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基于多参数磁共振的遗传性痉挛性截瘫5型中枢神经系统变化及其机制研究

刘颖  
【摘要】:第一部分基于结构磁共振成像评估遗传性痉挛性截瘫5型中枢神经系统形态及信号特征目的:基于常规及结构磁共振成像观察并评估遗传性痉挛性截瘫5型(spastic paraplegias type 5,SPG5)患者颅脑及脊髓的信号与形态学变化特点,并分析SPG5患者中枢神经系统结构MRI特点与临床指标的相关性。材料和方法:前瞻性搜集来自我校神经科学研究院遗传性痉挛性截瘫患者数据库的SPG5患者17名,选取与之性别和年龄相匹配的健康对照者17名。采集34名受试者的颅脑、颈胸段脊髓常规磁共振(T2WI、T1WI、T2-FLAIR、MEDCI、PDWI及SWI序列)及结构磁共振(3D-T1W-MPRAGE及3D-T2WSPACE序列)数据,记录17名SPG5患者的临床资料:病程、代表疾病严重程度的SPRS(spastic paraplegia rating scale)评分,检测血浆27-羟基胆固醇(27-hydroxycholesterol,27-OHC)水平。常规磁共振序列观察SPG5患者颅脑及脊髓信号特征;通过自定义颈髓“十字征”评分标准,MEDIC序列上定量分析颈段脊髓(C2-C7椎间盘水平)的“十字征”。以健康对照组为参照,基于脊髓工具箱(spinal cord toolbox,SCT)软件定量分析SPG5患者C1-T9椎体节段脊髓形态学改变(脊髓截面积、左右径及前后径);基于目测评分法及体素形态学测量(voxel-based morphometry,VBM)法分析SPG5患者大脑容积改变。分析SPG5患者脊髓结构MRI数据(脊髓截面积及“十字征”总分)与临床指标(SPRS评分、病程)及血浆27-OHC水平的相关性。结果:17名SPG5患者(11名男性,6名女性,平均年龄29±11岁,中位病程16年),17名年龄-性别相匹配的健康对照者(11名男性,6名女性,平均年龄29±10岁)。首次发现所有SPG5患者萎缩的颈髓出现“十字征”,MEDIC序列各节段颈髓“十字征”总分与病程(r=0.742,P=0.002)及SPRS评分(r=0.545,P=0.035)呈正相关,与血浆27-OHC无相关(P=0.976);17名健康对照组颈段脊髓未见“十字征”。与健康对照者比较,SPG5患者脊髓截面积明显缩小,以胸段为著(颈段:-11~-21%,胸段:-29~-38%),颈胸段脊髓截面积与SPRS评分或病程均无相关。SPG5患者颅脑未见萎缩征象。血浆27-OHC水平与病情严重程度SPRS评分(P=0.397)或病程(P=0.679)均无相关。结论:SPG5患者脊髓萎缩,但不伴有脑萎缩。脊髓的“十字征”是SPG5的影像诊断标记物,“十字征”评分在监测SPG5疾病进展方面比脊髓萎缩及血浆27-OHC水平更敏感。第二部分基于DTI及T1 Mapping序列探讨遗传性痉挛性截瘫5型中枢神经系统微结构损害情况及其病理机制目的:基于磁共振DTI及T1 Mapping序列,探讨SPG5患者颅脑和脊髓白质微结构的变化及其病理机制。材料与方法:前瞻性搜集17名SPG患者与17名性别-年龄相匹配的健康对照者。基于骨架的空间方法分析(TBSS)、基于感兴趣区脑白质纤维束追踪法及脊髓图谱分析法,评估颅脑及脊髓DTI及T1 Mapping序列,包括各向异性分数(FA)、平均扩散系数(MD)、径向扩散系数(RD)、轴向扩散系数(AD)和T1值等各项参数的改变。专人记录SPG5患者的疾病严重程度(SPRS评分)及病程,同步测定SPG5患者及健康对照组脑脊液中的神经丝蛋白轻链(NF-L)和髓鞘碱性蛋白(MBP)。曼-惠特尼U检验和两独立样本t检验比较SPG5与健康对照组二者之间的颅脑、颈胸段脊髓MR数据(FA、MD、AD、RD及T1值)及脑脊液生化指标(MBP及NF-L水平)的差异;Pearson相关性分析探索中枢神经系统MR数据(FA、MD、AD、RD及T1值)与临床数据(SPRS评分及病程)之间的相关性。结果:SPG5患者颅脑及脊髓白质的FA值普遍降低,MD、T1和RD值升高;AD值仅在部分椎体节段的脊髓节段和部分脑区出现异常。SPG5患者与健康对照组在脊髓灰质的DTI指标及T1值的差异无统计学意义(P0.05)。与健康对照组比较,SPG5患者内囊、放射冠、皮质下白质层面和C2、C3、T4、T5椎体节段脊髓的FA、RD和T1值差异更明显。SPG5患者的NF-L(HC vs SPG5:265 pg/m L vs 617 pg/m L)和MBP(HC vs SPG5:127 pg/m L vs 3507pg/m L)水平均明显高于健康对照组(P0.05)。SPG5患者中枢神经系统的DTI参数和T1值与患者的临床指标(SPRS评分和病程)均无相关(P0.05)。结论:MRI的DTI参数、T1值可以很好地显示SPG5所致的大脑和脊髓微结构损伤,并可以与脑脊液生化指标(NF-L和MBP)相互验证,均提示SPG5大脑和脊髓损伤特点可能为脱髓鞘(为主)伴随轴索丢失。第三部分基于静息态功能磁共振成像分析遗传性痉挛性截瘫5型患者中枢神经系统脑功能网络活动改变目的:基于独立成分分析(independent component analysis,ICA),探讨遗传性痉挛性截瘫5型(SPG5)患者静息态脑网络功能的变化特点。材料和方法:前瞻性搜集SPG5患者17名,选取与之性别和年龄相匹配的健康对照者17名。3.0T磁共振采集34名受试者的颅脑静息态功能磁共振数据。通过ICA提取经典的8个静息态网络(resting-state network,RSN):感觉运动网络、听觉网络、左额顶网络、右额顶网络、视觉网络、突显网络、背侧注意网络及默认网络。采用两独立样本参数t检验对健康对照组与SPG5患者组的各个RSN网络内的功能连接强度差异进行比较分析。提取SPG5患者RSN内组间差异脑区的平均功能连接强度(Z值)与临床指标(SPRS、MMSE、病程)进行Pearson相关分析。结果:与健康对照组比较,SPG5患者组感觉运动网络的双侧中央前回及中央后回(BA3、4区)激活减少。健康对照组与SPG5患者组其他7个RSN内均未发现有统计学意义的差异脑区。SPG5患者组感觉运动网络内差异脑区的平均Z值与各临床指标(SPRS、MMSE及病程)均未发现有统计学意义的相关性。结论:基于ICA的静息态脑网络的研究结果提示SPG5所致的脑网络损伤主要局限于感觉运动网络而其他RSN损伤不明显,有助于加深对SPG5致病机制的理解。第四部分多参数磁共振纵向研究遗传性痉挛性截瘫5型的中枢神经系统变化目的:基于多参数磁共振分析SPG5患者中枢神经系统一年随访的影像变化。材料与方法:对SPG5队列进行一年期回访,采集颅脑、颈胸段脊髓常规磁共振(T2-FLAIR和MEDIC序列)、结构磁共振(3D-T1W-MPRAGE和3D-T2WSPACE序列)、DTI、T1 Mapping序列;随访SPG5患者的临床资料:一年诊疗史及痉挛性截瘫评价量表(SPRS)。常规磁共振序列对比观察SPG5患者基线与12个月随访的颅脑及脊髓形态、信号改变。基于Spinal Cord Toolbox(SCT)软件定量分析SPG5患者两次MR检查的脊髓截面积、左右径、前后径、DTI参数及T1值;比较两次脊髓MR数据的差异。结果:6名SPG5患者失访,最终11名SPG5患者(中位年龄29岁,3名女性,8名男性)完成一年的影像及临床随访。11名患者SPRS评分基线(中位分数:15分)与12个月(中位分数:15分)随访前后两次差异无统计学意义。常规磁共振显示12个月后颅脑FLAIR信号仍无明显异常,脊髓“十字征”形态及评分较前相仿。SPG5患者的颈胸段脊髓截面积、前后径、左右径、DTI参数及T1值随访前后比较,二者之间差异无统计学意义,进一步观察两次检查患者的具体参数值,发现大部分颈段脊髓的FA值有较前减低趋势、RD及MD值有较前增高趋势。结论:本队列一年随访的多参数磁共振及临床结果均提示SPG5为病情进展缓慢的神经退行性病变。


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