轻度认知障碍患者脑结构变化的磁共振成像研究

轻度认知障碍患者脑结构变化的磁共振成像研究

1脑结构损伤的临床诊断意义阿尔茨海默病（ad）是老年人典型的精神障碍，其特点是大面积萎缩棕色大脑和相关认知能力的急剧下降。能够早期诊断阿尔茨海默病成为当今科研人员的一个非常重要的研究目的,轻度认知障碍(MCI)是老年痴呆病发病的早期症状,找到轻度认知障碍患者的大脑结构特征对阿尔茨海默病的早期临床诊断具有十分重要的意义。阿尔茨海默病人的大脑结构的显著变化就是皮层厚度变薄以及皮层下组织的萎缩。因此,跟踪阿尔茨海默病人大脑皮层厚度的变化将有助于我们探究疾病的发生发展的机理。现有的功能磁共振的研究发现大脑默认网络区域在阿尔茨海默病患者中有异常的功能表现,默认网络脑区皮层厚度的改变还没有相关的系统研究。目前研究中,比较公认的是阿尔茨海默病患者大脑皮层厚度出现明显的变薄和萎缩,然而,皮层厚度的变薄和萎缩在病程发展的过程中并不是一成不变的,在发病的不同阶段各个脑区厚度的变化不是同步的,而是存在一定的变化模式的。本文工作是利用阿尔茨海默病患者和其前期症状轻度认知障碍患者的纵向的大脑磁共振影像,全面的跟踪大脑皮层厚度在AD和MCI两种患者中的随着时间的变化模式。2方法2.1阿尔茨海默病房和正常老年人本实验所用的样本数据共有磁共振影像数据270个,其中包含45例轻度认知障碍患者(MCI),45例阿尔茨海默病患者(AD)和45例正常老年人(NC)。每一个样本都有两个时间点的磁共振影像数据(其中“＿0”表示第一个时间点,“＿1”表示第二个时间点),两个时间点相隔大约一年。2.2车桥两模的层厚度磁共振影像数据的预处理由FreeSurfer软件完成。对每一个脑影像数据,得到了重建出的灰质和白质边界表面和灰质和脑脊液边界表面。当所有皮层的两个表面被重建出以后,在每个样本的原始空间中计算皮层厚度。皮层厚度定义在两个表面三角网格的每一个顶点上每一个顶点的皮层厚度是该点从灰质和白质边界表面到灰质和脑脊液边界表面的距离与它的对应点从灰质和脑脊液边界表面到灰质和白质边界表面的距离的平均。为了进行组间比较,计算好的皮层厚度被配准到所有样本的平均模板上。因为两个半球连接处几乎没有灰质,所以该处的皮层厚度被屏蔽掉。最后,我们使用30毫米宽的热核对皮层厚度进行平滑,以达到提高信噪比的效果。2.3检验点厚度的比较在研究中,用统计检验的办法来寻找三种样本之间以及每种样本两个时间点之间厚度的差异,统计检验是基于每个点的厚度。为了比较厚度的差异,本文做了两种比较。第一种,用双边配对T检验检测每组内的厚度差异和用双边非配对的T检验检测各组间的厚度差异,检验后的P值用随机场理论进行校正,以消除假阳性的结果。第二种,用双样本T检验检测AD和MCI每种子样本与NC＿0的差异。3结果3.1皮质厚度mci0AD和MCI患者的两个时间点的皮层厚度分别与NC＿0的皮层厚度作比较,发现有明显的变薄,结果见图1。在MCI＿0组中皮层厚度有显著差异的区域主要集中在两侧的PHC、LTC、PCC、IPL、楔前叶、顶叶上回和前额叶上回。在MCI＿1组中,差异显著的区域跟MCI＿0组相同,面积有所扩大。AD＿0组中皮层萎缩与MCI＿1的模式很类似,面积稍有增加。在AD＿1组中,皮层的萎缩遍及整个颞叶皮层。4皮质厚度的纵向差异及其病理改变目前,关于MCI和AD中皮层厚度的研究文献主要集中在验证皮层厚度作为一种测度的可靠性、发现AD患者皮层萎缩的特定模式以及探究皮层厚度在疾病不同阶段渐进性的萎缩模式。本文对默认网络脑区的变化模式做了全面的研究,我们发现:在AD发病的前期MCI阶段默认网络核心脑区最先发生病变萎缩,随着疾病的发展核心脑区萎缩更为严重,并向其他默认网络的脑区扩展,最后遍及全脑。首先,与NC＿0组相比较,MCI＿0到AD＿1的病程过程中,大脑皮层的萎缩变薄过程中,其萎缩的严重程度和受到损伤的脑区都成逐渐扩大的趋势。在MCI＿0和MCI＿1组中,大脑皮层的萎缩主要集中在默认网络的后部区域,例如:海马旁回皮层,两侧颞叶皮层,后扣带皮层和前额叶下回。在AD＿0和AD＿1组中,显著萎缩的脑区也主要集中在这几个脑区内,但是厚度更加萎缩,变得更薄。其次,与NC组相比,MCI和AD组患者大脑皮层表现出来不一样的萎缩模式,在NC组中,萎缩主要集中在前额叶皮层,这一发现跟随着年龄老化前额叶皮层灰质不断减少是一致的。然而在MCI和AD患者中,皮层厚度变薄主要集中在颞叶内侧和两侧颞叶皮层。这一发现与功能研究中的AD病人默认网络的活动出现紊乱的发现是一致的。总之,大脑灰质厚度的减少与默认网络出现的功能异常有密切关系,而默认网络的功能异常与AD和MCI的临床症状是相联系的。更为重要的是,默认网络的损伤因为改变了功能和结构方面与其他脑区的连通性,可能影响到其他的功能系统。我们的研究发现从结构方面印证了这一观点:MCI和AD患者病程的发展与默认网络的脑区萎缩有着密不可分的关系。3.2AD、MCI及NC中皮层厚度纵向萎缩在同组样本中皮层厚度的纵向差异可以帮助我们理解AD和MCI患者皮层厚度病程发展中的动态变化,结果显示在图2中。从图中可见,三组人一年以后皮层的萎缩都有出现。但