MRI磁敏加权成像联合弥散峰度成像评价正常人、遗忘型轻度认知障碍、阿尔茨海默病人差异的研究

摘要

第一章
　　绪论：
　　阿尔茨海默氏病(Alzheimer'sdisease，AD)，又称老年痴呆症，是大脑半球的语言、记忆和推理等智能处于受损状态而产生的一种神经退行性疾病。很多研究表明脑内铁代谢紊乱与阿尔茨海默病有关。铁代谢和氧化应激、β-淀粉样蛋白和金属离子代谢紊乱、转铁蛋白和转铁蛋白受体、铁调节蛋白、二价金属离子转运体，及天然抗氧化剂通过调节金属代谢平衡，缓解β-淀粉样蛋白的毒性对细胞损伤的保护作用有关。过量铁沉积会催化形成具有代谢毒性的活性氧，攻击生物分子，诱导细胞损伤。本文采用磁敏感加权成像(SWI)来进行颅内铁沉积的量化。
　　磁敏感加权成像(SusceptibilityWeightedImaging，SWI)主要利用组织间的磁敏感性差异形成的图像对比，它可以应用于所有对不同组织间或亚体素间磁化效应敏感的组织的研究。SWI是为了凸显其在表现细小静脉及小出血方面的能力，SWI以T2*加权梯度回波序列作为序列基础。与T2*加权梯度回波序列不同的是，SWI采用高分辨率、三维完全流动补偿的梯度回波序列进行扫描，可同时获得磁矩图像(magnitudeimage)和相位图像(phaseimage)两组图像。
　　体内常见引起磁敏感差异的物质有:(1)血液及血液代谢产物，(2)非血红素铁和钙。体内血液产物都是顺磁性的(去氧血红蛋白，细胞内的高铁血红蛋白和含铁血黄素等)，使探测磁敏感效应成为可能。对比常规T2*加权像，SWI更突出显示组织之间的磁敏感性所致的相位差别。在磁矩图和相位图显像中小静脉及微出血都可增强显示出来，SWI利用不同组织间的磁敏感性的差异成像并将其放大，通过检测病灶中的静脉分布、出血灶和矿物质沉积等。
　　弥散峰度成像(diffusionkurtosisimaging，DKI)一个量化非正态分布水分子扩散、探查生物组织的微观结构的实用性临床技术。磁共振弥散张量成像技术(diffusiontensorimaging，DTI)是技术主要应用于白质追踪，而DKI侧重于神经元完整性的描述。DKI是基于在传统DWI的基础上采用同一类型的脉冲序列，但所需要的b值较以往用于测量扩散系数的往往要略大。DKI为单从一个或三个方向施加弥散梯度磁场不能正确评价具有不对称组织结构的各向异性特点，准确地沿着纤维方向进行弥散各向异性评价需要弥散张量成像。较传统的DTI技术，DKI更适合把握组织微观结构的变化，如大多数组织的复杂结构(如各类型的细胞细胞膜和组织的生化特性)。DKI检查有助于观察AD患者主要的病理学特征，有望能反应AD的早期病理变化，对AD的早期诊断有重要意义。
　　第二章
　　采用磁敏感加权成像探讨随年龄增长铁沉积的变化规律的研究
　　目的:采用磁敏感加权成像(SusceptibilityWeightedImaging，SWI)量化正常人的铁沉积。
　　材料和方法:一共采集了135名正常人进行检查。MR扫描序列包括常规序列和SWI序列。受试者根据年龄大小分为8组，从1组(12-18岁)，2组(20-29岁)，3组(30-39岁)，4组(40-49岁)，5组(50-59岁)，6组(60-69岁)，7组(70-79岁)，8组(80-87岁)。使用相位图量化尾状核头与豆状核的铁沉积，计算出相应的角弧度值并采用ANOVA分析进行各组数据的组间比较。Pearson相关分析、线性回归分析、多项式拟合进行分析，在尾状核头和豆状核的铁沉积与年龄之间的关系。
　　结果:豆状核的铁沉积随着年龄逐渐增长至40岁，而40岁之后没有一个明显的上升趋势。尾状核头的铁沉积达到高峰的年龄是60岁，60岁之后变化不明显。左侧尾状核头、右侧的尾状核头、左侧豆状核，右侧豆状核的的铁沉积和年龄的相关性系数，分别为:R=0.67691，0.48585，0.5228，0.5228，p值＜0.001。线性回归结果是:双侧的尾状核头、双侧豆状核与年龄的P值均＜0.001。
　　结论:豆状核内的铁沉积在随着年龄的增长，在40岁达到峰值之后铁沉积变化不明显。在尾状核头内铁沉积也随着年龄的增长，并在60岁达到一个平台期。
　　第三章
　　使用磁敏感加权成像比较正常老年人，遗忘型轻度认知功能障碍和阿尔茨海默氏病的铁沉积差异的研究
　　目的:使用磁敏感加权成像(SWI)量化铁沉积，并比较阿尔茨海默氏病(AD)，遗忘型轻度认知功能障碍(aMCI)和正常老年人铁沉积的差异。
　　材料与方法:60参加者(22名aMCI患者，20名AD患者，18例正常老年对照组)进行常规磁共振成像和SWI使用轴向/斜冠状序列。使用相位图来计算角弧度，进而得出18个感兴趣区域的角弧度值来反映铁沉积情况。并使用角弧度值计算和比较三者之间的差别。
　　结果:aMCI与对照组之间的弧度角度差异显著的是左侧海马，左侧尾状核头，右侧豆状核，左侧豆状核(P值分别为0.02239，＜0.001，0.03571，0.00943)。AD与aMCI组弧度角度值差异显著性的是双侧小脑半球，双侧海马，右侧红核，右侧丘脑，正常丘脑和胼胼胝体(P值分别为0.027540，0.18390，0.0934，0.04316，0.02472，0.00152，＜0.001，0.01448)。铁沉积与简易精神状态检查评分(MMSE)的Pearson相关分析中，相关性显著的有双侧小脑半球，海马，红核，豆状核，丘脑，右侧尾状核头，胼胝体压部。
　　结论:海马，尾状核头，豆状核和丘脑是aMCI，AD和正常老年对照组之间的铁沉积在存在着明显统计学差异。丘脑是一个对正常老年对照、aMCI，AD铁沉积变化较敏感的区域。使用SWI序列有利于检测aMCI与AD的铁沉积差异。
　　第四章
　　弥散峰度成像(diffusionkurtosisimaging，DKI)参数选择及图像融合的研究
　　DKI为四阶三维完全对称张量。扩散张量为二阶张量，由此DKI技术的产生必定要历经一个由二阶张量到四阶张量的转变。二阶张量其空间扩散系数为椭球球面，椭球的主轴为主特征向量方向且吻合于脑神经纤维走向，而次特征向量方向则垂直于纤维走向。二阶张量的椭球面无法与多纤维走向吻合，因而DTI无法解决多神经纤维交叉问题。
　　在DKI图像中，随弥弥散敏感梯度因子b值的变化，图像的信号强度将根据组织内每个像素弥散系数的不同而发生不同程度的变化。因此DKI需要选取多个b值，且包含较大的b值。弥散张量成像最少需要施加6个方向的弥散敏感梯度。施加的弥散梯度方向越多，所获得的图像越清晰，信噪比越高。本研究中选用了30个方向的6个b值，分别为b=0，500，1000，1500，2000，and2500s/mm2，最大b=2500，可以充分反应组织的弥散特征。
　　利用公式弥散敏感因子为b。信号强度S(b)如下:lnS(b)=lnS(0)-bDapp+1/6b2D2appKapp,Dapp是表观弥散系数ADC，Kapp是表观弥散峰度。对应一系列不同b值的表达式，拟合得到Dapp和Kapp。正如Dapp是与弥散敏感梯度平行方向的弥散系数估计值，Kapp是相同方向弥散峰度的估计值。我们选择Levenberg-Marquardt非线性拟合优化方法，给定一个因子控制迭代步长的大小。实际拟合过程中要给出拟合参数是平均表观弥散系数(meandiffusioncoefficient，MD)、平均峰度(meankurtosis，MK)的一组初值用来进行迭代求解，程序实现中MD初值取，MK初值在0.5-1.4范围内取值。拟合之后得到一系列不同的MD值和MK值和MD、MK的伪彩图。
　　MK被认为是一个复杂的微观指标，优势在于不依赖于组织结构的空间方位。MK的大小取决于感兴趣区内组织的结构复杂程度，结构越复杂，非正态分布水分子扩散受限越显著，MK也即越大。
　　第五章
　　弥散峰度成像在比较阿尔茨海默氏病患者、遗忘型轻度认知障碍、正常老年人海马差异的应用
　　目的:通过弥散峰度成像(diffusionkurtosisimaging，DKI)来研究阿尔茨海默病、遗忘型轻度认知障碍(Amnesticmildcognitiveimpairment，aMCI)、正常老年人海马的差异。
　　材料与方法:应用SiemensVerio3.0T磁共振，使用头部的32通道线圈。采集了60人的磁共振数据，其中20例aMCI患者，20例AD，20例正常老年对照组(normalcontrol，NC)。进行常规磁共振成像和DKI斜冠状位序列进行海马区域扫描。选择Levenberg-Marquardt非线性拟合优化方法。实际拟合过程中要给出拟合参数MD、MK的一组初值用来进行迭代求解，程序实现中MD初值取(lnS(0)-lnS(b))/b，MK初值在0.5-1.4范围内取值。拟合之后得到一系列不同的MD值和MK值。ANOVA方差分析用于比较双侧海马正常老年组、aMCI、AD组之间的MD、MK的差异，不同组之间的Fish-LSD检验(两个独立样本T检验)。
　　结果:右侧海马的MK正常对照组(NC)、aMCI、AD组之间的具有显著性差异，NC-aMCI，AD-NC，AD-aMCI比较，P值分别为0.01325，＜0.001，0.02249。左侧海马的MK测量结果组间比较结果是:NC、aMCI、AD组之间的具有显著性差异，NC-aMCI，AD-NC，AD-aMCI比较，P值分别为0.00408，＜0.001，0.0289。右侧海马的MD值NC-AD组之间的具有显著性差异，P值＜0.001。左侧海马的MD测量结果组间比较结果是:AD-NC，AD-aMCI组之间的具有显著性差异，P值分别0.02081，0.0267。
　　结论:正常对照组、aMCI、AD组之间双侧海马的MK值均具有显著性差异。而MD值仅在正常对照组与AD的比较或aMCI与AD组之间的比较具有显著性差异。

目录

声明

摘要

符号和缩略语说明

第一章 绪论

参考文献

第二章 采用磁敏感加权成像探讨随年龄增长铁沉积的变化规律的研究

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．3 结果

2．4 讨论

2．5 结论

参考文献

第三章 使用磁敏感加权成像比较正常老年人，遗忘型轻度认知功能障碍和阿尔茨海默氏病的铁沉积差异的研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．3 结果

3．4 讨论

3．5 结论

参考文献

第四章 弥散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)参数选择及图像融合的研究

4．1 引言

4．2 b值大小及扫描方面方向数量的选取

4．3 DKI成像方法及设备要求

4．4 DKI软件的设计及应用

参考文献

第五章 弥散峰度成像在比较阿尔茨海默氏病患者、遗忘型轻度认知障碍、正常老年人海马差异的应用

5．1 引言

5．2 材料与方法

5．3 结果

5．4 讨论

5．5 结论

参考文献

结论

致谢

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