正常成人脑结构年龄相关性变化与脑白质疏松的3.0T磁共振扩散张量成像研究

论文摘要

第一部分正常成人大脑结构年龄相关性变化的DTI研究目的:利用3.0T超高场磁共振扫描仪进行DTI研究,探讨正常成人不同脑组织结构的各向异性及扩散特征,描述其部分各向异性（FA）和平均扩散率（MD）及其与年龄之间的相关性变化。材料与方法:对80例正常成人行MR检查,其中男47例,女33例,年龄20～81岁,平均49.5岁。将研究对象按年龄分为3组:20～39岁为青年组（28例）、40～59岁为中年组（30例）、60岁及以上为老年组（22例）。所有受检者均无神经系统和影响神经系统的疾病。采用GE Signa Excite 3.0T超导型磁共振扫描仪进行检查,使用8通道头部线圈。均行常规T1 FLAIR、T2WI、FLAIR扫描,部分行扩散加权成像（DWI）扫描。DTI扫描采用单次激发自旋回波平面成像（EPI）,在25个方向上施加扩散敏感梯度,扩散加权系数（b值）为1000s/mm2。在GE公司提供的工作站（AW4.2）上,利用Functool软件对DTI数据资料的进行处理,获得部分各向异性（FA）图及平均扩散系数（MD）图。针对每个研究对象,均分别于胼胝体膝部、压部、内囊前肢、后肢、额叶白质、半卵圆中心、尾状核头、丘脑、豆状核选取感兴趣区（regions of interest,ROIs）,测量每个ROI的FA及MD值。描绘出不同脑组织结构的扩散及各向异性特征,并对其FA和MD值均进行两两比较;对每个部位的FA、MD值均进行与年龄的相关性分析,并分别进行三个组的组间比较,P值＜0.05认为差异有统计学意义。结果:1、不同脑组织结构的各向异性及扩散特征（1）左、右两侧大脑半球之间各对称部位FA、MD值的差异及男女性别之间相同部位FA、MD值的差异均无统计学意义（P＞0.05）。得出80例正常成人9个不同脑结构的FA、MD值（（?）±s）。（2）通过不同脑结构之间FA、MD值的两两比较发现:除尾状核头与豆状核的FA值之间的差异没有统计学意义（P=0.189）以外,其它不同脑结构的FA值两两之间均存在非常显著的统计学差异（P＜0.01）。脑白质的FA明显高于灰质,其中胼胝体压部的FA值最高（0.784±0.049）,其它脑白质结构中从高到低依次为胼胝体膝部、内囊后肢、内囊前肢、半卵圆中心、额叶白质。胼胝体膝部的MD值最高,其余各脑灰白质结构的MD值之间有或无统计学差异,但不存在明显的规律性。（3）得出正常成人不同年龄组脑不同结构之间的FA值和MD值。2、正常成人脑不同结构FA、MD值与年龄的相关性（1）随着年龄的增加,胼胝体膝部、内囊前肢、额叶白质、半卵圆中心的FA值与年龄呈显著性负相关（P＜0.05）,丘脑、豆状核的FA值与年龄呈显著性正相关（P＜0.05）。胼胝体压部、内囊后肢、尾状核头的FA值随年龄增加有减低趋势,但无统计学意义（P＞0.05）。（2）随着年龄的增加,胼胝体膝部、内囊前肢、内囊后肢、额叶白质、半卵圆中心、尾状核头、丘脑、豆状核的MD值与年龄呈显著性正相关（P＜0.05）,胼胝体压部的MD值与年龄的相关性无统计学意义（P＞0.05）,但随年龄增长有增加趋势。3、各年龄组间脑不同结构FA、MD值的比较（1） FA值的组间比较:胼胝体膝部、内囊前肢、额叶白质、半卵圆中心、丘脑、豆状核的FA值各组间的差异有统计学意义（P＜0.05）。其中,胼胝体膝部的FA值表现为:青年组＞＞中年组（P＜0.01）,青年组＞老年组（P＜0.05）;内囊前肢的FA值仅表现为:青年组＞＞老年组;额叶白质、半卵圆中心的FA值表现为:青年组＞＞老年组,中年组＞老年组;不同的是,丘脑的FA值表现为:老年组＞＞青年组,老年组＞＞中年组;豆状核的FA值表现为:老年组＞青年组。此外,仅表现为中年组＞老年组的为内囊后肢。（2）MD值的组间比较:胼胝体膝部、内囊前肢、内囊后肢、额叶白质、半卵圆中心、尾状核头、丘脑、豆状核的MD值各组间的差异均有统计学意义（P＜0.05）。其中,胼胝体膝部的MD值表现为:中年组＞青年组（P＜0.05）,老年组＞＞青年组（P＜0.01）;额叶白质的MD值表现为:老年组＞＞中年组＞青年组;剩余其它各结构的MD值均表现为:老年组＞＞青年组（内囊后肢:老年组＞青年组）,老年组＞＞中年组（内囊前肢:老年组＞中年组）。胼胝体压部的MD值在各组间均无显著差异。结论:1、3.0T磁共振DTI能够很好的显示大脑白质纤维的解剖结构,为研究中精确的定位及定量分析脑显微结构的变化提供条件。不同脑组织结构的扩散及各向异性特征不同,获得3.0T磁共振检查条件下不同年龄组大脑主要解剖部位FA、MD参数的正常值,方便临床研究参考。2、FA、MD值能定量反应脑组织微结构的变化,正常成人大脑结构的各向异性变化与年龄的变化有相关性,并且存在一定的规律。随着年龄的增长,大多数脑结构的FA值会降低,MD值会增加。其中值得注意的是,丘脑和豆状核的FA值随年龄增长而增加,胼胝体压部的参数值与年龄之间并无明显相关。3、在不同年龄组间,大多数脑结构的FA、MD值表现为老年组与青、中年组之间的差异,这说明在60岁以后正常老年人的大脑微结构发生了显著变化,这是常规MRI所不能发现和提供的信息,有助于形成一个作为与神经退行性疾病相比较的对照标准。第二部分脑白质疏松的DTI研究目的:利用3.0T MR进行脑白质疏松（LA）的DTI研究,探讨LA病灶和表现正常白质（NAWM）区域的各向异性及扩散特征,并将其与正常对照组的FA、MD值相比较,并研究LA的FA、MD值与LA严重程度和认知功能之间的关系。材料与方法:对50例脑白质疏松（LA）者行DTI检查,其中男33例,女17例,年龄52～82岁,平均67.8岁。选取35例无LA的正常老年人作为对照组,其中男23例,女12例,年龄50～81岁,平均66.3岁。两组受检者的年龄、性别相匹配。所有受检者均行常规MR扫描、DWI和DTI成像（同第一部分）。对DTI数据资料进行后处理,分别于侧脑室前角周围白质、侧脑室后角周围白质和半卵圆中心区域选取感兴趣区（ROIs）,测量LA病灶和病灶周围表现正常白质（NAWM）的FA和MD值。正常对照组在相同部位远离脑室壁位置的脑白质区域双侧对称各设置3个相邻的ROIs,测量其正常白质的FA和MD值,同一部位的取平均值。参考T2WI和FLAIR图像将LA按严重程度分为4级（0级:无LA;1级:轻度;2级:中度;3级:重度）。对所有LA者进行神经心理测试（简易精神状态量表,MMSE）,得出MMSE评分,按不同受教育程度（文盲、小学、中学/中专、大学/大专）MMSE评分（共30分）分别低于或等于（17、20、22、23）者被划分为痴呆。根据以上的标准,50例LA中,24例被划分为痴呆。将LA病灶与NAWM的FA、MD值及周NAWM与正常对照组相应白质的FA、MD值进行比较;比较LA严重程度、认知功能（痴呆、MMSE评分）与病灶及NAWM的FA、MD值之间的关系。P值＜0.05认为差异有统计学意义。结果:1、LA病灶、NAWM的各向异性及扩散特征及其与正常对照组白质的FA、MD值比较（1）LA病灶在FA图和MD图上所表现的信号特点不同。比较两组病例左右半球双侧相同部位的FA、MD值,差异均无统计学意义（P＞0.05）。50例LA病灶的FA、MD值与NAWM相应部位参数之间的差异均具有统计学意义（P＜0.05）。LA病灶的FA值明显低于NAWM,而病灶的MD值则明显高于NAWM。（2）50例NAWM（侧脑室前角周围、半卵圆中心）与35例正常对照组相应部位白质的FA、MD值之间的差异均具有统计学意义（P＜0.05）,表现为前者的FA值低于后者,前者的MD值高于后者。其中,侧脑室前角周围的参数值在两者之间表现出明显的差异性（P＜0.01）。侧脑室后角周围NAWM的FA、MD值与对照组相应参数之间的差异不具有统计学意义（P＞0.05）。（3）LA病灶不同部位之间及NAWM不同部位之间FA、MD值的差异有显著性意义。通过两两比较可以发现:就LA病灶而言,侧脑室前角周围的FA值最小,为0.205±0.056;就NAWM而言,侧脑室前角周围的FA值最小,MD值最大,分别为0.318±0.066,（0.926±0.067）×10-3mm2/s。2、病灶及NAWM的FA、MD值与LA严重程度的相关性（1） FA值与LA严重程度呈负相关,LA程度越严重,FA值越低。其中,侧脑室前角周围病灶的FA值与LA严重程度的相关性最为明显（P＜0.05）,而半卵圆中心的病灶及NAWM的FA值与LA严重程度无显著相关（P＞0.05）,但随着LA程度的加重表现为下降趋势。（2） MD值与LA严重程度呈正相关,LA程度越严重,MD值则越高。其中,以各部位病灶及侧脑室前角周围NAWM的MD值与LA严重程度有明显相关（P＜0.01）,而侧脑室后角周围及半卵圆中心NAWM的MD值随着LA程度的加重表现为升高趋势,但两者之间无显著相关性（P＞0.05）。（3） LA的严重程度与年龄之间无显著相关性。3、LA严重程度及病灶、NAWM的FA、MD值与认知功能（MMSE）的关系（1）LA严重程度与MMSE评分之间存在明显负相关（r=-0.679,P=0.000）,随着LA程度的加重,MMSE评分逐渐减低。LA严重程度与痴呆的发生率明显相关（x2=19.958,P=0.000）,LA越重,痴呆发生率越高。（2）MMSE评分与LA病灶及NAWM的FA、MD值有相关,表现为FA值越高,MMSE评分越高,即认知功能受损越轻微;MD值越高,MMSE评分越低,即认知功能受损越严重。尤其显著的是侧脑室前角周围病灶及NAWM的MD值（P=0.000）。结论:1、DTI能够反映常规MRI所发现不了的脑白质疏松的白质微结构变化及其与LA严重程度和认知功能的相关性。LA病灶和周围表现正常脑白质（NAWM）的FA、MD值均有特征性的异常改变,表现为前者明显减低,后者有所增加。其中,侧脑室前角周围脑结构受LA病损的影响最为明显。2、LA病灶和NAWM的DTI参数能够定量的反应LA的严重程度。随着LA程度的加重,FA值减低越明显,MD值越增高。侧脑室前角周围病灶及NAWM的DTI表现与LA严重程度的相关性最明显。这为LA程度的评估和判定提供一个辅助的观察要素。3、LA严重程度与认知功能损害的轻重有明显关联,LA程度越重,痴呆的发生率愈高。MMSE评分与侧脑室前角周围病灶及NAWM的MD值密切相关。DTI通过监测部分量化指标的高低可观察LA的进展,这有助于使DTI成为疾病回顾性研究和临床治疗方面的一个很好的评估工具。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一部分 正常成人大脑结构年龄相关性变化的DTI研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 第二部分 脑白质疏松的DTI研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 综述
• 附录
• 成果
• 致谢
• 统计学审稿证明