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背景与目的:越来越多的证据已经证实一侧肢体的截肢或传入神经阻滞能够诱发躯体感觉及运动皮层发生结构和功能性改变。先前已经有研究发现当机体受到严重损伤时(例如肢体缺失),可以导致神经系统发生功能及结构的重组。以往的f MRI及DTI研究表明截肢患者在肢体缺失后大脑的初级感觉及初级运动皮层功能激活增强,同时联系双侧感觉运动区的白质纤维完整性下降,据此可推测截肢患者功能改变和结构改变之间存在一定的联系。然而之前的研究主要针对上肢截肢患者,并且未区分截肢早、晚期的大脑可塑性差异。因此,在无幻肢痛的长期下肢截肢患者中,大脑结构的重组程度目前尚不清楚。我们假设下肢截肢后能够引起特定脑区的结构及功能重组,其中包括因截肢后患者运动行为改变所引起的视觉运动脑区的改变。基于此假说,本研究拟采用基于表面形态学及感兴趣区分析的方法,在前人研究基础上将大脑皮质和皮层下白质(White Matter,WM)结合起来,进一步探究下肢截肢后大脑发生可塑性的具体脑区以及可塑性程度,为肢体损伤后的大脑重组提供一些新的证据。材料与方法:(一)下肢截肢后大脑灰、白质的可塑性研究1.受试者一般资料共纳入17名成年右下肢截肢患者(截肢组)和18名健康志愿者(正常对照组),两组受试者间的年龄、性别及受教育程度无明显差异,分别采集临床基本资料。2.MRI数据采集和处理通过3.0T MR采集常规T2WI图像以排除明显脑部器质性病变,并采集3D-T1WI高分辨率结构像以及弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)数据。各区域大脑可塑性的代表特征用皮质厚度和白质纤维束的部分各向异性(Fractional Anisotropy,FA)来表示。3.统计分析采用SPSS 18.0软件对两组受试者年龄、受教育程度进行双样本双样本t检验,对性别进行χ2检验。使用FSL中的“randomize”软件来比较截肢患者及正常对照组间的FA值差异,对结果进行错误发现率(False Discovery Rate,FDR)多重比较校正(P<0.05,集群阈值t>3)。使用FreeSurfer进行皮质厚度分析,来构建大脑解剖表面模型,并测量各感兴趣区平均皮质厚度,对两组间进行双样本t检验(p<0.005,未校正)。最后使用偏相关分析探索wm和灰质(greymatter,gm)改变之间的关系。(二)下肢截肢患者视觉运动区的大脑皮质渐进性变薄1.受试者一般资料共纳入48名单侧下肢截肢的成年患者(截肢组)和48名正常志愿者(正常对照组)参与本项研究。两组受试者在年龄、性别及受教育程度上相匹配。2.mri数据采集和处理通过3.0tmr采集常规t2wi以排除明显器质性改变,并采集3d-t1wi高分辨率结构像。皮质厚度的计算是由白质表面软膜的表面上的最近点,到从这一点回到白色物质表面上的最近点的平均距离表示。对于每个视觉区域,我们分别计算单侧大脑的皮质厚度,用平均值作为大脑的指标变化。3.统计分析采用spss18.0(version18.0,chicago,usa)软件对两组受试者年龄、受教育程度进行双样本双样本t检验,对性别进行χ2检验。将两侧大脑半球的同源区域合在一起,共同计算各视觉亚区的平均皮质厚度。将年龄和性别作为协变量使用多变量协方差分析(multipleanalysesofcovariance,mancovas)检测截肢组与正常对照组之间皮质厚度差异。使用多元方差分析(mixed-modelmultivariateanalysisofvariance,manova)将截肢侧(左侧vs.右侧)和截肢部位(经股骨vs.经胫骨)作为组间因素,年龄和性别作为协变量,对不同情况下的皮质厚度进行测量比较,以此探索混杂变量对截肢患者成像数据的影响。结果:(一)下肢截肢后大脑灰、白质的可塑性研究1.一般资料两组受试者年龄、性别、受教育程度无显著性差异;2.相比于正常对照组,截肢患者在不同区域均表现出皮质变薄的趋势(p<0.005,未校正),其中最明显的区域在左侧前运动皮层(premotorcortex,pmc)。其他区域,如双侧枕叶、右侧枕颞叶交界处、中央前回、楔前叶、左侧顶下小叶以及眶额叶皮层也发现有皮质厚度减低区;3.截肢组与正常对照组相比,在右侧上辐射冠和右侧颞叶、左侧前运动皮层下的白质区域发现有fa值的减低。同时,这些区域的白质纤维束成像发现连接双侧前运动皮层的连合纤维存在显微结构的变化;4.在截肢患者中,感兴趣区的皮质厚度与通过概率性扩散纤维示踪成像(probabilisticdiffusiontractography,pdt)生成得到的dti参数之间并没有发现显著性关联。然而偏相关分析显示,下额枕束(Inferior Frontooccipital Fasciculus,IFOF)的FA值与截肢时长呈显著的负相关(ρ=-0.55,P=0.03)。(二)下肢截肢患者视觉运动区的大脑皮质渐进性变薄1.一般资料两组受试者在年龄、性别及受教育程度上无明显差异;2.与正常对照组相比,截肢患者在V5/MT+区表现出明显的皮质厚度减低(P=0.03),并且在V3d区也有皮质厚度减低的趋势(P=0.055)。而在其他视觉亚区,两组之间并没有明显差异;3.在截肢患者中,不同的截肢水平之间也没有发现皮质厚度的差异,但是V5/MT+区的皮质厚度与截肢时间长度呈明显的负相关(ρ=-0.37,P=0.01)。结论:1.本项研究结合了高分辨率大脑结构MRI和DTI技术来探究右侧下肢截肢患者截肢后大脑皮质及WM的大脑可塑性具体程度,发现在截肢对侧PMC以及同侧视觉-运动区存在皮质厚度的变薄,同时皮层下的白质纤维束完整性也表现出明显的减低。2.本项研究使用高分辨率结构MRI来探究下肢截肢患者视觉皮层的可塑性。发现单侧下肢截肢患者在V5/MT+区存在皮质厚度减低,并且随着截肢时间延长,皮质厚底减低的趋势更加明显。