多模態(tài)MRI影像在礦難創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙研究中的應(yīng)用.pdf

1、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(Post-traumaticStressDisorder,PTSD)指由突發(fā)性、威脅性或?yàn)?zāi)難性事件引起人體延遲出現(xiàn)并長(zhǎng)期持續(xù)存在的精神障礙。常常表現(xiàn)為再度體驗(yàn)創(chuàng)傷，易激惹和回避行為，并常伴有睡眠障礙、注意力難以集中、警覺性過高、過度驚嚇反應(yīng)等癥狀。大部分人在創(chuàng)傷后數(shù)天至六個(gè)月內(nèi)發(fā)病，經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整后都可以恢復(fù)正常。據(jù)報(bào)道，在美國(guó)，約有3.6％的人曾患有PTSD，而其中7.8％的患者終身患病。引發(fā)創(chuàng)傷的事件包括戰(zhàn)爭(zhēng)、暴力

2、犯罪、性侵害、交通事故、失業(yè)、離婚、自然災(zāi)害等，PTSD患者多為直接或間接接觸創(chuàng)傷事件的幸存者、目擊者和救援者。有研究表明，不同類型的創(chuàng)傷可能影響PTSD嚴(yán)重程度和癥狀表現(xiàn)。目前，PTSD已成為流行病學(xué)、心理學(xué)、社會(huì)醫(yī)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。尤其是，近年來，礦難、地震、海嘯、恐怖襲擊頻發(fā)，這些突發(fā)的災(zāi)難性事件所引起的PTSD越來越受到人們的關(guān)注。
　　目前，各國(guó)科學(xué)家已通過遺傳、神經(jīng)、生化、內(nèi)分泌、心理及社會(huì)等多方面的研究，對(duì)PT

3、SD病理、病因?qū)W機(jī)制進(jìn)行了探討，但具體機(jī)制仍不甚明晰。同時(shí)，由于對(duì)介導(dǎo)PTSD癥狀的大腦環(huán)路缺乏清晰的認(rèn)識(shí)，目前仍未有針對(duì)PTSD的有效治療方法。
　　近年來，影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展為腦部疾病的研究提供了新的手段。特別是磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)已逐漸從結(jié)構(gòu)成像擴(kuò)展到功能成像，從單模態(tài)成像發(fā)展到多模態(tài)成像。從多方面來分析患者的結(jié)構(gòu)變化、血流灌注、功能代謝和功能連接等信息，將MRI的多種模態(tài)相結(jié)合

4、，并應(yīng)用到腦部疾病的診斷和評(píng)價(jià)，是目前的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。現(xiàn)已有研究通過影像手段，初步發(fā)現(xiàn)了PTSD患者在腦部結(jié)構(gòu)和功能方面不同程度的病理性損害。
　　對(duì)于精神類疾病，在疾病引發(fā)實(shí)質(zhì)性病變之前，往往會(huì)先出現(xiàn)功能代謝、血流灌注和功能區(qū)形狀(如腦皮層厚度)的改變。因此，對(duì)腦皮層厚度和腦血流的分析往往可以檢測(cè)出疾病發(fā)生早期對(duì)人體結(jié)構(gòu)和功能的影響。各向異性分?jǐn)?shù)(fractionalanisotropy，F(xiàn)A)和表面彌散系數(shù)(apparent

5、diffusioncoefficient,ADC)可以有效反映微結(jié)構(gòu)及分子水平的病理、生理學(xué)改變，能夠檢測(cè)早期的病變引起的腦損傷。但目前，尚未見基于MRI影像，對(duì)礦難創(chuàng)傷后PTSD所引起腦皮層厚度、血流及DTI指標(biāo)變化的研究。
　　本研究針對(duì)上述問題，利用礦難幸存者的MRI結(jié)構(gòu)、灌注和彌散張量成像(DiffusionTensorImaging,DTI)數(shù)據(jù)，進(jìn)行腦皮層厚度、腦血流及DTI指標(biāo)分析，檢測(cè)礦難創(chuàng)傷后早期PTSD(MRI

6、掃描時(shí)間為事故發(fā)生后6個(gè)月)對(duì)腦部結(jié)構(gòu)和功能的影響；并進(jìn)一步研究這些結(jié)構(gòu)和功能的變化與PTSD癥狀的嚴(yán)重程度的相關(guān)關(guān)系及相關(guān)程度。
　　本研究被試者為2007年河南省三門峽市東風(fēng)井，因河床水通過采空區(qū)涌入井下，而被困1400米深地下72小時(shí)的幸存者。參加本研究的20名幸存者中10人滿足DSM-IV中描述的PTSD指標(biāo)，為PTSD組；另外10人不滿足，為非PTSD組。PTSD病情的嚴(yán)重程度通過創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙量表(Clinician-

7、administeredPTSDScale,CAPS)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　本研究主要包含以下研究?jī)?nèi)容：
　　1、腦皮層厚度的準(zhǔn)確測(cè)量及分析
　　在已有研究的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了基于拉普拉斯方程的腦皮層三維厚度檢測(cè)流程和方法，提高了計(jì)算速度和測(cè)量的準(zhǔn)確性。首先考慮到DARTEL標(biāo)準(zhǔn)化算法對(duì)腦部細(xì)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行配準(zhǔn)具有更高的準(zhǔn)確性，檢測(cè)細(xì)微結(jié)構(gòu)的異常變化具有更高的敏感性，本研究中利用VBM-DARTEL工具包對(duì)MRI的T1序列圖像進(jìn)

8、行預(yù)處理，得到分割后的腦灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液數(shù)據(jù)。并在預(yù)處理結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的基于拉普拉斯偏微分方程的三維厚度測(cè)量方法測(cè)量腦皮層厚度，該方法通過在腦皮層內(nèi)部構(gòu)建勢(shì)能場(chǎng)，并利用垂直等勢(shì)面場(chǎng)線的長(zhǎng)度來定義皮層厚度，使內(nèi)、外表面具有唯一可逆對(duì)應(yīng)點(diǎn)，避免了最短歐氏距離引起的測(cè)量誤差，是目前腦皮層厚度測(cè)量最準(zhǔn)確、有效的測(cè)量方法之一。但由于大腦腦溝區(qū)域的復(fù)雜形態(tài)變化和數(shù)據(jù)采集過程中各種因素的影響，容易造成分割誤差。因此，在測(cè)量腦皮層三維厚度之后

9、，采用腦溝厚度校正方法對(duì)可能存在誤分割的腦溝區(qū)域進(jìn)行校正，并根據(jù)校正后的灰質(zhì)圖像，重新測(cè)量腦皮層厚度，從而得到更準(zhǔn)確的三維厚度值，并構(gòu)建三維腦皮層厚度圖像。
　　在構(gòu)建腦皮層結(jié)構(gòu)和三維厚度圖像的基礎(chǔ)上，利用SPM對(duì)兩組間的體積及皮層厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。由于在人口學(xué)特征分析中，兩組除年齡外，其他特征都不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，因此，本研究以年齡作為協(xié)變量，通過兩樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，未發(fā)現(xiàn)兩組的體積存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域。但對(duì)腦皮層厚度的統(tǒng)計(jì)分

10、析表明，較非PTSD組，PTSD組在左腦頂葉、右腦額下回和右腦海馬旁回區(qū)域腦皮層厚度明顯變薄。
　　為了探索PTSD嚴(yán)重程度與腦皮層厚度間的相關(guān)關(guān)系，本研究采用穿過厚度變薄區(qū)域的場(chǎng)線上的所有體素，作為感興趣區(qū)域(RegionalofInterest,ROI)。通過ROI分析發(fā)現(xiàn)，PTSD組的10名被試者的右腦額下回的平均厚度與PTSD癥狀的嚴(yán)重程度(CAPS值)明顯負(fù)相關(guān)。
　　2、腦血流(CerebralBloodFlow

11、,CBF)的準(zhǔn)確測(cè)量及分析
　　通過灌注成像掃描序列的篩選，本研究使用無創(chuàng)、標(biāo)記效率高的脈沖式動(dòng)脈自旋標(biāo)記(PulsedArterySpinLabeling,PASL)掃描序列來分析礦難后早期PTSD患者的CBF變化。為此，本研究在已有研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了PASL序列CBF準(zhǔn)確測(cè)量方法。
　　首先，由于PASL序列圖像成像速度快，圖像分辨率較低，本研究利用SPM分別對(duì)PASL序列圖像和T1序列結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行預(yù)處理，并將結(jié)構(gòu)像信

12、息應(yīng)用到功能像當(dāng)中，提高標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)確性和功能圖像的分辨率。經(jīng)過預(yù)處理后，圖像分辨率有所提高，但仍受到部分容積效應(yīng)(PartialVolumeEffect,PVE)的嚴(yán)重影響。為此，本研究首次利用PASL序列的時(shí)間信息，構(gòu)建了PASL時(shí)間序列，并使用MAP-EM算法分析時(shí)間序列中每個(gè)體素點(diǎn)中的混合組織參數(shù)，并結(jié)合CBF的測(cè)量方法，在對(duì)圖像進(jìn)行部分容積校正的基礎(chǔ)上，獲得更準(zhǔn)確的CBF分布圖。
　　獲得CBF分布圖后，通過分析，未發(fā)現(xiàn)兩

13、組的平均CBF統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。但考慮到年齡對(duì)CBF的影響，本研究以年齡作為協(xié)變量，采用SPM進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PTSD組，較非PTSD組，在右腦額葉區(qū)域CBF明顯增高。但通過ROI分析，未發(fā)現(xiàn)PTSD組在該區(qū)域的平均CBF值與PTSD癥狀嚴(yán)重程度(CAPS值)存在相關(guān)關(guān)系。
　　3、DTI數(shù)據(jù)分析
　　本研究使用DTIStudio和SPM聯(lián)合分析了礦難幸存者的DTI序列數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)PTSD組，較非PTSD組，在右腦側(cè)腦室、右腦

14、梭狀回、右腦顳上回和右腦顳中回區(qū)域FA值明顯降低，在右腦顳上回和右腦胼胝體區(qū)域ADC值明顯增高。但通過ROI分析，未發(fā)現(xiàn)PTSD組在這些區(qū)域的平均FA值或ADC值與PTSD癥狀嚴(yán)重程度(CAPS值)存在相關(guān)關(guān)系。這可能是由于PTSD早期引起的結(jié)構(gòu)及功能變化不明顯，F(xiàn)A和ADC指標(biāo)尚無顯著變化所導(dǎo)致的。
　　4、小結(jié)
　　本研究首先構(gòu)建了基于拉普拉斯方程的腦皮層厚度檢測(cè)流程和方法，提高了計(jì)算速度和測(cè)量的準(zhǔn)確性；考慮到灌注成像的

15、分辨率低及PVE對(duì)CBF測(cè)量的影響，將基于MAP-EM算法的部分容積校正理論與CBF測(cè)量方法相結(jié)合，得到更準(zhǔn)確的CBF分布圖，上述方法為研究神經(jīng)系統(tǒng)或腦部疾病引起的腦皮層厚度和血流變化提供了有效的手段。
　　基于提出的方法，本研究對(duì)經(jīng)歷礦難的20名幸存者構(gòu)成的PTSD組和對(duì)照組的腦皮層厚度和CBF分布進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)厚度或CBF存在差異的的區(qū)域。同時(shí)，使用DTIStudio和SPM聯(lián)合分析了DTI序列數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)FA