多模态神经成像技术在特发性全面性癫痫中的应用研究

论文摘要

癫痫是以大脑神经元反复出现过度放电导致的中枢神经系统功能失常为特征的慢性脑部疾病。作为神经系统的一个典型疾病,从微观到宏观的各个层次的癫痫机制研究一直受到高度重视。本工作着眼于神经成像技术所能触及到的神经元群及其网络层次上的问题,采用新近发展起来的多模态神经成像技术,综合应用多种数据处理方法,对特发性全面性癫痫（Idiopathic Generalized Epilepsy, IGE）的脑机制,从病灶定位方法、功能网络特征和结构参数改变几个方面,进行了比较深入的研究。主要内容包括以下三个方面:1,发展了一种基于同步EEG-fMRI提高癫痫灶定位效果的方法。该方法采用独立成分分析（Independent Component Analysis,ICA）和相关分析相结合的办法对癫痫放电进行分类,然后将分类后的放电信息用于fMRI（functional Magnetic Resonance Imaging）的成像计算。将该方法应用于临床采集的实际EEG-fMRI数据,发现在常规方法处理结果为阴性的一些情况,该方法也能成像出与癫痫放电有关,且与临床现象一致的区域。说明该方法可提高EEG-fMRI对癫痫灶的检出敏感性,具有一定的为临床意义。2,针对IGE的全面性棘慢波放电（generalized Spike and Wave Discharges,SWDs）的起源、播散及其对大脑基本功能的影响,我们利用静息态fMRI脑功能网络分析方法,研究了皮层-丘脑网络（Cortico-Thalamus Network,CTN）、基底节网络（Basal Ganglia Network,BGN）和“默认模式”网络（Default Mode Network,DMN）。这些研究都基于EEG-fMRI技术,以区分或者排除SWDs对这些脑静息态网络的干扰。在对于SWDs的起源和传播密切相关的皮层-丘脑网络的研究中发现,在具有典型失神发作的IGE患者中,在排除SWDs的影响后,存在丘脑和前扣带回间的功能失连接,推测这个失连接可能在IGE患者SWDs的起源、传播中起到极其重要的作用;在对基底节网络的研究中发现,静息态BGN在IGE患者中显示出显著增强的功能连接,IGE患者在有SWDs时功能连接更强,而且增强的连接性与SWDs的数目正相关,由此推测BGN可能作为一个SWDs的调节器在IGE中扮演了一个重要角色;在对“默认模式”网络的研究中发现,没有SWDs情况下的DMN在IGE患者中表现为显著的连接降低,这个结果可能反映了慢性长期的SWDs导致了DMN功能的异常集成,这可能源自解剖方面的异常或者功能方面的重组;这些改变有可能导致IGE患者中的认知心理损害以及癫痫发作时的意识丧失。这些结果表明,IGE对脑功能造成了多方面的影响,总体上表现为皮层相关连接减低,皮层下结构内连接增强,进一步说明,IGE的脑机制是分布式的,需要从脑网络角度深入研究。3,利用高分辨MRI结构像和弥散张量成像,从结构水平上研究了具有失神发作的IGE患者的皮层下结构（丘脑和基底节神经核团）的体积和弥散参数。结果发现IGE患者皮层下结构水分子的弥散特性和体积都存在异常;它证实了在长期受到癫痫放电影响的皮层下结构中存在微结构变化,而且这种变化在早发患者中比在晚发患者中更加严重。这些发现也为上面功能网络研究中发现的,基底节和丘脑参与了SWDs的传播和调节的推测,提供了来自结构方面的证据。所有这些来自结构和功能方面的规律性的变化,有可能是具有典型失神发作IGE患者的特征指标,值得进一步进行临床应用研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 癫痫概述
• 1.2 癫痫神经成像
• 1.2.1 脑电
• 1.2.2 结构磁共振成像
• 1.2.3 功能磁共振及脑电-功能磁共振
• 1.2.4 弥散张量成像
• 1.2.5 其他成像方法
• 1.3 脑网络研究
• 1.3.1 脑功能网络
• 1.3.2 脑结构网络
• 1.4 癫痫的脑网络研究现状
• 1.5 本论文的选题和研究内容
• 1.6 本论文的结构安排
• 第二章 基于EEG-fMRI的癫痫放电灶的定位研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 方案步骤
• 2.2.2 临床应用及验证
• 2.2.3 数据采集
• 2.3 结果
• 2.4 讨论
• 2.4.1 癫痫放电分类
• 2.4.2 影响EEG-fMRI成像敏感性的因素
• 2.4.3 本方案的临床应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 全面性失神发作癫痫的皮层-丘脑网络研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 被试
• 3.2.2 数据采集及预处理
• 3.2.3 基于ROI的相关性分析
• 3.2.4 功能连接性统计对比
• 3.3 结果
• 3.4 讨论
• 3.4.1 皮层-丘脑网络中的丘脑成分
• 3.4.2 皮层-丘脑网络中的皮层成分
• 3.4.3 方法学讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 特发性全面性癫痫的基底节网络研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和方法
• 4.2.1 被试
• 4.2.2 数据采集及预处理
• 4.2.3 ICA与基底节网络识别
• 4.2.4 基底节网络统计对比
• 4.3 结果
• 4.3.1 组内基底节网络标识
• 4.3.2 组间基底节网络连接差异
• 4.3.3 功能连接性与临床特征间的相关
• 4.4 讨论
• 4.4.1 静息态基底节网络
• 4.4.2 癫痫放电与基底节网络
• 4.4.3 尾状核与全面癫痫放电
• 4.4.4 IGE的运动功能异常
• 4.5 本章小结
• 第五章 全面性失神发作癫痫的“默认模式”网络研究
• 5.1 引言
• 5.2 材料和方法
• 5.2.1 被试
• 5.2.2 数据采集及预处理
• 5.2.3 基于ROI的DMN标示
• 5.2.4 基于区域的DMN功能连接
• 5.2.5 功能连接性与临床特征间的相关分析
• 5.3 结果
• 5.3.1 基于ROI的DMN
• 5.3.2 基于区域的DMN连接
• 5.3.3 功能连接性与临床特征间的相关
• 5.4 讨论
• 5.4.1 IGE癫痫患者的DMN异常及可能的原因
• 5.4.2 降低的功能连接性与脑功能改变
• 5.4.3 降低的功能连接性与意识的改变
• 5.4.4 方法学讨论
• 5.5 本章小结
• 第六章 全面性失神发作癫痫的基底节及丘脑的结构研究
• 6.1 引言
• 6.2 材料和方法
• 6.2.1 被试
• 6.2.2 数据采集及预处理
• 6.2.3 基于自动模板匹配的ROI提取
• 6.2.4 弥散参数和体积的计算与统计对比
• 6.3 结果
• 6.3.1 弥散参数差异
• 6.3.2 体积差异
• 6.4 讨论
• 6.4.1 DTI在癫痫研究中的价值
• 6.4.2 丘脑的结构异常
• 6.4.3 基底节的结构异常
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 讨论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间取得的研究成果
• 附录 中英文对照表