基于大尺度网络的轻度创伤性脑损伤(mTBI)功能磁共振成像数据挖掘

The advancement of neuroimaging has added increasing accuracy to the detection of the patients of mild traumatic brain injury (mTBI).However, it is still a challenge for clinicians when confronted with mining below the "tip of the iceberg" to comprehensively and integrally evaluate diffuse microstructure damage in mTBI patients, as well as to elucidate the functional changes. Human brain is a highly complex spatial and temporal dynamic system. Using neruoimaging data driven analysis techniques makes for mining the connection rules of structural and functional large-scale networks from huge amounts of information of magnetic resonance imaging. It is the optimal method to further explore and understand the alterations of complete brain system together with its recovery, reorganization or evolvement rule of mTBI.The present study intends to collect multi-modal MRI (including vMRI, DTI, ASL and rs-fMRI) data from 80-100 cases of post-traumatic (0-9 days, 6 and 12 months) patients with mTBI. Data driven techniques of the large-scale complex networks are applied to investigate the changes of morphological structures and spatial topological property of functional networks in mTBI patients to seek credible prognostic imaging markers for mTBI, and to investigate the plausible mechanisms of structural reorganization and functional recovery of nerve centers with clinical function assessment of mTBI patients.The point of this study is to provide a basis for understanding the pathophysiologic mechanism of mTBI patients from a new perspective.

神经影像学的进步提高了轻度创伤性脑损伤(mTBI)检出的精确度。然如何全面、整体评估mTBI患者检出的"冰山一角"下弥散性微结构损害和解释患者功能改变仍是临床面临的一个难题。人脑是高度复杂的时空动力系统，数据驱动的神经影像分析技术，有利于从磁共振数据的海量信息中进一步挖掘结构和功能大尺度网络的连接规律，是进一步探索和理解mTBI患者损伤后大脑完整系统改变及其恢复/重塑(演化)规律的最佳方法。本研究拟采集80-100例创伤后(0-9天、6和12月)mTBI患者的多模态MRI(包括vMRI、DTI、ASL和rs-fMRI)数据，数据驱动的大尺度复杂网络技术用于探讨mTBI患者创伤后的形态、结构和功能网络的空间拓扑属性改变特点，寻找mTBI可信的预后影像学标志，并结合临床功能评估探讨患者创伤后中枢结构重塑与功能恢复的可能机制。本研究的意义在于：从新的视角为理解mTBI患者的病理生理机制提供依据。

本研究拟采集 80-100 例创伤后(0-9天、6 和 12月)mTBI患者的多模态MRI(包括vMRI、DTI、ASL 和 rs-fMRI) 数据,数据驱动的大尺度复杂网络技术用于探讨 mTBI 患者创伤后的形态、结构和功能网络 的空间拓扑属性改变特点，寻找mTBI 可信的预后影像学标志，并结合临床功能评估探讨患者创伤后中枢结构重塑与功能恢复的可能机制。研究主要发现如下: (1)与正常对照组相比，mTBI患者组静息态脑功能存在改变，ReHo增高脑区包括左侧岛叶、左侧中央前、后回，左侧缘上回（p<0.05, AlphaSim 校正），且左侧岛叶的ReHo值与MMSE评分呈正相关（p<0.05，未校正）。本研究提示，ReHo方法有望成为评估急性期mTBI患者功能异常的指标。(2) 与正常对照组相比，在典型频带，急性期mTBI患者在右侧额中回的ALFF值降低，在右侧梭状回及左侧枕中回的ALFF值升高；这一改变在slow-4频段更显著；在slow5频段，mTBI患者仅在枕叶区显示ALFF升高。本研究提示，急性期mTBI患者在额叶及视觉、运动和情感相关的脑区显示脑自发活动的异常，并且该异常在slow-4更显著。本研究结果可为理解急性期mTBI患者的局部神经生理变化提供新的视角。(3)与健康对照组相比，mTBI 组显示广泛的脑白质内扩散 MR 参数异常。所有白质纤维束中，24 个白质纤维束显示 DTI-FA 值明显下降。DBSI可提示炎性水肿。在所有白质纤维束中，DTI-FA 和 DTI-RD 与神经心理测试之间存在着显著相关性(p<0.05)；在大部分白质纤维束中，DBSI-纤维比例与神经心理测试之间存在着显著相关性(p<0.05)。这表明DBSI 技术可以检测慢性期 mTBI 患者广泛的炎症反应，包括炎症细胞和炎性水肿，为揭示患者复杂病理成分提供了新的生物影像学标志物。