【摘要】目的 利用静息态功能磁共振成像技术的低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation, ALFF)法对2 型糖尿病视网膜病变(Type 2 diabetic retinopathy, T2DR)患者静息状态下脑自发神经活动的改变进行分析。方法 收集17 例T2DR 患者和17 例T2NDR(Non-Type 2 diabetic retinopathy)患者以及21 例性别、年龄、受教育程度相匹配的正常健康志愿者(normal control, NC),采用西门子Trio 3. 0T 磁共振采集全脑静息态功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)及3D T1 WI 结构像。利用ALFF 算法处理所得的脑功能磁共振数据,并对存在组间差异脑区的ALFF 值与认知测试量表得分进行相关程度的分析。结果 与正常组比较,T2NDR 组的右侧直回、右侧额上回、右侧额中回脑区ALFF 值减低,左侧顶下小叶、双侧顶上小叶脑区ALFF 值增高,且差异具有统计学意义( P <0. 05)。与T2NDR 组比较,T2DR 组的双侧距状回、双侧舌回、左侧额上回、左侧额下回、左侧颞上回脑区的ALFF 值减低,左侧小脑ALFF 值增高,且差异具有统计学意义( P <0. 05)。与T2NDR 组比较,T2DR 组的双侧距状回、双侧枕中回、右侧枕上回、左侧额上回、左侧颞中回脑区ALFF 值降低,左侧小脑区ALFF 值增高,且差异具有统计学意义( P <0. 05)。相关性分析结果显示T2DR 组左侧舌回ALFF 值与MMSE 得分呈明显负相关,左侧距状回ALFF 值与MOCA 得分呈明显负相关。结论 静息态功能磁共振成像低频振幅(ALFF)法可以发现2 型糖尿病视网膜病变患者异常脑自发神经活动区和功能损害区。
【关键词】静息态功能磁共振,2 型糖尿病视网膜病变,低频振幅
视网膜病变(diabetic retinopathy, DR)是2 型糖尿病患者最常见的并发症之一 ,严重影响患者的生活质量。多项研究结果表明,2 型糖尿病伴视网膜病变的患者发生认知障碍的风险明显增加。低频振幅( amplitude of low frequency fluctuation,ALFF)算法是静息态数据分析常用的一种方法,主要从能量角度反映各个体素在静息状态神经元自发活动水平的高低,能较好的反映局部脑区神经元静息状态的自发活动情况。本组病例通过Rs-fMRI的ALFF 算法来研究2 型糖尿病伴视网膜病变(Type 2 diabetic retinopathy, T2DR)患者大脑ALFF值的变化,探讨T2DR 患者静息态脑功能的改变。
1 资料与方法
1. 1 一般资料
标准:所有患者均符合世界卫生组织1999 年的糖尿病诊断标准及糖代谢分类标准。排除标准:有精神病史及神经系统疾病如肿瘤、脑外伤史等;有酒精依赖以及其他精神药物滥用者;甲状腺功能紊乱者或有其它严重的系统性疾病;患者本人不配合或者本人或家属拒绝接受头颅MRI 检查。
1. 1. 1 T2DR 组 选取T2DR 患者17 例,男10 例,女7 例,平均年龄(62. 76 ±8. 46)岁,所有的视网膜病变患者均符合2014 年中华医学眼科学会制定的视网膜病变的临床诊疗指南;病程超过5 年,受教育年限超过5 年;年龄40 ~75 岁;根据中国人利手分类标准判定右利手;临床资料完整,愿意接受相关的检查,并在检查过程中配合良好。其他入组标准参考T2NDR 组。
1. 1. 2 正常对照组 选取与T2NDR 组性别、年龄、受教育程度相匹配的正常健康志愿者21 例,依据中国人利手评定标准判定为右利手,其中男9 例,女12 例,年龄为40 ~ 75 岁,平均年龄(58. 62 ± 7. 02)岁,所有志愿者均愿意接受头颅MRI 检查。纳入标准:无严重的躯体疾病或系统性疾病、酒精或药物依赖病史、颅脑创伤史或其它可能影响脑结构的疾病;无精神障碍或精神疾病家族史;经中国人利手评定标准判定为右利手;受教育年限超过5 年;常规MRI检查阴性;志愿者或其监护人知情同意。
以上糖尿病组及正常对照组的所有受试者均获得知情同意,自愿参加各项相关检查。本文资料经南京军区福州总医院医学伦理委员会批准通过。
1. 2 检查方法
采用德国西门子Magnetom Trio 3. 0T 超导磁共振扫描仪,头部相控阵线圈。常规扫描T2WI、DWI,确定无器质性病变后,进行3D-T1WI 全脑结构像、静息态扫描。T1WI-3D 全脑结构像采用MPRAGE序列,扫描范围覆盖全脑,扫描参数:TR 1 900ms,TE2. 52ms,翻转角9°,FOV 250mm × 250mm,矩阵256×256,层厚1. 0mm,间隔0mm,激励次数1 次,扫描时间为258s,共连续采集160 层或176 层矢状位图像覆盖全脑。静息态采用EPI 序列,扫描方向与前颅底和前后联合平行,扫描参数:FOV 240mm ×240mm, TR 2 000ms, TE 30ms, 层数33, 层厚4． 0mm,层间距0. 8mm, 翻转角90°,矩阵64 × 64,激励次数1 次,体素大小3. 8mm ×3. 8mm ×4. 0mm,扫描时间488s。
1. 3 静息态数据处理
基于Matlab 2012b 操作平台下采用REST1. 8软件包、SPM8. 0 及静息态功能磁共振数据处理助手( data processing assistant for resting-state fMRI,DPARSF)2. 2 软件对Rs-fMRI 数据进行分析处理。考虑到初始扫描磁场均匀性及患者适应扫描环境的影响,剔除前5 个时间点的数据,进行时间校正、头动校正、空间标准化、采用全宽半高为6mm 的高斯核函数进行空间平滑处理, 以此来消除空间噪声,提高信噪比,并去线性漂移。计算0. 010. 08Hz 之间的低频振幅ALFF 值。
1. 4 组间分析
ALFF 值计算结束后,在Matlab 2012b 平台上运用SPM8. 0 软件,利用单样本t 检验分别T2DR 组、T2NDR 组及正常对照组数据进行统计分析,最后采用两独立样本t 检验分别对T2DR 组、T2NDR 组及正常对照组数据进行统计检验,检验水准为P <0． 05(Alphasim 校正),当集簇大于54 个体素时,则考虑两组间差异有统计学意义。结果使用REST 软件自带Slice viewer 工具确定对应的MNI 坐标上有明显统计意义脑区的具体解剖位置, 并得出差异脑区的体素,并利用REST1. 8 软件进行结果呈现。
1. 5 统计学分析
采用SPSS 20. 0 统计学软件对三组受试者的年龄、临床资料及神经心理学量表评分等计量资料进行统计学分析,其中性别比较采用x2 检验,余采用单因素方差分析, P <0. 05 为差异有统计学意义。
2 结果
T2DR、T2NDR 以及正常对照组三组受试者的临床资料数据(年龄、病程、身高体重指数(BMI)、受教育年限、GLU、HbA1c、C 肽浓度、MoCA 得分、MMSE 得分) 均符合正态分布,具体情况见表1。T2DR 组、T2NDR 组分别与正常对照组在性别、年龄、受教育年限、C 肽浓度、BMI 差异均无统计学意义( P > 0. 05)。T2DR 及T2NDR 间病程差异具有统计学意义( P < 0. 05), 三组受试者间GLU、HbA1c、MoCA 得分以及MMSE 得分差异均有统计学意义( P <0. 05)。
2. 1 ALFF 结果
2. 1. 1 T2NDR 组与正常对照组ALFF 值 T2NDR组与正常对照组进行两样本独立t 检验以后所得到ALFF 差异图(图1)显示:T2NDR 组较正常对照组ALFF 值减低的脑区有右侧额上回、右侧额中回、右侧直回;增高的脑区有左侧顶下小叶、双侧顶上小叶,见表2。
2. 1. 2 T2DR 组与正常对照组ALFF 值 T2DR 组与正常对照组进行两样本独立t 检验以后所得到ALFF 差异图显示:T2DR 组较正常对照组ALFF 值减低的脑区有双侧距状回、双侧舌回、左侧额上回、左侧额下回、左侧中央前回、左侧颞上回(图2);ALFF 值增高的脑区有左侧小脑,见表3。
2. 1. 3 T2DR 组与T2NDR 组ALFF 值比较 T2DR组与T2NDR 组进行两样本独立t 检验以后所得到ALFF 差异图(图3) 显示:T2DR 组较T2NDR 组ALFF 值减低的脑区有双侧距状回、双侧枕中回、左侧额上回、左侧颞上回、右侧枕上回;ALFF值增高的脑区有左侧小脑,见表4。
2. 2 相关性分析
采用Pearson 相关分析分别评价T2DR 组差异脑区与认知量表评分的关系,结果显示:T2DR 患者左侧距状回ALFF 值与蒙特利尔认知评估量表(Mo-CA)得分呈负相关( r = -0. 501, P = 0. 040,图4),左侧舌回ALFF 值与简易智力状态检查量表(MMSE)得分呈负相关( r = -0. 626, P = 0. 007,图5)。
3 讨论
既往对2 型糖尿病静息态脑功能磁共振的研究更多集中在糖尿病组与正常健康对照组之间脑区功能的差异。本组病例将T2DR 患者从2 型糖尿病组中独立出来并将其与T2NDR 组以及正常对照组进行对比研究,能够更进一步明确T2DR 对静息态脑功能改变的影响。
本组病例显示,T2DR 组与T2NDR 组以及正常组对比,T2DR 患者局部ALFF 值增高的脑区主要位于小脑,ALFF 值减低的脑区较为广泛,主要在视觉网络(双侧距状回、双侧舌回、双侧枕中回)以及左侧额上回、左侧颞中回等脑区。本组病例中T2DR组ALFF 值显著性减低的脑区主要在视觉皮层,而T2NDR 组较正常对照组对比视觉皮层的ALFF 值未见明显异常改变。我们推测T2DR 患者认知的损害主要在视觉皮层区。Dogan 等人利用弥散加权成像的方法证实视网膜病变患者在视觉皮层及扣带回等脑区表观弥散系数值明显增高。国外学者运用磁共振波谱技术研究,发现DR 患者视觉皮层氮-乙酰天冬氨酸浓度明显减低。本组病例提示T2DR患者双侧距状回、舌回等视觉功能相关脑区ALFF值较对照组显著性降低,与既往的研究结果基本相符。此外,我们还发现T2NDR 较正常对照组存在额上回、额中回等脑区ALFF 值的显著性减低,提示2型糖尿病患者可能存在广泛脑区功能的改变。
小脑在认知加工、情感控制以及视觉空间构想等功能上也起着非常重要的作用。本组病例发现,T2NDR 组较正常对照组的双侧顶叶、小脑ALFF值明显增高,从能量代谢的角度上提示局部神经元活动增强。因此我们推测T2DR 患者可能存在小脑神经元功能的损害,相关的病理机制仍需进一步明确。
本组病例采用Pearson 相关分析评价T2DR 组较正常对照组差异脑区的ALFF 值与MOCA 得分及MMSE 得分的相关程度,结果表现左侧距状回的ALFF 值与MoCA 得分及左侧舌回的ALFF 值与MMSE 得分呈明显负相关。距状回及舌回的ALFF值与认知量表呈负相关,主要表现在视觉记忆认知过程的减退有关,既往研究表明初级视觉皮层在记忆相关的认知意象及视觉记忆加工过程具有相关性,因此进一步证实初级视觉皮层在视空间记忆的重要性。
本组病例的局限之处在于样本量较少,后期笔者将会增大样本量,并对视网膜病变进行细化分级,以便进行针对性检测及分析。
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