截肢后腦可塑性的磁共振成像研究.pdf

1、目的：
　　越來越多的證據(jù)已經(jīng)證實(shí)一側(cè)肢體的截肢或傳入神經(jīng)阻滯能夠誘發(fā)軀體感覺及運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能性改變。先前已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)體受到嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)（例如肢體缺失），可以導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生功能及結(jié)構(gòu)的重組。以往的fMRI及DTI研究表明截肢患者在肢體缺失后大腦的初級(jí)感覺及初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層功能激活增強(qiáng)，同時(shí)聯(lián)系雙側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)的白質(zhì)纖維完整性下降，據(jù)此可推測(cè)截肢患者功能改變和結(jié)構(gòu)改變之間存在一定的聯(lián)系。然而之前的研究主要針對(duì)上肢截肢患者，并

2、且未區(qū)分截肢早、晚期的大腦可塑性差異。因此，在無幻肢痛的長(zhǎng)期下肢截肢患者中，大腦結(jié)構(gòu)的重組程度目前尚不清楚。我們假設(shè)下肢截肢后能夠引起特定腦區(qū)的結(jié)構(gòu)及功能重組，其中包括因截肢后患者運(yùn)動(dòng)行為改變所引起的視覺運(yùn)動(dòng)腦區(qū)的改變?；诖思僬f，本研究擬采用基于表面形態(tài)學(xué)及感興趣區(qū)分析的方法，在前人研究基礎(chǔ)上將大腦皮質(zhì)和皮層下白質(zhì)(White Matter，WM)結(jié)合起來，進(jìn)一步探究下肢截肢后大腦發(fā)生可塑性的具體腦區(qū)以及可塑性程度，為肢體損傷后的大腦

3、重組提供一些新的證據(jù)。
　　方法：
　?。ㄒ唬┫轮刂蟠竽X灰、白質(zhì)的可塑性研究
　　1.受試者一般資料共納入17名成年右下肢截肢患者（截肢組）和18名健康志愿者（正常對(duì)照組），兩組受試者間的年齡、性別及受教育程度無明顯差異，分別采集臨床基本資料。
　　2.MRI數(shù)據(jù)采集和處理通過3.0T MR采集常規(guī)T2WI圖像以排除明顯腦部器質(zhì)性病變，并采集3D-T1WI高分辨率結(jié)構(gòu)像以及彌散張量成像(Diffusion T

4、ensor Imaging，DTI)數(shù)據(jù)。各區(qū)域大腦可塑性的代表特征用皮質(zhì)厚度和白質(zhì)纖維束的部分各向異性(Fractional Anisotropy，F(xiàn)A)來表示。
　　3.統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS18.0軟件對(duì)兩組受試者年齡、受教育程度進(jìn)行雙樣本雙樣本t檢驗(yàn)，對(duì)性別進(jìn)行x2檢驗(yàn)。使用FSL中的“randomize”軟件來比較截肢患者及正常對(duì)照組間的FA值差異，對(duì)結(jié)果進(jìn)行錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率(False Discovery Rate，F(xiàn)DR)多

5、重比較校正(P＜0.05，集群閾值t＞3)。使用FreeSurfer進(jìn)行皮質(zhì)厚度分析，來構(gòu)建大腦解剖表面模型，并測(cè)量各感興趣區(qū)平均皮質(zhì)厚度，對(duì)兩組間進(jìn)行雙樣本≠檢驗(yàn)（P＜0.005，未校正）。最后使用偏相關(guān)分析探索WM和灰質(zhì)(Grey Matter，GM)改變之間的關(guān)系。
　　（二）下肢截肢患者視覺運(yùn)動(dòng)區(qū)的大腦皮質(zhì)漸進(jìn)性變薄
　　1.受試者一般資料共納入48名單側(cè)下肢截肢的成年患者（截肢組）和48名正常志愿者（正常對(duì)照組）參

6、與本項(xiàng)研究。兩組受試者在年齡、性別及受教育程度上相匹配。
　　2.MRI數(shù)據(jù)采集和處理通過3.0T MR采集常規(guī)T2WI以排除明顯器質(zhì)性改變，并采集3D-T1WI高分辨率結(jié)構(gòu)像。皮質(zhì)厚度的計(jì)算是由白質(zhì)表面軟膜的表面上的最近點(diǎn)，到從這一點(diǎn)回到白色物質(zhì)表面上的最近點(diǎn)的平均距離表示。對(duì)于每個(gè)視覺區(qū)域，我們分別計(jì)算單側(cè)大腦的皮質(zhì)厚度，用平均值作為大腦的指標(biāo)變化。
　　3.統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS18.0(version18.0，Chic

7、ago，USA)軟件對(duì)兩組受試者年齡、受教育程度進(jìn)行雙樣本雙樣本t檢驗(yàn)，對(duì)性別進(jìn)行x2檢驗(yàn)。將兩側(cè)大腦半球的同源區(qū)域合在一起，共同計(jì)算各視覺亞區(qū)的平均皮質(zhì)厚度。將年齡和性別作為協(xié)變量使用多變量協(xié)方差分析(Multiple Analyses of Covariance，MANCOVAs)檢測(cè)截肢組與正常對(duì)照組之間皮質(zhì)厚度差異。使用多元方差分析(Mixed-model MultivariateAnalysis of Variance，MAN

8、OVA)將截肢側(cè)（左側(cè)vs.右側(cè)）和截肢部位（經(jīng)股骨vs.經(jīng)脛骨）作為組間因素，年齡和性別作為協(xié)變量，對(duì)不同情況下的皮質(zhì)厚度進(jìn)行測(cè)量比較，以此探索混雜變量對(duì)截肢患者成像數(shù)據(jù)的影響。
　　結(jié)果：
　?。ㄒ唬┫轮刂蟠竽X灰、白質(zhì)的可塑性研究
　　1.一般資料兩組受試者年齡、性別、受教育程度無顯著性差異;
　　2.相比于正常對(duì)照組，截肢患者在不同區(qū)域均表現(xiàn)出皮質(zhì)變薄的趨勢(shì)(P＜0.005，未校正)，其中最明顯的區(qū)域在

9、左側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層(Premotor Cortex，PMC)。其他區(qū)域，如雙側(cè)枕葉、右側(cè)枕顳葉交界處、中央前回、楔前葉、左側(cè)頂下小葉以及眶額葉皮層也發(fā)現(xiàn)有皮質(zhì)厚度減低區(qū);
　　3.截肢組與正常對(duì)照組相比，在右側(cè)上輻射冠和右側(cè)顳葉、左側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層下的白質(zhì)區(qū)域發(fā)現(xiàn)有FA值的減低。同時(shí)，這些區(qū)域的白質(zhì)纖維束成像發(fā)現(xiàn)連接雙側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層的連合纖維存在顯微結(jié)構(gòu)的變化;
　　4.在截肢患者中，感興趣區(qū)的皮質(zhì)厚度與通過概率性擴(kuò)散纖維示蹤成像(P

10、robabilistic Diffusion Tractography，PDT)生成得到的DTI參數(shù)之間并沒有發(fā)現(xiàn)顯著性關(guān)聯(lián)。然而偏相關(guān)分析顯示，下額枕束(Inferior Frontooccipital Fasciculus，IFOF)的FA值與截肢時(shí)長(zhǎng)呈顯著的負(fù)相關(guān)（ρ=-0.55，P=0.03）。
　?。ǘ┫轮刂颊咭曈X運(yùn)動(dòng)區(qū)的大腦皮質(zhì)漸進(jìn)性變薄
　　1.一般資料兩組受試者在年齡、性別及受教育程度上無明顯差異;

11、r>　　2.與正常對(duì)照組相比，截肢患者在V5/MT+區(qū)表現(xiàn)出明顯的皮質(zhì)厚度減低(P=0.03)，并且在V3d區(qū)也有皮質(zhì)厚度減低的趨勢(shì)（P=0.055）。而在其他視覺亞區(qū)，兩組之間并沒有明顯差異;
　　3.在截肢患者中，不同的截肢水平之間也沒有發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)厚度的差異，但是V5/MT+區(qū)的皮質(zhì)厚度與截肢時(shí)間長(zhǎng)度呈明顯的負(fù)相關(guān)（ρ=-0.37，P=0.01）。
　　結(jié)論：
　　1.本項(xiàng)研究結(jié)合了高分辨率大腦結(jié)構(gòu)MRI和DTI技術(shù)