脑影像学技术在精神科的应用

脑影像学技术在精神科的应用江开达上海市精神卫生中心上海医科大学附属华山医院脑影像技术在精神科的应用20世纪70年代,结构脑影像技术用于研究患者脑结构形态学的改变20世纪80年代，运用功能脑影像测定患者脑局部血流、葡萄糖代谢及受体功能，将功能结果显示在结构图像上研究精神疾病及认知功能20世纪90年代，运用功能性核磁共振成像方法研究在相关刺激作用时特定脑区的激活特征CT优点适用范围广检查时间短价廉较少发生幽闭恐怖缺点无法精确地显示灰质和白质与脑脊液之间的解剖界限显示软组织与密质骨界面时易出现Hounsfield假像结构性显像对解剖结构进行显像包括CT和MRIMRI优点能提供较为精确的脑部测量数据和CSF体积对年龄相关性变化的测量较CT精确减少CT图像上因骨质而引起的假像，使脑脊液和脑的界面更加清晰三维体积的测量可精确到毫米以上能对微小结构的细微变化重新界定和测量缺点显像时间比CT长，一般为30分钟SPECT显示血流灌注及受体分布状况每帧间隔6毫米10~30分钟扫描时间分辨率为8~12mmPET显示葡萄糖代谢水平及受体分布状况不受衰变校正问题的限制测量更精确回旋加速器昂贵分辨率为5~6mm功能性影像技术能检出先于形态学改变而出现的功能异常PET（正电子发射计算机断层显像）SPECT（单光子发射计算机断层显像）灵敏度很高高精确度很高，精度±10%高，精度±25%~50%示踪程度高，天然示踪剂，如11C,13N,15O,18F一般，非天然示踪剂，如123I-IMP,99mTcHMPAO,99mTc-ECD,133Xe价格很贵贵配置要求很高，要求就近配置生产正电子核素的加速器和标记热室一般PET与SPECT的比较PET和CT、MRI的比较PET（正电子发射计算机断层显像）MRI（磁共振）CT（电子计算机断层扫描）原理缺中子核素经自发衰变产生正电子，并与电子结合，产生方向相反的两个γ光子。被探测器接收，获得足够的图象信息，输入计算机，通过图象重建技术获得断层图象及有关定量分析的信息特定频率的射频脉冲无线电波刺激磁场中某种原子核，产生射电信号，可获得组织中运动质子的密度差的分布图象高度准值的X线作断面扫描，计算机算出该断层面各点的X线吸收系数值应用脑葡萄糖代谢、脑蛋白质代谢、脑氧耗量、脑神经受体、脑肿瘤抗体显象颅内肿瘤、脑血管病、颅脑损伤等颅内肿瘤、脑血管病、颅脑损伤、颅内炎症、脱髓鞘性疾病等观察内容组织的功能性改变组织的结构性改变组织的结构性改变Alzheimer’s病健康老人的脑结构性改变脑萎缩和脑室扩大铁沉积血管周围腔隙增大白质损害健康老人的CT改变进行性脑室、脑沟和蛛网膜下腔扩大65岁以上者明显缺点缺乏定量分析缺乏精确性和可重复性健康老人MRI图像变化一、体积测量方法自行定义特异性部位的感兴趣区高分辨率图象结果大脑半球体积以每年0.23%的速度缩小颞叶和杏仁核－海马结构的体积缩小速度与大脑半球相似额叶每年缩小0.55%侧脑室和第三脑室约每年递增3%二、T2强度图象（T2WI）原理MRI对显示铁或其它顺磁性和铁磁性物质较为敏感上述物质因为磁性易感效应而促进释放，导致信号强度衰减在T2WI图象上显示最明显T2WI低信号提示铁沉积健康成人苍白球、黑质、红核和齿状核存在低信号健康老人豆状核及尾状核存在进行性低信号齿状核、红核和黑质的低信号与年龄增加无相关性豆状核会因年龄递增而出现进行性低信号三、血管周围腔隙血管周围腔隙的扩大只与年龄相关与脑血管疾病或其它血管危险因素无关表现为小于1厘米的聚合点状物当其伴行的小动脉穿入脑实质进入基底节时，会逐渐消失与脑脊液的信号强度相符，籍此与腔隙性梗死灶相区别四、白质损害目前的观点认为其不具有特殊意义有关方面的理论尚不成熟AD结构性显象一、脑实质萎缩与年龄相关性改变有重叠脑室扩大和脑萎缩明显重于健康老人,但不是特征性指标定量技术证实脑脊液体积扩大，全脑体积缩小，脑沟增宽，灰质体积缩小变化最明显的部位在前脑背侧部，扣带回和颞叶中部（海马、杏仁核、海马旁回）丘脑和基底节体积缩小，可能与遗忘有关二、白质病变与血管性病变和年龄的相关性较高AD中出现的白质改变在健康老人中也有发生，多为脑室周围的白质损害痴呆和记忆障碍患者的脑室周围和皮质下白质损害比健康老人严重有血管性疾病或多发性梗死性痴呆的患者，白质损害的发生率及严重度均明显增高三、颞叶－海马结构的测量沿眼角外耳道连线的方向逆时针旋转20度，每3～5毫米一帧海马－脉络膜裂及颞角的扩大继发于海马萎缩其严重度对鉴别AD和年龄相关性改变的敏感性为82％，特异性80％早期记忆缺损患者中单或双侧脑脊液腔隙扩大对预示AD的敏感性为91％。特异性为89％比较认知完好的老人和AD患者，海马体积对鉴别两者具有85％的敏感性健康老人的脑功能性改变脑血流和代谢随年龄增加而减少脑萎缩是与年龄相关的脑血流下降的部分原因国内江开达等研究提示健康老人的脑血流灌注下降双侧不对称，左侧低于右侧AD脑功能性改变典型表现是颞顶叶脑血流降低及代谢率降低，伴额叶的脑血流降低及代谢率降低早发AD(65岁以前发病)比晚发AD(65岁以后发病)严重表现为单侧或双侧颞顶叶灌注下降，伴有或不伴有其它部位受累AD脑功能性改变对轻、中、重度AD患者的诊断敏感度分别为67％、86％和92％。其特异性为91％低灌注部位的数目与病程明显相关，反映了AD患者不同的疾病阶段和认知状况Alzheimer'sdisease,overlay--Slice#25健康成人脑PET特点•1与HC1组(60岁)相比,HC2组(60岁)双侧额叶、颞叶、顶叶、基底节、边缘系统等大部分脑区rCMRglc减低•2图1健康成人脑PET图像MCI组rCMRglc特点•与HC3组比较,MCI组左侧眶回、右侧颞叶中回、左侧尾状核rCMRglc的减低较明•额叶、颞叶、顶叶、左侧海马、海马旁回以及杏仁核、右侧扣带回rCMRglc与年龄呈负相关•额叶、颞叶、顶叶、扣带回、基底节等部位rCMRglc与MMSE及WMS呈正相关图2MCI患者脑PET图像图3SPM方法比较MCI组与HC3组图像AD组rCMRglc特点•AD患者顶叶、颞叶、额叶、海马、海马旁回、扣带回、右侧岛叶和右侧尾状核rCMRglc减低•AD患者MMSE、WMS评分与性别相关，女性较低•额上、中回、右侧尾状核rCMRglc与性别相关•右侧颞叶中、下回rCMRglc与MMSE呈正相关•左侧额叶中回rCMRglc与WMS呈正相关图4AD患者脑PET图像图5应用SPM方法比较AD与HC3组脑PET图像健康成人MCI患者AD患者图6AD、MCI和HC3组脑PET图像比较图7SPM方法比较AD组和MCI组脑PET图像伴妄想症状的AD两侧颞叶的平均脑血流明显低于不伴妄想的AD患者左侧额叶的低灌流左下颞叶和左枕叶中部的低灌注上述观点提示，其脑血流缺损的类型异于无精神症状的AD患者，不同精神症状可表现为相应的脑功能障碍的图像结合神经心理学测试结果测验得分与灌注改变显著相关，特别与颞顶叶的异常程度负相关右顶叶灌注降低与语言、行为、操作及感知障碍相关左侧颞叶低灌注与操作IQ和失语量表作业分下降有关颞叶的血流灌注比率可预测词语学习中的特殊记忆能力下降情况背侧额叶的低灌注与持续性行为有关AD的早期诊断与年龄有关的记忆缺损病人(AAMI)Tau蛋白检测与脑功能成象技术结合可作为早期AD的生物性标记与脑电图(EEG)的相关研究AD患者的EEG慢波波幅增高，与痴呆程度相符，而α和β波幅低下额叶皮层有α和β交替活动趋势，交替频度与痴呆严重程度相符EEG的慢波与AD颞顶叶的低血流灌注同时发生脑诱发电位中的N2和P3成分与AD有关N2和P3的潜伏期均与平均额叶灌流比率明显相关N2和P3的潜伏期延迟是可供鉴别额叶低灌注的指标与ApoE的相关研究MRI的图象：AD海马和杏仁核比对照组小AD中的ε4纯合子颞叶中部缺损最明显SPECT：AD双侧颞顶叶的低灌注没有或只有一个ε4的患者，还存在额叶的低灌注ε4数目越多，枕叶灌流比率越低精神分裂症精神分裂症的结构性影像学全脑体积缩小、脑室扩大，灰质体积缩小颞角扩大与阳性症状相关，间接反映了与之相邻的结构，如海马、杏仁核、齿状回、沟回、海马旁回、内嗅区等重要结构的萎缩额叶萎缩，前额叶背外侧皮质区面积与认知能力负相关颞叶－边缘系统萎缩约8％，以左侧更明显颞上回的变化与幻听、思维障碍等阳性症状的关系密切精神分裂症与局部脑血流量脑血流从前到后发生阶梯性改变额叶损害最严重，左侧重于右侧晚发和早发精神分裂症的图像特点不尽相同晚发：双侧额叶和颞叶血流灌注下降左半球与右半球的灌注比值下降左颞叶血流灌注下降对判别患者和对照组最敏感早发：额叶的低灌注左额更明显颞叶血流灌注下降不明显精神分裂症症状群与血流灌注的相关性思维形式障碍及夸大妄想与双侧额叶及颞叶灌注正相关妄想观念、幻觉行为及猜疑与双侧额叶、扣带回、左侧颞叶和左侧丘脑灌注负相关思维散漫与双侧扣带回前部灌注增加及双侧额叶中部灌注下降相关精神运动性抑制与双侧额叶上层区域灌注减少及左侧丘脑和右侧基底带灌注增加相关情感淡漠与额叶下部及顶叶灌注增加相关刻板思维与左额叶、左颞叶及左顶叶灌注负相关紧张型精神分裂症为双侧顶叶灌注显著下降，额顶叶上部区域下降最明显静息及激活状态下灌注变化的研究静息状态时，背侧前额叶皮层区血流下降激活状态时，正常人该部位血流量增加，患者没有增加未曾用药治疗的患者静息状态下前额叶灌注高于正常人在激活状态下患者前额叶灌注未增加，而正常人有显著增加提示精神分裂症患者在发病时就存在前额叶功能障碍用药前后灌注变化的研究氟哌啶醇肌肉注射(0.085mg/kg)部分为注射前前额叶血流低灌注，注射后转化为高灌注另有部分注射前左侧大脑高灌注，注射后转化为右侧大脑高灌注。提示氟哌啶醇对精神分裂症患者大脑血流灌注产生影响氯氮平治疗难治性精神分裂症治疗有效者，治疗前其丘脑、左侧基底节皮层及左侧前额叶血流灌注减少治疗无效者，在用药前患者前额叶血流灌注下降首发精神分裂症患者利培酮治疗前后的fMRI研究前言•精神分裂症患者存在认知功能缺损症状•记忆力损害被认为是精神分裂症的主要缺损症状之一•认知功能的测评方法–传统心理测验方法有利于某项认知的测评–功能性磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）能研究高级认知功能的脑功能定位•血氧水平依赖（BloodOxygenationLevelDependent，BOLD）性fMRI就是后者的代表，具有快速、无创伤特点，具有较好的空间分辨率及时间分辨率前言•国外有关精神分裂症的fMRI研究对象均为病情稳定或慢性精神分裂症患者，对首发精神分裂症患者及治疗前后的研究尚未见报道•本研究试图以fMRI研究首发精神分裂症的认知缺损症状•对首发精神分裂症患者的研究有助于揭示该病的生物学基础，对治疗前后的研究有利于揭示认知缺损症状是否可被药物治疗对象与方法•病例组：18例–符合ICD-10精神分裂症诊断标准–首次，急性期，从未接受正规治疗，2周内未服药–病程≤2年–年龄18～45岁–文化程度≥9年（初中以上）–获知情同意，能够配合检查、依从性好的患者–18例患者经利培酮（3.87±0.95）mg/d治疗2月后16例患者完成治疗后的复查•对照组：18例–健康志愿者（nor组）健康志愿者倒背数字作业的脑功能区倒背数字作业脑区志愿者（＋/－）x2P左额上回16/22.1180.486左额中回16/22.1180.486左额下回15/33.2730.229左颞下回14/44.5000.104左顶上小叶14/44.5000.104左缘上回14/44.5000.104左枕颞外侧回14/44.5000.104右额中回14/44.5000.104*与标准比较