基于PET/MR影像猴脑模板的食蟹猴脑结构和葡萄糖代谢的研究

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目的基于PET/MR影像猴脑模板,对不同年龄段食蟹猴的脑体积及脑葡萄糖代谢进行定量分析,研究各年龄段猴脑体积及葡萄糖代谢水平的变化,为非人灵长类动物脑科学研究提供数据参考。方法采用115只健康食蟹猴,将其分为少年组(n=29,1.7±0.5岁)、青年组(n=33,3.5±0.6岁)、成年组(n=35,13.9±3.7岁)和老年组(n=18,22.8±1.2岁)。使用PET/CT-MRI(3.0T)(GE Discovery Milwaukee,GE Discovery Elite,USA)设备对所有食蟹猴进行成像,采集其脑部3D Bravo T1序列影像数据及静息态18F-FDG PET/CT影像数据。在SPM12(Statistical parametric mapping,SPM)平台上,基于本中心前期建立的PET/MR影像猴脑模板“HJT”将各食蟹猴的脑部MRI结构影像和18F-FDG PET代谢影像进行空间标准化,应用“HJT”脑图谱进行组织分割,划分出44个双侧脑功能区,提取每个区域的图像强度值(Concentration),根据图像分辨率计算总脑体积(TBV)绝对值,以个体TBV为参考计算各脑功能区的体积比值(Regional brain volume ratio,RBVr),以脑桥为参考计算各脑功能区的葡萄糖标准摄取比值(Standard uptake value ratio,SUVr)。将部分脑功能区内的细微分区进行合并,最终选用33个双侧脑功能区,使用社会科学统计软件包(Statistical Product and Service Solutions,SPSS)和Graphpad Prism软件对少年组、青年组、成年组和老年组食蟹猴的总脑体积、脑功能区体积比值和葡萄糖标准摄取比值数据进行年龄相关分析和单侧不对称性分析,对少年组、青年组和成年组食蟹猴的总脑体积、脑功能区体积比值和葡萄糖标准摄取比值数据进行性别差异分析。结果1、PET/MR成像技术和猴脑模板工具的联合应用获取了质量优良的食蟹猴脑结构和葡萄糖代谢影像,基于脑模板完成了影像空间标准化和脑组织分割,实现了对脑组织结构的精确定位以及对脑体积和葡萄糖代谢的准确定量。2、食蟹猴总脑体积的峰值在成年期出现,增长曲线呈先升后降的抛物线形态。不同年龄组食蟹猴各脑功能区体积具有不同的发育轨迹,听觉皮层、苍白球等部分脑功能区的的体积比值有显著年龄差异(p<0.05),其余未见显著年龄相关差异(p>0.05)。小脑、扣带回、运动区、脑桥的体积在全年龄段持续左侧偏大(p<0.05),听觉皮层、海马等多个脑功能区在少年期至成年期左右单侧体积无显著差异(p>0.05),但老年期都表现为右侧偏大(p<0.05),其余脑功能区左右单侧体积差异无明显年龄相关性(p>0.05)。少年期至成年期,雄性食蟹猴脑与雌性食蟹猴的总脑体积并无显著差异(p>0.05)。以个体总脑体进行归一化计算后,各脑功能区体积的性别差异也不明显,仅有小脑、扣带回等数个脑功能区的体积比值在少年期和青年期表现出显著的性别差异(p<0.05),成年期后所有脑功能区体积比值都无显著性别差异(p>0.05)。3、不同年龄组食蟹猴之间,各脑功能区的葡萄糖代谢模式均有显著差异,所有脑功能区的葡萄糖代谢水平从少年期到老年期持续下降(p<0.05)。各年龄段右侧内嗅区皮层和梨状皮层葡萄糖代谢水平偏高状态(p<0.05),少年期右侧听觉皮层、齿状回、海马等脑功能区葡萄糖代谢水平偏高(p<0.05),青年期至老年期双侧葡萄糖代谢水平无显著差异(p>0.05),其余脑功能区葡萄糖代谢水平在全年龄段未见显著双侧差异(p>0.05)。不同性别食蟹猴的葡萄糖代谢水平在少年期和青年期未见显著差异(p>0.05),但屏状核、运动区等部分脑功能区在成年期表现出葡萄糖代谢水平的性别差异(p<0.05)。结论基于PET/MR影像猴脑模板对食蟹猴PET/MR影像精确定位,可以准确定量分析各年龄段食蟹猴脑体积和葡萄糖代谢变化。各年龄段食蟹猴总脑和各脑功能区的体积、葡萄糖代谢水平的变化规律的结果,将增进对食蟹猴脑动态生长过程的了解,丰富非人灵长类动物脑科学研究的成果。
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