（影像医学与核医学专业论文）感音神经性耳聋静息态功能磁共振研究.pdf

鼋 i ：j ；l 。工。“ 舢0 181 中文摘要 1 英文摘要 2 英文缩写 4 研究论文感音神经性耳聋静息态功能磁共振研究 前言一5月u 舌“一”一一”一”“”一一“一“一“”b 材料与方法6 结果“一”“”一”一一”一”9 附图、附表1 0 讨论2 1 小结”2 8 结 念”一”“一“2 8 参考文献2 9 综述静息态成像的研究现状及进展3 4 致谢q ooooo ”一”一“”4 4 个人简历 4 5 中文摘要 感音神经性耳聋的静息态功能磁共振研究 摘要 目的：观察听力正常组和感音神经性耳聋组静息态脑功能激活区位 置，并比较二者功能激活区位置有无差别。 方法：采用g e 3 0 t 磁共振系统，对2 4 例听力正常被试者和2 4 例感音 神经性耳聋患者行常规t 2 w i 和静息态脑功能磁共振扫描检查，观察脑功 能激活区强度和m n i 坐标，然后对所得数据进行相应统计学分析。 结果：1 听力正常组：静息态a l f f 激活脑区有：双侧额中回、双侧 顶下小叶楔前叶、双侧顶下小叶、右侧扣带回前部、右侧扣带回后部及右 侧额下回；静息态r e h o 激活脑区有：双侧顶下小叶楔前叶、双侧顶叶角 回、双侧扣带回后部、右侧扣带回前部、右侧额中回、右侧额下回。 2 感音神经性耳聋组：静息态a l f f 激活脑区有：左侧额下回、左侧 颞中回、左侧顶叶角回、右侧中央后回、右侧后扣带回；静息态r e h o 激 活脑区有：双侧枕叶皮层、左侧顶叶角回、左侧颞上回、左侧项下小叶、 右侧后扣带回、右侧前扣带回、右侧额中回、右侧项下小叶缘上回。 3 听力正常组与感音神经性耳聋组比较：听力正常组比感音神经性 耳聋a l f f 激活程度强的脑区有：左侧额中回、左侧扣带回后部、右侧额 上回、右侧额中回、右侧顶下小叶、右侧顶叶缘上回、右侧后扣带回；听 力正常组比感音神经性耳聋r e h o 激活程度强的脑区有：双侧额中回、双 侧扣带回前部、左侧海马旁回、左侧顶叶缘上回、右侧顶下小叶、右侧中 央后回。 结论：1 听力正常人后扣带回及相邻的楔前叶、角回、腹侧前扣带 回和前额叶静息状态了构成一个默认网络。 2 听力正常人和感音神经性耳聋患者a l f f 和r e h o 的脑部功能活区 有所不同，说明感音神经性耳聋患者静息状下的默认网络发生了重组。 关键词：静息态；低频振幅；局部一致性；功能性磁共振；感音神经 性耳聋 英文摘要 r e s t i n g - - s t a t ef u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g o f s e n s o r i n e u r a ld e a f n e s sp a t i e n t s a b s t r a c t o b j e c t i v e ：t oo b s e r v et h ea c t i v a t e db r a i na r e a so fn o r m a lh e a t i n g s u b j e c t s a n dt h es e n s o r i n e u r a ld e a f n e s s p a t i e n t s w i t hr e s t i n g s t a t eb r a i n f u n c t i o n a lm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ( r e s tf m r a ) ，a n dt oc o m p a r et h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e m m a t e r i a l sa n dm e t h o d s ：b o t ht h en o r m a lh e a r i n gs u b je c t sa n dt h e s e n s o r i n e u r a ld e a f n e s sp a t i e n t sw e r es c a n e dw i t hg e3 0 tm r s c a r i e rt og e t r o u t i n et 2 w ia n dr e s tf m r ii m a g e s t oo b s e r v et h ei n t e n s i t ya n dm n i c o o r d i n a t e so ft h ea c t i v a t e da r e a s ，t h e nm a k ea p p r o p r i a t es t a t i s t i c a la n a l y s i s b e t w e e nt h et w o g r o u p s r e s u l t s ：1t h en o r m a lh e a r i n gs u b j e c t s a l f fa c t i v a t e db r a i na r e a sa r e ： b i l a t e r a lm i d d l ef r o n t a lg y m s ，b i l a t e r a li n f e r i o rp a r i e t a lp r a e c u n e u s ，b i l a t e r a l i n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l e ，r i g h ta n t e r i o rc i n g u l a t eg y m s ，r i g h tp o s t e r i o rc i n g u l a t e g y r u sa n dr i g h ti n f e r i o rf r o n t a lg y m s ；r e h o a c t i v a t e db r a i na r e a sa r e ：b i l a t e r a l i n f e r i o rp a r i e t a lp r a e c u n e u s ，b i l a t e r a lp a r i e t a la n g u l a rg y m s ，b i l a t e r a lp o s t e r i o r c i n g u l a t eg y r u s ，r i g h ta n t e r i o rc i n g u l a t eg y r u s ，r i g h tm i d d l ef r o n t a lg y r u sa n d r i g h ti n f e r i o rf r o n t a lg y r u s 2 t h es e n s o r i n e u r a ld e a f n e s sp a t i e n t s a l f fa c t i v a t e db r a i na r e a sa r e ：l e f t i n f e r i o rf r o n t a lg y r u s ，l e f tm i d d l et e m p o r a lg y r u s ，l e f tp a r i e t a ll o b ea n g u l a r g y r u s ，r i g h tp o s t e r i o r t h ec e n t r a l g y r u s ，r i g h tp o s t e r i o r c i n g u l a t eg y r u s ； r e h o a c t i v a t e db r a i na r e a sa r e b i l a t e r a lo c c i p i t a lc o r t e x ，l e f tp a r i e t a ll o b e a n g u l a rg y r u s ，l e f ts u p e r i o rt e m p o r a lg y n l s ，l e f ti n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l e ，r i g h t p o s t e r i o rc i n g u l a t eg y r u s ，r i g h ta n t e r i o rc i n g u l a t e ，r i g h tm i d d l ef r o n t a lg y r u s ， r i g h ti n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l es u p r a m a r g i n a lg y r u s 3 d i f f e r e n c eb e t w e e nt h en o r m a lh e a r i n gs u b je c t sa n dt h es e n s o r i n e u r a l d e a f n e s sp a t i e n t s i nn o r m a ls u b je c t s ，s t r o n g e ra c t i v a t e da l f fb r a i na r e a s t h a ns e n s o r i n e u r a lh e a t i n g1 0 s sp a t i e n tw e r ef o u n di n ：l e f tm i d d l ef r o n t a l 2 t h a ns e n s o r i n e u r a lh e a r i n gl o s sp a t i e n tw e r ef o u n di n ：b i l a t e r a lm i d d l ef r o n t a l g y r u s ，b i l a t e r a l a n t e r i o r c i n g u l a t eg y m s ，l e f tp a r a h i p p o c a m p a lg y m s ， l e f t n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l es u p r a m a r g i n a lg y l u s ，f i g h ti n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l e ， l e f tp o s t e r i o rc i n g u l a t eg y r u s c o n c l u s i o n s ：1 p o s t e r i o rc i n g u l a t ea n da d ja c e n tp r a e c u n e u s ，a n g u l a r g y m s ，v e n t r a la n t e r i o rc i n g u l a t ea n dp r e f r o n t a ll o b ec o n s t i t u t ead e f a u l ts t a t e o ft h en e t w o r ki nn o r m a lr e s t i n gs t a t e 2 t h e r ew e r ed i f f e r e n ta c t i v a t e db r a i na r e a sb e t w e e ns e n s o r i n e u r a l d e a f n e s s g r o u p a n dt h en o r m a l h e a r i n gg r o u p ，w h i c hs u g g e s t c o r t e x r e o r g a n i z a t i o n si nt h es e n s o r i n e u r a ld e a f n e s ss u b j e c t s k e yw o r d s ： r e s t i n g - s t a t e ；a l f f ； r e h o ；f u n c t i o n a lm a g n e t i c r e s o n a n c ei m a g i n g ；s e n s o r i n e u r a ld e a f n e s s 英文缩写 缩略词 r e s t f m i u g e r e p i a l f f r e h o l m f g r a c c r - i n s u l a r s f g l p c l r t s g l i f g l s m g p c c k c c m n i 英文缩写 英文全称 r e s t i n g s t a t e f u n c t i o n a lm a g n e t i c r e s o n a n c ei m a g i n g g r a d i e n te c h o e c h op l a n a ri m a g i n g a m p l i t u d eo f l o wf l u c t u a t i o n r e g i o n a lh o m o g e n e i t y l e f tm i d d l ef r o n t a lg y l l l s r i g h ta n t e r i o rc i n g u l a t e c o r t e x f i g h ti n s u l al o b e r i g h ts u p e r i o rf r o n t a lg y r u s l e f ti n f e r i o rp a r i e t a ll o b u l e r i g h ts u p e r i o rt e m p o r a lg y r u s l e f ti n f e r i o rf r o n t a lg y r u s l e f ts u p r a m a r g i n a lg y r u s p o s t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e x k e n d a l l sc o e f f i c i e n t o fc o n c o r d a n c e m o n t r e a ln e u r o l o g i c a li n s t i t u t e 中文全称 静息态 功能性 核磁共振 梯度回波 平面回波 低频振幅 局部一致性 左侧额中回 右侧扣带 回前部 右侧岛叶 右侧额上回 左侧顶下小叶 右侧颞上回 左侧额下回 左侧缘上回 后扣带回 肯德尔 和谐系数 蒙特利尔 神经研究所 4 研究论文 感音神经性耳聋的静息态功能磁共振 上- 一 刖置 听觉是人脑重要的高级功能，听觉的形成传导机制非常复杂，听觉中 枢的精细解剖位置在人脑中也存在差异。随着各种研究技术的进步，特别 是近十年来磁共振、脑磁图及功能神经影像学应用在有关听觉的研究中， 为我们深入的了解听觉的产生、听觉信息的传导、整合及加工机制等方面 提供了大量有价值的信息。尤其是对耳聋这一听觉疾病的研究取得了很大 的进展。 半个世纪来，针对听觉的研究产生了两条基本共识：一是初级听觉中 枢位置在颞横回，又称h e s c h l 回；次级听觉中枢位于初级听觉中枢的周 围，包括带状区、带旁区以及颞平面前极。二是脑的不同部位辨认不同类 型听觉信息；额叶额中、下回、中央前回的辅助运动区、扣带回等部位参 与对不同类型听觉信息的辨认和记忆。 听觉信息的辨认和记忆是一个复杂的过程，同时这个复杂过程也具有 重塑性。双侧颞上回、颞中回在处理声音和听觉信息方面有重要作用，左 侧更为重要，尤其是在语音转译、自我调控以及两半球信息交流等方面【1 】。 左侧颞上回( b r o d m a n n 2 2 ) 、左侧额中回与语音分析有关 z - 4 ，其后部属传 统的w e r n i c k e 区，右侧颞上回则对音高、音调进行知觉和分析【5 刁】。s a l m o n 等【8 】人在研究单一母语和双语被试者时发现，双语被试者在听到第二语言 时左侧额中回产生了明显的激活，而单一母语被试者没有发现左侧额中回 的激活。 听力正常者听皮质中枢存在着频率敏感性排列结构，给予单耳刺激时 激活位置以对侧半球为主，而单侧耳聋病人则存在着听皮质结构的重组， 即给予单侧刺激时对侧半球的优势化明显消失。夏爽【9 】等人进一步研究发 现，正常人和单侧感音神经性耳聋的病人在给予不同的频率的声音刺激 时，不但发现两组对照之间大脑激活的区域不同外，还发现不同频率的声 音在大脑激活的面积是不同的。在研究中分别给两组对照施加5 0 0 h z 、 4 0 0 0 h z 不同频率的声音刺激，发现5 0 0 h z 刺激对听觉皮层的激活面积明 显大于4 0 0 0 h z 的刺激。 研究论文 在对聋哑人和盲人的有关实验中，发现了“知觉补偿”现象的普遍存， s t i v a l e t t l 0 等人研究发现聋人由于获取外界信息更依赖于视觉系统，所以 成年聋人经过多年经验积累和非自觉的训练而使视觉系统形成一定的补 偿能力，聋人在某些视觉频率方面的反映特性快于正常人，从而发现的聋 人视皮层最大兴奋的闪烁频率较高。其他一些实验也支持这样的结果 1 1 - 1 2 】 本实验采用静息态功能核磁共振来研究听力正常人和感音神经性耳 聋患者脑部功能激活区的情况，并比较其差异。为听觉机制的研究和临床 感音神经性耳聋研究提供参考资料。 材料与方法 1 研究对象 1 1听力正常组：2 4 例听力正常受试者，其中男性1 2 人，女性1 2 人， 年龄范围2 2 2 5 岁，平均2 3 5 8 士1 2 4 8 岁；受试者均为右利手，并经行常规 t 2 w i 扫描。 1 2感音神经性耳聋组：2 4 例聋哑人，其中男性1 2 人，女性1 2 人， 年龄范围1 7 2 2 岁，平均1 9 2 9 士1 7 8 1 岁；受试者均为右利手。分别对受试 者的左右耳做诱发潜在听力测试，接受强度为9 0 9 7 d bn h l ，速率为 2 1 1 m s ，受试者均未佩戴任何形式助听器，由本院经验丰富耳科医生检 查并除外先天性外耳道闭锁及其他耳部疾病：如中耳炎等；听力损失组占 主导的致聋因素为曾有致聋药物使用史；受试者均做常规t 2 w i 扫描( 在 有经验的m r j 技师操作下完成；检查前均由专业人员讲述要求：受试者安 静平躺并配合技师要求并未佩戴任何形式的助听器) ，扫描图像并由神经 影像科室主任医师阅片，除外任何脑实质疾病及m 可以发现的内耳、内 听道病变。受试者脑部t 2w i 均未发现任何原因引起的脑萎缩。 2 仪器与方法 采用美国g e3 0ts i g n a le x c i t e 超导型全身磁共振扫描系统，对2 4 例( 男1 2 例，女1 2 例) 健康正常人及2 4 例( 男1 2 例，女1 2 例) 聋哑人均行 m 埘研究，所有被试者进行静息态扫描。被试者取仰卧位，用海绵填塞 头部和线圈之间的空隙，嘱被试者在实验过程中保持身体静止不动，均匀 呼吸，以适应磁体环境，排除幽闭恐怖症。开通磁体内风扇，保持空气流 研究论文 通。待被试完全适应后即可进行磁共振成像的扫描；基础静息态功能像扫 描时，如被试者出现明显头动时( 平移超过0 5 m m ，旋转超过o 1 度) ，即 终止扫描，重新摆位、扫描。各扫描序列参数如下： 解剖像：常规t 2 w f s e 扫描。扫描参数为：t r = 3 5 0 0 0 m s ， t e = 1 0 2 1 m s ，回拨链= 1 9 ，接收带宽= 6 2 5 0 ，f o v = 2 4 c m ，层厚= 6 5 m m ， 间隔= 1 3 m m ，矩阵= 4 1 6 x 2 2 4 ，平均次数2 ，频率方向a p 。 功能像：f m r i 扫描采用梯度回波( g r a d i e n te c h o ，g r e ) 单次激发回 波平面成像( e c h op l a n a ri m a g i n g ，e p i ) 技术。扫描参数如下： 刚t e = 2 5 0 0 3 5 m s ，f o v = 2 4 c m ，m a t r i x = 6 4 x 6 4 ，层面内分辨率 = 3 7 5 m m x 3 7 5 m m ，层厚= 5 m m ，层间距= l m m ，层数= 3 2 ，采集1 8 0 个时相， 时间为7 分1 4 秒，获得图像5 7 6 0 幅。 3 图像分析与测量 本研究采用通用的脑功能数据处理软件s t a t i s t i c a lp a r a m e t r i cm a p p i n g ( s p m 5 ，w e l l c o m ed e p a r t m e n to fi m a g i n gn e u r o s c i e n c e ，l o n d o n ，u k ) 和 m a t l a b 7 o 。处理步骤如下： 3 1 时间校正：即同层校正。图像采集过程中层与层获取时间是不同 的，为了使所采图像具有可比性，即：使得一个t r 中的各层获取时间一致， 经过一系列数学转换使得全脑所有层面的采集都在同一个t r 的开始处进 行。 3 2 头动校正：做实验时，由于实验时间比较长，采集次数也比较多， 在加上呼吸、心跳等生理因素对头动会造成一定的影响，为了消除由于头 动造成的影响，我们必须采取一种行之有效的计算方法以消除其头动对其 造成的影响，即头动校正。在s p m 中，头动校正是基于刚体运动的迭代计 算、旋转参数，使参考图像与后续图像之间的不匹配程度最小化。 3 3 空间标准化：由于被试者脑结构存在差异，对不同被试者采用同 一种成像方法得到的图像进行空间统一时，就需要用带有整体形变的仿射 变换和局部非线性变换将它们换算到标准脑上。需要将所有被试放入统一 公共的标准空间进行统计分析，将f m r i 图像标准化到s p m 提供的标准e p i 模板。 3 4 空间平滑：可以通过平滑消除硬件不稳及生理运动产生的干扰信 号，空间平滑减d x m r 图像随机噪声、提高信噪比与功能激活数据的检测 研究论文 能力，减少标准化后剩余的个体间差异，使残差更符合高斯分布，同时进 步提高信噪比，使用4m m x 4m m x 4 m m 的半高全宽( f u l lw i d t ha th a l f m a x i m u m ，f w h m ) 的高斯滤波器对f m r i 图像进行空间平滑。最后将脑 功能图像和模板图像进行卷积，即可实现平滑化滤波处理。 3 5 去线性漂移对经空间平滑后的图像进行去线性漂移。进一步去 除由于头动等诸多因素而造成的被试数据偏离生理基线的程度。 3 6 低频滤波采用0 0 1 0 0 8 h z 频段对所得信号进行低频滤波，去除 高频和更低频信号的干扰。 4 静息态a l f f 和r e h o 分析 4 1 低频振幅( a l f f ) 分析 采用r e s t 软件做a l f f 分析，计算信号在0 0 1 o 0 8h z 下的功率谱并 进行开方，得到信号的低频振荡幅度；计算频率在o 0 1 o 0 8h z 的信号振 幅的平均值，即b o l d 信号变化的强度；为消除个体间全脑a l f f 总体水 平的差异，每个体素的a l f f 值除以全脑信号幅值的均值，对全脑逐体素 做标准化；将静息和计算状态标准化后的a l f f 脑图做配对t 检验的组间分 析，激活阈值设置为p o o l ，激活范围阈值设为2 7 0t u r n 3 ，即l o 个体素， 得到静息状态各脑区低频振荡幅度 大小的结果。 4 2 局部一致性( r e h o ) 分析 采用r e s t 软件做r e h o 分析，r e h o 分析计算出脑内每个体素与其周 围相邻的体素在时间序列上的一致性，得出该体素的肯德尔和谐系数 ( k e n d a l l sc o e 伍c i e n to fc o n c o r d a n t e ，k c c ) ，即为该体素的r e h o 值。 每个体素均有一个r e h o 值，构成了受试者的r e h o 脑。 一个给定点的肯德尔和谐系数k c c 的计算公式如下： w - 窆( r i ) 2 - - n ( r ) 2 1 1 2 k 2 ( n 3 - n ) i = 1 其中w 就是给定点的肯德尔和谐系数k c c ，它的取值范围在o 1 2 _ 间；n 是时间点数，k 是给定体素点与其邻域体素点的总数，即给定点本 身及其1 1 个邻域点，这k 个体素点又称为一个簇( c l u s t e r ) ；r i 是第i 个时间 点的k 个体素点的体素值的等级总数；r 是m 的平均值。 5 统计学方法 用s p m 5 的数据统计分析软件进行实验数据的统计。大体上讲，s p m 5 研究论文 中图像数据的统计分析过程分为：( 1 ) 模型设置及参数估计；( 2 ) 对无效假 设进行检验，并作统计推断，然后进行统计参数图显示。 首先利用单样本t 检验，进行组分斩，分别得出听力正常组、感音神 经性耳聋组静息态功能磁共振( p o 0 5 ，u n c o r r e c t e d ) 激活脑区的强度效果图 及激活强度统计参数表。最后对所得到的结果利用两样本t 检验进行组间 分析，主要考察被试间的组间差异。最后将结