基于自动纤维定量分析系统性红斑狼疮患者白质纤维束改变与其认知功能障碍的相关性.pdf

第一作者张鹏(),男,内蒙古巴彦淖尔人,在读硕士.研究方向:神经影像学.E m a i l:q q c o m 通信作者夏建国,泰州市人民医院影像科,.E m a i l:s h j x c t c o m 收稿日期 修回日期 中枢神经影像学A n a l y s i so fw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l e c h a n g e s i ns y s t e m i cl u p u s e r y t h e m a t o s u sp a t i e n t a n dc o r r e l a t i o nw i t hc o g n i t i v ed y s f u n c t i o nb a s e do na u t o m a t e df i b e rq u a n t i f i c a t i o nZHANGP e n g,X I AJ i a n g u o,ZHANGJ i,S UNZ h o n g r u,Z O UH o n g m e i(G r a d u a t eS c h o o l o fD a l i a nM e d i c a lU n i v e r s i t y,D a l i a n ,C h i n a;D e p a r t m e n t o fI m a g i n g,D e p a r t m e n t o fR h e u m a t o l o g ya n dI mm u n o l o g y,T a i z h o uP e o p l esH o s p i t a l,T a i z h o u ,C h i n a)A b s t r a c tO b j e c t i v e T oa n a l y z ec h a n g e so fw h i t em a t t e rf i b e rb u n d l ei ns y s t e m i cl u p u se r y t h e m a t o s u s(S L E)p a t i e n t sa n dc o r r e l a t i o n sw i t hc o g n i t i v ed y s f u n c t i o nu s i n ga u t o m a t i cf i b e rq u a n t i f i c a t i o n(A F Q)M e t h o d sH e a dd i f f u s et e n s o ri m a g i n g(D T I)o f f e m a l eS L Ep a t i e n t s(S L Eg r o u p)a n d h e a l t h yv o l u n t e e r sw i t hm a t c h e da g e,g e n d e ra n dy e a r so fe d u c a t i o n(HCg r o u p)w e r ep r o s p e c t i v e l ye n r o l l e da n ds c o r e dw i t h m i n i m e n t a ls t a t es c a l e(MM S E)T o t a l l y b r a i nw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l e sw e r e a n a l y z e da n d t r a c k e db a s e do nA F Q E i g h t e e nw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l e sw e r e s u c c e s s f u l l yt r a c k e da n dd i v i d e d i n t o s e g m e n t s a t e q u a l d i s t a n c e s,a n d f r a c t i o n a l a n i s o t r o p y(F A)a n d t h em e a nd i f f u s i v i t y(MD)o fe a c hs e g m e n tw e r eo b t a i n e d F Aa n dMDo f e a c hw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l es e g m e n tw e r ec o m p a r e db e t w e e ng r o u p s,a n dt h e r e l a t i o n s h i p so fD T Ip a r a m e t e r so fw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l es e g m e n t sb e i n gd i f f e r e n tb e t w e e ng r o u p so fS L Ep a t i e n t sw i t hMM S Es c o r e sw e r ea n a l y z e d R e s u l t s I nS L Eg r o u p,F Ao f l e f t i n f e r i o r f r o n t o o c c i p i t a l f a s c i c u l u s(I F O F,s e g m e n t s)a n dl e f t i n f e r i o r l o n g i t u d i n a l f a s c i c u l u s(I L F,s e g m e n t s)d e c r e a s e d,w h i l eMDo f l e f t t h a l a m i cr a d i a t i o n(s e g m e n t s),l e f t c o r t i c o s p i n a l t r a c t(,s e g m e n t s),r i g h tc o r t i c o s p i n a l t r a c t(,s e g m e n t s),r i g h tc i n g u l u mc i n g u l a t e(s e g m e n t s),f o r c e p sm i n o r(,s e g m e n t s),l e f tI F O F(,s e g m e n t s),r i g h tI F O F(s e g m e n t s),r i g h tI L F(,s e g m e n t s)a n dl e f t a r c u a t e f a s c i c u l u s(s e g m e n t s)i n c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h o s eo fHCg r o u p(a l lP ,F D Rc o r r e c t i o n)F Ao fl e f tI F O F s e g m e n t si nS L Ep a t i e n t sw e r ep o s i t i v e l yc o r r e l a t e d w i t h MM S Es c o r e s(rs ,a l lP )C o n c l u s i o n L o c a l s e g m e n t so fw h i t em a t t e r f i b e rb u n d l e s s u c ha s l e f t I F O Fi nS L Ep a t i e n t sw e r ed a m a g e d,w h i c ha s s o c i a t e dw i t hc o g n i t i v e f u n c t i o nc h a n g e s K e y w o r d sl u p u se r y t h e m a t o s u s,s y s t e m i c;c o g n i t i o nd i s o r d e r s;d i f f u s i o nt e n s o r i m a g i n g;a u t o m a t i c f i b e rq u a n t i f i c a t i o nD O I:/j i s s n 基于自动纤维定量分析系统性红斑狼疮患者白质纤维束改变与其认知功能障碍的相关性张鹏,夏建国,张继,孙中茹,邹红梅(大连医科大学研究生院,辽宁 大连 ;泰州市人民医院影像科,风湿免疫科,江苏 泰州 )摘要目的应用自动纤维定量(A F Q)分析系统性红斑狼疮(S L E)患者白质纤维束改变与其认知功能障碍的关系.方法对 例女性S L E患者(S L E组)和 名年龄、性别及受教育年限相匹配的健康志愿者(HC组)采集头部弥散张量成像(D T I),并行简易精神状态量表(MM S E)评分.应用A F Q分析全脑 条白质纤维束并进行追踪.将追踪成功的 中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o条白质纤维束以等距离分为 个节段,获得每个节段各向异性分数(F A)及平均弥散系数(MD);比较组间各白质纤维束节段F A及MD的差异,分析S L E组与HC组存在差异白质纤维束节段的D T I参数与MM S E评分的相关性.结果相比HC组,S L E组左侧下额枕束(I F O F,节段)及左侧下纵束(I L F,节段)F A降低,而左侧丘脑放射束(节段)、左侧皮质脊髓束(、节段)、右侧皮质脊髓束(、节段)、右侧扣带束扣带回(节段)、胼胝体小钳(、节段)、左侧I F O F(、节段)、右侧I F O F(节段)、右侧I L F(、节段)及左侧弓形束(节段)MD升高(F D R校正P均 ).S L E患者左侧I F O F 节段F A与MM S E评分均呈正相关(rs ,P均 ).结论S L E患者左侧I F O F等脑白质纤维束局部节段受损,且与其认知功能改变相关.关键词红斑狼疮,系统性;认知障碍;弥散张量成像;自动纤维定量 中图分类号R ;R 文献标识码A 文章编号 ()系统性红斑狼疮(s y s t e m i c l u p u se r y t h e m a t o s u s,S L E)属免疫性疾病,可累及多器官、多系统.中枢神经系统受累见于 的S L E患者,为其重要死因.认知功能障碍是S L E患者常见神经精神症状.目前尚缺少可用于评估S L E患者认知功能障碍的神经影像 学 生 物 标 识.自 动 纤 维 定 量(a u t o m a t e df i b e rq u a n t i f i c a t i o n,A F Q)是纤维束成像方法,可用于检测脑白质结构异常.本研究应用A F Q分析S L E患者脑白质纤维束改变与其认知功能障碍的关系.资料与方法 一般资料前瞻性收集泰州市人民医院 年 月 年 月 收 治 的 例S L E患 者(S L E组),均为女性,年龄 岁,平均()岁;病程 年,平均()年.纳入标准:符合美国风湿病学会S L E诊断标准;右利手;无言语、视听等功能障碍.排除标准:既往精神或神经疾病史或抑郁症史;头颅外伤、肿瘤、脑血管病变或其他肿瘤病史;MR检查禁忌证.另招募同期 名年龄、性别、受教育年限与S L E组相匹配的健康成年人作为健康对照(h e a l t h yc o n t r o l,HC)组,均为女性,年龄 岁,平均()岁,均为右利手,影像学检查未见明显异常.对所有受试者行简易精神状态量表(m i n i m e n t a ls t a t ee x a m i n a t i o n,MM S E)评分.本研究获院伦理委员会批准(KY ).检查前受试者均签署知情同意书.仪器与方法 MR检查采用S i e m e n sS k y r a T MR扫描仪及通道头部线圈行头部扫描.嘱受试者仰卧、闭眼,保持清醒;自颅顶扫描至颅底.首先采集T W I、T W I、液体衰减反转恢复图像、弥散加权成像等,以排除颅脑器质性病变.之后采集 D T W I及弥散张量成像(d i f f u s i o n t e n s o r i m a g i n g,D T I);参数:T R m s,T E m s,F A ,层 数 ,层 厚 mm,F O V mm mm,体素mmmmmm.D T I:T R m s,T E m s,层数,层厚mm,方向,b值 s/mm,F O V mm mm,体 素mm mm mm.数据处理采用F S L软件(牛津脑功能磁共振成像中心)对D T I数据进行预处理,包括:转换图像格式;移除非脑结构;校正头动和涡流;应用D T I F I T程序将弥散张量模型拟合至图像中的各个体 素,获 得D T I参 数 各 项 异 性 分 数(f r a c t i o n a la n i s o t r o p y,F A)、平 均 弥 散 系 数(m e a nd i f f u s i v i t y,MD)及其相应伪彩图.采用A F Q软件(h t t p s:/g i t h u b c o m/j y e a t m a n/A F Q)分析 D T W I及经预处理后的D T I数据,将纤维束进行定量分析.具体步骤如下:首先根据解剖结构定义白质纤维束的起止点,即根据在蒙特利尔神经研究所(M o n t r e a lN e u r o l o g i c a l I n s t i t u t e,MN I)标准空间中的具体位置对纤维束的起止点进行定义,共定义 条纤维束;之后追踪白质纤维束,设置追踪阈值为F A 或纤维走行角度 ;以等距离将 条追踪成功的纤维束分为 个节段,计算各节段F A及MD.统计学分析采用M a t l a b软件比较组间 条纤维束上 个节点F A、MD的差异,以错误发现率(f a l s ed i s c o v e r yr a t e,F D R)进行多重比较校正;对存在差异节段的D T I参数取均值进行分析,获得差异白质纤维束图.采用S P S S 软件进行统计分析.以xs表示符合正态分布的计量资料,行独立样本t检验;以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布者,行M a n n W h i t n e yU检验.采用S p e a r m a n相关系数分析S L E患者脑白质纤维束异常节段的F A、MD与其MM S E评分的相关性.P 为差异有统计学意义.结果 一般资料组间受试者年龄、受教育年限差异均中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o无统计学意义(P均 ),而MM S E评分差异有统计学意义(P ).见表.表 例女性S L E患者与 名健康成年女性一般资料比较组别年龄(岁)受教育年限MM S E评分S L E组(n)HC组(n)t值 P值 A F Q分析相比HC组,S L E组左侧(l e f t,L)下额枕束(i n f e r i o rf r o n t o o c c i p i t a l f a s c i c u l u s,I F O F;节 段)、左 侧 下 纵 束(i n f e r i o rl o n g i t u d i n a lf a s c i c u l u s,I L F;节段)F A降低,而左侧丘脑放射束(t h a l a m i cr a d i a t i o n,T R;节段)、左侧皮质脊髓束(c o r t i c o s p i n a l t r a c t,C S T;、节段)、右侧(r i g h t,R)C S T(、节段)、右 侧 扣 带 束 扣 带 回(c i n g u l u m c i n g u l a t e,C C;节段)、胼胝体小钳(、节段)、左侧I F O F(、节段)、右侧I F O F(节段)、右侧I L F(、节段)及左侧弓形束(a r c u a t ef a s c i c u l u s,A F;节段)MD均升高(F D R校正P均 ).见表、及图.相关性分析S L E组相比HC组存在差异的白质纤维束节段中,I F O F L、节段F A与MM S E评分均呈正相关(rs 、表 例女性S L E患者与 名健康成年女性各纤维束节段F A比较组别I F O F L(节段)I L F L(节段)S L E组(n)HC组(n)t值 P值 ,P均 ),其他节段F A及MD与MM S E评分均无明显相关(P均 ).见图.讨论既往S L E相关D T I研究多基于体素分析方法观察脑白质纤维束改变,结果易受平滑核大小的影响,且基于骨架的空间统计方法存在纤维交叉影响结果的可能.利用A F Q分析能准确地自动分割纤维束并识别异常节段,免受平滑核及纤维束交叉的影响,已用于阿尔茨海默病、抑郁症等临床研究.既往研究 以A F Q分析阿尔茨海默病、型糖尿病等患者的白质纤维束时,对部分病例的白质纤维束追踪失败.本研究基于A F Q分析方法追踪全脑 条白质纤维束,对 条追踪成功、条(双侧扣带回海马束)追踪失败,失败原因可能在于扣带回海马束白质纤维较稀疏而未能经软件定义的追踪方法所识别;且S L E可致脑组织灰、白质区分不明确,相应白质区域F A降低,使在限定阈值范围内追踪白质失败.F A表示水分子各向异性成分在整个弥散张量中所占比例,与神经纤维髓鞘完整性、致密性和平行性相关;F A降 低 表 明 神 经 纤 维 细 胞 的 完 整 性 受 到 破坏 .MD是评价组织密度的指标,主要反映水分子扩散能力;组织内自由水含量越高,MD越大.余传勇等 指出,白质纤维束损伤早期可出现MD升高.Z HOU等发现,S L E患者胼胝体、双侧I F O F等白质 微 观 结 构 的F A降 低,提 示S L E患 者 存 在I F O F等脑结构损伤.本研究结果显示,相比HC组,S L E组I F O F L及I L F L的F A降 低,T R L、双 侧C S T、C C R、胼胝体小钳、双侧I F O F、I L F R及A F L的MD升高,提示相应部位白质纤维束完整性受损;S L E组F A降低纤维束数量明显少于MD升高纤维束,推测S L E白质纤维束改变主要表现为细胞致密程度降低,同时部分细胞完整性受损,且可能尚处于白质纤维束损伤早期,故主要表现为MD增加.表 例女性S L E患者与 名健康成年女性各纤维束节段MD比较组别T R L(节段)C S T L(、节段)C S T R(、节段)C C R(节段)胼胝体小钳(、节段)I F O F L(、节段)I F O F R(节段)I L F R(、节段)A F L(节段)S L E组(n )H C组(n )t值 P值 中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o图S L E组相比HC组存在差异的白质纤维束F A图及F A、MD趋势图A I F O F LF A图;B I F O F LF A趋势图;C I F O F LMD趋势图;D I L F LF A图;E I L F LF A趋势图;F T R LF A图;G T R L MD趋势图;H C S T LF A图;I C S T L MD趋势图;J C S T RF A图;K C S T R MD趋势图;L C C RF A图;M C C R MD趋势图;N胼胝体小钳F A图;O胼胝体小钳MD趋势图;P I F O F RF A图;Q I F O F R MD趋势图;R I L F RF A图;S I L F R MD趋势图;T A F LF A图;U A F LMD趋势图(色带代表F A值)中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o图S L E患者I F O F L(A)、(B)、(C)、(D)节段F A与MM S E评分相关性的散点图 I F O F L是连接额叶、颞叶和枕叶的重要纤维,主要与视觉空间处理、物体识别和记忆等功能相关;其结构受损导致患者认知功能发生改变.MM S E评分是衡量认知功能的指标.本研究S L E组患者MM S E评分低于HC组,且S L E组I F O F L 节段F A与MM S E评分均呈正相关,表明随I F O F L损伤程度加重,S L E患者认知功能逐渐减低,推测与I F O F L受损有关;但相关性 分 析 结 果 显 示 二 者 仅 存 在 弱 相 关,可 能 与MM S E仅能初步筛查认知功能障碍、评估认知功能较为粗略有关.综上所述,S L E患者I F O F L等白质纤维束局部节段受损,且与患者认知功能改变相关.但本研究样本量小,仅针对特定白质纤维束进行评估,且未参照S L E病程等因素进行分层观察,有待收更多病例后加以完善.参考文献 K O Z O R A E U L UG A M E R KAN D敭F u n c t i o n a l m a g n e t i cr e s o n a n c e i m a g i n go fw o r k i n gm e m o r ya n de x e c u t i v ed y s f u n c t i o ni ns y s t e m i cl u p u se r y t h e m a t o s u sa n da n t i p h o s p h o l i p i da n t i b o d y p o s i t i v ep a t i e n t s J 敭A r t h r i t i sC a r eR e s H o b o k e n 敭 YU H Q I UX Z HAN GYQ e t a l 敭 A b n o r m a l a m p l i t u d eo f l o wf r e q u e n c yf l u c t u a t i o na n df u n c t i o n a lc o n n e c t i v i t yi n n o n n e u r o p s y c h i a t r i cs y s t e m i c l u p u s e r y t h e m a t o s u s Ar e s t i n g s t a t e f MR I s t u d y J 敭N e u r o r a d i o l o g y 敭 J E N K I N S O N M B E C KMA N N C F B E H R E N S T E e t a l 敭F S L J 敭N e u r o i m a g e 敭 YU B D I N G Z WAN G L e ta l 敭A p p l i c a t i o no f d i f f u s i o nt e n s o r i m a g i n gb a s e do na u t o m a t i cf i b e rq u a n t i f i c a t i o ni n A l z h e i m e r s d i s e a s e J 敭 C u r rA l z h e i m e r R e s 敭 Z HA N G H L I H Y I N L e ta l 敭A b e r r a n tw h i t em a t t e rm i c r o s t r u c t u r e i nd e p r e s s e dp a t i e n t sw i t hs u i c i d a l i t y J 敭 JM a g nR e s o nI m a g i n g 敭 Z H A N GX S U NY L IW e ta l 敭A l z h e i m e r sd i s e a s en e u r o i m a g i n gi n i t i a t i v e 敭C h a r a c t e r i z a t i o no f w h i t e m a t t e rc h a n g e sa l o n gf i b e r sb ya u t o m a t e df i b e rq u a n t i f i c a t i o ni nt h ee a r l ys t a g e so f A l z h e i m e r sd i s e a s e J 敭 N e u r o i m a g eC l i n 敭 WAN GJ MAL L I UG e t a l 敭 T r a c t o g r a p h y i nt y p ed i a b e t e sm e l l i t u sw i t hs u b j e c t i v em e m o r yc o m p l a i n t s Ad i f f u s i o nt e n s o ri m a g i n gs t u d y J 敭 F r o n tN e u r o s c i 敭 Z HOU C D ON GM D UANW e t a l 敭 Wh i t e m a t t e rm i c r o s t r u c t u r ea l t e r a t i o n si ns y s t e m i cl u p u se r y t h e m a t o s u s Ap r e l i m i n a r y c o o r d i n a t e b a s e d m e t a a n a l y s i s o fd i f f u s i o n t e n s o ri m a g i n gs t u d i e s J 敭 L u p u s 敭 WH I T T AK E R H T Z HU S D IC UR Z I O D L e ta l 敭T d i f f u s i o nt e n s o r a n dq u a n t i t a t i v em a g n e t i z a t i o nt r a n s f e r i m a g i n go f t h eh i p p o c a m p u si na nA l z h e i m e r sd i s e a s em o u s em o d e l J 敭M a g nR e s o nI m a g i n g 敭 李丹 卜岗 张明 等敭基于D T I的三叉神经痛脑白质结构异常及其与临床特征的相关性 J 敭中国医学影像技术 敭 H O YAR L Y M C A R L S S O NCM e t a l 敭M i c r o s t r u c t u r a lw h i t em a t t e r a l t e r a t i o n s i np r e c l i n i c a lA l z h e i m e r s d i s e a s e d e t e c t e du s i n g f r e ew a t e r e l i m i n a t i o nd i f f u s i o nt e n s o r i m a g i n g J 敭 P L o SO n e e 敭 余传勇 邱文超 孙锦涛 等敭基于A F Q技术的C A E患儿脑白质纤维完整性改变的研究 J 敭南京医科大学学报 自然科学版 敭 S U R B E C K W H N G G IJ S C H O L T E S F e ta l 敭A n a t o m i c a li n t e g r i t yw i t h i nt h ei n f e r i o rf r o n t o o c c i p i t a lf a s c i c u l u sa n ds e m a n t i cp r o c e s s i n gd e f i c i t s i ns c h i z o p h r e n i a s p e c t r u md i s o r d e r s J 敭 S c h i z o p h rR e s 敭中国医学影像技术 年第 卷第期C h i nJM e dI m a g i n gT e c h n o l,V o l ,N o