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先天性特发性眼球震颤的定量诊断及发病机理研究

杨红  
【摘要】:研究背景和意义 先天性特发性眼球震颤(idiopathic congenital nystagmus,ICN)是指眼部与神经系统未见明显异常的一类婴幼儿时期出现的眼球震颤。临床主要表现为眼球颤动,视功能异常和代偿头位。 如何准确、定量地记录ICN的眼球颤动,判断快慢相、静止区及手术疗效以及和其他类型眼震进行鉴别诊断是临床常见问题。红外视频眼动仪目前成为了眼动检测方法中的最好选择,但国内尚没有相关产品。本课题组前期已成功研制眼动仪样机并初步试用于眼球运动检测,但还需要就眼球震颤检测的相关软硬件进行改进并将改进后的仪器进行临床应用,从而为该仪器的国产化奠定基础。 ICN病因不明,发病机理不清楚,因此诊治困难。功能磁共振成像技术(functionalmagnetic resonance imaging,fMRI)是以血氧水平相关效应为核心,应用磁共振技术检测血液中的含氧浓度变化,对脑组织进行实时功能成像,可以无损伤地反映活体大脑功能。任务相关fMRI可反映接受刺激时的大脑激活情况,静息状态fMRI研究可反映基础状态大脑功能的病理生理变化。ICN的视觉异常和眼球运动障碍是否和脑功能异常有关,其解剖定位如何目前报道较少。在静息态下是否存在脑部活动异常尚未见报道。fMRI能客观、定量显示接受视觉刺激时视皮层功能区的活动情况,ICN患者视觉皮层功能是否存在损害,手术能否影响ICN患者视皮层活动目前尚不清楚。 因此,本课题拟改进自主研发的眼动仪,并采用改进后的眼动仪检测ICN患者眼球运动情况,定量评估手术疗效。在此基础上,利用fMRI技术观察ICN患者在静息态、视觉刺激情况下皮层功能改变情况,分析其和临床眼震指标的相关性,初步探索ICN发病机理,并观察眼震手术对ICN患者视皮层活动的影响。 第一部分数字化眼动仪的研发及其在先天性特发性眼球震颤的临床应用 目的: 对目前自行研发的数字化眼动仪进行改进。评估改进后的数字化眼动仪在ICN的临床应用情况。 方法: 1.更新低频眼动仪操作界面软件、强化数据分析功能。 2.研发高频眼动仪:采用采样频率更高的摄像头进行图像采集,改进采集数据方式、视觉刺激模式、红外光源照明以及开发眼震检测软件。 3.对各类先天性眼震患者进行眼球震颤检测,评估检测效果。 结果: 1.改造后的低频眼动仪软件操作更简便,检测过程自动化或半自动化,能实时定量处理眼震数据。研发的高频眼动仪采样频率更高,精度更高,体积更小,更方便临床眼震检测。 2.改进后的数字化眼动仪能快速准确记录各类先天性眼球震颤(congenitalnystagmus,CN),实时计算各方位、角度的眼震频率、振幅和震强,并能对ICN患者有效判定快慢相、寻找相对静止区。 结论:改进后数字化眼动仪可作为ICN患者眼震客观定量检查的有效方法。 第二部分数字化眼动仪对先天性特发性眼球震颤的手术疗效评估 目的: 1.评估自行研制的数字化眼动仪在ICN手术疗效判定中的可行性。 2.初步观察CN的手术疗效。 方法: 1.对24例各类CN患者手术前后进行数字化眼动仪检测,观察手术前后波形变化,分析眼震频率、振幅、震强变化情况,计算手术前后不同方向、不同角度眼震震强变化,进行配对样本t检验,判定手术疗效。 2.对ICN患者水平方向±25°内的间隔5°的各注视点眼震震强手术前后进行比较,统计改善或加重的位点数。 3.对10例ICN患者采用眼动仪检测的静止区角度作为参考进行手术,观察手术前后静止区变化情况。 结果: 1.24例患者中13例手术后水平方向的水平震强有改善,7例患者水平方向的垂直震强也同时改善,改善率分别为54.17%和29.17%。其中ICN手术前后震强改善良好(10/16),白化病或黄斑发育不良手术也有效(3/5)。 2. ICN患者手术前后水平方向68.18%的注视点水平震强得到改善,69.32%的注视点的垂直震强也得到改善,并且震强改善多≥60%。 3.对ICN患者采用眼动仪检测的静止区角度参考进行手术,术前静止区偏斜角度检测平均为15.75°;术后静止区偏斜角度平均为1.5°。结论: 1.自行研制的数字化眼动仪能有效进行各类眼球震颤手术前后眼震的定量检测和疗效判定。 2.手术能改善大部分ICN患者的震强,有效矫正代偿头位。 第三部分先天性特发性眼球震颤发病机理的功能磁共振成像研究 目的: 1.采用静息态功能磁共振成像研究ICN脑部局部一致性(regional homogeneity,ReHo)改变及其与相关临床眼震指标之间的相关性。 2.采用任务态功能磁共振成像观察ICN是否存在异常激活脑区,以及这些改变和相关眼震临床指标之间的关系。 3.采用任务态功能磁共振成像探索眼球震颤手术对ICN患者视皮层Brodmann17、18、19区功能的影响。 方法: 1.14例ICN患者与性别、年龄匹配的14例健康对照者进行静息态下功能磁共振扫描。采用SPM8软件处理影像数据后进行局部一致性分析。对正常对照组和ICN组的ReHo值进行双样本t检验。以经过多重比较校正后P<0.05为有统计学差异。并将ICN组ReHo值与患者眼震参数进行相关性分析。 2.14例ICN患者与14例性别、年龄匹配的14例健康对照者进行棋盘格刺激下的功能磁共振成像扫描,并且对ICN患者正前方、慢相侧、快相侧注视时分别进行相同程序扫描。分析统计正常组和ICN组各注视方向时激活差异脑区以。并以Brodmann17、18及19区作为兴趣区,对ICN组不同相注视方向下大脑总激活体素数、平均激活强度与正常对照组分别进行双样本t检验。同时对ICN组自身不同注视方向下视皮层总激活体素数和平均激活强度进行双样本t检验。 3.采用fMRI技术来初步观察1例ICN患者,1例伴有视觉系统异常的CN患者手术前后进行检测。分析眼震患者术后视皮层Brodmann17、18、19区激活改变情况,观察手术对眼球震颤患者视皮层活动的影响。 结果: 1.采用静息态fMRI技术ReHo分析方法发现ICN患者大脑存在异常活动脑区: 1) ICN患者同正常对照相比,ReHo减低脑区为:左小脑脚1,脑桥,右额下回眶部,右额上回;ReHo显著增加脑区为:左距状裂,左缘上回和右楔前叶。 2) ICN患者眼震的频率和左额上回呈正相关;振幅和右枕中回,左楔前叶,左额上回呈正相关,和右小脑,右岛叶呈负相关;眼震强度和左距状裂呈负相关,和右枕中回,左额中回,左辅助运动区呈正相关。 2.采用任务相关fMRI研究发现ICN患者大脑存在激活差异脑区: 1) ICN组和正常对照相比:各注视方向均存在激活差异脑区,正前方注视主要激活差异脑区在左前扣带回和左楔叶;慢相侧注视主要激活差异脑区在左前扣带回和左楔前叶;快相侧注视主要激活差异脑区在脑桥,右小脑脚1,右岛叶,左右颞中回,左额上中叶,小脑蚓,右额上回,左楔前叶,Brodmann39区,左右角回,右额上中回,左中扣带回,左额中回和右中央后回。 2) ICN患者和正常组视皮层激活比较发现: ICN组Brodmann17区快相侧注视总激活体素数减少;Brodmann18区快相侧、慢相侧注视总激活体素数减少,Brodmann19区各方向注视总激活体素数均减少。ICN组Brodmann17、18、19区各方向注视均较正常对照组前方注视平均激活强度下降。 3)ICN组各注视方向比较:快相侧和慢相侧注视比较主要激活差异脑区在右小脑,右距状裂,左右枕中回,右额下回三角部; ICN视皮层分区比较中发现Brodmann17区、Brodmann18区快相侧注视较正前方注视总激活体素数下降,其余各区各方向注视总激活体素数、平均激活强度无显著差异。 3. ICN患者发现术后Brodmann17、18、19区总激活体素数、平均激活强度均增高;伴视觉系统异常CN患者术后发现Brodmann17、18、19区总激活体素数,平均激活强度下降。 结论: 1. ICN患者静息态下存在多个脑区局部一致性异常,并且ReHo降低脑区主要集中在平滑追随运动系统的神经通路上,提示ICN患者存在异常的脑部神经活动,ICN的产生可能与平滑追随运动系统异常相关。 2. ICN患者在接受视觉刺激时各方向注视脑区激活存在差异性,快相侧注视时激活差异脑区显著增多,提示各方向注视脑区激活的不对称可能是代偿头位产生的原因。并且快相侧注视时激活差异脑区主要集中在平滑追随运动系统的神经通路上,也提示平滑追随运动系统异常可能和ICN相关。 3. ICN患者在视皮层纹状区、纹旁区、纹周区均发生了明显的功能损害。 4.眼球震颤手术能影响ICN患者视皮层Brodmann17、18、19区激活,fMRI能有效观察眼球震颤手术前后视皮层激活变化,初步判定手术疗效。 全文结论及学术意义: 1.本课题对自主研发的数字化眼动仪进行了硬件扩展和软件更新,强化了数据分析功能,并对眼科常见眼部运动异常疾病眼球震颤进行了初步临床应用。证实了该仪器能快速、准确、客观进行各类眼球震颤检测,能定量评估ICN手术疗效,并具有操作简便,安全性好的特点,为数字化眼动仪的国产化奠定了基础。 2.本课题首次采用静息态fMRI技术ReHo分析方法对ICN患者进行研究,发现ICN患者静息态下存在多个脑区局部一致性异常,并且ReHo降低脑区主要集中在平滑追随运动系统的神经通路上,提示ICN患者存在异常的脑部神经活动,ICN的产生可能与平滑追随运动系统异常相关。 3.本课题研究了ICN患者在接受棋盘格刺激时fMRI脑区激活情况,发现和正常组相比ICN患者各注视方向均存在激活差异脑区,并且快相侧注视时激活差异脑区显著增多,提示各方向注视脑区激活的差异性可能和眼震代偿头位的产生相关。ICN组Brodmann17区快相侧注视总激活体素数减少,Brodmann18区快相侧、慢相侧注视总激活体素数减少,19区各方向注视总激活体素数均减少;ICN组Brodmann17、18、19区各方向注视均较正常对照组前方注视平均激活强度下降。提示ICN患者在视皮层纹状区、纹旁区、纹周区均发生了明显的功能损害。 4.本课题首次采用了fMRI观察ICN患者手术前后视皮层激活变化情况,发现手术前后视皮层激活存在改变,提示眼球震颤手术能影响ICN患者视皮层活动。


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