本文關(guān)鍵詞：鼻咽癌放療后的腦結(jié)構(gòu)磁共振成像研究

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【摘要】：第一部分DTI-TBSS對(duì)鼻咽癌放療后腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變的應(yīng)用研究 目的： 利用磁共振擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)和基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(jì)(tract based spatial statistic, TBSS)的后處理技術(shù),與放療前基線水平比較,對(duì)鼻咽癌患者放療前及放療后不同階段的常規(guī)MRI正常的全腦腦白質(zhì)的FA值、MD值、λ‖及λ⊥進(jìn)行測(cè)量及比較分析,以探討放療對(duì)腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變的影響,及擴(kuò)散隨時(shí)間的變化規(guī)律,評(píng)價(jià)鼻咽癌患者放療后不同時(shí)期腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)改變情況。 材料和方法： 對(duì)70例鼻咽癌患者(男53例,女17例,年齡25-59歲,平均年齡44歲)進(jìn)行磁共振擴(kuò)散張量成像(DTI)掃描,其中放療前24例,放療后46例。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究,將患者組按放療前和放療完成后行DTI檢查的不同時(shí)間將其分為4組：第1組為放療前組(pre-RT),24例；第2組為放療后0-6個(gè)月組(post-RT0-6m)(放療后平均3.14個(gè)月),16例；第3組為放療后6-12個(gè)月組(post-RT6-12m)(放療后平均8.13個(gè)月),16例；第4組為放療后12個(gè)月組(post-RT12m)(放療后平均23.89個(gè)月),14例。放療前后各組年齡、性別、受教育程度匹配。所有患者均經(jīng)病理檢查證實(shí)；放療后患者均為首次接受放射；放射治療方案為頭頸聯(lián)合野三維適形放療(總劑量／分割劑量／分割次數(shù),66-72Gy/2Cy,分割次數(shù)為33～36),總放射治療時(shí)間為43～51天,所有患者在放療期間接受同步化療,主要的化療藥物為環(huán)磷酰胺及順鉑等；所有患者未發(fā)現(xiàn)鼻咽癌顱內(nèi)侵犯,無(wú)顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤或轉(zhuǎn)移瘤,無(wú)顱內(nèi)血管性病變,無(wú)嚴(yán)重的系統(tǒng)性疾病如心臟病、糖尿病、高血壓等,放療前后均未出現(xiàn)明顯的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,常規(guī)MRI掃描腦組織表現(xiàn)無(wú)明顯異常。所有納入的研究對(duì)象均在試驗(yàn)前被詳細(xì)告知試驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒ê妥⒁馐马?xiàng),并簽署知情同意書正式同意參加試驗(yàn)。 所有被試均采用美國(guó)GE SIGNA EXCITE3.0T磁共振成像儀掃描進(jìn)行靜息態(tài)下腦功能數(shù)據(jù)采集,使用標(biāo)準(zhǔn)八通道頭顱線圈接收核磁共振信號(hào)。DTI數(shù)據(jù)采集之前均進(jìn)行常規(guī)的全腦軸位T1WI、T2WI及FLAIR序列掃描,以排除腦部疾病。DTI數(shù)據(jù)采集采用單次激發(fā)平面回波(single-shot echo-planar imaging,SS-EPI)序列,并行采集技術(shù)(rray spatial sensitivity encoding technique,ASSET),得到覆蓋全腦的軸位擴(kuò)散加權(quán)圖像。具體參數(shù)如下：擴(kuò)散敏感梯度方向?yàn)?5個(gè),擴(kuò)散敏感系數(shù)b值為1000s/mm2和0s/mm2,重復(fù)時(shí)間(TR)=12000ms,回波時(shí)間(TE)=75.5ms,視野(FOV)=24cm×24cm,矩陣(matrixsize)=128×128,層厚(thickness)=3.0mm,層間距(slice gap)=0mm,激勵(lì)次數(shù)(NEX)=1,翻轉(zhuǎn)角(flip angle)=90。。 原始的DICOM數(shù)據(jù)經(jīng)MRIcro軟件轉(zhuǎn)化為四維NIFTI格式數(shù)據(jù)后,DTI數(shù)據(jù)分析使用FSL(FMRIB Software Library, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl,version4.1.9)提供的固定工具包。具體步驟包括：(1)使用FSL軟件FDT套件中eddy correct函式對(duì)原始DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行頭動(dòng)和渦流校正。(2)利用FSL軟件中BET套件以每個(gè)被試者的B0圖像為依據(jù),產(chǎn)生各自的腦mask。(3)通過(guò)FDT套件中的dtifit函式,進(jìn)行擴(kuò)散張量的計(jì)算。輸出的結(jié)果包括：部分各向異性(fractional anisotropy,FA)、平均擴(kuò)散率(mean diffusivity, MD)、三個(gè)本征值(λ1、λ2、λ3)及相對(duì)應(yīng)的三個(gè)特征向量(V1、V2、V3)等,再通過(guò)FSL函式計(jì)算出λ‖(λ‖=λ1)和λ⊥[λ⊥=(λ2+λ3)/2]。然后將全腦DTI數(shù)據(jù)與T1WI矢狀位全腦結(jié)構(gòu)像相匹配,利用FSL軟件中的randomise函式分別對(duì)鼻咽癌患者放療前、放療后不同時(shí)間組及正常對(duì)照組的FA值、MD值、λ⊥值和λ⊥值進(jìn)行基于纖維束示蹤的全腦顯著性差異統(tǒng)計(jì)分析,參考TFCE(threshold-free cluster enhancement)演算法,在統(tǒng)計(jì)方法上通過(guò)permutation法,有效控制并校正在多重比較時(shí)尋找被試者之間FA圖數(shù)值差異時(shí)可能會(huì)發(fā)生的FVVE(family-wiseerror)概率。四組被試間年齡、受教育程度、吸煙數(shù)和飲酒量之間的差異采用單因素方差分析的方法進(jìn)行組間比較。四組間性別差異采用卡方檢驗(yàn)。四組間顳葉白質(zhì)平均FA值、MD值、λ⊥值以及λ⊥值采用單因素方差分析比較組間差異后,再進(jìn)行兩兩組間比較。P0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。以上所有分析均通過(guò)SPSS13.0完成。 結(jié)果： 1.平均FA值 與放療前組(G1)比較,鼻咽癌患者放療后0-6月組(G2)的左側(cè)頂葉及右側(cè)小腦半球白質(zhì)FA值明顯減低(圖1-3)；6-12月組(G3)的右側(cè)頂葉白質(zhì)的FA值較放療前(G1)明顯下降(圖1-4)；放療后一年以上組(G4)右側(cè)顳葉白質(zhì)的FA值較放療前(G1)明顯下降(圖1-5)。 2.平均λ⊥值 與放療前組(G1)比較,鼻咽癌患者放療后0-6月組(G2)雙側(cè)枕葉、雙側(cè)顳葉及左側(cè)頂葉白質(zhì)多個(gè)腦區(qū)的λ⊥值明顯減低(圖1-6-圖1-10)。左側(cè)枕葉、左側(cè)顳葉及右側(cè)頂葉白質(zhì)的λ⊥值在放療后一年以上組(G4)仍明顯低于放療前水平(表1-2、表1-3)。 3.平均λ⊥值 與放療前組(G1)比較,鼻咽癌患者放療后0-6月組(G2)右側(cè)枕葉、左側(cè)額-頂交界區(qū)、左側(cè)頂葉白質(zhì)多個(gè)腦區(qū)的λ⊥值明顯升高(圖1-11-圖1-13)；右側(cè)小腦及左側(cè)半卵圓中心的λ上值明顯減低。左側(cè)頂葉及白質(zhì)的λ⊥值在放療后一年以上組(G4)仍明顯高于放療前水平；右側(cè)小腦半球白質(zhì)的λ⊥值在放療后一年以上組(G4)仍未恢復(fù)至放療前水平,較放療前仍明顯減低(表1-4、表1-5)。 4.平均MD值 與放療前組(G1)比較,鼻咽癌患者放療后0-6月組(G2)右側(cè)枕葉、右側(cè)顳葉、左側(cè)頂葉白質(zhì)多個(gè)腦區(qū)的MD值明顯升高(圖1-14～圖1-17、表1-5)。結(jié)論： 1.放射治療會(huì)對(duì)鼻咽癌患者產(chǎn)生范圍比較廣的、累及多個(gè)腦區(qū)腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的損傷,而且不只局限于顳葉；且腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變是異常復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的,在放療后6個(gè)月內(nèi)損傷是最嚴(yán)重的,之后各種腦組織損傷會(huì)逐漸愈合修復(fù),一年之后較放療前有不同程度的好轉(zhuǎn)。放療后常規(guī)‘MRI陰性的腦白質(zhì)λ⊥明顯降低而λ⊥、MD值明顯升高,這些變化的病理學(xué)基礎(chǔ)為軸突損傷和脫髓鞘等組織學(xué)改變；FA值顯著減小,它的病理學(xué)基礎(chǔ)除了軸突損傷和脫髓鞘等微觀結(jié)構(gòu)的損傷以外,還可能由于炎癥、血管損傷、軸索退變以及腦間質(zhì)水腫所造成。 2.放療后顳葉白質(zhì)水分子擴(kuò)散改變是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,放療后0-6個(gè)λ⊥、λ⊥、MD值及FA值的改變最為明顯,之后隨著放療后時(shí)間的延長(zhǎng),放療1年以后腦白質(zhì)的部分參數(shù)值逐漸恢復(fù),與軸突的再生、髓鞘的磷脂化、血管損傷的修復(fù)、炎癥的吸收以及水腫的消退等修復(fù)愈合過(guò)程有關(guān)。總結(jié)放療后全腦腦白質(zhì)的水分子擴(kuò)散變化的規(guī)律,為放療后不同階段提供參考依據(jù),以監(jiān)測(cè)放射性腦損傷的嚴(yán)重程度以及它的修復(fù)過(guò)程,這樣有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重病變及其突然進(jìn)展,從而及時(shí)地進(jìn)行治療,把放射性腦損傷的危害降低到最小程度。 3.DTI是在活體上進(jìn)行組織水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的探測(cè),可以很敏感的測(cè)得腦組織經(jīng)過(guò)放射線照射后λ(?)、λ⊥、MD值及FA值的變化情況,從而反映放射性腦損傷潛伏期的微觀病理學(xué)改變。以DTI為手段對(duì)放射治療后的腦組織進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察及監(jiān)測(cè),有助于放射性腦損失的早期診斷。 第二部分腦結(jié)構(gòu)成像對(duì)鼻咽癌放療后腦灰質(zhì)體積改變的應(yīng)用研究 目的： 將鼻咽癌放療后急性期與早期遲發(fā)性反應(yīng)期常規(guī)MRI顯示陰性的腦灰質(zhì)體積與放療前組比較,探討放療對(duì)腦灰質(zhì)的影響,評(píng)估高分辨磁共振檢查技術(shù)和DARTEL-VBM的分析方法測(cè)量常規(guī)MRI顯示陰性的腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的效果,為放射性腦損傷潛伏期內(nèi)出現(xiàn)神經(jīng)認(rèn)知功能異常尋找答案。材料和方法： 對(duì)70例鼻咽癌患者(男53例,女17例,年齡25-59歲,平均年齡44歲)進(jìn)行高分辨率T1掃描,其中放療前24例,放療后46例。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究,將患者組按放療前和放療完成后行3D-T1WI檢查的不同時(shí)間將其分為4組：第1組為放療前組(pre-RT),24例；第2組為放療后0-6個(gè)月組(post-RT0-6m)(放療后平均3.14個(gè)月),16例；第3組為放療后6-12個(gè)月組(post-RT6-12m)(放療后平均8.13個(gè)月),16例；第4組為放療后12個(gè)月組(post-RT12m)(放療后平均23.89個(gè)月),14例。放療前后各組年齡、性別、受教育程度、吸咽及飲酒量匹配。所有患者均經(jīng)病理檢查證實(shí)；放療后患者均為首次接受放射；放射治療方案為頭頸聯(lián)合野三維適形放療(總劑量/分割劑量/分割次數(shù),66-72Gy/2Gy,分割次數(shù)為33-36),總放射治療時(shí)間為43-51天,所有患者在放療期間接受同步化療,主要的化療藥物為環(huán)磷酰胺及順鉑等；所有患者未發(fā)現(xiàn)鼻咽癌顱內(nèi)侵犯,無(wú)顱內(nèi)原發(fā)性腫瘤或轉(zhuǎn)移瘤,無(wú)顱內(nèi)血管性病變,無(wú)嚴(yán)重的系統(tǒng)性疾病如心臟病、糖尿病、高血壓等,放療前后均未出現(xiàn)明顯的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,常規(guī)MRI掃描腦組織表現(xiàn)無(wú)明顯異常。所有納入的研究對(duì)象均在試驗(yàn)前被詳細(xì)告知試驗(yàn)?zāi)康摹⒎椒ê妥⒁馐马?xiàng),并簽署知情同意書正式同意參加試驗(yàn)。 所有被試均采用美國(guó)GE SIGNA EXCITE3.0T磁共振成像儀掃描進(jìn)行靜息態(tài)下腦功能數(shù)據(jù)采集,使用標(biāo)準(zhǔn)八通道頭顱線圈接收核磁共振信號(hào)。高分辨T1數(shù)據(jù)采集采用3D快速場(chǎng)回波序列(FFE),平行于正中矢狀面得到全腦圖像。具體參數(shù)如下：重復(fù)時(shí)間(TR)=6.9ms,回波時(shí)間(TE)=1.5ms,Prep Time=450ms,翻轉(zhuǎn)角(flip angle)=12。,視野(FOV)=24cm×24cm,矩陣(matrix size)=256×256,層厚lmm,層間隔=0mm,NEX=1,掃描時(shí)間4分30秒。 圖像預(yù)處理使用以SPM為平臺(tái)的DARTEL工具箱,具體步驟如下：(1)手動(dòng)調(diào)整所有被試的的原始結(jié)構(gòu)圖像；(2)分割(segment),對(duì)原始結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)行分割,并獲得*seg.sn.mat文件,將其導(dǎo)入DARTEL內(nèi),以生成每位個(gè)體的灰質(zhì)圖像；(3)在DARTEL內(nèi)制作被試的灰質(zhì)模板(create template);(4)標(biāo)準(zhǔn)化(normalization),使用生成的灰質(zhì)模板對(duì)所有被試者的灰質(zhì)圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；(5)調(diào)整(modulation):即對(duì)灰質(zhì)密度圖像進(jìn)行Jacobian參數(shù)校正,以保證配準(zhǔn)后的圖像灰度值可以真實(shí)反映原圖像的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)體積。(6)平滑(smoothing)：采用8mm的半高全寬(full width at half maximum, FWHM)的高斯核對(duì)分割后的灰質(zhì)圖像進(jìn)行空間平滑,確保圖像具有隨機(jī)高斯場(chǎng)的性質(zhì),這樣不僅滿足了SPM的統(tǒng)計(jì)假設(shè),又提高了信噪比。(7)空間轉(zhuǎn)化：即把經(jīng)過(guò)平滑處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為MNI空間。MRI圖像預(yù)處理完成后,再應(yīng)用SPM8軟件進(jìn)行后續(xù)分析。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析以一般線性模型和隨機(jī)場(chǎng)理論為基礎(chǔ),采用逐像素單邊檢驗(yàn)的方法,得到每個(gè)像素的t值,以P0.05為檢驗(yàn)水準(zhǔn),采用FDR校正,以200mm3的體積閾值構(gòu)成統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖,該圖即表示鼻咽癌放療后患者灰質(zhì)體積改變的腦區(qū),并以偽彩顯不。 結(jié)果： 與放療前組(G1)相比,鼻咽癌患者放射治療后0-6個(gè)月組(G2)右側(cè)顳葉、小腦蚓部、左側(cè)小腦半球、右側(cè)枕葉及左側(cè)頂葉體積減小(P0.05,FDR校正,體積閾值為100mm3),放療后6-12個(gè)月組(G3)右側(cè)額葉、左側(cè)小腦半球、左側(cè)枕葉、雙側(cè)顳葉及右側(cè)頂葉體積減小；放療后大于12個(gè)月組(G4)雙側(cè)額葉、雙側(cè)小腦半球及右側(cè)顳葉體積減小(見(jiàn)圖2-1～圖2-3,表2-1-表2-3)。結(jié)論： 1.放療對(duì)正常腦灰質(zhì)也有影響,而通過(guò)高分辨T1成像及基于VBM-DARTEL的分析方法,可以敏感的探測(cè)放療后灰質(zhì)的改變,是在活體水平開(kāi)展輕微放射性腦損傷研究的有效手段。 2.放療對(duì)NPC患者可產(chǎn)生較廣泛的的腦灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)損傷,而不僅僅局限于顳葉；并且腦灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)異常是復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、暫時(shí)性的改變,在放療后6個(gè)月內(nèi)損傷最嚴(yán)重,隨后腦組織損傷會(huì)逐漸修復(fù)。 3.NPC放療后不同時(shí)期內(nèi)多個(gè)腦區(qū)的灰質(zhì)容積減小,提示這些區(qū)域腦灰質(zhì)可能由于膠質(zhì)細(xì)胞的損傷,血管通透性的改變以及炎癥因子的釋放而產(chǎn)生了功能損害甚至結(jié)構(gòu)萎縮。 4.放療照射野以外的腦區(qū)灰質(zhì)容積減小可能與鼻咽癌的化療藥物的使用有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：擴(kuò)散張量成像 鼻咽癌患者 放療 結(jié)構(gòu)成像 咽癌患者 放療
【學(xué)位授予單位】：南方醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R739.63;R445.2
【目錄】：

• 摘要3-10
• ABSTRACT10-18
• 前言18-23
• 參考文獻(xiàn)21-23
• 第一部分 鼻咽癌放療前后腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變的應(yīng)用研究：DTI-TBSS研究23-58
• 材料與方法24-29
• 結(jié)果29-41
• 討論41-49
• 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-58
• 第二部分 腦結(jié)構(gòu)成像分析鼻咽癌放療后常規(guī)MRI顯示陰性的腦灰質(zhì)體積改變的應(yīng)用研究58-81
• 材料與方法59-61
• 結(jié)果61-70
• 討論70-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 中英文縮略語(yǔ)對(duì)照表81-82
• 致謝82-83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：859225