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运用静息态-fMRI技术探讨血管性认知功能障碍患者的脑功能改变

陈雪  
【摘要】:第一部分运用静息态-功能磁共振成像探索血管性认知功能障碍患者的分数低频振幅的变化目的:用基于分数低频振幅算法(fractional amplitude of low-frequency fluctuation,f ALFF)的静息态-功能磁共振技术(resting-state functional magnetic resonance,rs-f MRI)探讨血管性认知障碍(vascular cognitive impairment,VCI)患者静息态脑功能变化。方法:收集皮层下缺血性脑血管病(subcortical ischemic vascular dementia,SIVD)无认知损害(non-cognitive impairment,NCI)、SIVD伴有认知障碍但无痴呆(vascular cognitive impairment no dementia,VCIND)和血管性痴呆(vascular dementia,VD)患者共49例,比较各组间全脑f ALFF的差异,并将VCI组的全脑f ALFF与蒙特利尔认知状态量表(Montreal Cognitive Assessment,Mo CA)评分做相关分析。结果:静息水平下,VCI组与NCI组相比,左侧角回(angular gyrus,AG)、右侧额中回(middle frontal gyrus,MFG)、右侧海马旁回(parahippocampal gyrus,PHG)、右侧舌回(lingualis gyrus,LG)、右侧豆状核(lenticular nucleus,LN)的f ALFF减低,双侧额上回(superior frontal gyrus,SFG)的f ALFF增高。VCIND组较NCI组左侧额眶回(orbit frontal gyrus,OFG)的f ALFF减低,双侧MFG的f ALFF增高;VD组较VCIND组,左侧壳核、左侧MFG及左侧顶下小叶(inferior parietal lobule,IPL)、右侧MFG/中央前回(precentral gyrus,PRG)f ALFF减低;VD组较NCI组左侧OFG、左侧壳核及左侧颞横回(transverse temporal gyrus,TTG)、右侧丘脑f ALFF减低。VCI组左侧壳核及左侧丘脑的f ALFF值与Mo CA评分呈正相关。结论:VCI组静息态脑功能f ALFF发生改变,左侧壳核及丘脑的f ALFF值与认知功能损害相关,双侧MFG的f ALFF增高可能是一种短暂性的代偿性机制,并且随着疾病发展,这种代偿会丧失。第二部分运用低频振幅的静息态-功能磁共振技术探索VCI患者的不同频段下脑功能的改变目的:运用低频振幅算法(amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF)的rs-f MRI技术探索VCI患者的不同频段下的脑功能改变。方法:对性别、年龄及教育程度相匹配的20名SIVD伴有认知功能障碍被试(VCI组)及20名SIVD而无认知功能障碍被试(NCI组)进行rs-f MRI数据采集,分析五个频段下(slow-6:0-0.01Hz,slow-5:0.01-0.027Hz,slow-4:0.027-0.073Hz,slow-3:0.073-0.198Hz和slow-2:0.198-0.25Hz)的ALFF,分析具有主效应及交互效应的脑区。比较slow-4、slow-5频段下VCI组及NCI组之间ALFF的差异;在校正性别、年龄及教育程度的条件下,将slow-4与slow-5频段下所有具有组的主效应及交互作用的脑区作为感兴趣区(region of interest,ROI),提取VCI组这些ROI的平均ALFF与其简易精神状态检查(mini-mental state examination,MMSE)、Mo CA、记忆功能Z评分(MEMORY-Z)、语言Z评分(LANGUAGE-Z)、注意-执行功能力Z评分(ATT-EXE-Z)、视觉空间能力Z评分(visual spaces-Z,VS-Z)和总体Z-score等量表评分进行Spearman相关分析。结果:上述五个频段下的ALFF发生了广泛变化;右侧小脑后叶、右侧额下回(inferior inferior gyrus,IFG)、左侧PHG、左侧岛叶和右侧IPL具有组的主效应;右侧小脑后叶、右侧IFG、左侧PHG、双侧颞下回(inferior temporal gyrus,ITG)、左侧辅助运动区(supplementary motor area,SMA)、左侧PRG/中央后回(postcentral gyrus,POG)、左侧OFG具有组与频段的交互效应;右侧小脑后叶及左侧PHG不仅具有组的主效应还具有交互效应,即VCI组右侧小脑后叶的ALFF值始终低于NCI组、左侧PHG的ALFF值始终高于NCI组。在slow-4及slow-5频段下,VCI组均较NCI组双侧小脑后叶的ALFF减低,同时右侧楔前叶(precuneus,PCu)(slow-4频段下)及右侧缘上回(supramarginal gyrus,SMG)(slow-5频段下)的ALFF值增高。在slow-5频段下左侧岛叶的ALFF值与MEMORY-Z评分成正相关(r=0.505,p=0.027);左侧PHG(r=-0.521,p=0.022)及左侧OFG(r=-0.469,p=0.043)的ALFF值与VS-Z评分具有负相关性;右侧IPL的ALFF值与ATT-EXE-Z评分呈负相关性(r=-0.526,p=0.021)。Slow-4频段下上述ROI与临床量表评分未发现显著相关性。结论:VCI组或NCI组的ALFF在上述五频段下发生了广泛改变,相应脑区的ALFF改变不仅受到疾病还受到不同频段的影响。VCI组右侧小脑后叶及左侧PHG的ALFF的改变较为稳定,可能成为VCI新的生物学特征;slow-5在显示VCI患者左侧OFG及右侧IPL的异常自发性脑功能活动较slow-4更具有特异性,并有助于对VCI发病机制的理解。第三部分运用静息态-功能磁共振成像探索VCI患者的VMHC和FC的变化目的:通过基于后扣带回(posterior cingulate cortex,PCC)为种子点的功能连接技术(functional connectivity,FC))及两侧半球间体素-镜像同伦连接(voxel-mirrored homotopic connectivity,VMHC)技术探索静息状态下VCI患者全脑FC及两侧大脑半球之间体素-镜像同伦连接变化。方法:收集29名VCI患者及性别、年龄及教育程度相匹配的23名无认知功能障碍的SIVD被试(NCI)进行rs-f MRI扫描,比较两组间FC及VMHC的改变;选取具有组间差异的脑区作为感兴趣区(region of interest,ROI),在校正性别、年龄及教育程度的条件下,将VCI组各个ROI的平均FC及VMHC强度与MMSE、Mo CA、MEMORY-Z评分、LANGUAGE-Z评分、ATT-EXE-Z评分、VS-Z评分和总体Z-score等量表评分进行Spearman相关分析。结果:以PCC为种子点,VCI组较NCI组左侧颞中回(middle temporal gyrus,MTG)及双侧IFG的FC增高,左侧丘脑及右侧扣带回中部(medial cingulate cortex,MCC)的FC减低。Spearman相关分析未发现上述ROI的平均FC强度与临床量表评分具有显著相关性。与对照组相比,VCI组左右丘脑、LN、PRG/POG、距状沟周围皮层/舌回(LG)、PCu/枕上回(superior occipital gyrus,SOG)的VMHC强度减低,未发现VCI组VMHC强度高于NCI组的脑区。Spearman相关分析结果显示,双侧壳核的VMHC强度与MEMORY-Z评分(r=0.569,p=0.002)及ATT-EXE-Z评分(r=0.385,p=0.047)具有正相关性;PRG的VMHC强度与MEMORY-Z评分(r=0.410,p=0.034)具有正相关性;POG的VMHC强度与ATT-EXE-Z评分(r=0.389,p=0.045)具有正相关性;距状核皮层/LG的VMHC强度与总体Z-score(r=0.458,p=014)具有正相关性。结论:VCI患者以PCC为种子点的FC及VMHC均较对照组发生了改变。皮层下大脑白质病变所致的直接或间接纤维连接中断不仅影响到皮层的FC还可能影响到两侧大脑半球之间的功能连接,这可能是VCI的病理机制之一;双侧壳核、PRG、POG及距状沟皮层/LG的VMHC强度减低可能有助于对VCI的发病机制的理解。


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