正常人群腦內(nèi)GABA含量與年齡相關(guān)性的磁共振波譜研究.pdf

1、GABA(γ-aminobutyricacid,γ-氨基丁酸）是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，并在人類大腦的發(fā)育中發(fā)揮重要作用。GABA由前體谷氨酸(glutamate,Glu)通過谷氨酸脫羧酶（glutamicaciddecarboxylase，GAD）的作用合成，并參與GABA/谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)。在這一體內(nèi)重要的代謝物循環(huán)中，氨基丁酸能神經(jīng)元首先釋放GABA，隨之被星形細胞接收后合成為谷氨酰胺并釋放，接著谷氨酰胺被氨基丁酸

2、能神經(jīng)元吸收生成谷氨酸，最后谷氨酸被重新合成為GABA。研究表明，許多神經(jīng)疾病和精神疾病，比如抑郁癥、精神分裂癥、阿爾茨海默病(Alzheimer'sdisease，AD)和多發(fā)性硬化(multiplesclerosis，MS)等都會直接影響GABA/谷氨酸-谷氨酰胺循環(huán)。所以，測量活體人腦內(nèi)的GABA含量具有重要的臨床意義。
　　 磁共振波譜(magneticresonancespectroscopy,MRS)技術(shù)主要利用不同

3、化學(xué)環(huán)境下原子核的化學(xué)位移作用來檢測活體組織內(nèi)代謝物的含量。根據(jù)研究原子核的不同，磁共振波譜技術(shù)可以分為氫譜(1H)、磷譜(31p)、炭譜(13C)和氟譜(19F)等。但是，由于更高的分辨率和更敏感的信號，氫譜在臨床上最常用。磁共振氫譜的發(fā)展使我們可以檢測和量化腦內(nèi)的重要代謝產(chǎn)物，包括天門冬氨酸(NAA)，肌酸(Cr)，膽堿(Cho)和肌醇(mI)等。
　　 目前，MEGA-PRESS(MEscher-GArwoodPointR

4、ESolvedSpectroscopy)波譜序列被廣泛應(yīng)用于測量腦內(nèi)GABA含量。但是，據(jù)我們所知，未見有文獻利用磁共振波譜，研究正常人群腦內(nèi)GABA含量與年齡的相關(guān)性。所以，本研究在3T磁共振上，利用MEGA-PRESS序列結(jié)合波譜編輯技術(shù)檢測正常人群腦內(nèi)GABA含量，并探討GABA含量與年齡、性別和大腦區(qū)域的關(guān)系。
　　 論文包含三個部分，摘要如下:
　　 第一部分:MEGA-PRESS序列分離并量化腦內(nèi)GABA含量

5、的可重復(fù)性研究
　　 目的:在3T磁共振上，利用新的波譜編輯技術(shù)—MEGA-PRESS序列，檢測健康志愿者腦內(nèi)額葉感興趣區(qū)（volumeofinterest，VOI）的GABA含量，并在數(shù)據(jù)量化過程中，探討GABA簡單量化和相對量化的組間和組內(nèi)的可重復(fù)性。
　　 材料和方法:選取10名健康志愿者（5男，5女）作為研究對象，年齡范圍為20-30歲，平均年齡25.20±2.66歲。先利用飛利浦3.0T磁共振(Philips，

6、Achieva，TX，Best，TheNetherlands)T1加權(quán)TFE序列進行掃描，獲取MR高分辨率三維大腦影像。然后，利用磁共振波譜MEGA-PRESS序列掃描10名健康志愿者的額葉感興趣區(qū)。所有志愿者都至少掃描兩次，間隔時間至少24小時。其中3名志愿者在3星期內(nèi)連續(xù)掃描4次，每次間隔時間至少3天。應(yīng)用5分量表對共振頻率3.02ppm處的GABA譜線質(zhì)量進行評估。利用jMRUIv.4.0軟件對所有波譜數(shù)據(jù)中的GABA峰值進行簡單

7、量化(GABA+)和相對量化(GABA+/Cr;GABA+/NAA)。
　　 結(jié)果:MEGA-PRESS序列對10名健康志愿者的額葉感興趣區(qū)進行了26次掃描。所有數(shù)據(jù)經(jīng)軟件處理后，都在共振頻率3.02ppm處得到顯示良好的GABA峰(量表評估均值為4.98)。對于GABA量化方法的組間和組內(nèi)可重復(fù)性，GABA+/Cr的變異系數(shù)最低，GABA+/NAA其次，GABA+的變異系數(shù)最高。
　　 結(jié)論:MEGA-PRESS序列在

8、分離腦內(nèi)GABA上具有較高的穩(wěn)定性。對于GABA量化方法的組間和組內(nèi)可重復(fù)性，GABA含量的相對量化優(yōu)于簡單量化，而且GABA+/Cr的可重復(fù)性優(yōu)于GABA+/NAA。
　　 第二部分:重現(xiàn)并分割磁共振波譜掃描中的腦內(nèi)感興趣區(qū)
　　 目的:利用后處理軟件重現(xiàn)磁共振波譜掃描前劃定的感興趣區(qū)，并分割感興趣區(qū)的組織成分，以獲得其內(nèi)腦白質(zhì)、腦灰質(zhì)和腦脊液三種成分的比例。
　　 材料和方法:選取5名健康志愿者（3男，2女）

9、作為研究對象，年齡范圍為24-30歲，平均年齡26.20士2.28歲。先利用飛利浦3.0T磁共振TI加權(quán)TFE序列進行掃描，獲取MR高分辨率三維大腦影像，并手動劃定位于頂葉的感興趣區(qū)進行MEGA-PRESS序列波譜掃描。然后，利用MRIcron軟件把掃描后獲得的所有二維DICOM格式影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維ANALYZE格式，應(yīng)用FSL軟件包，先把ANALYZE格式的大腦影像自動去除顱骨和其它非腦組織，然后，應(yīng)用軟件包的FAST(FMRIB'

10、sautomatedsegmentationtool)功能，獲得分割為腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)和腦脊液三種成分的大腦影像。最后，我們與瑞典哥德堡大學(xué)合作，利用他們提供的Re-create軟件重現(xiàn)腦內(nèi)感興趣區(qū)，并自動計算出其內(nèi)腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)和腦脊液三種成分的比例。
　　 結(jié)果:所有后處理軟件在PC機(聯(lián)想ThinkPadT410)上工作穩(wěn)定，5名志愿者的腦內(nèi)感興趣區(qū)都重現(xiàn)在全腦影像上。感興趣區(qū)重現(xiàn)的位置與掃描前的定位一致。5名志愿者感興趣區(qū)

11、內(nèi)三種成分比例的均值為:腦灰質(zhì)(51.6％)，腦白質(zhì)(39.7％)和腦脊液(8.7％)。
　　 結(jié)論:FSL軟件和瑞典哥德堡大學(xué)的Re-create軟件相結(jié)合，可以穩(wěn)定地分割并重現(xiàn)腦內(nèi)的感興趣區(qū)。
　　 第三部分:正常人群腦內(nèi)GABA含量與年齡的相關(guān)性研究
　　 目的:利用磁共振波譜編輯技術(shù)—MEGA-PRESS，探討年齡因素對腦內(nèi)額葉和頂葉GABA含量的影響，以及分析GABA含量是否有性別差異和腦內(nèi)區(qū)域差異。<

12、br>　　 材料和方法:當?shù)厣鐓^(qū)100名(49男，51女)健康的志愿者參加本次研究。年齡范圍為20歲-76歲（男:24歲-76歲，平均年齡=46.12±14.48歲;女:20歲-70歲，平均年齡=44.98±14.75歲）。100名志愿者按年齡均勻分布:20歲-30歲:20名（9男，11女）;31歲-40歲:20名（10男，10女）41歲-50歲:20名（10男，10女）;51歲-60歲:20名(11男，9女)61歲-76歲:20名（

13、9男，11女）
　　 先利用飛利浦3.0T磁共振T1加權(quán)TFE序列進行掃描，獲取MR高分辨率三維大腦影像，并手動劃定位于額葉和頂葉的感興趣區(qū)進行MEGA-PRESS序列波譜掃描。然后，利用jMRUIv.4.0軟件的波譜處理和擬合算法功能對所有波譜數(shù)據(jù)中3.02ppm處的GABA進行相對量化(GABA+/Cr)。最后，采用FSL軟件和瑞典哥德堡大學(xué)的Re-create軟件相結(jié)合的方法，分割并重現(xiàn)所有腦內(nèi)的感興趣區(qū)。
　　

14、結(jié)果:對于所有男女志愿者，額葉和頂葉的GABA相對值與年齡都呈明顯負相關(guān)（額葉:相關(guān)系數(shù)為-0.68，p＜0.001;頂葉:相關(guān)系數(shù)為-0.54，p＜0.001）。方差分析的結(jié)果表明:在額葉感興趣區(qū)內(nèi)，GABA相對值隨年齡下降的趨勢具有性別差異，也就是說，年齡與性別存在交互作用(p=0.025)。協(xié)方差分析的結(jié)果顯示，額葉GABA含量的相對值明顯高于頂葉(p=0.036)。對于兩個腦內(nèi)區(qū)域，男、女志愿者腦內(nèi)GABA含量的相對值都沒有顯著

15、差異(額葉:p=0.797;頂葉:p=0.482)。
　　 額葉和頂葉感興趣區(qū)內(nèi)腦灰質(zhì)比例，即腦灰質(zhì)/（腦灰質(zhì)+腦白質(zhì)），分別為57.85％和57.95％。在額葉和頂葉的感興趣區(qū)，腦灰質(zhì)比例與年齡沒有明顯相關(guān)性（額葉:p=0.14;頂葉:p=0.11），并且，腦實質(zhì)比例與GABA相對值(GABA+/Cr)也沒有明顯相關(guān)性（額葉:p=0.30;頂葉:p=0.32）。感興趣區(qū)內(nèi)腦灰質(zhì)比例沒有性別差異(p=0.37)和腦內(nèi)區(qū)域差異(p