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        動脈自旋標(biāo)記技術(shù)定量分析阿爾茨海默病不同階段腦血流量

        2021-04-01 05:07:02李棟學(xué)曾憲春尹訓(xùn)濤熊真亮魏昌秀楊正貴王榮品
        關(guān)鍵詞:腦區(qū)代償組間

        李棟學(xué),徐 超,曾憲春,尹訓(xùn)濤,熊真亮,魏昌秀,楊正貴,王榮品*

        (1.貴州省人民醫(yī)院放射科 貴州省智能醫(yī)學(xué)影像分析與精準(zhǔn)診斷重點實驗室 精準(zhǔn)影像診療示范型國際科技合作基地,2.神經(jīng)內(nèi)科,3.心理科,貴州 貴陽 550002)

        阿爾茨海默病(Alzheimer disease, AD)是以進(jìn)行性不可逆記憶減退及認(rèn)知功能下降為主要表現(xiàn)的神經(jīng)退行性疾病[1],目前對于中晚期AD尚無有效治療方法,早期發(fā)現(xiàn)及干預(yù)是延緩病程、減慢進(jìn)展的關(guān)鍵。載脂蛋白E攜帶者、平均動脈壓高、短暫性腦缺血等腦血管危險因素致血管損傷、神經(jīng)血管單元破壞與AD發(fā)生發(fā)展有重要關(guān)系[2-4]。本研究基于三維動脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling, ASL)技術(shù)定量測量腦血流量(cerebral blood flow, CBF)[5],觀察AD不同進(jìn)展階段[6],即主觀認(rèn)知功能下降(subjective cognitive decline, SCD)、輕度認(rèn)知功能障礙(mild cognitive impairment, MCI)及癡呆(dementia)的CBF改變,分析其與年齡、簡易精神狀態(tài)量表(mini-mental state examination, MMSE)和蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal cognitive assessment, MoCA)的相關(guān)性,評價各腦區(qū)CBF鑒別AD不同階段的效能。

        1 資料與方法

        1.1 一般資料 收集2018年1月—2019年12月經(jīng)臨床診斷的22例AD(AD組)、22例MCI(MCI組)和25例SCD患者(SCD組),同時招募25名年齡及性別匹配的正常志愿者為對照組(NC組)。AD組男9例,女13例,年齡55~82歲,平均(71.5±8.4)歲;MCI組男10例,女12例,年齡57~86歲,平均(71.8±8.2)歲;SCD組男11例,女14例,年齡60~91歲,平均(70.4±7.1)歲;NC組男10名,女15名,年齡60~81歲,平均(69.3±5.2)歲。納入標(biāo)準(zhǔn):AD符合美國衰老研究所-阿爾茨海默病協(xié)會聯(lián)合發(fā)布的診斷標(biāo)準(zhǔn)(NIA-AA)[7];MCI符合Petersen診斷標(biāo)準(zhǔn)[8],且未達(dá)AD標(biāo)準(zhǔn);SCD符合《中國阿爾茲海默病臨床前期主觀認(rèn)知下降診斷流程與規(guī)范專家共識》[9]標(biāo)準(zhǔn),即主觀感覺記憶下降而非其他認(rèn)知功能,且對認(rèn)知減退存在擔(dān)憂。排除標(biāo)準(zhǔn):腦器質(zhì)性疾病;神經(jīng)精神疾??;圖像質(zhì)量差及后處理過程中圖像與標(biāo)準(zhǔn)腦對應(yīng)差。MMSE和MoCA量表評分:AD組MMSE評分14~23分,平均(18.9±3.4)分,MoCA評分14~19分,平均(16.6±1.9)分;MCI組MMSE評分18~29分,平均(23.0±2.7)分,MoCA評分15~25分,平均(20.0±3.0)分;SCD組MMSE評分26~30分,平均(28.7±1.3)分,MoCA評分26~30分,平均(28.0±1.6)分;NC組MMSE評分28~30分,平均(29.7±0.6)分,MoCA評分26~30分,平均(28.9±1.2)分。

        1.2 儀器與方法 采用GE Discovery MR 750 3.0T MR儀行頭部掃描。采集常規(guī)序列圖像、3D T1WI及3D-ASL圖像。3D T1WI:TR/TE 8.5 ms/3.2 ms,翻轉(zhuǎn)角15°,F(xiàn)OV 256 mm×256 mm,矩陣256×256,層厚1 mm;3D-ASL,TR/TE 5 357 ms/10.7 ms,矩陣240×240,激勵次數(shù)3次,標(biāo)記后延遲時間2.5 s,F(xiàn)OV 240 mm×240 mm,層厚4 mm。于GE后處理工作站獲得ASL控制像、ASL標(biāo)記像及CBF圖。采用標(biāo)準(zhǔn)化ROI測量方法提取各腦區(qū)CBF值,以SPM12軟件包(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)在MATLAB(MathWorks, Natick, MA, USA)上將ASL控制像和CBF圖匹配至各自的3D T1WI上,再將其配準(zhǔn)到東亞人腦模板,并行高斯平滑處理。于腦網(wǎng)絡(luò)組圖譜[10]中選取雙側(cè)蒼白球(globus pallidus, GP)、殼核(putamen, PU)、尾狀核(caudate nucleus, CA)、海馬(hippocampus, HP)、丘腦(thalamus, TH)、額葉皮質(zhì)(frontal cortex, FC)、頂葉皮質(zhì)(parietal cortex, PC)和枕葉皮質(zhì)(occipital cortex, OC)的ROI,并提取其CBF值。

        1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計量資料。采用單因素方差分析比較組間年齡差異。計數(shù)資料比較采用χ2檢驗。以年齡、性別為協(xié)變量,采用協(xié)方差分析比較組間CBF值差異,兩兩比較采用SNK法。以Spearman相關(guān)分析觀察CBF值與年齡的相關(guān)性;以年齡及性別為控制變量,采用偏相關(guān)分析觀察CBF值與MMSE、MoCA評分的相關(guān)性。應(yīng)用MedCalc軟件繪制各腦區(qū)CBF值鑒別AD不同病程的ROC曲線,評價其診斷效能。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

        2 結(jié)果

        4組間年齡(F=0.61,P>0.05)、性別(χ2=0.19,P>0.05)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

        2.1 組間CBF值比較 排除年齡及性別影響后,4組間各腦區(qū)CBF值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01,表1)。兩兩比較,除腦區(qū)OC外,AD組和MCI組其余腦區(qū)CBF值均較NC組降低(P均<0.01);SCD組CA、PU、TH的CBF值與NC組差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05),而AD組各腦區(qū)CBF值與MCI組差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05),見表1、圖1。

        2.2 相關(guān)性分析 NC組各腦區(qū)CBF值與年齡及量表評分均無明顯相關(guān) (P均>0.05)。AD組TH的CBF值與年齡呈負(fù)相關(guān)(r=-0.562,P=0.006,圖2A),HP的CBF值與MoCA評分呈正相關(guān)(r=0.584,P=0.007,圖2B),其余CBF值與臨床指標(biāo)無明顯相關(guān)((P均>0.05)。MCI組HP的CBF值與MoCA(r=0.595,P=0.006)、TH的CBF值與MMSE(r=0.689,P=0.001)評分均呈正相關(guān)(圖2C),其余CBF值與臨床指標(biāo)無明顯相關(guān)((P均>0.05)。

        2.3 診斷效能 各腦區(qū)CBF值均可區(qū)分AD、MCI與正常人,僅PU及TH的CBF值可區(qū)分SCD與正常人,見表2。針對組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)CBF值分別繪制其鑒別AD與SCD及MCI與SCD的ROC曲線,結(jié)果顯示HP、CA、PU、TH、FC、PC及OC的CBF值鑒別AD與SCD的AUC分別為0.87、0.89、0.81、0.94、0.87、0.89和0.86(P均<0.01);HP、TH、FC、PC及OC的CBF值鑒別MCI與SCD的AUC為0.79、0.96、0.77、0.88和0.81(P均<0.01),見圖3。

        表1 4組間不同腦區(qū)CBF值比較[ml/(100 g·min),±s]

        表1 4組間不同腦區(qū)CBF值比較[ml/(100 g·min),±s]

        組別HPGPCAPUTHFCPCOCAD(n=22)37.16±5.78*#30.99±4.08*#29.87±3.19*#35.77±3.95*#39.66±6.50*#40.29±6.34*#36.68±7.47*#37.23±8.30*#MCI(n=22)40.23±4.20*#31.87±4.66*31.00±4.29*36.87±5.29*41.75±4.69*#44.81±4.99*#39.59±5.87*#40.77±6.50#SCD(n=25)47.14±6.5534.69±5.2536.96±4.49*41.00±5.31*54.19±5.99*52.62±8.4350.52±7.5349.43±7.39NC(n=25)48.52±4.2736.65±4.4435.71±2.9241.00±5.3147.06±6.2051.03±5.2546.72±5.8245.53±5.43F值22.947.1719.1513.5632.8517.7420.313.09P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

        注:*:與NC組比較P<0.05;#:與SCD組比較P<0.05

        圖1 全腦軸位CBF-T1W融合圖像 A.患者女,70歲,AD; B.患者男,71歲,MCI; C.患者女,69歲,SCD; D.志愿者男,70歲

        圖2 AD組、MCI組CBF值與年齡及量表評分的相關(guān)性散點圖 A.AD組TH的CBF值與年齡; B.AD組HP的CBF值與MoCA評分; C.MCI組HP的CBF值與MoCA及TH的CBF值與MMSE評分

        表2 各腦區(qū)CBF值鑒別AD、MCI、SCD與正常對照的ROC曲線結(jié)果

        3 討論

        AD發(fā)病機制復(fù)雜,有學(xué)者[3]認(rèn)為血管損傷致血管床減少和血腦屏障破壞引起相應(yīng)腦區(qū)血流灌注減少在AD發(fā)病中起重要作用。血流灌注減少降低認(rèn)知障礙閾值,加快AD進(jìn)展;血管危險因素導(dǎo)致神經(jīng)血管單元(血管內(nèi)皮因子、膠質(zhì)細(xì)胞和相鄰神經(jīng)元)損傷,使血管儲備耗盡,破壞血腦屏障,降低大腦的修復(fù)能力而致AD[11]。

        圖3 各腦區(qū)CBF值鑒別AD與SCD(A)及MCI與SCD(B)的ROC曲線

        3D-ASL是利用自身血液質(zhì)子為內(nèi)源性示蹤劑的MR灌注成像技術(shù),可無創(chuàng)定量評估腦血流灌注,敏感性及可重復(fù)性高[12],診斷AD效能與SPECT相當(dāng)[13-14]。相比正常人,AD、MCI患者CBF值均減低,不同腦區(qū)灌注存在差異[11]。ASL獲得的腦CBF改變與AD嚴(yán)重程度存在相關(guān)性,額葉灌注異常與MCI向AD進(jìn)展相關(guān)[15-16]。本研究基于血流灌注異常易累及腦區(qū),應(yīng)用3D-ASL成像觀察不同AD進(jìn)展階段腦CBF變化。

        既往研究[15,17-18]指出,AD存在多個血流灌注異常腦區(qū)。本研究選取GP、PU、CA、HP、TH、FC、PC和OC進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)AD組及MCI組多個腦區(qū)CBF值低于SCD組和NC組,提示AD及MCI存在廣泛腦血流灌注減低,與既往研究[16,18]結(jié)果相符。既往ASL研究[19]發(fā)現(xiàn)AD部分萎縮皮層呈高灌注改變,可能與腦灌注代償有關(guān)。本研究中SCD組TH的CBF顯著高于NC組,AD、MCI組未見CBF增高。SCD為AD臨床前期階段,后期發(fā)生AD可能性大,推測其TH腦灌注顯著升高可能與病程早期代償作用有關(guān);而AD組與MCI組各腦區(qū)CBF值差異無統(tǒng)計學(xué)意義,可能由于病程重疊或樣本量小而影響結(jié)果,有待進(jìn)一步觀察。

        本研究中,SCD階段TH的CBF代償性增高,AD組TH的CBF值隨年齡增長而減低。推測在疾病早期,因側(cè)支循環(huán)作用,血管神經(jīng)單元破壞尚未引起局部灌注減低,部分腦區(qū)甚至代償性增高;隨病程進(jìn)展至AD,血管損傷加重、血管床減少,導(dǎo)致TH灌注代償作用喪失呈灌注減低狀態(tài)。另外,AD、MCI組HP的CBF值與MoCA量表評分呈正相關(guān),提示該區(qū)域CBF可能反映病情嚴(yán)重程度,符合STAFFEN等[15]的研究結(jié)論。

        本研究發(fā)現(xiàn),多個腦區(qū)CBF值可分別區(qū)分AD、MCI與正常人,僅PU及TH的CBF值可區(qū)分SCD與正常人,但TH的CBF值增高跟腦灌注代償性調(diào)節(jié)有關(guān),其調(diào)節(jié)機制因人而異,且受多種因素影響,不適用于鑒別診斷;多個腦區(qū)CBF值鑒別診斷AD或MCI與SCD的AUC較高,與COLLIJ等[20]的研究相符。

        綜上所述,AD及MCI存在廣泛腦灌注減少;SCD部分腦區(qū)存在灌注代償;HP、TH、FC、PC、OC的CBF值對診斷及鑒別診斷AD不同進(jìn)展階段有一定價值。但本研究為單中心研究,且樣本量少,難以避免選擇性偏倚,有待進(jìn)一步深入觀察。

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