原发性开角型青光眼中枢视通路形态和功能的磁共振成像研究

【摘要】研究背景和目的青光眼是世界范围内不可逆性致盲的首要原因，以进行性的视网膜神经节细胞（retinalganglioncells，RGCs）及其轴突丢失为主要特征。原发性开角型青光眼（primaryopenangleglaucoma,POAG）是青光眼的主要表现类型之一，其发病隐匿，潜在危险性更大。尽管RGCs渐进性丢失是其主要的病理特征，但越来越多的组织学及影像学研究证实可能整个视觉通路均受累及，包括RGCs、外侧膝状体（lateralgeniculatenucleus,LGN）以及初级视皮质（primaryvisualcortex,V1）等。目前POAG被认为是由环境和遗传因素导致的复杂性性视通路病变，但具体的发病机制仍需进一步探讨。近年来采用磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）技术对POAG视觉通路损害的研究引起了广泛关注。该技术可以从视觉皮质结构、视通路白质纤维束、任务态和静息态的脑功能等诸多角度揭示POAG视觉通路的改变情况。但既往的MRI研究多关注于POAG的中晚期，疾病早期的中枢视觉通路是否改变仍不明了，而且POAG患者皮质形态的改变进程以及POAG早期静息状态下功能的改变在疾病神经机制中起到的作用尚不清楚。因此，本项研究基于视皮质通路多参数的形态分析以及静息态功能磁共振（resting-statefunctionalmagneticresonanceimaging,R-fMRI）的方法，研究POAG患者特别是疾病早期中枢视区的皮质结构和相关脑区的神经元功能改变，探讨该病可能的发病机制并为临床治疗提供有效的依据。材料和方法1.采集36例双眼POAG患者和40例匹配的正常志愿者的3DT1加权高分辨率MRI数据，采用CIVIET软件（1.1.9版本，蒙特利尔神经病研究所，加拿大）进行全脑皮质厚度分析，检测POAG患者可能存在的皮质厚度改变并与视网膜神经纤维层（retinalnervefiberlayer,RNFL）厚度做相关分析。随后POAG患者组被分成轻重两个亚组，比较视区皮质厚度随疾病严重程度的改变情况。2.采集20例早期（轻度组）、17例中晚期（重度组）的双眼POAG患者和20例匹配的健康志愿者（对照组）的TI加权高分辨率MRI数据。基于感兴趣区（regionofinterest,ROI）分析的方法V1、V2（纹前皮质）和V5/MT+（颞中回视区）的皮质厚度，数据处理由FreeSurfer软件（5.3.0版本，麻省总院，波士顿，美国）完成。比较三组间的皮质厚度差异，并分析各ROI双侧的皮质厚度与双侧的RNFL厚度和视野MD值的相关性。3.采用第二部分的MRI数据，按照视网膜映射（中心视角10°）把V1和V2分别细分为前后两个亚区，同样纳入V5/MT+区作为ROI。分析V1和V2前、后亚区以及V5/MT+区的多参数皮质结构改变。比较三组间形态学指标的差异，并分析皮质厚度与关键性临床指标之间的相关性。4.采集21例POAG早期患者和20例健康志愿者的R-fMRI和高分辨率T1结构像数据，计算全脑比率低频振荡波幅值（fALFF）得到活动改变脑区，并把fALFF改变区（左侧楔前叶）与双侧V1、V2、V5/MT+区一并纳入作为ROI，分析与全脑功能连接的强度改变。结果：1.全脑皮质厚度分析结果：POAG组在双侧的距状沟前份的视皮质厚度明显变薄（右侧的BA17，左侧的BA17和BA18）。另有较小的皮质厚度减低区呈现在左侧的颞中回（BA37）和梭状回（BA19）。相关分析：左侧和右侧的距状沟皮质厚度与RNFL厚度呈正相关（左侧r=0.44，P=0.01；右侧r=0.38；P=0.03）。重度亚组左侧和右侧的RNFL厚度以及皮质厚度与轻度亚组比较均显著变薄。RNFL厚度左侧：59.2±18.1vs.77.3±13.0μm（P=0.001）；右侧：59.2±14.5vs.73.3±19.0μm（P=0.020）；皮质厚度左侧：2.46±0.18vs.2.59±0.10mm（P=0.014）；右侧：2.56±0.16vs.2.70±0.14mm（P=0.009）。2.基于ROI的皮质厚度分析结果：与正常组比较，重度组左侧的V1和双侧的V2以及V5/MT+区皮质厚度明显减低，轻度组双侧的V5/MT+区皮质厚度显著变薄；三组间的平均皮质厚度随疾病加重呈减低趋势，重度组双侧的V2区皮质厚度较正常组和轻度组均明显变薄。双侧的V2区（r=0.38，P=0.02）和V5/MT+区（r=0.44，P=0.006）的皮质厚度与双侧的RNFL厚度呈正相关。双侧所有ROI的皮质厚度均与双侧的视野MD值呈正相关（V1：r=0.34，P=0.04；V2：r=0.42，P=0.009；V5/MT+：r=0.37，P=0.03）。3.基于ROI的形态学分析结果：皮质厚度：与正常对照组比较，重度组的V1前亚区（P=0.010），V2前亚区（P=0.011）和V5/MT+（P=0.016）区皮质厚度显著减低，轻度组V5/MT+区皮质厚度明显变薄（P=0.025）。重度组的V2后亚区皮质厚度较轻度组（P=0.002）和正常对照组（P=0.000）均显著减低。重度组V2后亚区灰质体积较正常对照组（P=0.001）和轻度组（P=0.034）均显著性减少。重度组V5/MT+区的平均曲率较正常组（P=0.031）显著改变。但三组间表面积无显著差异（P>0.05）。皮质厚度相关分析：V5/MT+区与RNFL厚度正相关（r=0.42，P=0.01）。重度组V1前亚区与RNFL厚度有相关趋势（r=0.46，P=0.08）。4.全脑静息态fALFF与功能连接分析结果：与对照组比较，POAG早期患者的左侧楔前叶（BA7），左侧角回（BA39）fALFF值呈显著减低（P<0.05,AlphaSim校正）。功能连接结果显示患者组与左侧楔前叶（BA7）和双侧V5/MT+连接强度较对照组减低的区域主要包括：动眼区(BA8)、额回（BA9、BA10、BA11）、前扣带回（BA24）、左侧小脑后叶和小部分颞中回区域（BA39），这些脑区基本与背侧注意网络一致。与V1和V2区连接强度减低的区域包括左侧前扣带回和左侧小脑后叶。患者组未发现fALFF或功能连接强度较对照组增高的区域。结论：1.全脑皮质厚度分析发现皮质改变区域主要位于距状沟周围皮质（BA17和BA18区），并且与临床关键指标RNFL厚度呈正相关，说明皮质厚度分析结果准确可靠，可作为判断POAG患者疾病严重程度的影像学指标。POAG患者视觉皮质萎缩揭示视觉中枢参与了其中的发病机制，但是基于全脑的皮质厚度分析不能提供解剖或者功能具体分区内的整体特性，也无法进行个体化的诊断。2.基于ROI的皮质厚度分析发现POAG早期患者V5/MT+区存在皮质萎缩，并显示随疾病严重程度的增加视皮质厚度的呈进行性减低。结果提示POAG早期视皮质就已参与了其中的病生机制，为临床早期干预治疗和指定策略防止脑神经损伤提供了影像学证据。3.基于视网膜皮质映射的形态学结构分析能够提供更多的POAG患者视皮质改变信息，结果表明皮质厚度是POAG患者视皮质改变的敏感性和可靠性指标，且V1和V2细分亚区之后更能客观地评价视区内的改变。结果提示V5/MT+区可能是POAG早期视皮质结构改变的关键脑区。4.R-fMRI结果显示POAG早期患者的背侧注意网络受到了影响。楔前叶（BA7）和V5/MT+可能是POAG早期患者功能改变的关键脑区，其所处的背侧视觉通道在POAG早期的发病机制中起到了关键的作用。
【作者】于龙华；
【导师】王健；
【作者基本信息】第三军医大学，影像医学与核医学，2014，博士
【关键词】原发性开角型青光眼；视网膜神经纤维层厚度；视野缺损；磁共振成像；皮质厚度；灰质体积；表面积；曲率；比率低频振荡振幅；功能连接；

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