原發(fā)性失眠伴認(rèn)知功能障礙患者的腦部磁共振研究.pdf

1、本研究選擇PI伴認(rèn)知障礙患者為研究對象，使用匹茲堡睡眠質(zhì)量量表(Pittsburgh sleep quality index，PSQI)分析其睡眠情況，采用神經(jīng)心理學(xué)量表分析其認(rèn)知障礙，研究靜息態(tài)功能磁共振局部一致性(Regional homoge
　　全腦小世界網(wǎng)絡(luò)的變化特點及與睡眠、認(rèn)知改變的關(guān)系，探討PI認(rèn)知功能障礙的發(fā)生機(jī)制，加深對PI的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制的認(rèn)識。
　　靜息態(tài)功能磁共振(resting state-fMR

2、I，rs-fMRI)可以檢測靜息狀態(tài)下患者腦部的自發(fā)活動，從功能的角度發(fā)現(xiàn)腦的異常改變，為研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制提供重要線索。全腦網(wǎng)絡(luò)研究認(rèn)為人腦是一個復(fù)雜的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，由多個功能相互獨立且聯(lián)通的腦區(qū)構(gòu)成，并具有“小世界”屬性。在圖論理論中，具有“小世界”屬性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)具有較優(yōu)化的全局信息交換、處理的能力。2005年，首次提出全腦功能網(wǎng)絡(luò)圖譜的概念，提取各功能腦區(qū)的時間信號得到全腦功能連接網(wǎng)絡(luò)圖譜。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)現(xiàn)全腦網(wǎng)

3、絡(luò)的構(gòu)成與人腦的高級認(rèn)知功能息息相關(guān)。我們擬通過全腦靜息態(tài)功能連接方法研究失眠伴認(rèn)知功能障礙的全腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)的改變，如最短路徑長度、小世界屬性、功能連接等空間指標(biāo)，衡量大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫再|(zhì)，并分析其與認(rèn)知、失眠的關(guān)系。
　　既往基于磁共振成像對原發(fā)性失眠大腦皮層灰質(zhì)體積的研究主要關(guān)注大腦皮層，發(fā)現(xiàn)多個腦皮層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的變薄和增厚，而腦深部核團(tuán)結(jié)構(gòu)改變在原發(fā)性失眠認(rèn)知障礙中的作用缺乏文獻(xiàn)報道。因此本研究探索原發(fā)性失眠

4、患者伴認(rèn)知功能障礙患者全腦結(jié)構(gòu)的改變，尤其大腦深部核團(tuán)體積、形態(tài)的改變與失眠程度、認(rèn)知水平的相關(guān)性。
　　磁敏感加權(quán)成像(Susceptibility weighted imaging，SWI)的工作原理是:含鐵血黃素顆粒是順磁性物質(zhì)，在磁共振設(shè)備中改變局部磁場強(qiáng)度，通過磁共振設(shè)備采集因磁場的改變而產(chǎn)生信號，最終形成可反映含鐵血黃素部位、濃度的圖像。在神經(jīng)系統(tǒng)中，鐵元素參與合成多種類型蛋白，并在許多生理活動中扮演重要角色，異常的鐵

5、濃度可導(dǎo)致碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及DNA合成發(fā)生損傷。在許多神經(jīng)變性疾病中，如阿爾茨海默氏病和帕金森氏病，可以觀察到細(xì)胞內(nèi)異常鐵沉積，甚至鐵環(huán)境穩(wěn)定失衡。
　　目的:
　　使用磁敏感加權(quán)成像的圖像數(shù)據(jù)，探討原發(fā)性失眠伴認(rèn)知障礙患者是否存在大腦鐵沉積改變，并分析其是否與失眠、認(rèn)知障礙的嚴(yán)重程度存在相關(guān)性。
　　方法:
　　1.受試者一般資料:收集35名原發(fā)性失眠伴認(rèn)知功能障礙患者作為患者組，各受試對象至少有1年

6、以上失眠病史，滿足失眠及認(rèn)知功能障礙診斷標(biāo)準(zhǔn)。30名性別、年齡、受教育程度相匹配的健康對照受試者作為健康對照組納入到本研究。
　　2.神經(jīng)心理學(xué)認(rèn)知評估:采用蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal cognitiveassessment，MoCA)、簡易精神狀態(tài)檢查量表(Mini-mental state examination, MMSE)、日常生活能力量表(ADL)、總體衰退量表(GDS)、神經(jīng)精神調(diào)查表(NPI)、漢密爾頓抑

7、郁量表(HAMD)、漢密爾頓焦慮量表(HAMA)對受試者精神心理狀況及認(rèn)知能力水平進(jìn)行評估;結(jié)合患者的失眠病史，使用匹茲堡睡眠質(zhì)量量表對受試者進(jìn)行睡眠情況的評價。
　　3.MRI掃描方法:圖像采集使用德國Siemens Trio3.0 T MRI儀。掃描前告知受試者保持安靜、閉眼、清醒，并囑掃描過程中減少頭動。靜息態(tài)功能成像采用回波平面成像序列。使用三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列進(jìn)行結(jié)構(gòu)像掃描。
　　4.局部一致性的數(shù)據(jù)處理和

8、統(tǒng)計分析:使用MRIcron軟件將DICOM格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在MATLAB2013平臺使用統(tǒng)計參數(shù)圖（Statistical Parametric Mapping，SPM）進(jìn)行處理。采用SPSS17.0軟件對受試者的一般信息、量表測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。計量資料采用x±s表示，兩受試組間的比較采用獨立樣本t檢驗，兩組間計數(shù)資料比較采用Pearson x2檢驗。受試者的性別、年齡以及受教育程度存在個體差異，會導(dǎo)致統(tǒng)計分析的結(jié)果產(chǎn)生偏倚，

9、因此將其作為協(xié)變量，采用偏相關(guān)分析兩組間差異腦區(qū)ReHo值與神經(jīng)心理學(xué)認(rèn)知評分的相關(guān)性。校正的P＜0.05認(rèn)為具有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　5.全腦網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析:利用自動解剖標(biāo)記(Automated anatomicallabeling，AAL)作為模版提取90個腦區(qū)的靜息態(tài)信號，并對其數(shù)據(jù)進(jìn)行與處理，消除噪音。分析所有兩個腦區(qū)之間的功能連接強(qiáng)度，構(gòu)建全腦網(wǎng)絡(luò)。統(tǒng)計0.01至0.6稀疏度的受試者腦網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)、最短路徑長度、

10、小世界屬性指標(biāo)，利用置換檢驗是否存在統(tǒng)計學(xué)差異。使用雙獨立樣本t檢驗，分析兩組受試對象各個功能連接強(qiáng)度是否存在差異。
　　6.全腦結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析:利用SPM的基于體素的形態(tài)學(xué)(Voxel-basedmorphometry, VBM)方法，首先對掃描的MRI數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再利用大腦結(jié)構(gòu)模版將各個腦區(qū)分割開并以半高全寬為6mm的平滑核進(jìn)行平滑處理，并測量其體積大小。
　　7.磁敏感數(shù)據(jù)處理分析:使用SPIN軟件對S

11、WI數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制核團(tuán)為感興趣區(qū)(Region of Interest，ROI)，測量核團(tuán)的相位值，并利用公式轉(zhuǎn)化為弧度值。
　　結(jié)果：
　　1.臨床資料統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組受試者性別、年齡、受教育程度差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P值均＞0.05）。與對照組相比，患者組PSQI、HAMA、HAMD評分顯著增高，MMSE、MoCA評分顯著降低，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05);
　　2.與對照組相比，原患者組在左側(cè)顳中、下回，

12、右側(cè)顳下回，左側(cè)海馬旁回的ReHo值增高，在左側(cè)顳上回，右側(cè)顳葉梭狀回和顳上回，左側(cè)額下回，右側(cè)前扣帶回，左側(cè)頂葉角回和左側(cè)頂葉頂上小葉的ReHo值減低，兩組間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義;將患者組與對照組存在差異的腦區(qū)的ReHo值提取出來，年齡、性別、教育程度作為協(xié)變量，經(jīng)Bonferroni校正，偏相關(guān)分析顯示左側(cè)海馬旁回ReHo值與MoCA量表評分呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.424，P＜0.05）;右側(cè)前扣帶回ReHo值與MoCA量表評分呈顯著

13、正相關(guān)(r=0.397，P＜0.05)，與PSQI量表評分呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.372，P＜0.05）。其余異常腦區(qū)的ReHo值與MMSE、MoCA、PSQI量表評分無明顯相關(guān)(P＞0.05)。
　　3.與對照組相比，患者組右側(cè)背外側(cè)額上回與左側(cè)顳上回和左側(cè)顳極、右側(cè)顳橫回與右側(cè)額中回和右側(cè)額下回、左側(cè)舌回和右側(cè)丘腦、左側(cè)丘腦和右側(cè)顳中回的功能連接強(qiáng)度相比正常對照組升高，而左側(cè)枕下回和右側(cè)顳極、右側(cè)額中回和右側(cè)眶部額中回、右側(cè)扣

14、帶回和左側(cè)尾狀核、右側(cè)海馬旁回和左側(cè)尾狀核的功能連接強(qiáng)度相比正常對照組降低。其中右側(cè)扣帶回與左側(cè)尾狀核的功能連接強(qiáng)度與MMSE量表評分正相關(guān)（r=0.362，P＜0.05）。稀疏度取值在0.1～0.4范圍，患者組的小世界屬性和聚類系數(shù)均小于正常對照組。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)患者組全腦網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性σ值與MMSE量表評分（r=0.367，P＜0.05）和MoCA量表評分呈正相關(guān)（r=0.408，P＜0.05），與PSQI無相關(guān)性。
　　4

15、.與對照組相比，患者組白質(zhì)總體積增大，而灰質(zhì)總體積減少。其中多個腦室、枕葉白質(zhì)、中腦、蒼白球體積增大，左側(cè)海馬、左側(cè)額葉、雙側(cè)頂葉、右側(cè)枕葉、左側(cè)顳葉和雙側(cè)扣帶回灰質(zhì)體積減少。相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，右側(cè)海馬體積與MoCA量表評分呈正相關(guān)（r=0.267，P＜0.05），右側(cè)頂葉灰質(zhì)體積與MoCA量表呈正相關(guān)(r=0.457，P＜0.05)。其余腦區(qū)與量表評分無相關(guān)性。
　　5.正常對照組海馬、黑質(zhì)、紅核、殼核、尾狀核、蒼白球、丘腦、

16、額葉白質(zhì)的弧度值與尸檢腦鐵濃度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系（r=0.771，P＜0.05）。和健康對照組相比，原發(fā)性失眠伴認(rèn)知障礙患者的左側(cè)尾狀核、左側(cè)殼核、雙側(cè)丘腦、左側(cè)海馬的弧度值顯著性增加(P＜0.05)，而其余腦區(qū)則沒有顯著差異(P＞0.05)。相關(guān)性分析顯示，左側(cè)海馬的弧度值與MMSE量表評分呈負(fù)相關(guān)（r=-0.447，P＜0.05）。其余核團(tuán)弧度值與失眠、精神心理學(xué)量表無關(guān)。
　　結(jié)論:
　　1.原發(fā)性失眠伴認(rèn)知障礙是一個

17、復(fù)雜的病理過程，存在多個腦區(qū)功能異常。右側(cè)扣帶回的ReHo下降能反映睡眠障礙和認(rèn)知功能下降程度，左側(cè)海馬旁回的ReHo升高可能與睡眠障礙腦功能代償有關(guān)。
　　2.原發(fā)性失眠伴認(rèn)知功能障礙患者丘腦、海馬、扣帶回存在異常功能連接，右側(cè)扣帶回與左側(cè)尾狀核的功能連接強(qiáng)度可以反映患者的認(rèn)知功能水平?；颊呓M的全腦網(wǎng)絡(luò)“小世界”屬性能反映認(rèn)知水平，而與失眠量表無關(guān)。
　　3.原發(fā)性失眠伴認(rèn)知功能障礙患者存在皮層及皮層下深部核團(tuán)多發(fā)萎縮，海