弥漫性轴索损伤患者脑结构和功能的磁共振研究

Diffuse axonal injury (DAI) is a common subtype of traumatic brain injury (TBI), is a major cause of mortality and disability. MRI may become a valuable tool for detecting DAI, but conventional MRI can not reflect all aspects and degree of injury. Axonal injury can be caused by immediate (primary)axotomy which occurs at the time of injury or delayed (secondary) axotomy in a few minutes or hours after impact. Structure change is important foundation of function change, but the brain is a plastic organ with a capability to reorganize in response to behavior and/or injury. Neuroimaging studies have found that DAI may be have different mechanism with others subtype of TBI. In this investigation, the goal of the present study is to examine the changes of structure and functions in acute phase (0-9 days) and chronic phase (6,12 months) of DAI patients by multi-modality MRI (vMRI, SWI, DTI and rs-fMRI), in combination with clinical functional assessment, to investigate the impairment mechanism of structure and functions, and to analyze the relationship between the quality of life (QoL) with structure and functions impairment.The goal of this study is to investigate the mechanism of functional reconstruction and impairment in DAI, and to provide theory foundation for comprehending the relationship of QoL and brain impairment, and to provide theory foundation for the structure change and function impairment of other subtype in patients with TBI.

弥漫性轴索损伤(DAI)是创伤性脑损伤(TBI)的常见亚型,是导致患者死亡、植物生存或严重神经功能障碍的最主要原因之一。常规影像技术不能全面反映DAI的损伤程度。除直接损伤外，继发性和延迟性的神经元死亡也是创伤后脑结构改变的重要因素。结构改变是功能改变的重要基础，且大脑具有应对行为和/或损伤重建的功能。研究发现，DAI可能存在不同于其他类型TBI的结构和功能改变机制。本项目拟采用功能磁共振成像(包括vMRI、DTI、rs-fMRI)及后处理技术对损伤急性期(0-9天)和慢性期(6个月、12个月)DAI患者进行研究，结合临床功能评估，探讨DAI患者结构与功能改变的可能机制，并分析这些改变对患者生活质量的影响。本研究的意义在于：获取DAI患者结构和功能改变的可能机制及功能重构或重塑机制，为理解DAI对患者生活质量的影响提供理论基础；同时为更好地理解TBI其他类型结构损害及功能影响奠定理论基础。

本项目采用多模态磁共振成像(包括高分辨T1WI、SWI、DTI和rs-fMRI)后处理技术对损伤急性期(0-9天)和慢性期(6、12个月)弥漫性轴索损伤(DAI)患者进行研究，结合临床功能评估，探讨DAI患者结构与功能改变的可能机制。主要发现如下：(1) DAI患者组静息态脑功能存在改变，ALFF增高脑区包括左侧前扣带回（t=4.41），右侧海马旁回（t=4.0）。ALFF减低脑区包括右侧中央前回（t=-4.36）。（双样本t检验，P<0.01，AlphaSim校正）。初步推测静息状态下DAI患者脑神经活动的ALFF存在异常，部分脑区自发活动水平减低，其他脑区功能脑区活动增强，可能与代偿机制有关；(2) DAI患者组存在6对VMHC下降的脑区，分别是双侧小脑后叶1、双侧小脑后叶2、颞上回/岛叶、额下回、后扣带回/距状沟皮层、丘脑。初步推测静息状态下DAI患者左右大脑功能一致性下降或左右大脑半球协调能力减低。VMHC差异脑区与全脑存在广泛功能连接减低，主要包括默认网络、凸显网络、整合与执行功能网络(P<0.05，GRF校正)；(3) 脑震荡(BC)患者GCS得分近似于HCs (t = -1.46, P = 0.16)，RPSQ得分高于HCs(t = 13.62, P = 0.001)。(4) BC患者全脑网络标准化聚类系数(γ)轻度升高、标准化最短路径长度略有降低、“小世界”指数轻度增强；全脑效应和局部效应改变不明显；在最小网络稀疏度(Dmin=0.13)条件下，BC患者右侧眶内额上回、右侧苍白球与双侧颞横回节点介数显著增加，左侧顶下小叶与左侧枕中回节点介数显著减少，右侧眶内额上回和左侧后扣带回标准化聚类系数明显升高，右侧三角部额下回和左侧顶下小叶标准化聚类系数明显降低，右侧眶内额上回、左侧后扣带回与双侧辅助运动皮层的节点局部效应增强，双侧三角部额下回与左侧岛盖部额下回的节点局部效应减低(P﹤0.05)。这些结果表明脑震荡患者静息态脑功能网络拓扑整体和局部属性及脑区局部效应存在异常，整体具有随机化趋势，局部涉及到默认网络功能脑区。上述结果集中从形态学、结构学、功能学等多个磁共振分析模态解析了轻度创伤性脑损伤的DAI(含脑震荡)患者脑结构和功能损害特点及其与临床评估之间的关系，并结合患者的全脑功能与结构损害特点，及其功能影响机制, 同时为更好地理解DAI奠定理论基础。