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儿童和青少年心脏手术后白质纤维微结构以及其认知能力的改变
发布者:admin 发布时间:2019/2/21

来自波士顿大学的Christopher G. Watson等人在JOURNAL OF PEDIATRICS上发文,他们发现儿童和青少年进行了心室手术后,其白质纤维与健康被试有差异,白质纤维的改变也导致其认知能力的改变。


  单心室心脏病是最严重的一类先天性心脏病,以往死亡率居高不下。但得益于现代医学的伟大进步,这类患者越来越多的幸存了下来。以往的研究还发现这类患者认知的许多方面有缺陷,以及高学习障碍和行为问题。前人对Fontan术(一种心脏手术,后文中都简写为术后)后的单心室心脏病患者的神经发育有较多的研究,但很少有关于脑白质微观结构与其的详细分析,以及其白质组织和认知能力之间的关系。为此,研究者获得了弥散张量成像(DTI)数据来完善该研究者之前对这类患者灰质的分析,并比较了术后的患者和健康控制儿童和青少年之间的白质组织结构,评估了白质纤维的属性和认知能力之间的关系。

 

方法:

研究者招募了在该实验至少6个月之前进行过手术的10-19岁儿童和青少年患者,而后又招募了相应的健康被试。那些拥有植入胸内心血管装置或线圈的被试接受1.5T MRI进行扫描,其他被试均接受3T MRI扫描,所有被试均使用的是8通道的线圈。最终获得了每个被试施加了25个方向梯度磁场的图像(b = 1000 s/mm2),和一个未施加梯度磁场的b0图像。

 

研究者使用FSL FMRIB Software Library v5.0.6 (University ofOxford, Oxford, England))软件对DTI数据进行处理

1)进行涡流矫正和头动矫正,

2)剔颅骨剥头皮

3)使用弥散模型(椭球模型)计算出FA(各项异性),RD(径向扩散系数), AD(轴向扩散系数)and MD(平均扩散系数)等弥散张量指标。

4)研究者又对一些ROIs的白质纤维进行了弥散张量的测量(基于Johns HopkinsUniversity whitematter tractographyatlas,JHU)。

5)最后,使用TBSSTract-Based Spatial Statistics)对数据进行了统计分析(使用TFCE对多重比较校正)。

 

简称对照表

ATR Anterior thalamic radiation CC Corpus callosum CHD Congenital heart disease

CST Corticospinal tract DTI Diffusion tensor imaging FMaForceps major

FMi Forceps minor                   FSIQ Full-Scale Intelligence Quotient

IFOF Inferior fronto-occipital fasciculus  ILF Inferiorlongitudinal fasciculus

MRI Magnetic resonance imaging      ROIs Regions of interest

SCP Superior cerebellar peduncle     SLF Superior longitudinal fascicu


结果:

1)被试的详细信息如下:

*DHCA, deep hypothermic circulatory arrest.

*P values for group comparisons were determined by Fisher exact test forcategorical variables, general linear model for continuous variablesrepresented with means, and Wilcoxon rank-sum test for continuous variablesrepresented with ns. Group comparisons of FSIQ and Processing Speed Indexadjust for type of age-based assessment.


(2)研究者发现:

术后患者的大部分ROIs的平均FA都显著低于健康被试(详见Table 2)

术后患者的部分ROIs的平均RD都显著高于健康被试(详见Table 2);

术后患者的部分ROIs的平均AD都显著低于健康被试(详见Table 3)

术后患者的胼胝体体部和左外部囊的MD都显著高于健康被试(详见Table 3)。

   进行过Norwood手术(针对左心发育不良综合征的手术)和未进行过Norwood手术的患者被试在平均的FA,RD和MD差异不显著,但N手术患者被试胼胝体体部(1.562 ± .073 vs 1.591 ± .079, P= .02),胼胝体辐射线枕部(1.435 ± .056 vs 1.457 ± .057, P =.03)和双侧下纵束(left: 1.216 ± .052 vs 1.237 ± .038, P =.04; right: 1.229 ± .052 vs 1.248 ± .040, P = .046)的MD显著高于non-N手术患者被试。


1.两组被试白质纤维的FA差异

后患者在上图中标出(红黄)的白质纤维的FA都显著低于健康被试。


2.两组被试白质纤维的AD差异

术后患者在上图中标出(红黄)的白质纤维的AD都显著低于健康被试。特别是在胼胝体体部,左侧丘脑前辐射,右额下枕束和右下纵束等白质纤维与之前FA的结果中重合。

 

(3)接着,研究者又分析了矿化对白质微观组织的影响,特别是FAAD上。分析结果见表4和表5。


(4)之后,研究者探究了白质纤维的FAFSIQ和认知加工速度的关系。研究者发现在术后患者中其某些白质纤维的FAFSIQ和认知加工速度存在显著相关(p<.01)。但在健康被试中没有发现类似的显著关系(详见表6)。

(5)

最后,研究者对术后患者的白质纤维FA与其人口统计学变量和医学变量进行了进一步的分析。研究者发现:

   1基因异常的术后患者,其左脑和右脑的白质纤维平均FA更低;

   2第一次手术的并发症更多的患者,其部分白质纤维的平均FA更低;

 3进行Fontan手术越多或者有过中风史等任何神经疾病的患者,其部分白质纤维的平均FA也更低。

 

研究者认为接受过Fontan手术的儿童和青少年,其脑白质的微结构有很大的改变。这些改变可能也对这些患者的认知功能产生了影响,因为其智商和认知加工速度随着白质纤维FA的变化而变化。尽管在子宫内,单心室心脏病患者的白质发育可能就会不成熟,但青春期的风险因素,包括:更多的手术并发症,更多的心导管插入术,以及中风史或任何神经疾病,也会显著改变白质纤维的微结构。该研究表明至少有一些风险因素可以被控制或消除,以此避免大脑白质纤维的长期变化,并减少对患有单心室心脏病的高危人群的认知能力的损害。


一句话总结:进行过Fontan手术的儿童和青少年,其白质纤维的微结构可能会受到影响,从而损害他们的认知能力。


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原文:

Altered White Matter Microstructure Correlates with IQ and Processing Speed in Children and Adolescents Post-Fontan


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