中國(guó)人大腦皮質(zhì)性別差異的影像學(xué)研究.pdf

1、本研究應(yīng)用年齡、性別匹配的正常中國(guó)青年人的3.0T MR圖像數(shù)據(jù),通過(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)對(duì)大腦整體和局部結(jié)構(gòu)的性別差異及側(cè)化性差異進(jìn)行分析研究。
　　 本研究分為三個(gè)部分:
　　 第一部分中國(guó)人大腦體積的性別差異研究
　　 第一章:中國(guó)人大腦整體體積的性別差異研究
　　 目的:利用基于體素的方法分析高分辨率結(jié)構(gòu)MRI圖像,以探討中國(guó)人大腦整體體積的性別和側(cè)化性差異。
　　 材料和方法:選擇69例

2、年齡和性別匹配的正常右利中國(guó)青年人,應(yīng)用3.0TGE磁共振掃描儀進(jìn)行掃描,以AC-PC線為掃描基線,采用軸位3D T1加權(quán)快速擾相梯度回波序列,獲取高分辨率腦結(jié)構(gòu)MRI數(shù)據(jù)。首先,應(yīng)用FSL軟件的BET工具工具去除顱骨及周圍非腦組織。然后,應(yīng)用BrainSuite軟件的Partial Volume Classify工具根據(jù)圖像的信號(hào)強(qiáng)度將大腦分割為灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液,再應(yīng)用FreeSurfer軟件的Compute Volume工具分別測(cè)

3、量灰、白質(zhì)的體素?cái)?shù),從而獲得大腦半球在原始空間內(nèi)的灰質(zhì)、白質(zhì)體積。利用FreeSurfer軟件進(jìn)行大腦半球表面的三維重建,再應(yīng)用ShapeReport工具測(cè)量大腦半球表面在原始空間內(nèi)的表面積和折疊度。通過(guò)建立最小變形目標(biāo)腦模型并將原始圖像應(yīng)用12參數(shù)線性轉(zhuǎn)換仿射至MDT_69空間中,獲得每個(gè)個(gè)體的空間標(biāo)準(zhǔn)化比例值。繼而,根據(jù)此Jacobian值獲得每個(gè)個(gè)體空間標(biāo)準(zhǔn)化后的大腦半球體積值和表面積值。最后,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分別分析標(biāo)準(zhǔn)化前、后的

4、灰、白質(zhì)體積、大腦半球表面積和折疊度的性別差異及側(cè)化性差異。
　　 結(jié)果。
　　 1.性別差異:空間標(biāo)準(zhǔn)化前,男性兩側(cè)大腦半球整體及灰、白質(zhì)體積均顯著大于女性?？臻g標(biāo)準(zhǔn)化,男性顯著大于女性的為右側(cè)灰質(zhì)體積、左側(cè)半球皮質(zhì)折疊度；女性顯著大于男性的為左半球整體體積、右半球整體體積、右側(cè)白質(zhì)體積、左側(cè)半球表面積、右側(cè)半球表面積。
　　 2.側(cè)化性差異:空間標(biāo)準(zhǔn)化前,男、女大腦左半球整體及灰質(zhì)體積顯著大于右側(cè),而女性右半

5、球白質(zhì)體積顯著大于左側(cè)?？臻g標(biāo)準(zhǔn)化后,左側(cè)顯著大于右側(cè)的有男性半球整體體積、男性灰質(zhì)體積、女性半球整體體積、女性灰質(zhì)體積:右側(cè)顯著大于左側(cè)的有女性白質(zhì)體積；男、女大腦半球表面積及折疊度均無(wú)顯著側(cè)化性差異。
　　 結(jié)論:大腦在整體體積、灰、白質(zhì)體積及灰質(zhì)表面積和折疊度上均存在一定的性別差異,而側(cè)化性差異只見(jiàn)于大腦的體積參數(shù),這些差異可能是男、女大腦在功能上差異的形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。
　　 第二章:中國(guó)人大腦局部灰質(zhì)體積的性別差異研

6、究
　　 目的:利用基于體素的方法探討中國(guó)人大腦局部灰質(zhì)體積的性別和側(cè)化性差異。
　　 材料和方法:選擇來(lái)自69例年齡和性別匹配的正常右利中國(guó)青年人的3.0T高分辨率3D FSPGR序列MRI數(shù)據(jù)。利用LONI Brain Parser軟件對(duì)大腦的54個(gè)結(jié)構(gòu)的灰質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)分割,再應(yīng)用FreeSurfer軟件的Compute Volume工具分別測(cè)量每一結(jié)構(gòu)的體素?cái)?shù),從而獲得大腦54個(gè)結(jié)構(gòu)及6個(gè)腦區(qū)灰質(zhì)在原始空間內(nèi)的體積。

7、繼而,根據(jù)已有的Jacobian值獲得每個(gè)結(jié)構(gòu)和腦區(qū)在空間標(biāo)準(zhǔn)化后的灰質(zhì)體積值。最后,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分別分析大腦局部灰質(zhì)體積的性別差異及側(cè)化性差異。
　　 結(jié)果:
　　 1.各腦區(qū)灰質(zhì)體積的分析結(jié)果:
　　 1.1性別差異:男性顯著大于女性的腦區(qū)為左側(cè)島葉、右側(cè)島葉:女性顯著大于男性的腦區(qū)為左側(cè)額葉、右側(cè)額葉、左側(cè)頂葉、右側(cè)頂葉。
　　 1.2側(cè)化性差異:男性中左側(cè)顯著大于右側(cè)的腦區(qū)為顳葉和島葉；而右側(cè)顯

8、著大于左側(cè)的腦區(qū)有頂葉和枕葉。女性中左側(cè)顯著大于右側(cè)(P<0.05)的腦區(qū)為顳葉和島葉；而右側(cè)顯著大于左側(cè)的腦區(qū)有額葉、頂葉、枕葉和扣帶回。
　　 2.54個(gè)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果
　　 2.1性別差異:左側(cè)男性顯著大于女性的結(jié)構(gòu)有外眶額回；右側(cè)男性顯著大于女性的結(jié)構(gòu)有枕下回。左側(cè)女性顯著大于男性的結(jié)構(gòu)有額上回、額中回、中眶額回、枕上回、枕中回、海馬旁回、海馬、尾狀核、殼；右側(cè)女性顯著大于男性的結(jié)構(gòu)有額上回、額中回、中央前回、中

9、眶額回、頂上回、楔前葉、枕上回、楔葉、海馬旁回、尾狀核。
　　 2.2側(cè)化性差異:男性中左側(cè)顯著大于右側(cè)的結(jié)構(gòu)為額上回、直回、楔前葉、海馬旁回、梭狀回；男性中右側(cè)顯著大于左側(cè)的結(jié)構(gòu)為額中回、中央前回、中眶額回、頂上回、角回、枕中回、枕下回、楔葉、尾狀核。女性中左側(cè)顯著大于右側(cè)的結(jié)構(gòu)為額上回、直回、中央后回、楔前葉、顳上回、顳下回、海馬旁回、海馬、梭狀回、殼；女性中右側(cè)顯著大于左側(cè)的結(jié)構(gòu)為額中回、中央前回、中眶額回、外眶額回、頂上

10、回、角回、枕中回、枕下回、楔葉、舌回、顳中回、尾狀核。
　　 結(jié)論:雙側(cè)局部結(jié)構(gòu)的灰質(zhì)體積以女性大于男性為主:男、女局部結(jié)構(gòu)的灰質(zhì)體積的側(cè)化性以右側(cè)化為多見(jiàn),且女性有顯著側(cè)化性的結(jié)構(gòu)多于男性。
　　 第二部分:中國(guó)人大腦皮質(zhì)厚度的性別差異研究
　　 目的:利用高分辨率三維結(jié)構(gòu)MRI數(shù)據(jù)探討中國(guó)人皮質(zhì)厚度的性別及側(cè)化性差異。
　　 材料和方法:選擇69例年齡和性別匹配的正常右利中國(guó)青年人,應(yīng)用3.0T GE

11、磁共振掃描儀進(jìn)行掃描,獲取軸位3D FSPGR序列高分辨率腦MRI數(shù)據(jù)。應(yīng)用BrainSuite軟件的Partial Volume Classify工具根據(jù)圖像的信號(hào)強(qiáng)度將大腦分割為灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液。通過(guò)測(cè)量皮質(zhì)表面上65538個(gè)點(diǎn)的灰質(zhì)/白質(zhì)邊界與灰質(zhì)/腦脊液邊界間最短的三維歐幾里德距離,獲得每一個(gè)體在原始空間內(nèi)每一點(diǎn)的皮質(zhì)厚度并繪制厚度分布圖。再將原始空間內(nèi)的厚度分布圖仿射變換MDT_69空間內(nèi)以去除整腦大小差異對(duì)皮質(zhì)厚度的影響。

12、最后,應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法比較腦半球表面每一點(diǎn)厚度的性別差異及側(cè)化性差異。
　　 結(jié)果:
　　 1.性別差異:左半球男性皮質(zhì)厚度顯著大于女性的區(qū)域主要為額上回后部、額中回后部、額下回、中央前回下部、直回后部、眶回后部、中央后回下部、扣帶回前部、顳上回前部、顳中回前部、顳下回、海馬旁回、中央旁小葉、楔前葉、楔葉、枕極；左半球女性皮質(zhì)厚度顯著大于男性的區(qū)域主要為額上回前部、額中回前部、額下回前部、中央后回上部、直回前部、眶回前部、

13、頂上回、頂下回上部。
　　 右半球男性皮質(zhì)厚度顯著大于女性的區(qū)域主要為額上回后部、額中回后部、額下回后部、中央前回下部、直回后部、眶回后部、中央后回下部、顳上回、顳中回上部、海馬旁回、中央旁小葉前部、楔前葉后部、楔葉；右半球女性皮質(zhì)厚度顯著大于男性的區(qū)域主要為額上回前部、額中回前部、額下回前部、直回前部、眶回前部、中央前回上部、中央后回上部、頂上回、頂下回下部。
　　 2.側(cè)化性差異:男性左側(cè)皮質(zhì)厚度顯著大于右側(cè)的區(qū)域有

14、額中回前部、額下回前部、中央旁小葉前部、顳中回中上部、顳下回中部；男性右側(cè)皮質(zhì)厚度顯著大于左側(cè)的區(qū)域有顳上回中上部、海馬旁回下部、楔葉前部。
　　 女性左側(cè)皮質(zhì)厚度顯著大于右側(cè)的區(qū)域有顳上回中上部和下后部；女性右側(cè)皮質(zhì)厚度顯著大于左側(cè)的區(qū)域有顳上回下后部、中央前回中部、顳中回后部、顳下回后部、海馬旁回后部、頂上回后部。
　　 結(jié)論:大腦皮質(zhì)厚度有顯著性別差異的區(qū)域廣泛涉及額葉、頂葉、顳葉和枕葉,而顯著側(cè)化性差異所涉及區(qū)域

15、小于性別差異所涉及區(qū)域。
　　 第三部分:中國(guó)人大腦中央溝的性別差異研究
　　 目的:應(yīng)用三維重建的方法探討中央溝形態(tài)學(xué)的性別及側(cè)化性差異。
　　 材料和方法:選擇60例年齡和性別匹配的正常右利中國(guó)青年人,應(yīng)用3.0T GE磁共振掃描儀進(jìn)行掃描,獲取軸位3D FSPGR序列高分辨率腦MRI數(shù)據(jù)。利用BrainVisa軟件建立中央溝的三維模型,再測(cè)量中央溝的長(zhǎng)度、寬度和深度。根據(jù)中央溝與外側(cè)溝及內(nèi)側(cè)面的位置關(guān)系將其

16、劃分為三種類型。應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析中央溝各形態(tài)學(xué)參數(shù)及分型規(guī)律的性別及側(cè)化性差異。
　　 結(jié)果:
　　 1中央溝形態(tài)學(xué)參數(shù)
　　 1.1性別差異:空間標(biāo)準(zhǔn)化前,男性左、右半球的中央溝頂長(zhǎng)、底長(zhǎng)、溝深和溝寬均顯著大于女性?？臻g標(biāo)準(zhǔn)化后,男性左、右兩側(cè)的中央溝頂長(zhǎng)、底長(zhǎng)、溝深和溝寬仍均大于女性,但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　 1.2側(cè)化性差異:男性和女性左側(cè)中央溝頂長(zhǎng)、底長(zhǎng)、溝深和溝寬均顯著大于右側(cè)?？臻g標(biāo)準(zhǔn)化后,

17、男性左側(cè)中央溝的溝深和溝寬顯著大于右側(cè):女性左側(cè)中央溝的溝深顯著大于右側(cè)。
　　 2中央溝分型
　　 中央溝在男性多為b型,而在女性多為a型。中央溝的分型在左側(cè)有顯著的性別差異；而其分型在男性和女性均無(wú)顯著側(cè)化性差異。
　　 結(jié)論:中央溝的各形態(tài)學(xué)參數(shù)均存在一定的性別及側(cè)化性差異,空間標(biāo)準(zhǔn)化可減小其差異的程度。
　　 結(jié)論和意義
　　 首次利用高場(chǎng)強(qiáng)MRI三維數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)形態(tài)計(jì)量學(xué)方法較系統(tǒng)地研究