额叶白质区较康复前有所升高(P值<0.05)。结论DTI基于TBSS分析法将白质纤维束核心解剖结构可视化,揭示脑瘫患儿白质异常区域与认知功能损害之间的关系,为脑瘫患儿提供有价值的影像学指征及科学客观的理论依据。

酒精依赖者脑白质微结构多参数扩散张量成像:基于纤维束示踪的空间分析

目的运用扩散张量成像技术(DTI)及基于纤维束示踪空间统计分析(TBSS)方法研究酒依赖患者脑白质微结构的改变。方法对30例酒精依赖者(患者组)和30例健康志愿者(对照组)进行全脑DTI数据采集。通过TBSS方法比较两组间各向异性分数(FA)、平均扩散系数(MD)、轴向扩散系数(AD)和径向扩散系数(RD)的差异。对患者组差异区域的FA值与蒙特利尔认知评估量表(MoCA)评分及嗜酒年限进行Pearson相关性分析。结果与正常对照组比较:患者组胼胝体膝部、体部及压部、右侧钩状束、右侧上纵束、右侧下纵束、右侧下额枕束、两侧丘脑前辐射及两侧穹窿/终纹体FA值减低(P<0.05,FWE校正);胼胝体体部、右侧钩状束、右侧上纵束、两侧丘脑前辐射及两侧穹窿/终纹体束MD值增加(P<0.05,FWE校正);胼胝体膝部、体部及压部、右侧上纵束、右侧下额枕束、两侧扣带束、两侧丘脑前辐射、两侧穹窿/终纹体束及两侧钩状束RD值增加(P<0.05,FWE校正);两组AD值比较差异无统计学意义(P>0.05,FWE校正);全脑FA均值与嗜酒年限呈负相关(r=-0.464);胼胝体压部FA值与视空间和执行功能正相关(r=0.391)。结论酒依赖患者存在广泛的脑白质纤维微结构改变及认知功能障碍,白质纤维以脱髓鞘改变为主,脑白质结构损害随其酒精依赖时间而持续进展。

采用基于纤维束示踪的空间统计分析方法观察阿尔茨海默病患者的脑白质改变

目的:采用基于纤维束空间统计分析(TBSS)法观察阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者弥散张量改变,以研究其全脑白质纤维束损害的特点。方法:选取24例AD患者和21例非神经系统疾病患者(对照者),对全脑进行DTI序列扫描。采用FSL软件内的TBSS软件包,对被试的DTI扫描数据进行预处理后,对AD患者及对照者的部分各向异性分数(FA)、图像进行基于体素的全脑非参数统计学比较。结果:与对照者相比,AD患者FA值明显减低的脑区包括穹窿和双侧额上回、额中回、左侧额下回白质束及双侧颞中回、右侧颞上回、左侧颞下回、左侧楔叶、右侧扣带束前部、胼胝体膝部、左侧扣带束后部、左侧海马白质束、右侧海马旁回白质束,而双侧丘脑及中脑皮质脊髓束FA值显著降低(P<0.05)。结论:采用TBSS分析方法具有相对客观性,本研究提示AD患者存在明显的白质束损伤,且范围累及较广,对了解AD脑白质异常的潜在神经生物学机制有重要价值。

DTI纤维束分析对阿尔茨海默症的研究

目的:观察阿尔茨海默症(AD)患者、轻度认知障碍(MCI)患者和正常老年人间白质纤维束差异及FA值分布与认知量表评分的关系,以研究认知障碍与全脑纤维束损害的关系并探讨其病理机制。方法:对25例AD患者(AD组)、29例MCI患者(MCI组)和34例正常对照老年人(NC组)使用Achieva 3.0 T TX磁共振进行磁共振弥散张量成像(DTI)扫描,采用FSL软件对3组被试者进行基于纤维束空间统计(TBSS)分析和与量表评分的相关性分析。结果:与NC组比较,MCI组和AD组纤维束FA值均有降低,其中AD组FA值降低区域更广泛;研究发现了被试者FA值与MMSE评分及Mo CA评分呈正相关的区域。结论:AD患者和MCI患者脑内多发白质纤维束损害,FA值改变可能反映认知障碍严重程度,FA值差异对AD的早期诊断具有价值。

视网膜脱离患者脑白质纤维束的异常变化

目的利用弥散张量成像数据探讨视网膜脱离(RD)患者脑白质纤维束的异常变化和该疾病潜在的病理生理机制。方法选取南昌大学第一附属医院眼科收治的RD患者30例(男16例,女14例)作为观察组,另招募30名健康人(男16人,女14人)作为对照组。所有受试者的功能性磁共振成像(MRI)数据均由八通道相控阵头线圈3-Tesla MRI扫描仪采集获得,使用FMRIB软件库对MRI数据进行预处理,对预处理后的数据进行基于纤维束示踪的空间统计分析,利用v3.0FMRIB工具箱依据原始数据重建张量矩阵,计算扩散指标各向异性分数,对有意义的病变区域各向异性分数进行统计学分析。结果两组受试者年龄、体质量比较,差异均无统计学意义(均为P>0.05);对照组左眼及右眼的最佳矫正视力均优于观察组,差异均有统计学意义(均为P<0.001)。与对照组相比,观察组患者位于下额枕束1(右侧)、胼胝体辐射额部、下额枕束2(右侧)、放射冠前部(左侧)、上纵束(右侧)、胼胝体辐射枕部、扣带(右侧)、丘脑前辐射(右侧)的纤维束的各向异性分数显著升高,差异均有统计学意义(均为P<0.01)。结论RD患者部分纤维束各向异性分数异常与视功能改变相关。

阿尔茨海默病脑白质的扩散张量成像研究:基于纤维束示踪的空间统计学分析结果

目的应用磁共振扩散张量成像(DTI)及基于纤维束示踪的空间统计分析(TBSS)方法分析阿尔茨海默病(AD)患者全脑白质改变。方法选取12例AD患者和22名与AD组年龄匹配的正常老年人进行DTI的数据采集。应用TBSS方法对AD组和正常对照组的全脑白质纤维的部分各向异性(FA)进行基于体素的全脑比较。结果与正常老年人相比,AD患者的双侧钩束、下额枕束、下纵束、上纵束,扣带束中部及后部、海马旁回及胼胝体、穹窿、右侧内囊前肢、右侧外囊、脑干、小脑出现FA值降低。结论 AD患者脑内多发纤维束出现损害。除外联络纤维、连合纤维及投射纤维,AD患者小脑白质纤维也出现损害。

磁共振弥散张量成像评估针刺治疗儿童孤独症的疗效价值研究

目的 采用磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)观察针刺治疗前后孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder, ASD)患儿脑白质微观结构的变化,以探索针刺在ASD中应用价值及DTI在评估针刺效果中作用。材料与方法 前瞻性纳入2021年11月至2022年10月在我院确诊的ASD患儿,按照随机数字表法分为针刺组和假针刺组,进行12周的干预治疗,于治疗前(第0周)及治疗后(第12周)行儿童孤独症评定量表(Child Autism Rating Scale, CARS)、孤独症儿童行为量表(Autism Behavior Checklist, ABC)、孤独症疗效评价量表(Autism Treatment Evaluation Checklist, ATEC)及DTI检查。比较两组间各项量表评分变化,采用基于纤维束示踪的空间统计方法(tract-based spatial statistics, TBSS)分析两组间脑白质各向异性分数(fractional anisotropy, FA)的差异,继而比较FA有差异脑区的平均弥散率(mean diffusivity, MD)、径向弥散系数(radial diffusivity, RD)和轴向弥散系数(axial diffusivity, AD)的不同及量表评分与DTI参数相关性。结果 与假针刺组相比,治疗后针刺组各项量表评分较治疗前显著降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。治疗后两组间FA值差异具有统计学意义(P<0.05),RD值差异无统计学意义(P>0.05),AD值两组间在左下纵束差异有统计学意义(P<0.05)。相关性分析发现:ASD患儿ATEC评分与右扣带回的FA值呈负相关,与右额枕下束、右下纵束、右扣带回的RD值呈正相关,与右扣带回的AD值呈正相关;CARS评分与右扣带回的AD值呈正相关(P<0.05)。右下纵束的FA值与ASD患儿的语言问题、感知觉异常呈负相关,RD值与社交障碍、感知觉异常呈正相关;右扣带回的FA值与语言问题、社交障碍、感知觉异常呈负相关,而RD值与上述临床症状呈正相关,AD值与社交障碍、健康问题呈正相关;双侧额枕下束FA值与感知觉异常存在负相关,右额枕下束RD值与其社交障碍、感知觉异常呈正相关;右上纵束的RD值与感知觉异常呈正相关;左丘脑前辐射束的AD值与感知觉异常呈正相关(P<0.05)。结论 针刺可能通过促进脑白质纤维束完整性增强,从而改善ASD患儿临床症状,尤其在言语、社交、感知觉、健康问题等方面,进而说明DTI在评估针刺治疗效果中具有重要价值。

扩散张量磁共振成像数据分析的TBSS方法评价

针对流行的磁共振扩散张量成像数据分析工具TBSS,提出了一种定量评估的方法。首先构建模拟数据,由31个正常人的DTI-FA图像人工模拟得到多组白质不同程度损伤程度的阿兹海默症病人组数据。将模拟得到的多组病人数据分别与正常组进行基于体素的TBSS分析。通过计算分析结果中有显著性差异的体素数量和真实变化体素数量之间的比例关系,得到该分析方法的敏感性和特异性指标。结果显示TBSS分析敏感性增大的同时伴随着特异性的减小。当模拟病人组FA值减小幅度比较大时,敏感性可达到90%以上,但特异性会不足50%,甚至更低。因此在使用TBSS进行相关疾病研究时,分析结果的判读要考虑到可能的假阳性结果,应结合其他的医学实验和研究结果进行综合分析。

磁共振弥散张量成像基于纤维束示踪的空间统计法在老年抑郁症中的应用

老年抑郁症（late-life depression，LLD）指发生于60岁以上老年人群的抑郁症，是一种常见的致残性疾病，总体患病率约1％～5％，随社会老年化加重其发病率不断增加。老年抑郁与青壮年期抑郁在躯体疾病并发症、年龄相关脑结构变化和认知损害等方面具有显著差异拉，且临床更为难治。白质是抑郁症脑结构变化的重要部分，脑区间白质连接中断可引起情绪加工处理障碍。尸检研究表明老年抑郁患者前额叶白质少突胶质细胞密度降低，少突胶质细胞相关基因表达下降，细胞间黏附分子表达水平增加。