图论分析方法gretna_基于磁共振的多模态分析对血管性认知障碍患者脑网络的研究...

摘要：目的:1.通过对血管性认知障碍(VCI)患者的结构相及静息态磁共振数据进行采集和分析,运用图论的分析方法来研究VCI患者与正常者之间的脑网络差异,并将脑网络拓扑属性与临床认知评分进行相关性分析,探讨VCI患者认知功能改变的神经机制。2.根据VCI患者不同证候进行中医分型,通过分析不同证型VCI患者脑网络节点灵活度与正常者之间的差异,并将肝肾阴虚组与肾精亏损组脑网络拓扑属性进行对比分析,探索分析VCI脑网络拓扑属性与中医证候的关系。方法:1.纳入28名VCI患者作为病例组(男:16例,女:12例),纳入30名认知功能正常者(男:13例,女:17例)作为对照组。全部入选者均构建磁共振的结构相及静息态脑网络,计算全脑网络拓扑属性及局部拓扑属性。运用GRETNA软件包,以性别、年龄、受教育程度等作为协变量,采用两独立样本t检验对比两组被试者整体与局部拓扑属性指标的差异。在控制性别、年龄、受教育程度的情况下,采用Pearson偏相关分析方法对VCI组存在组间差异的网络拓扑属性指标分别与MoCA评分作相关性分析。2.根据临床及影像学资料综合评估诊断为VCI患者共36例(男:20例,女:16例),另外选取30名认知功能正常者(男:13例,女:17例)作为对照。在中医辨证标准的基础上将患者主要分为气虚血瘀、肾精亏虚、肝肾阴虚、痰浊阻窍等四型。运用GRETNA软件包,以性别、年龄、受教育程度等作为协变量,采用两独立样本t检验对比分析不同证型VCI患者静息态磁共振网络节点灵活度与正常者之间的脑区差异,采用两独立样本t检验分析肝肾阴虚组与肾精亏虚组脑网络拓扑属性差异。结果:1.VCI组与对照组T1脑结构整体拓扑属性结果:基于灰质体积的形态学脑网络分析中,在稀疏度为0.0507～0.3907,步长0.02的范围内,VCI组与对照组经标准化后的聚类系数都远大于1,最短路径长度约等于1,均符合“小世界属性”。以性别、年龄、受教育程度作为协变量,分析VCI组与正常组形态学脑网络全局属性,显示两者之间未见显著差异(聚类系数t=1.267 P=0.211,最短路径长度t=-1.561 P=0.125,全局效率t=1.485 P=0.144,模块化 t=-0.836 P=0.407),P值均>0.05。2.VCI组与对照组T1脑结构相局部脑网络拓扑属性结果(1)与对照组相比,VCI组在右侧额上回、右侧额下回及眶旁回、左侧后扣带回、右侧胼胝体裂及周围皮质、左侧枕上回的节点介性中心度显著降低,右侧颞回的节点介性中心度显著升高,P值均<0.05。(2)与对照组相比,VCI组在左侧嗅觉皮层、左侧丘脑节点度显著降低,左侧枕上回、左侧颞回节点度显著升高,P值均<0.05。(3)与对照组相比,VCI组在左侧嗅觉皮层、右侧豆状核及苍白球、左侧丘脑节点效率显著降低,左侧枕上回节点效率显著升高,P值均<0.05。3.VCI组与对照组的脑功能网络整体拓扑属性结果:在全脑功能网络分析中,在稀疏度为0.1～0.4,步长0.05的范围内,VCI组与对照组经标准化后的聚类系数都远大于1,最短路径长度约等于1,均符合“小世界属性”。以性别、年龄、受教育程度作为协变量,分析VCI组与正常组全脑功能网络全局属性,显示两者之间未见显著差异(同步性t=-0.846 P=0.402,小世界指数t=-0.247 P=0.806,全局效率t=0.427 P=.671,协调性t=0.309 P=0.759),P值均>0.05。4.VCI组与对照组静息态脑网络局部拓扑属性结果(1)与对照组相比,VCI组在右腹内侧前额叶皮层的节点效率显著降低,右小脑半球下部的节点效率显著升高,P值均<0.05。(2)与对照组相比,VCI组在左侧楔前叶、左顶下小叶、右背侧前扣带回、右侧梭状回、左侧枕叶的节点介性中心度显著降低,右侧顶内沟、左侧颞叶节点介性中心度显著升高,P值均<0.05。(3)与对照组相比,VCI组在右侧顶内沟、左侧后扣带回、左侧颞叶、左小脑下部的节点灵活度显著降低,右侧枕叶节点灵活度显著升高,P值均<0.05。5.VCI组功能脑网络拓扑属性指标与认知量表之间的相关性分析:在控制性别、年龄、受教育程度等的情况下,VCI组在多个脑区的脑功能网络局部拓扑属性与认知评分存在相关性。右前扣带回的节点介性中心度(=-0.467,P=0.012)及左枕叶后部节点介性中心度(r=-0.466,P=0.012)与MoCA评分呈负相关;左腹内侧前额叶皮层的节点效率(r=-0.397,P=0.037)及右扣带回后部的节点效率(r=-0.423,P=0.025)与MoCA评分呈负相关;右背外侧前额叶皮层的节点灵活度(r=-0.399,P=0.035)及右枕叶后部的节点灵活度(r=-0.387,P=0.042)与MoCA评分呈负相关;但在左侧顶内沟区节点介性中心度(r=0.514,P=0.005)及节点灵活度(r=0.393,P=0.039)与MoCA评分存在呈正相关。6.不同中医证型VCI与正常对照组脑网络节点灵活度差异(1)与对照组相比,气虚血瘀组的节点灵活度在左侧顶叶、左侧颞叶、右侧颞叶显著降低,P值均<0.05。(2)与对照组相比,肾精亏虚组的节点灵活度在右侧前扣带回、左侧丘脑、右侧颞叶、左侧颞叶显著降低,右侧楔前叶显著升高,P值均<0.05。(3)与对照组相比,肝肾阴虚组的节点灵活度在右侧上额叶、左侧楔前叶、右腹外侧前额叶、右侧岛叶中部、右侧颞叶、腹侧额叶、辅助运动区、左侧小脑外侧显著降低,基底核显著升高,P值均<0.05。(4)与对照组相比,痰浊阻窍组的节点灵活度在右侧楔前叶、左侧岛叶后部显著降低,在左侧颞叶下部、左侧颞叶、右侧枕叶显著升高,P值均<0.05。7.VCI肾精亏虚组与肝肾阴虚组脑网络拓扑属性差异(1)与肾精亏虚组相比,肝肾阴虚组的节点效率在右侧后扣带回、左侧后扣带回、右侧枕叶、左侧岛叶中部、左侧小脑下部显著降低,P值均<0.05。(2)与肾精亏虚组相比,肝肾阴虚组的节点介性中心度在右侧颞叶下部、左侧顶叶、腹侧额叶、左侧枕叶显著升高,P值均<0.05。(3)与肾精亏虚组相比,肝肾阴虚组的节点灵活度在左侧后扣带回、左侧枕叶、辅助运动区显著降低,在左侧上额叶显著升高,P值均<0.05。结论:1.本研究中基于形态学及静息态的脑网络分析中,VCI组与对照组全局脑网络均符合“小世界属性”。通过分析脑网络节点属性发现默认网络、枕叶视觉网络、前额叶高级认知控制网络及小脑等可能在VCI相关的认知障碍中起关键性作用,为血管性认知障碍患者的发病机制研究提供了新的视角。2.本研究中脑网络指标如节点介性中心度、节点效率、节点灵活度与认知评分存在线性相关性,提示节点介性中心度、节点效率、节点灵活度可以在一定程度上作为反映VCI的影像学标志,为VCI的早期临床诊断、个体化治疗方案制定、病程监测、动态观察及预后评估提供依据。3.与正常者比较,不同证候类型VCI患者的脑网络节点灵活度在多个脑区存在显著差异,不同证型患者的临床表现与脑网络节点灵活度在某种程度上可能存在相关,通过分析脑网络节点灵活度可一定程度阐明不同证型患者各种临床证候的发病机理。4.通过对临床证候分型较相似的肝肾阴虚组及肾精亏损组的脑网络属性分析,发现两者在多个脑区的脑网络拓扑属性如节点介性中心度、节点效率及节点灵活度存在显著差异,揭示两者在临床病理机制可能存在许多差异,分析脑网络拓扑属性有助于临床对两者之间的鉴别。

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