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基于磁共振扩散成像的药物成瘾患者脑微观结构参数估计与分析

基于磁共振扩散成像的药物成瘾患者脑微观结构参数估计与分析

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作者：洪瑶贵州大学

学位级别：硕士

药物成瘾是一种大脑神经结构改变的慢性疾病,对个人和社会造成了严重的危害。定量描述药物成瘾对大脑微观结构的影响,进一步发现成瘾的神经生物学原因,将为药物成瘾机制的揭示以及探寻有效戒毒方法提供一种重要的辅助手段。磁共振扩散成... 详细信息

药物成瘾是一种大脑神经结构改变的慢性疾病,对个人和社会造成了严重的危害。定量描述药物成瘾对大脑微观结构的影响,进一步发现成瘾的神经生物学原因,将为药物成瘾机制的揭示以及探寻有效戒毒方法提供一种重要的辅助手段。磁共振扩散成像(Diffusion magnetic resonance imaging,d MRI)技术已被证实是临床诊断和研究神经组织微观结构的有效成像方法,可以帮助研究人员了解疾病的神经病理学机制。因此,本文基于两种d MRI成像模型,分别从介观和微观角度定量分析了药物成瘾导致的脑结构改变,具体如下:(1)本文首先利用扩散峰度成像模型(Diffusion kurtosis imaging,DKI)计算了脑白质和灰质的介观结构参数,然后分别对男性组和女性组药物成瘾患者脑微观结构异常进行统计分析。实验结果表明,与健康对照组相比,药物成瘾患者脑介观结构参数在白质和灰质脑区均存在显著变化,且参数的变化显示出性别差异。其中,在胼胝体膝部、胼胝体压部、上纵束、下纵束等白质区域,男性成瘾者径向峰度(Radial kurtosis,RK)和平均峰度(Mean kurtosis,MK)值降低,女性成瘾者RK和MK值升高。在灰质差异脑区,男性患者在内侧和旁扣带脑回等脑区轴向峰度(Axial kurtosis,AK)、RK和MK值降低,在背外侧额上回、额中回等脑区RK和MK值升高,女性患者在枕中回、颞中回等脑区AK和MK值显著降低。因此,DKI所反映的介观结构参数有潜力作为药物成瘾的影像标记。(2)为了从更微观的角度反映药物成瘾导致的脑结构的变化,使用轴突定向弥散与密度成像(Neurite orientation dispersion and density imaging,NODDI)模型,分别利用基于体素的方法(Voxel-based analysis,VBA)和基于白质纤维骨架的方法(Tract-based spatial statistics,TBSS),量化药物成瘾患者在灰质和白质区域的微观结构异常。结果表明,与健康对照组相比,在白质脑区,男性患者与女性患者在胼胝体、内囊、放射冠微观结构参数具有显著性变化,其中,男性成瘾者轴突方向弥散指数(Orientation dispersion index,ODI)与自由水体积分数(Free-water fraction,V)升高,女性成瘾者ODI降低,轴突密度指数(Intra-neurite fraction,V)升高。在灰质脑区,男性成瘾患者在扣带回V升高,在部分额叶、枕叶和颞叶V升高,女性患者微观结构参数没有显著性变化。其次,通过微观结构参数与心理量表的相关性分析,证明在与抑郁相关的额中回、枕中回、钩束等脑区,药物成瘾患者微观结构参数与抑郁得分具有显著的相关性。同时,通过对介观结构参数与微观结构参数的联合分析,从多种角度评估药物成瘾患者的脑结构改变,解释成瘾患者脑介观结构参数改变的生理层面原因。其中,MK的降低是由于V的升高,FA的降低是由于ODI的升高,说明微观结构参数有可能对药物成瘾更敏感且更特异。

关键词：药物成瘾磁共振扩散成像扩散峰度成像轴突定向弥散与密度成像脑微观结构影像学标记

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