基于自动纤维定量法检测肌萎缩侧索硬化症患者脑白质纤维完整性改变的价值

目的通过自动纤维定量(automatic fiber quantification,AFQ)技术分析肌萎缩侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)患者脑白质纤维完整性改变,并探究其与支持向量机(support vector machine,SVM)方法联用识别ALS疾病的可行性。材料与方法前瞻性纳入29例ALS患者(ALS组)及相匹配的29例健康对照者(healthy controls,HCs)(HCs组)临床和MRI资料,使用AFQ软件包对所有受试者的扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)数据进行分析,追踪全脑20条白质纤维束,每条纤维束分成100等份,定量分析每个等份的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)及平均扩散系数(mean diffusivity,MD)、径向扩散系数(radial diffusivity,RD)、轴向扩散系数(axial diffusivity,AD)参数值,运用偏相关分析DTI参数与临床指标的相关性,同时提取两组被试的脑白质纤维差异值作为分类特征,利用SVM区分ALS组和HCs组,估算准确率。结果AFQ结果表明,与HCs相比,ALS患者在左侧皮质脊髓束FA值及AD值降低,左侧额枕下束及右侧上纵束AD值增高,双侧皮质脊髓束MD值、RD值增高,且左侧皮质脊髓束平均FA值与修订版肌萎缩侧索硬化功能评分量表(Amyotrophic Lateral Sclerosis Functional Rating Scale-Revised,ALSFRS-R)中的精细功能域得分呈正相关(r=0.386,P=0.046),右上纵束平均AD值与ALSFRS-R评分中的延髓功能域得分呈正相关(r=0.422,P=0.028),右侧皮质脊髓束平均MD值、RD值均与爱丁堡ALS认知行为量表(Edinburgh Cognitive and Behavioural ALS Screen,ECAS)评分呈负相关(r=-0.428,P=0.026;r=-0.416,P=0.031)。筛选出所有受损纤维束具有组间差异的节点作为特征值,取得了较好的分类效果,对ALS组和HCs组的鉴别准确率达81.00%,且受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线下面积(area under the curve,AUC)值最大为0.90。结论ALS患者的白质微结构损伤主要与皮质脊髓束有关,基于AFQ分析检测的这些异常可作为一种有效的生物标志物,与SVM方法联用能够提高ALS患者的诊断性评估。

基于自动纤维定量分析系统性红斑狼疮患者白质纤维束改变与其认知功能障碍的相关性

目的应用自动纤维定量(AFQ)分析系统性红斑狼疮(SLE)患者白质纤维束改变与其认知功能障碍的关系。方法对39例女性SLE患者(SLE组)和44名年龄、性别及受教育年限相匹配的健康志愿者(HC组)采集头部弥散张量成像(DTI),并行简易精神状态量表(MMSE)评分。应用AFQ分析全脑20条白质纤维束并进行追踪。将追踪成功的18条白质纤维束以等距离分为100个节段,获得每个节段各向异性分数(FA)及平均弥散系数(MD);比较组间各白质纤维束节段FA及MD的差异,分析SLE组与HC组存在差异白质纤维束节段的DTI参数与MMSE评分的相关性。结果相比HC组,SLE组左侧下额枕束(IFOF,96~100节段)及左侧下纵束(ILF,69~79节段)FA降低,而左侧丘脑放射束(1~11节段)、左侧皮质脊髓束(21~24、87~100节段)、右侧皮质脊髓束(20~25、70~90、94~100节段)、右侧扣带束扣带回(45~54节段)、胼胝体小钳(14~19、23~31、68~91节段)、左侧IFOF(8~12、16~21、27~31、92~97节段)、右侧IFOF(10~19节段)、右侧ILF(28~34、43~46节段)及左侧弓形束(38~42节段)MD升高(FDR校正P均<0.05)。SLE患者左侧IFOF 97~100节段FA与MMSE评分均呈正相关(rs=0.336~0.356,P均<0.05)。结论SLE患者左侧IFOF等脑白质纤维束局部节段受损,且与其认知功能改变相关。

基于纤维束自动定量探究缺血性脑卒中患者的双侧性脑改变

目的基于DTI技术,运用纤维束自动定量分析方法探寻单侧运动通路损伤的缺血性脑卒中的双侧脑白质纤维束变化特征。方法纳入病程在1.5月以内、病灶位于右侧基底节和(或)放射冠的缺血性脑卒中患者23例为观察组,并纳入与患者年龄、性别相匹配的健康受试者26例作为对照组,进行结构MRI扫描,应用纤维束自动定量分析(AFQ)得出大脑主要18条纤维束的平均FA值及100个节段的FA值进行比较分析。结果观察组患侧(右侧)皮质脊髓束、健侧丘脑放射束、胼胝体大钳、胼胝体小钳的平均FA值均低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05);患侧皮质脊髓束全段,健侧皮质脊髓束、患侧丘脑放射束、健侧丘脑放射束、患侧扣带束扣带回、健侧扣带束扣带回、患侧下额枕束、健侧下额枕束、健侧钩束、胼胝体大钳、胼胝体小钳的部分节段FA值低于对照组,差异有统计学意义(P均<0.05)。结论单侧运动通路损伤的缺血性脑卒中患者脑白质纤维束的破坏具有双侧性、广泛性。

阿尔茨海默病患者脑扩散张量成像自动纤维定量分析

目的探讨磁共振(magnetic resonance,MR)扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)自动纤维定量(automatic fiber quantification,AFQ)在阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)诊断预测中的应用价值。方法搜集21例AD患者(AD组)和33例正常对照(NC组)的临床和MR资料。采用AFQ软件分析DTI数据,追踪脑内20根白质纤维束,比较各纤维束各项异性指数(fractional anisotropy,FA)、平均扩散系数(mean diffusivity,MD)值的组间差异。沿每根纤维束走行方向分成100等份,将各等份的FA或MD值作为一个特征。筛选具有组间差异的特征,通过支持向量机(support vector machine,SVM)留一法交叉验证对AD和NC进行分类。采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线评价分类效能。结果20根纤维束中的11根[左/右丘脑前束(anterior thalamic radiation,ATR)、左/右皮质脊髓束(corticospinal tract,CST)、胼胝体膝部束(corpus callosum,CC Genu)、右下纵束(longitudinal fasciculus,ILF)、右上纵束(superior longitudinal fasciculus,SLF)、左/右钩状束(uncinated fasciculus,UF)和左/右弓形束(arcuate fasciculus,AF)]在所有受检者中被成功追踪。相对NC组而言,AD组2根纤维束(左/右UF)的FA值明显减低(t=-2.532,-2.391,均P<0.05),7根纤维束(左ATR、左/右CST、右ILF、左/右UF、左AF)的MD值明显升高(t=2.569,2.411,2.108,2.357,3.773,3.796,3.492,均P<0.05)。在11根纤维束的2200个特征中筛选出412个具有组间差异的分类特征,其中78个FA特征分布于7根纤维束(左ATR、左/右CST、CC Genu、右ILF、左/右UF),334个MD特征分布于9根纤维束(左/右ATR、左/右CST、CC Genu、右ILF、左/右UF、左AF)。SVM分类准确度为85.19%,敏感性为80.95%,特异性为87.88%,ROC曲线下面积为0.8947。结论基于DTI的AFQ分析在AD诊断预测中具有较高的应用价值。

基于扩散张量成像自动纤维定量分析的轻度认知障碍的分类预测研究

目的采用扩散张量成像(DTI)的自动纤维定量(AFQ)分析方法,使用支持向量机(SVM)模型方法对轻度认知障碍(MCI)的不同亚型进行分类预测研究以帮助对该病的鉴别诊断。方法搜集18例遗忘型轻度认知障碍(aMCI)患者、21例非遗忘型轻度认知障碍(naMCI)患者和25名健康对照组(NC)的临床及影像学资料,用AFQ软件包对所有被试的DTI数据进行分析,追踪全脑20条白质纤维束,每条纤维束分成100等份,对每个等份的各向异性分数(FA)值及平均扩散系数(MD)值定量分析,提取出三组被试的脑白质纤维特征,并将其作为分类特征,利用SVM对MCI进行分类预测,记录并比较其分类效力。结果 AFQ成功追踪获得的纤维束包括双侧皮质脊髓束、双侧丘脑放射束、双侧扣带束海马、双侧扣带束扣带回、胼胝体束膝部和压部、双侧下额枕束、双侧弓形束、双侧钩状束、双侧上纵束和双侧下纵束。与NC组相比,aMCI患者在右侧皮质脊髓束中间节段(节点48~59)、胼胝体束压部(节点1~8、31~50、53~64、74、82~87)FA值降低,左侧上纵束偏前部(节点11~44)、左侧下纵束的中间节段(节点33~48、56~63)及钩束的偏下部(节点66~78、97~100)MD值增高。与naMCI患者相比,aMCI患者左侧皮质脊髓束偏上部(节点87~100)FA值降低。所有纤维束所有节点的FA值作为分类特征在aMCI和其他两组分类中的具有综合更好的敏感性、特异性和总体准确率,且曲线下面积(AUC)值最大,为0.913。结论本研究基于DTI的AFQ分析构建的SVM模型获得较为精确的分类预测结果,对MCI的分类预测具有较高的应用价值。

纤维束自动定量法对急性期轻度脑外伤后白质完整性受损的研究

目的:探讨纤维束自动定量法(AFQ)在轻度脑外伤(mTBI)患者急性期早期脑白质结构损伤的应用价值,研究mTBI患者的白质纤维结构特征和认知功能损伤的相关性。方法:将50例急性期mTBI患者和38例性别、年龄匹配的健康志愿者纳入本研究,采集弥散张量成像(DTI)数据和认知功能评分资料,采用AFQ技术分析DTI数据,比较两组被试的白质纤维束的差异,采用双样本t检验和错误发现率(FDR)校正,并将mTBI人群受损纤维节段的指标与被试的认知功能评分进行相关性分析。结果:与健康对照组相比,mTBI患者组中胼胝体小钳(27~41段)的各向异性分数(FA)值显著减低(PFDR<0.05),同时mTBI组在信息处理速度[模式对比处理速度测验(PCPST):F=3.238,P=0.044;阅读数字符号测验(OSDT):F=5.697,P=0.005]、情景记忆[图片顺序记忆测验(PSMT):F=4.767,P=0.011]以及即刻记忆[Rey听觉词语测验(Rey-AVLT):F=6.223,P=0.003]等多项认知评估中显著降低;mTBI组胼胝体小钳受损亚节段的FA值与信息处理速度测验的PCPST评分呈正相关(r=0.343,P=0.018)。结论:利用AFQ技术能够更加准确发现mTBI患者急性期脑白质纤维束完整性损伤的情况,在评估急性期mTBI患者认知功能损伤的临床应用中有很高的价值。

探讨肝豆状核变性患者弓状纤维损伤及临床相关分析

目的此项研究旨在探索肝豆状核变性患者白质中弓状纤维束的损伤,及其与临床认知功能障碍的相关关系。方法采集就诊于安徽省中医院的肝豆状核变性患者24例和健康受试者26例,采用3.0T磁共振分别采集DTI序列,利用AFQ技术对大脑双侧弓状纤维束的100个节点进行自动定量分析。结果通过t检验及χ^(2)检验,性别和年龄在患者及健康受试者之间无统计学差异。经过AFQ分析,双侧弓状纤维各参数在患者与对照组之间存在统计学差异,表现为不同程度FA值降低,MD值、AD值和RD值升高。经过Pearson相关分析,发现左侧弓状纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关(P<0.001),MD值及TBPM呈负相关(P<0.001);右侧纤维束FA值与MMSE及TBPM呈正相关(P<0.05),MD值与MMSE呈负相关(P<0.01),MD值及TBPM呈负相关(P<0.001)。结论参与学习及记忆功能的UF损伤可能在WD患者的认知功能障碍中发病机理中发挥重要的作用。

基于AFQ技术的CAE患儿脑白质纤维完整性改变的研究

目的:通过分析儿童失神癫痫(childhood absence epilepsy,CAE)患儿脑白质纤维完整性的改变,以探讨CAE患儿认知损害的可能靶点。方法:选取2011年11月—2020年11月在南京市儿童院或南京脑科医院就诊的29例CAE患儿[男11例,女18例,平均年龄(8.4±1.9)岁]和年龄、性别相匹配的24例健康儿童[男9例,女15例,平均年龄(7.9±1.4)岁]使用德国西门子3.0T MRI仪采集所有被试的DTI及T1数据,通过AFQ软件提取出脑内20条白质纤维束,提取出每条纤维束100个等分节点上的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)值及平均扩散率(mean diffusivity,MD)值,定量比较其差异。统计方法采用独立样本t检验及多重比较校正。结果:CAE患儿在大部分纤维束节点中可出现FA值下降及MD值升高,其中在弓形束及钩状束的改变最为明显。结论:CAE患儿存在脑内白质纤维束完整性的改变,且以弓形束及钩状束损伤为著,提示CAE患儿认知损害的靶点可能在弓形束及钩状束。

基于纤维束自动定量法对正常老龄化脑白质纤维完整性改变的观察

目的基于纤维束自动定量法（AFQ），对不同年龄段健康志愿者的脑白质纤维束部分各向异性值（FA）进行分析，以显示正常老龄化衰老过程中脑内纤维束完整性改变情况。方法选取2015年1月至2016年6月在南京大学医学院附属鼓楼医院就诊的非神经系统疾病的健康人64名以及社区招募的43名正常青年志愿者，按照年龄分为：青年组20～35岁，中老年组60-75岁，老年组76-90岁。所有被试均进行3．0T磁共振扩散张量成像及高分辨T1加权成像扫描，采用AFQ对全脑20根纤维束的100个节点进行FA值定量分析。结果（1）三组被试的同一纤维束不同节点FA值的变化趋势相似；（2）中老年组及老年组纤维束的FA值与青年组差异均有统计学意义的包括：双侧下额枕束（左侧t=-2．73，右侧t=-6．12，P〈0．05）、双侧丘脑放射束（左侧t：-4．79，右侧t=-19．61，P〈0．05）、双侧弓形束（左侧t=10．53，右侧t==2．72，P〈0．05）、右侧皮质脊髓束（t=3．10，P〈0．05）、胼胝体束（膝部t=-2．66，压部t=28．64，P〈0．05）及扣带束（左侧t=-4．53，右侧t==2．22，P〈0．05）。其中老年组胼胝体膝部每个节点与青年组比较，差异均有统计学意义（均P〈0．05），而对于中老年组来说，差异节段的范围缩小。老年组双侧钩束（左侧t=-4．52，右侧t=-4．53，P〈0．05）、左侧皮质脊髓束（t=-2．19，P〈0．05）及右侧下纵束（t=11．12，P〈0．05）的FA值与青年组差异有统计学意义；中老年组及老年组的双侧上纵束及左侧下纵束FA值与青年组差异无统计学意义。结论随年龄增长，部分纤维束的特定节点完整性会出现一定损伤，本研究明显改进了定量分析方法，对进一步理解老龄化对脑白质纤维束的影响具有重要价值。

针刺干预无先兆偏头痛患者的弥散张量成像研究

目的通过弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术和纤维束自动定量分析(automated fiber quantification,AFQ)方法探讨无先兆偏头痛患者在针刺干预前后脑白质纤维的变化。方法纳入无先兆偏头痛患者20例和健康受试者10例,无先兆偏头痛患者进行每周3次、连续4周的针刺干预,干预前后分别进行DTI和T1像扫描,健康受试者不针刺,仅进行1次核磁扫描。比较无先兆偏头痛患者针刺前后以及无先兆偏头痛患者和健康受试者基于AFQ方法的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)值。结果与健康受试者比较,无先兆偏头痛患者右皮质脊髓束、右上纵束部分节点FA值显著减弱(P<0.05);与针刺前比较,无先兆偏头痛患者头痛天数及头痛程度显著下降(P<0.05),头痛频率下降不显著,无先兆偏头痛患者右皮质脊髓束、右上纵束、左扣带回部分节点FA值显著增强(P<0.05)。结论无先兆偏头痛患者存在广泛白质纤维束受损,针刺能促进受损的脑白质纤维恢复。