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    多模态fMRI在精神分裂症研究中应用课件.ppt

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    多模态fMRI在精神分裂症研究中应用课件.ppt

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PSYN,2009,首发精神分裂症患者结构及功能分析,一纳入对象-,一,方法,3T MR Scanner (EXCITE, GE,Milwaukee, USA)8 channel phase array head coil,Scan ParameterTRTEFlip AngleSlice ThicknessMatrixNEXNo. of SliceFOVPrepare TimeBandwidth,8.5msec3.4msec121mm512x5121.016024x24x0.7540027.78,SPGR protocol,首发精神分裂症患者结构及功能分析,一方法3T MR Scanner (EXCITE, GE,S,Modulate data by Jacobian,一,方法,StandardNormalisation,Segment outputinto native space,Create custom symmetrictemplate,Segmentationoutput intostandardspace,Study Image,Optimallynormalisedwhole-brainimages,Extractthe whole-brain,Segmentoptimallynormalisedimages andoutput intostandard space,Determine normalisationparameters from GM/WMcustom templates and apply tooriginal study imagedeterminants to retrieve volume lostduring normalisation,Cleansegmented mapsOptimisedmodulated GMand WM maps,StudyImage,Optimized-VBM,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Modulate data by Jacobian一方法S,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析Schizophrenia VS Controls两样本t检验, 校正后 p 0.05,Lui et al., AJP 2009,一首发精神分裂症患者结构及功能分析Lui et al.,P0.01,P0.01,P0.01,Positive,Total,General,P0.05Impulsive aggressionP0.05ActivationP0.05Thought DisturbanceP0.01ParanoidP0.05STG和MTG的灰质体积与分裂症患者临床症状相关,一,结果,Lui et al., AJP 2009,首发精神分裂症患者结构及功能分析,P0.01P0.01P0.01PositiveTota,一结果,Impulsive aggressionP0.01ActivationP0.01Thought DisturbanceP0.01ParanoidP0.05ACC的灰质体积与分裂症患者临床症状相关,Lui et al., AJP 2009,首发精神分裂症患者结构及功能分析PositiveP0.01,一Impulsive aggressionLui et,首发未用药精神分裂症患者存在脑灰质异常局部灰质异常与临床症状相关,STG, MTG, ACC,MRI,Schizophrenia,影像诊断及评估指标?Lui et al., AJP 2009,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,首发未用药精神分裂症患者存在脑灰质异常STG, MTG,结果,ANOVA with posthoc Analysis,校正后 p 0.05,患者:家族 VS 散发 父母:家族 VS 散发,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui, et al. PSYN,2009,结果ANOVA with post患者:家族 VS 散发 父,家族性患者及父母双侧丘脑灰质密度较散发患者及父母降低丘脑灰质改变 遗传丘脑灰质改变 家族性患者与散发性患者的症状差异(阴性症状,预后),讨论,Lui, et al. PSYN,2009,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,家族性患者及父母双侧丘脑灰质密度较散发患讨论Lui, et,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,功能变化,结构改变,临床症状,一首发精神分裂症患者结构及功能分析功能变化结构改变临床症状,静息状态下反映生理活动的BOLD信号波动范围 (0.010.08 Hz)功能连接的定义: Cross correlations over time betweenspatially remote brain regions,功能连接,神经网络Raichle et al. PNAS 2001; Fox et al. PNAS 2005,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,静息状态下反映生理活动的BOLD信功能连接神经网络一首,RegionalFunctionFunctionalConnectivity,局部,全脑,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Regional局部全脑一首发精神分裂症患者结构及功,研究目的,1. 右侧颞上,中回和右侧扣带回前部的灰质降低是否会影响其所属的功能连接?2. 右侧颞上,中回和右侧扣带回前部所属的功能连接是否与临床症状相关,即哪些功能网络可能影响患者的临床症状?,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,研究目的1. 右侧颞上,中回和右侧扣带回前部的灰质降低是,纳入对象,Scan ParameterTRTEFlip AngleSlice ThicknessMatrixNEXNo. of SliceFOVPhase,2000msec30msec905mm64x641.030240 x240mm2200,第一部分研究中的68例对照及68例分裂症患者Resting fMRI protocol3T MR Scanner (EXCITE, GE,Milwaukee, USA)8 channel phase array head coil,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,纳入对象Scan Parameter2000msec第一,方法,种子点相关分析法0.01-0.08Hz FilterCorrelateBold Signal in STG,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,方法种子点相关分析法一首发精神分裂症患者结构及功能分析,结果,Functional connectivity map of 患者组p0.05, FWE,对照组 STG,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,结果Functional connectivity map,结果,Functional connectivity map of MTG, p0.05, FWE,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,结果Functional connectivity map,结果,对照组 患者组Functional connectivity map of ACC, p0.05, FWE,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,结果对照组 患者组一首发精神分裂症患,结果,组间分析结果显示精神分裂症患者各个功能网络与对照组之间并无显著差异(p0.05, two sample t-test),一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,结果组间分析结果显示精神分裂症患者各个一首发精神分裂症患者结,结果,静息状态功能连接与临床症状的相关系数表,0.043,反应缺乏,阴性,37,47,-56,-3,楔叶右侧颞上回 (Brodmann 7区),0.0005,阴性评分,阴性,160,47,-56,-3,楔叶右侧颞上回 (Brodmann 7区),0.0004,总分,阴性,97,19,-60,18,楔叶扣带回后,右侧颞上回 部 (Brodmann31区),0.036,思维障碍,阳性,61,-12,8,18,右侧颞中回 右侧苍白球,0.0001,思维障碍,阳性,217,-11,10,-18,右侧颞中回 左侧苍白球,P* 值,PANSS 评,分,相关类,型,(个),Taliarach坐 体素,标(mm)X YZ,相关区域,种子点,*多重比较校正后,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,结果静息状态功能连接与临床症状的相关系数表0.043反应缺乏,讨论,首次发现分裂症患者灰质异常脑区所涉及的静息状态脑功能连接并未出现改变首次发现STG 和MTG 所涉及的某些功能网络与临床症状相关,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,Lui et al., AJP 2009,讨论首次发现分裂症患者灰质异常脑区所涉及的静息状一首发精神,灰质异常STG & MTG,局部灰质体积神经网络,精神分裂症症状,Right ACC,讨论,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,局部灰质体积Lui et al., AJP 2009,灰质异常局部灰质精神分裂症Right ACC讨论一首发精,静息状态下反映生理活动的BOLD信号波动范围 (0.010.08 Hz)低频震荡幅度(ALFF): Amplitude of Low FrequencyFluctuation,ALFF,神经元自发活动Raichle et al. PNAS 2001; Fox et al. PNAS 2005,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,静息状态下反映生理活动的BOLD信ALFF神经元自发活动,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,采用 Rest 软件计算66例患者与66例正常对照全脑的ALFF值Regional function:Amplitude of low frequencyfluctuation (ALFF)Bandpass filtering (0.010.08 Hz)Linear-trend removalFast Fourier transform (FFT)Square root transformedDivided by the global mean value,一首发精神分裂症患者结构及功能分析采用 Rest 软件计算,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,精神分裂症患者存在脑,功能增高和降低的区域:,前额叶腹侧功能降低基底节区域功能增高没有发现颞叶及ACC功能改,变,功能改变与临床症状无相关,Huang & Lui et al., Neuroimage 2010,一首发精神分裂症患者结构及功能分析精神分裂症患者存在脑功能增,Huang & Lui et al., Neuroimage 2010,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,1. 同时存在增高和降低区域,功能缺陷与代偿,2. 没有发现颞叶及ACC功能改变,功能改变与结构改变的关系,3. 功能改变与临床症状无相关,特质性改变ALFF作为定量或定性指标的能力,ALFF 结果解释,Huang & Lui et al., Neuroimage,一,首发精神分裂症患者结构及功能分析,首发未治疗精神分裂症患者脑结构及功能分析总结1. 发现精神分裂症患者存在脑结构及功能改变 (VBM,rfMRI)2. 结构功能改变与临床症状的关系结构改变与临床症状相关;功能改变(ALFF)?3. 结构与功能的联系功能连接(rfMRI)4. 没有解决的问题局部结构改变与功能改变的联系(MRS,DTI)结构功能改变与疾病鉴别诊断的关系(多模态模式识别)药物治疗的影响(纵向研究),一首发精神分裂症患者结构及功能分析首发未治疗精神分裂症患者,D2; GABA,Medication,Neural system,effect,药物治疗的机制不清,副作用明显 !,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,D2; GABAMedicationNeural syst,应用静息状态功能磁共振:首发未治疗精神分裂症患者接受二代抗精神病药物治疗后6W:那些脑区局部脑结构及功能改变局部脑功能改变与临床症状的相关性神经网络的改变,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,应用静息状态功能磁共振:二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的,The severity of FSE (:month),PANSS,Screened using SCID-NP,研究对象,患者纳入标准,对照纳入标准,the,illness,-,10.1 4.017.8 5.2,AnergiaImpulsive aggression,Depression,-,51.8 9.114.4 3.510.0 2.811.2 2.510.5 4.7,GeneralThought disturbanceActivationAbsence of Paranoidhistory ofpsychiatric and neurological,-,26.6 5.4,阳性评分(Positive),Weight,13.0 2.9166.8 6.458.7 10.6-,11.8 3.2167.3 4.959.4 12.88.6 14.326.2 7.6107.4 15.220.6 6.6,Year of education(Yrs)Structured Interview forHeight(cm)DSM-IV (SCID-P) (Kg)Illness durationGAFPANSS 评分TotalNegative,21 : 1325 8,21: 1324.6 8.5,Sex(F:M)Age(Yrs),Control(n=34),schizophrenia(n=34),Characteristics,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,The severity of FSE (:month)PA,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,治疗6周后精神分裂症患者的脑结构出现改变:与基线值相比,发现左侧额下回、右侧壳核、海马及杏仁核等区域脑灰质体积增加与患者临床症状无相关性,二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响治疗6周后精神分裂症,局部功能改变:Amplitude of low frequencyfluctuation (ALFF)Bandpass filtering (0.010.08 Hz)Linear-trend removalFast Fourier transform (FFT)Square root transformedDivided by the global mean value,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,局部功能改变:二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,Brodmann 11,Putamen,Regional function:Caudate,Baseline: patients ControlsBrodmann 8,Brodmann 40,Patients: 6 weeks later ControlsBrodmann 7,Brodmann 45Caudate,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,Brodmann 10Patients: 6 weeks later BaselineLui et al., AGP 2010 In Press,Brodmann 11PutamenRegional fun,Symptom,Paranoid,L prefrontal,Paranoid,ACT,TD,R Medial prefrontal,impulsive,Regional function:Significantly correlated with the improvement of symptoms !,ALFF,impulsivePretreatment,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,PositiveAfter treatmentLui et al., AGP 2010 In Press,SymptomParanoidL prefrontalPar,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,1. 多个脑区ALFF值增高,2. 脑区功能增强与临床症状相关,3. 功能改变与阴性症状关系不明显,4. ALFF作为定量指标,Lui et al., AGP 2010 In Press,二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响1. 多个脑区ALF,RegionalFunctionFunctionalConnectivity,regional,Network,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,RegionalregionalNetwork二药物,Neural network functionSeed voxel approach0.01-0.08Hz FilterCorrelateBold Signal in STG,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,Neural network function二药物治疗短期,L Thalamus,L MF, B 9,L STG, B 38R LentiformR MEFC, B10,L PF, B 10L PH, B 36R Thalamus,R IFG, B45B6L Insula, B13 L Lentiform L MTG, B 21,R PH, B 35R IP, B40,二R MF, B 8,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响R TL, B20R CaudateR CC, B 32,Lui et al., AGP 2010 In Press,L ThalamusL MF, B 9L STG, B 3,effect,RegionalNeural system,Medication,Schizophrenia,Correlated,NetworkModel for antipsychotic drugs,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,Lui et al., AGP 2010 In Press,effectRegionalMedicationSchizo,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,主成分独立成分分析探索其他脑功能网络的改变验证种子点分析结果,Lui et al., AGP 2010 In Press,二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响主成分独立成分分析L,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,1. 治疗后存在广泛功能连接降低2. 颞叶及vMPFC涉及不同的改变3. 网络改变与临床症状缓解无明显相关,Lui et al., AGP 2010 In Press,二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响1. 治疗后存在广泛,二,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响1. 抗精神病药物对精神分裂症患者脑结构及功能在短期内产生广泛影响(VBM,rfMRI)2. 功能改变与临床症状的关系局部功能改变与临床症状相关3. 局部功能改变与神经网络的联系功能连接(rfMRI)4. 没有解决的问题神经功能网络改变的结构基础(DTI)结构功能改变与疗效评估的关系(多模态模式识别)药物治疗的长期影响(纵向研究),二药物治疗短期对精神分裂症脑功能的影响药物治疗短期对精神分,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,应用结构MRI及rfMRI:首发未治疗精神分裂症患者接受二代抗精神病药物治疗后6W,12M,24M:那些脑区局部结构及脑功能改变局部结构脑功能改变与临床症状的相关性神经网络的改变,三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响应用结构MRI及,VOLUME,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,*,1106.1,1121.1,1087.710801070,1120111011001090,首发未治疗精神分裂症患者接受二代抗精神病药物治疗后12M,24M:患者2年随访全脑体积变化1130,0W,12M,24M,Stage,TBV,VOLUME三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响*11,1年末,三,2年末,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响右侧额中回、额下回、颞上回、颞中回,左侧岛叶、双侧内侧额叶、后扣带回、舌回、小脑后叶灰质体积减少,1年末三2年末药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,1年末,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响左侧额上回、额下回,右侧中央前回,双侧丘脑、尾状核灰质体积增加,2年末,1年末三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响2年末,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,采用 Rest 软件计算14例患者治疗后6W,12M,24M的改变Regional function:Amplitude of low frequencyfluctuation (ALFF)Bandpass filtering (0.010.08 Hz)Linear-trend removalFast Fourier transform (FFT)Square root transformedDivided by the global mean value,三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响采用 Rest,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,初步结果:14例患者治疗后6W,12M,24M的ALFF的改变患者前额叶,内额叶,基底节及顶叶局部ALFF值增加,三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响初步结果:14例,ALFF,ALFF,ALFF,ALFF,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,0w,6w,12M,24M,左侧前额叶背外侧,0w,6w,12M,24M,内额叶前腹侧(vMPFC),0w,6w,12M,24M,左侧尾状核,右侧前额叶,0w,6w,12M,24M,初步结果:14例患者治疗后6W,12M,24M的ALFF的改变,ALFFALFFALFFALFF三药物治疗短期对精神分裂症脑,三,药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响,初步结果:14例患者治疗后6W,12M,24M,其额叶,基底节及顶叶功能活动增强,在6w达到高峰,12月及24月时随药物计量降低,ALFF值也降低。与临床症状及神经网络的关系正在分析中。,三药物治疗短期对精神分裂症脑功能的长期影响初步结果:14例,四,rfMRI对评估精神分裂症患者脑功能的展望,rfMRI可以评估精神分裂症患者的脑功能1. rfMRI可以发现首发未治疗精神分裂症患者的脑功能改变,前额叶及颞叶的改变与疾病密切相关2. ALFF的的改变与药物治疗相关,能反应患者临床症状的改变3. 局部功能改变与神经网络的改变相关,可能与药物的副作用相关4. rfMRI与结构MRI的结合可能为精神分裂症患者的诊断和评估提供客观的指标(多模态模式识别应用),四rfMRI对评估精神分裂症患者脑功能的展望rfMRI可以,分子遗传学,影像医学,临床医学,磁共振物理学,交叉平台,建立多学科交叉的医学磁共,振研究平台,疾病的生物表型与病因,学机制研究,促进预防及诊治,小结,分子遗传学影像医学临床医学磁共振物理学交叉建立多学科交叉的医,神经疾病的病理机制研究癫痫,AD等,精神疾病的结构功能成像分裂症、抑郁症等,分子影像的应用肿瘤及心血管分子影像等图像处理软件的开发医学影像后处理软件的开发等,腹部疾病多模态成像肝肾功能成像等磁共振成像序列的开发磷成像等,交叉研究平台,我们的研究方向,小结,神经疾病的病理机制研究精神疾病的结构功能成像分子影像的应,ISMRM 2008 YIAFinalistLui et al.,JMRI, 2008,抑郁症局部脑功能状态的研究Lui et al.,Radiology 2009,多模MR技术对精神分裂症研究Lui et al.,AJP 2009,癫痫局部脑功能状态的研究Liu et al.,Epilepsia 2009,小结,ISMRM 2008 YIA抑郁症局部脑功多模MR技术对癫痫,欢迎到华西临床磁共振中心!,欢迎到华西临床磁共振中心!,West China Hospital,HMRRC,West China HospitalHMRRC,谢谢!,

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