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精神分裂症影像学的分析

2014/04/12 阅读:

1功能性磁共振成像

fMRI是通过探测BOLD信号的改变,发现脑组织区域内因神经元活动度不同导致的脱氧血红蛋白相对含量的变化,进而推测大脑神经活动的成像方法;可将神经代谢活动检测与高分辨率MRI相结合,对神经元活动进行准确定位,可重复性较好,无创,能将神经病理、病生理分子机制和心理学、行为学现象联系起来,已成为研究精神分裂症的重要方法。fMRI包括基于任务相关的fMRI和静息态fMRI两种。基于任务相关的fMRI的脑功能研究是基本研究手段,通过合适的实验任务刺激受试者,进而检测参与任务的脑区激活状态;研究者可通过任务刺激时扫描所得的激活区图来进一步评价患者脑功能状态是否存在异常。早期fMRI研究中,静息状态被一致认为是脑的一种稳定状态,但后来很多实验结果出现“负激活”,提示人脑在静息状态下的活动可能并不是无序的、可忽略的,并由此发展出了独立的静息状态研究。Biswal等于1995年发现人脑静息状态下左右半脑主运动区BOLD信号的“慢波振荡”。Cordes等发现静息状态人脑运动系统、听觉系统、视觉系统内部均存在显著功能连接。Yu等研究发现静息态脑组织间的功能连通性可作为分类特征来区分精神分裂症患者及其健康的兄弟姐妹和健康对照组。杨桂芬等指出,精神分裂症患者工作记忆编码、维持和提取成分的一些执行脑区皮层效率功能低下。通过静息态fMRI研究,有望了解精神分裂症患者是否存在脑功能活动状态的基线水平异常。

2DTI

DTI是一种新型MR成像技术,通过水分子的弥散情况,间接评价脑白质的结构完整性,还可无创显示脑组织深部白质纤维束的走行。理想环境下,水分子的布朗运动在各个方向概率相同,即弥散的各向同性,但在神经组织内,水分子沿纤维走行方向弥散比与之垂直方向更容易,这种现象称为各向异性弥散,轴突及其周围髓鞘是脑组织内各向异性形成的主要因素。获得DTI图像最常用单次激发扩散加权EPI,其具有速度快、可抑制运动伪影的优点,但对于图像失真很敏感[17]。2006年,新的线扫描扩散成像(line-scan-diffusion-imaging,LSDI)技术问世。DTI参数中,方向至少为6个,方向数目越多,最终数据的准确性越高;激励次数越多,图像的信噪比越高,但都将需要更多扫描时间。高空间分辨率DTI扫描可提供精细的可视化三维白质纤维束模拟图形,并将纤维重建的信息获取范围从单个像素点扩展至全部扫描范围。一个像素内的各向异性信息是内部多重结构对水分子弥散的总和,反映其内白质纤维最主要的方向特点。采用图像像素显示法,配合勾勒ROI或VBM半自动分析,可以计算扫描范围内任意区域的ADC值、FA值等,后者反映目标区域的脑组织的弥散特性,可能提示潜在的白质结构完整性改变。DTI的定量分析法同样包括ROI测量和VBM半自动测量,近十年来应用VBM法的研究较多。1994年,Basser等提出DTI技术可无损、定量测量脑组织中水的弥散各向异性。此后DTI广泛应用于中枢神经系统的组织形态学与病理学细微分析中,已在精神分裂症的脑组织研究中发挥着越来越重要的作用,可为精神分裂症的神经病理生理学研究提供直接或间接依据。较早期DTI的研究重点是大范围的白质区域组间对比及量化,而非更加特异的纤维解剖结构。随着VBM的更多应用,比较常见的阳性结果包括扣带回、弓状纤维以及其他多条纤维FA值下降,而诸如胼胝体、额叶大范围白质的统一阳性结果较少。目前虽有众多研究发现精神分裂症患者存在脑白质纤维FA值等数值改变,但尚不能将其与轴突损伤、局部轴突密度减少、轴突直径改变、髓鞘缺损、纤维束走行改变等神经病理学微观结构改变密切结合。近些年亦有学者将DTI技术用于研究精神分裂症患者的小脑结构及钩束。

3MRS

MRS是一种可以观察脑区物质能量代谢、分析其生理生化改变的非侵袭性影像学方法,其用于精神分裂症研究始于20世纪90年代,现已取得了一定成绩,并已从分析单个脑区生化物质代谢转向多个脑区共同分析。临床较常用的MRS方法是MR质子波谱(1H-MRS)和MR磷波谱(31P-MRS)。1H-MRS的临床应用技术最成熟,应用也最方便、最广泛,主要集中在观察代谢物质NAA绝对量及NAA/Cr值。尽管目前活体MRS在精神分裂症中的应用多为横向研究,但已充分证实精神分裂症患者存在脑部生化异常,值得进一步研究。其应用前景主要包括:①长期纵向跟踪随访;②验证各种假说;③新的波谱成像技术,如3DMRSI有助于识别重要脑区,且在结构正常时对脑区进行定位;④分析精神分裂症亚型与生化代谢改变的相关性。MRS在精神分裂症中的研究处于初始阶段,但活体MRS为研究精神分裂症病理生理学机制提供了新的方法,将对预防和治疗精神分裂症起到重要作用。

4PET

PET能够借助不同的示踪剂定性、定量分析大脑血流灌注情况及代谢活性,确定人脑中重要神经递质的分布,现广泛应用于精神分裂症的病理生理学机制及神经生化研究,主要包括多巴胺能神经递质及受体研究、5-羟色胺受体分布研究以及认知功能障碍等方面,其中以多巴胺能神经递质及受体研究较为多见。精神分裂症多巴胺假说认为,精神分裂症患者同时存在前额叶皮层多巴胺功能低下和皮层下多巴胺功能亢进,皮层下多巴胺释放增加致使多巴胺D2受体刺激增加、出现阳性症状,而阴性症状和认知缺陷是由额叶皮层多巴胺D1受体刺激的减低引起的。Kosaka等应用多巴胺D1受体的放射性配体显像剂检测存在阴性症状的慢性精神分裂症患者的多巴胺的D1受体结合力,发现其纹状体和额叶皮层的多巴胺D1受体结合力明显低于健康对照组。Buchsbaum等将未经药物治疗的15例精神分裂症患者的PET图像与MRI融合,与15名健康对照者进行比较,发现除纹状体外,患者丘脑、杏仁核、扣带回及颞叶皮层的多巴胺D2/D3受体结合力亦明显减低,以丘脑减低程度最大,D2受体水平仅为纹状体的10%。最新的多巴胺理论还强调分子遗传学和环境因素对精神分裂症也有一定影响。综上所述,精神分裂症是一种病因未明、严重影响患者生活质量、给家庭及社会带来一定危害的精神疾病;影像学的发展大大丰富了对精神分裂症患者颅脑异常的认识,可为揭示其神经病理变化提供基础;上述影像学手段联合应用,有助于全面分析精神分裂症患者的神经病变。

作者:刘晋林敬晖洪楠单位:北京大学人民医院放射科

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