文摘
摘要目的:使用扩散张量成像(DTI)评估灰质和白质束扩散行为变异的额颞叶痴呆(bvFTD),语义痴呆(SMD),和进步的迟滞型失语症(PNFA)。
方法:这是一个病例对照研究,16个受试者与bvFTD,与PNFA 7和4 SMD被年龄和性别识别和匹配到19控制。所有受试者3 t头部MRI和DTI在21个方向扩散编码序列。灰质是扩散系数(MD)评估使用的(ROI)和voxel-level方法,和分布形态测量学是用来评估模式的灰质的损失。白质束扩散系数(分数各向异性和径向扩散系数)是通过将roi评估在广阔的兴趣。
结果:bvFTD,增加灰质MD和灰质损失确定了双边在额叶和颞叶,异常扩散系数在白质束连接到这些地区。SMD、灰质损失和增加医学主要被确定在左颞叶,劣质纵束的路异常的观察和钩状的纤维束。PNFA,灰质损失和增加医学观察左额叶、岛叶,和补充运动区,在上纵束路异常的观察。
结论:灰质的扩散系数是提高地区萎缩性的额颞叶痴呆,表明剩余组织的细胞结构的破坏。此外,损害被确定在这些区域互连白质束,支持假设这些疾病涉及不同的和特定的大脑网络。
术语表
- 光芒四射=
- 自动化的解剖标记;
- 交流=
- 前扣带;
- 自抗扰控制器=
- 阿尔茨海默病研究中心;
- ADPR=
- 阿尔茨海默氏症病人注册表;
- 先进的=
- 言语失用症;
- bvFTD=
- 额颞叶痴呆行为变体;
- 简历=
- 变异系数;
- 达=
- 轴向扩散系数;
- 博士=
- 径向扩散系数;
- 贸易工业部=
- 扩散张量成像;
- 足总=
- 分数各向异性;
- 罗斯福=
- 错误发现率;
- 视场=
- 的视野;
- FTD=
- 额颞叶痴呆;
- 应用=
- 宽屏在半峰;
- 海湾合作委员会=
- 胼胝体膝;
- “=
- 高维扭曲;
- 董继玲女士=
- 劣质纵束;
- 医学博士=
- 意思是扩散系数;
- MPRAGE=
- 磁化准备收购快速梯度回波;
- 个人电脑=
- 后扣带;
- PNFA=
- 进步的迟滞型失语症;
- 聚氯乙烯=
- 部分体积校正;
- ROI=
- 感兴趣的区域;
- SLF=
- 优越的纵向纤维束;
- SMD=
- 语义痴呆;
- UNC=
- 钩状的纤维束。
扩散张量成像(DTI)最近成为一个有价值的技术评估大脑的结构性变化。1 - 3它可以提供微观结构组织信息的完整性通过测量在水中扩散变化组织。这是特别有用的评估白质束的完整性,因为DTI可以提供一个测量方向的扩散(分数各向异性[FA])。然而,DTI还可以提供一定程度的扩散系数的大小(平均扩散系数),这通常是增加神经退化由于微观结构壁垒扩散损失,和可以用来评估灰质的完整性。
额颞叶痴呆(ftd)相关的神经退行性疾病是一组独特的灰质萎缩和焦模式。4 - 7这些障碍包括行为变异FTD (bvFTD),特点是行为和人格改变;进步的迟滞型失语症(PNFA),特点是phenomic错误和犹豫的演讲;和语义痴呆(SMD),特点是命名问题。8有证据表明,bvFTD和SMD与白质束变性有关,卖地虽然在PNFA DTI此前还没有评估,目前尚不清楚这些变异都有各自不同的土地退化的模式。
因此本研究的目的是评估在灰质和白质束水扩散系数,并比较这些结果的模式在bvFTD灰质萎缩,SD, PNFA。我们假设模式异常灰质萎缩的扩散系数将重叠模式,尽管这是目前未知。
方法
科目。
我们确定了所有科目从罗切斯特的梅奥诊所(n = 27)阿尔茨海默病研究中心(ADRC)或病人注册(ADPR)实现临床标准FTD (16 bvFTD 7 PNFA 4 SMD),8招募了2007年7月至2008年10月,DTI-MRI。这些受试者年龄和性别相匹配的正常对照组19日曾加入了自抗扰控制器或ADPR。人口统计数据所示表1。
标准协议的批准和同意。
知情同意参与研究得到梅奥的机构审查委员会批准。
图像采集。
标准化的协议进行3 t GE扫描仪(通用电气医疗集团,密尔沃基,WI)。单发的DTI收购由echo-planar fluid-attenuated反转恢复序列脉冲用于抑制脑脊液信号。在轴面成像进行,重复时间/反转时间8800/2200毫秒,平面矩阵重建(128×128)128/122,视野FOV 38厘米,0.62阶段FOV, 21扩散编码步骤,平面分辨率3毫米,切片厚度3.3毫米。并行成像有使用2倍。协议还包括一个三维磁化准备收购快速梯度回波序列(MPRAGE)如前所述。14
分布形态测量学。
灰质萎缩模式评估使用分布形态测量学15在SPM5。扫描被归一化到蒙特利尔神经学研究所模板,分段使用统一的分割和平均创建自定义的模板和先验概率地图。所有图片被规范化使用定制的定制模板和分段组织概率地图灰质,白质,CSF,16其次是隐藏的马尔可夫随机场清洁步骤。17灰质图像调制和平滑在8 mm宽屏半峰(应用)。
DTI处理。
每个21 diffusion-weighted图像注册使用12 - nondiffusion加权b0卷df仿射登记。FA的地图,不同颜色FA,平均扩散系数(MD),轴向扩散系数(DA)(相当于特征向量1),和径向扩散系数(DR)的特征向量(平均2和3)计算从这些21使用DtiStudio diffusion-weighted图像。18保持明确区分皮层和束测量,MD在灰质区域评估缺乏定向扩散,FA,博士,DA评估白质束自扩散本质上是定向的。
灰质扩散系数测量。
灰质扩散系数测量使用一个atlas-based分割和voxel-level分析。的atlas-based使用自动分割技术解剖标记(AAL)阿特拉斯19和SPM5生成意味着MD值感兴趣的不同区域(roi)。我们分析了16个互斥的roi覆盖左和右额叶,颞叶,顶叶、枕叶和基底神经节。
光芒四射的阿特拉斯19标准化是一个定制的模板吗16和编辑。每个MPRAGE标准化定制模板,逆变换是经atlas标签适用于主题的本机解剖空间(图e 1首页®网站www.首页neurology.org)。每个MPRAGE划分为灰质、白质和脑脊液本地空间。接下来,每个主题是扭曲的MPRAGE b0图像使用一个内部的修改版本高维扭曲(HDW)在SPM5工具箱。由此产生的变形应用于科目的阿特拉斯,以及分割图像。对于每个主题,b0-space分段灰质和白质分割大脑合成为一个二进制的面具。每个志愿者的大脑面具是乘以科目的b0-space图集,为每个主题,生成一个定制的阿特拉斯parcellated提到的roi。b0-space灰色和白色物质图像被用来执行部分体积校正(PVC)医学图像,使用2-compartment PVC算法。20.所有灰质PVC-corrected MD值计算roi的阿特拉斯。
voxel-level分析,每个PVC-corrected医学图像转换成模板空间通过反相变形获得的“MPRAGE b0空间,结合上面的转换进行规范化每个MPRAGE到模板空间。一个平滑滤波器应用8 mm的半最大值宽度。
白质束扩散系数测量。
特定的白质束被确定使用彩色FA地图。roi被放置在颜色上的大片FA地图使用分析软件(罗彻斯特市梅奥生物医学成像资源)1评定等级(J.L.W.)盲法临床诊断。地区被放置在轴向图像使用解剖标志,但冠状图像被认为同时指导放置。roi是放在下面的大片(图1):膝的胼胝体(GCC),胼胝体压部,钩状的纤维束在垂直位置(UNC)连接时间和额叶,劣质纵束董继玲女士前扣带(AC),后扣带(PC),优越的纵向纤维束(SLF)和下行皮质脊髓的/ corticopontine大片。SLF采样在三个位置:大片分支到下额叶,前降后下行大片分支成后颞叶,和高级水平纤维通常位置毗邻最优片侧脑室。董继玲女士是采样的颞叶前部和后部位置。roi都分别测量左右半球的胼胝体除外。一旦ROI已经用不同颜色的FA地图,他们覆盖FA, DA,博士和地图为每个ROI计算束统计。
图1说明分数各向异性感兴趣的区域的位置
从控制主题说明分数各向异性彩色地图白质束的位置感兴趣的区域。感兴趣的区域只有被放置在左脑。AC =前扣带;蚂蚁=前;中科=皮质脊髓束;GCC =胼胝体膝;董继玲女士=纵束低劣;电脑=后扣带;帖子=后;鳞状细胞癌=胼胝体压部; SLF = superior longitudinal fasciculus; sup = superior; UNC = uncinate fasciculus.
Intrarater再现性是通过将roi评估受试者20日两次间隔2周。评定等级被蒙蔽的ROI放置时间1时把第二次的ROI。
统计数据。
评估再现性,我们估计试变异系数(CV)为每一个ROI通过拟合intercept-only混合效应模型与随机患者效果,适用时,随机side-within-patient效果。21左和右从相同的主题被视为单独的roi,尽管相关,观察。
评估灰质和白质束的ROI数据,我们拟合协方差分析模型为每个ROI与4层组织的影响在每个端点(FA,哒,博士,灰质MD)与年龄和性别作为协变量。我们估计成对差异95%置信区间和成对使用对比从模型假设测试执行。控制假阳性的数量成对差异,我们应用一个错误发现率(罗斯福)校正,22控制的假阳性的比例p为每个端点值为所有roi。意义被认为是在p< 0.05和趋势水平p< 0.1。如果比较不生存校正使用罗斯福,未修正的p值在p< 0.05被报道。
评估灰质体积和MD在体元层面,我们应用SPM5 full-factorial模型来评估疾病组之间的差异,与年龄和性别作为协变量控制。医学分析由灰质蒙面模板阈值为0.05。这些voxel-level分析评估的结果未修正的p< 0.001。
结果
灰质voxel-level分析。
模式的灰质体积损失和MD增加所示图2。bvFTD组显示双边灰质损失和MD在额叶和颞叶前增加,一些参与的内侧和外侧顶叶和枕叶。SMD集团损失和MD增加在颞叶为主,特别在左边,损失扩大到枕叶。PNFA组显示损失和MD增加左后下和优越的额叶,前脑岛、补充运动区、颞叶。
灰质ROI扩散系数。
ROI-based灰质结果表e 1所示。bvFTD组显示,MD所有增加roi,伴随双边最重要的增加时间和额叶、岛叶和尾状核。最重要的增加在MD SMD观察左颞叶区域,显著增加也观察到在右颞叶,脑岛,和左侧额叶、顶叶、枕叶和尾状核。没有地区PNFA MD在罗斯福校正增加;然而,有一个使用未调整的趋势p增加了MD值双边劣质额叶和左补充运动区,脑岛,优越的内侧额叶,眼窝前额皮质,颞叶,中央前回。
显著差异在疾病组只使用未调整的确认p值。bvFTD显示更大的MD在正确的时间,内侧额叶,中央前,和顶叶比PNFA;SMD显示MD在左外侧颞叶大于bvFTD和更大的MD在左颞叶,尾状,内侧顶叶和枕叶,比PNFA内侧颞叶。
白质束ROI扩散系数。
受试的均值简历21在所有roi估计是0.06对FA(范围0.03 - -0.10),0.06(0.02 - -0.13)博士,并为达0.05 (0.03 - -0.08)。
白质束所示结果表2,图3,图飞行。博士在bvFTD FA降低,增加被确定在双边UNC, AC,前SLF,左后SLF,和前董继玲女士,改变只在GCC博士和后董继玲女士。增加FA皮质脊髓束的观察。SMD组显示显著降低FA和增加博士在左后董继玲女士,UNC,电脑。增加博士还发现左前董继玲女士,和减少在左前SLF FA被发现。与其他组相比,PNFA显示最重要的改变在SLF扩散系数,降低FA和前SLF博士,增加和减少左后足总,SLF优越,UNC。没有显著改变DA被确定在任何大片在任何组。
图3箱形图显示分数各向异性值分布的疾病组
帮助之下,分数各向异性(FA)值集中在感兴趣的区域(ROI)特殊对照组意味着(定义为零在横轴上),因此可以理解为每个疾病组之间的差异和控制每个白质束ROI。框显示25、50(中位数),和75百分位数分布,而盒子的水平线延伸停在最极端的数据点。AC =前扣带;蚂蚁=前;bvFTD =额颞叶痴呆行为变体;中科=皮质脊髓束;GCC =胼胝体膝;董继玲女士=纵束低劣;电脑=后扣带;帖子=后; PNFA = progressive nonfluent aphasia; SCC = splenium of the corpus callosum; SLF = superior longitudinal fasciculus; SMD = semantic dementia; sup = superior; UNC = uncinate fasciculus. *p< 0.10,* *p< 0.05 vs控制基于错误发现rate-corrected协方差分析p价值。
差异在疾病组只有3确定使用未修正的p值;FA在上级SLF PNFA显示低于bvFTD,而bvFTD显示高博士在正确的前比PNFA董继玲女士。SMD显示低FA和高博士在左后比bvFTD和PNFA董继玲女士。
讨论
这项研究表明FTD与灰质和白质的变化水扩散系数和模式的变化在不同3综合征FTD的变体。
早期DTI研究评估白质束通常报道FA,尽管博士最近的研究朝着报告和DA,增加博士一直在解释为反映髓完整性的损失23和增加DA表示轴突变性。然而,最近建议对齐特征向量与底层组织可能会受到疾病病理学的影响,所以这个解释并不总是成立。24这种批评博士和DA不扩展到FA,仍被视为代表一个有效的测量水扩散的程度是定向。因此,尽管我们报告博士和DA的一致性与先前的研究,应注意解释这些数据。在所有疾病组路异常的观察,尽管只有确定博士曾在足总杯与变化。
bvFTD与广泛的模式增加灰质MD,特别是影响两国时间和额叶,顶叶也。这些变化密切反映灰质损失的模式在同一个主题,暗示空间萎缩之间的联系密切,增加水扩散和显示剩余的组织使用唯一能被探测到的异常。的模式主要是额叶和颞叶灰质损失是bvFTD典型。7日,25日- 27日我们还发现了许多bvFTD白质束扩散系数变化。这些都是典型的大片区域连接的脑组织萎缩。扩散系数的变化确定了大港位于额叶、如AC, GCC,和前SLF,连接到颞叶大片,比如UNC董继玲女士。的变化观察董继玲女士在呼吸道的前部分尤为严重,这对应于这一事实灰质前颞叶的损失是最严重的。然而,扩散系数的变化也确认后roi,如后SLF,电脑。尽管bvFTD通常被认为涉及前颞额叶,外侧和内侧顶叶可以严重影响27和通常成为后来在发病的影响。也有可能我们的队列由不同的bvFTD解剖变异,27虽然我们的科目太少,允许进一步细分。一项研究同样发现异常扩散系数前胼胝体,交流,和PC, UNC与bvFTD科目,尽管他们不明确识别和评估董继玲女士或SLF。13
灰质MD SMD增加同样的模式匹配的模式组织损失。措施与非对称模式,最严重的变化观察到左脑,特别是涉及颞叶。这种模式与SMD萎缩是典型的主题。6、7、28、29灰质损失和MD增加也观察到脑岛,额叶、顶叶、枕叶,左半球变化更糟。白质束扩散系数的变化同样发现在左半球,最显著的变化在FA博士发现在左侧前部和后部董继玲女士和左UNC,都连接到颞叶。SMD董继玲女士似乎尤其相关,因为它涉及到一个更大的程度比bvFTD和PNFA。董继玲女士连接颞枕叶30.并建议在视觉物体识别中发挥作用,在连接对象表示他们的词汇标签。31日也可能ROI后董继玲女士可能含有纤维的劣质fronto-occipital纤维束,也被牵连在语义加工,32因为这些大片重叠在很大程度上。尽管UNC,连接额叶和颞叶,一直建议参与语义加工,31日它也参与bvFTD支持建议,它可能不是必不可少的语言33而可能导致行为dyscontrol,9它可以出现在bvFTD和SMD。我们也观察到一些变化在足总ROI放置在左前SLF,这是定位在SLF陷入额叶低劣。这个投资回报率可能包含从弓状纤维束纤维,它曾被证明有SMD FA的降低9一直扮演着一个角色在语言功能。31日,34岁,35岁
不太严重的灰质在PNFA观察变化。增加灰质MD和灰质损失被观察到在左劣质和优越的额叶、脑岛、辅助运动区。额外增加观察在左前额皮质,内侧额叶,颞极、中央前回、额叶和。以前的研究一直发现模式的组织损失在PNFA下额叶和脑岛。5日,29日,36岁,37岁补充运动区已被证明是与言语失用症(市场),5PNFA患者中常见。有趣的是,束显示最严重的变化是SLF博士曾在足总杯与参与的前SLF大片陷入低额叶,后SLF大片陷入后颞叶,和横向优越SLF大片。事实上,PNFA是唯一一组显示显著改变上级SLF扩散系数,和有一个趋势PNFA显示显著降低足总在这束与bvFTD相比。这个结果符合事实,最大的地区确定了下额叶萎缩,表明损伤SLF可能扮演一个角色在语言在PNFA赤字。异常SLF一直在之前报道原发性进行性失语。34然而,上级SLF ROI也可能包含互连与电机和运动的大片地区。35因此可能损害这些大片有助于PNFA构音障碍和代谢,可以发现。5市场的存在与corticobasal变性病理相关5和先前的研究corticobasal综合症也同样报告补充运动区和frontoparietal纤维扩散系数变化,这可能与上级SLF一致。38、39详细的演讲和语言评估没有可用的主题在这项研究中,然而,因此目前不清楚这些汽车问题的贡献。
本研究表明不同的灰色和白色物质扩散模式综合征FTD的变体。不是所有结果幸存修正多重比较,因为少量的主题,但有趣的趋势仍在确认。某些白质束的损伤是相对特定的疾病,AC和GCC在bvFTD只影响,董继玲女士优先影响SMD, SLF PNFA最严重影响。这些异常大片互连异常区域的灰质在每个疾病,支持假设这些疾病涉及不同的大规模神经网络。40
作者的贡献
统计分析是由斯蒂芬·d·Weigand女士。
研究资金
P50 AG16574赠款支持,U01 AG06786和R01 AG11378国家老化研究所的贝塞斯达,医学博士;美国国立卫生研究院职业发展路线图多学科临床研究奖授予(K12 / NICHD) -HD49078;美国国立卫生研究院/保罗Beeson职业发展奖项在老化K23 AG030935;的慷慨支持罗伯特·h·史密斯和克拉丽斯和阿比盖尔范布伦阿尔茨海默病梅奥基金会的研究项目,美国亚历山大家族阿尔茨海默病研究的教授梅奥基金会和美国国立卫生研究院建设格兰特(NIH C06 RR018898)。
信息披露
博士Whitwell接收来自达纳基础研究支持(Coinvestigator)和美国国立卫生研究院(R01-AG11378)。Avula博士是医学成像解决方案顾问。Senjem先生报告没有披露。Kantarci接收博士研究来自美国国立卫生研究院的支持(K23 AG030935(π)P50 AG16574 / P1(π)和R01 AG11378 [Coinvestigator])。Weigand先生和Samikoglu报告没有披露。Edmonson博士认为,收到版税,并收到西门子6472872年美国专利的许可费用,发行2002:实时匀场偏振场磁共振系统;和接收来自国家卫生研究院研究支持(NIA R01 AG11378 Coinvestigator, NCRR UL1 RR 24150 [Coinvestigator], NIBIB R01 EB00229 [Coinvestigator],和NIMH R01 MH79261 [Coinvestigator])。博士Vemuri收到罗伯特·h·史密斯家族基金会的支持研究奖学金和美国国立卫生研究院(R01-AG11378)。Knopman博士担任副主编首页®;曾在数据安全监测委员会为赛诺菲-安万特、葛兰素史克、和礼来公司;是一个研究者在临床试验中由Elan公司,巴克斯特国际公司,和森林实验室,Inc .);和接收来自国家卫生研究院研究支持(R01-AG023195(π)R01-AG11378 Coinvestigator, P50 AG16574 Coinvestigator, U01 AG) 06786 (Coinvestigator),和R01 HL70825 [Coinvestigator])。Boeve博士曾任通用电气医疗集团顾问;已经收到了差旅费用和/或酬金讲座或教育活动不是由行业;接收来自出版版税痴呆的行为神经学首页(剑桥医学,2009);和收到无数遗传学研究支持Inc .)头,Inc .)、美国国立卫生研究院(P50 AG16574 Coinvestigator, UO1 AG06786 [Coinvestigator, RO1 AG15866 [Coinvestigator]),阿尔茨海默氏症协会和遗传疾病研究中心(U24 AG026395 [Coinvestigator])。彼得森博士是Elan公司的科学顾问委员会,惠氏,通用电气医疗集团;接收来自出版版税轻度认知障碍(牛津大学出版社,2003年);和接收来自国家卫生研究院研究支持/ NIA (U01 AG) 06786(π),P50 AG) 16574(π),U01 AG) 024904(分包合同π),和R01 AG11378 [Coinvestigator])。约瑟夫博士是美国国立卫生研究院资助的职业发展路线图多学科临床研究奖授予(K12的/ NICHD) -HD49078(π),莫里斯k•尤德尔PD研究中心卓越NIH /研究所P50 NS40256 (Coinvestigator)和Dana基金会(π)。杰克博士作为Elan公司的顾问;接收研究辉瑞公司的支持,美国国立卫生研究院/ NIA (R01-AG11378(π)P50-AG16574 [Coinvestigator],和U01 AG024904-01 [Coinvestigator]),和亚历山大家族阿尔茨海默病研究教授梅奥的基础;并持有通用电气医疗集团的股票。
脚注
研究经费:资金信息提供的文章。
披露:作者披露提供的文章。
收到2009年11月20日。2010年2月2,接受的最终形式。
