基于磁共振3D-T1WI对智力障碍儿童的脑结构思考

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论文字数:25855 论文编号:sb2021102714495939171 日期:2021-10-27 来源:硕博论文网
本文是一篇医学论文,笔者经过研究,得出经下结论:(1)NS-ID 儿童存在特定的脑结构影像学表征,即额叶、枕叶局部脑灰质体积增大,且部分脑区与 IQ 存在相关性,这可能是智力障碍患儿认知功能受损和适应行为障碍的解剖学基础。(2)不同类型 NS-ID 儿童脑灰质体积改变区域分布可能存在差异。(3)智力障碍儿童大脑灰质发育轨迹可能存在异常。

1 材料与方法

1.1 研究对象
1.1.1 被试纳入及排除标准
纳入标准:(1)年龄 6-14 岁;(2)常规颅脑 MRI 检查无异常;(3)韦氏儿童智力量表(WISC)第二版总智商评分≥90 分纳入健康对照组(HC 组);总智商评分≤70 分纳入智力障碍组(ID 组),其中,语言智商得分低于操作智商得分 15 分及以上纳入语言缺陷组(LD 组),操作智商得分低于语言智商得分 15 分及以上纳入操作缺陷(operation deficit, OD)组(OD 组),语言智商与操作智商得分差小于 15 分者纳入常规缺陷组(CD 组)。
排除标准:(1)患儿既往或当前出现神经系统症状和体征;(2)存在明显心、肺、肝、肾等重要器官功能障碍;(3)有围产期窒息或缺氧史以及妊娠期<37 周;(4)MRI 检查相关禁忌症;(5)3D 磁化准备快速梯度回波(Magnetization PreparedRapid Acquisition Gradient Echo, MPRAGE)序列扫描图像出现伪影而无法进行 VBM处理。
本研究经遵义医科大学第三附属医院医学伦理委员会批准通过,磁共振检查前充分告知被试儿童及其监护人本研究目的及详细过程,获得其同意后签署知情同意书。
1.1.2 一般临床资料
收集 2019 年 1 月至 2020 年 10 月期间以智力低下为主诉在遵义医科大学第三附属医院儿保科门诊就诊儿童,采用韦氏儿童智力量表(WISC)第二版进行全面智力测评,符合智力障碍并行颅脑 MR 扫描图像符合要求者共 49 例(简称 ID 组),男33 例,女 16 例,年龄 6-14 岁,平均 9.6±2.1 岁,其中语言缺陷组(LD 组)19 例,操作缺陷组(OD 组)0 例,常规缺陷组(CD 组)30 例。同期招募性别、年龄及受教育程度相匹配且颅脑 MRI 图像符合要求的健康对照组(HC)儿童共 34 例(简称HC 组),其中男 20 例,女 14 例,年龄 6-14 岁,平均 8.9±2.1 岁。所有受试儿童均为右手优势者。
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1.2 数据采集
1.2.1 扫描设备
扫描采用德国 Siemens Skyra 3.0 T 高场强磁共振扫描系统,20 通道头颈联合线圈进行扫描,首先采集常规 T2-FLAIR 图像以排查脑部宏观结构异常病变,然后采集3D-T1WI 图像,即磁化准备快速梯度回波序列(MPRAGE)进行全脑轴位扫描。两组被试者均在智力测试完成后当天进行 MRI 检查。
1.2.2 颅脑 MRI 扫描方法及参数
1.2.2.1 检查准备及摆位
嘱受检者去除身上金属异物。取仰卧位,身体处于检查床正中,双手平放置于大腿两侧,保持舒适姿势,平静呼吸,用泡沫垫固定头部,限制头部运动,予泡沫耳塞降低噪音保护患者听力,增加配合度。对不能配合的受试者,可在扫描前 30 min 给予 100g/L 水合氯醛 0.5 ml/kg 口服,以减少头动并顺利完成 MRI 检查,检查过程中密切观察被试生命体征。
1.2.2.2 扫描序列及参数
(1)常规 T2-FLAIR 序列:重复时间(repetition time, TR)=7540.0ms,回波时间(echo time, TE)=91ms,视野(field of view, FOV)=230mm × 230mm,矩阵(matrixsize)=230 × 230,层数=20,层厚=5.0mm,层间距=1.75mm,激励次数=1。
(2)3D-T1WI 结构像:采用三维磁化准备快速梯度回波(MPRAGE)序列同方位采集全脑结构像,重复时间(repetition time, TR)=2300.0ms,回波时间(echo time,TE)=2.98ms,翻转角(flip angle)=8°,视野(field of view, FOV)=256mm × 256mm,矩阵(matrix size)=256 × 256,层数=192,层厚=1.00mm,层间距=0.50mm,激励次数=1。
所有被试的磁共振图像首先由两名放射科副主任医师查看,以确保纳入的被试无器质性脑病变和图像质量问题,对排除意见不统一时,增加一名放射科副主任医师,三人投票决定,≥两票认为有异常则判定为有异常。
图 1 VBM 数据预处理流程图(配准、灰白质分割、生成模板、空间标化、平滑降噪)
图 1 VBM 数据预处理流程图(配准、灰白质分割、生成模板、空间标化、平滑降噪)
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2 结果

2.1 各组间一般临床资料比较
ID 组与 HC 组:两组间性别、年龄、受教育程度、利手及身高差异均无统计学意义(P>0.05),头围、体重差异存在统计学意义(P<0.05)(表 1)。
LD 组儿童 19 名,按照性别、年龄、受教育程度及利手匹配原则选择 19 名 HC组儿童作为对照组。头围、身高、体重差异无统计学意义(P>0.05)。
CD 组儿童 30 名,按照性别、年龄、受教育程度及利手匹配原则选择 30 名 HC组儿童作为对照组。头围、身高、体重差异存在统计学意义(P<0.05)。
LD 组儿童 19 名,按照性别、年龄、受教育程度及利手匹配原则选择 19 名 CD组儿童作为对照组。头围、身高、体重差异无统计学意义(P>0.05)。
表 1 ID 组与 HC 组一般临床资料比较
表 1 ID 组与 HC 组一般临床资料比较
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2.2 ID 组与 HC 组脑结构比较及相关分析
2.2.1 脑灰质、白质及全脑体积比较
与 HC 组比较,ID 组脑灰质、白质总体积及全脑容积均减小。在以下脑区局部灰质体积较 HC 组增大,包括左侧眶内额上回、左内侧额上回、右内侧额上回、右侧楔叶、双侧辅助运动区。ID 组在右侧颞中回局部灰质体积较 HC 组减小(表 2、图 2)。
表 2 ID 组较 HC 组脑局部灰质体积增高及减低脑区
表 2 ID 组较 HC 组脑局部灰质体积增高及减低脑区

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3 讨论………………………...…......24
3.2 智力障碍与健康对照间脑体积差异比较............................24
3.1 3D-T1WI 及 VBM 技术原理.......................24
4 结论………………………...…......29

3 讨论

3.1 3D-T1WI 及 VBM 技术原理
近年来,神经影像新技术的发展使我们能够在体迅速评估脑结构、功能、代谢等信息。其中,基于体素的磁共振成像方法,无论是全脑研究还是感兴趣脑区的研究,都能够更加敏感地检测出肉眼难以分辨的脑结构微小变化。
3D-T1WI 成像采用三维容积扫描,空间分辨率高,具有良好的组织对比度,由于其具有各向同性亚毫米级的分别,能够实现在亚毫米级别判断脑组织有无体积增大、缩小、缺如或信号异常,因而较临床常规使用的 3-5 毫米层厚图像更能发现异常,同时可以实现基于体素和顶点的图像分割、配准和对比,是评估大脑微结构变化的重要手 段 。其显著优势使得其在精神分裂症 、创伤后应激障碍、儿童癫痫等[31-33]神经精神疾病领域得到了广泛的应用,充分展示其应用前景。
以体素为基础的形态学测量与自建模板及微分同胚图像融合(VBM-DARTEL)算法是目前最流行的图像后处理算法。基于体素的形态学测量(VBM)可以在体素水平计算全脑或局部灰白质密度及体积差异并精确反映脑组织形态学改变,具有自动化、全面、客观和可重复等优势[34]。利用被试平均自建模板及微分同胚图像融合(DARTEL)方法可使图像个体间配准更加准确[35]。高分辨率结构磁共振成像结合基于体素的全脑分析或特定结构的感兴趣区分析,为研究肉眼无法识别的脑部结构异常提供了更好的技术支持。
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4 结论


(1)NS-ID 儿童存在特定的脑结构影像学表征,即额叶、枕叶局部脑灰质体积增大,且部分脑区与 IQ 存在相关性,这可能是智力障碍患儿认知功能受损和适应行为障碍的解剖学基础。
(2)不同类型 NS-ID 儿童脑灰质体积改变区域分布可能存在差异。
(3)智力障碍儿童大脑灰质发育轨迹可能存在异常。
参考文献(略)


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