應用3T MR對食蟹猴行MRS及針刺、嗅覺刺激fMRI的研究.pdf

1、目的：近年來，磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)技術得到飛速發(fā)展，其中，磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)使MRI從單純顯示解剖結構擴展到了分析腦組織化合物以及揭示腦組織功能的范疇。
　　 1.MRS是利用特殊成像序列檢測組織內(nèi)部分化

2、合物的含量的磁共振技術。近年來人們對人類正常和病理狀態(tài)下的MRS做了很多研究，取得了豐富的成果，并且將MRS應用于大鼠、新生豬、兔等動物模型進行研究。猴等非人靈長類動物與人類在組織結構、生理、生物化學方面有諸多相似，對其進行生理功能、生化結構、病理生理等方面的研究對認識人類的生理及病理過程有重要意義。然而目前國內(nèi)外對非人靈長類動物進行MRS的研究相對較少。本課題的研究內(nèi)容之一就是研究MRS在正常非人靈長類動物(食蟹猴)實驗研究中的應用，

3、為將來病理狀態(tài)下的MRS研究提供對照。
　　 2.fMRI自20世紀90年代出現(xiàn)以來，在認知科學研究方面發(fā)揮了巨大的作用。人們利用fMRI做了很多中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能定位的研究，如：肢體運動、感覺刺激、情感刺激、學習記憶任務和藥物反應試驗，都檢測到了相應中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動，并得出了非常有意義的結論。
　　 針灸(又稱針刺，acupuncture)是中國傳統(tǒng)醫(yī)學的寶貴遺產(chǎn)之一，經(jīng)過數(shù)千年的實踐證明是一種重要治療手段，但是其原理

4、卻一直無法以現(xiàn)代醫(yī)學加以闡明。近年來，fMRI技術的廣泛應用，為針灸機制的探討提供了有利的手段。國內(nèi)外均有學者應用fMRI直觀地觀測到針刺引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動，但是目前為止，尚未見在非人靈長類動物身上進行針灸fMRI的研究。本課題對食蟹猴進行針刺fMRI研究，探討針刺所引起的腦功能活動的變化。
　　 3.嗅覺(olfaction)是人體重要的感覺功能之一，多種現(xiàn)代醫(yī)學技術被用于嗅覺研究，目前已對嗅覺的機制，包括嗅覺通路、腦區(qū)

5、中樞定位、分子生物學機制，以及引起嗅覺障礙的各種因素有了一定的認識。以人為對象通過fMRI研究嗅覺的報道已不少，但是對于非人靈長類動物嗅覺的fMRI未見有相關報道。本課題對食蟹猴在氣味刺激的同時，檢測嗅覺引起的fMRI變化，探討嗅覺有關的腦功能活動。
　　 方法：
　　 1.實驗對象及設備食蟹猴(macaca fascicularis)，屬于靈長目猴科，獼猴屬。選取健康食蟹猴六只，均為雄性，年齡4～5歲，采用GE公司產(chǎn)S

6、igna ExciteHD3.0 T MR掃描儀，正交膝關節(jié)線圈，動物麻醉后進行磁共振掃描。
　　 2.MRS實驗方法及統(tǒng)計學處理 MRS采用PROBE/SV掃描，點解析波譜成像序列，分別選取紋狀體、額葉、丘腦、小腦為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，ROI大小15mm×15mm×10mm，盡量避開顱骨和腦脊液，ROI周圍從上、下、左、右、前、后六個方向均進行飽和抑制。每個部位掃描3次。通過MR系統(tǒng)測量各

7、ROI的N-天門冬氨酸/肌酸(NAA/Cr)、肌酸/膽堿(Cho/Cr)比值。運用SPSS13.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，采用方差分析對數(shù)據(jù)進行兩兩比較，p<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
　　 3.針刺fMRI實驗設計功能成像掃描過程包括左側(cè)足三里穴(ST36)、右側(cè)足三里穴、左側(cè)足三里穴旁非穴位區(qū)針刺功能成像掃描。針刺刺激采用“OFF-ON-OFF”組塊設計，即“靜息-刺激-靜息”設計模式。功能成像BOLD序列共采集128 phas

8、e，其中第1～8 phase為靜息狀態(tài)不予針刺；之后以每10 phase為一個組塊，分別予以“針刺-靜息-針刺-靜息”，共采集100 phase。針刺任務過程包括：刺入-捻轉(zhuǎn)-拔出。靜息狀態(tài)時銀針不留置體內(nèi)。
　　 針刺過程由同一名有10年針刺經(jīng)驗的針灸醫(yī)師完成。取穴時按照針灸動物實驗的常規(guī)，根據(jù)猴與人體型大小，按比例在食蟹猴體表選取相同部位。針刺手法采用“平補平瀉”法，捻轉(zhuǎn)均勻，提插幅度適中。
　　 4.嗅覺fMRI實

9、驗設計每只實驗猴掃描過程包括酒精、醋酸分別刺激下的功能成像掃描。嗅覺刺激采用“OFF-ON-OFF”組塊設計，即“靜息-刺激-靜息”設計模式。刺激方式為予以實驗氣體吸入，進行實驗氣味刺激，靜息方式為予以空氣吸入，無實驗氣味刺激。功能成像BOLD序列共采集108 phase，其中第1～8 phase為靜息狀態(tài)不予實驗氣體氣味刺激；之后以每10 phase為一個組塊，分別予以“刺激-靜息-刺激”，共采集100 phase。
　　 全

10、部氣味刺激過程由同二人合作完成?！按碳ぁ睍r捏壓球囊，使猴吸入酒精或醋酸與空氣的混合氣體，含水量稍高，有氣味刺激；“靜息”時使猴吸入含水量稍高、僅含空氣的氣體，無氣味刺激。球囊捏壓頻率約120次/min，氣體流量約1200mL/min。實驗全程捏壓頻率、幅度均一致。
　　 5.fMRI掃描參數(shù)掃描序列包括FLAIR T1 WI序列和fMRI-BOLD掃描。首先使用T1 FLAIR序列進行軸位T1WI掃描，掃描線平行于前后連合連線(

11、AC-PC線)，掃描范圍自頂部皮膚至延髓下端，包括全部腦組織。T1 FLAIR掃描圖像作為fMRI掃描的定位像。fMRI-BOLD掃描采用梯度回波-回波平面成像(gradientecho-echo planar imaging，GRE-EPI)序列，血氧水平依賴(blood oxygenation leveldependent，BOLD)法。整個猴腦共掃描16層，128 phase，得到2048幅圖像。
　　 6.fMRI數(shù)據(jù)處

12、理采用運行于Matlab(7.0.1)平臺的專業(yè)醫(yī)學圖像處理軟件-統(tǒng)計參數(shù)圖2(statistical parametric mapping2，SPM2)處理實驗數(shù)據(jù)。猴腦fMRI處理過程包括以下10個方面：刪除前8 phase靜息態(tài)采集圖像、轉(zhuǎn)換圖像格式、頭動校正、去頭皮、圖像標準化、fMRI設計、數(shù)據(jù)調(diào)入、評估、計算結果、解剖圖像覆蓋。
　　 數(shù)據(jù)的評估和計算采用隨機效應模式(random effect mode)進行組分析

13、。采用單樣本T檢驗來分析特定任務刺激下組激活的狀態(tài)。采用兩樣本T檢驗來分析比較兩種不同任務刺激下組激活的差異，包括針刺左側(cè)足三里穴與右側(cè)足三里穴激活的不同；針刺左側(cè)足三里穴與左側(cè)非穴位區(qū)激活的不同；酒精氣味與醋酸氣味激活的不同。設定檢驗標準p<0.05，激活區(qū)濾過的標準為<10個體素。
　　 結果：
　　 1.MRS檢測結果食蟹猴不同部位腦組織的NAA/Cr比值從高到低依次為：丘腦、小腦、額葉、紋狀體，其中，丘腦與其他三

14、類組織均有統(tǒng)計學差異(p<0.05)，小腦與紋狀體之間有統(tǒng)計學差異(p<0.05)。Cho/Cr比值從高到低依次為：額葉、小腦、丘腦、紋狀體，其中，紋狀體與額葉、紋狀體與小腦之間有統(tǒng)計學差異(p<0.05)。
　　 2.針剌fMRI成像結果針刺左側(cè)足三里穴可以觀察到在針刺刺激時，左側(cè)中央前回、右側(cè)中央后回、雙側(cè)島葉、楔前葉、右側(cè)顳葉激活，信號增高，其中，激活最強點位于右側(cè)顳上回；額葉、頂葉、枕葉、扣帶回散在多處負激活點，在針刺刺

15、激時信號減低，其中，激活最強點位于右側(cè)中央前回。
　　 針刺右側(cè)足三里穴可以觀察到在針刺刺激時，雙側(cè)島葉、雙側(cè)中央后回、右側(cè)中央前回、丘腦、顳葉及小腦激活，信號增高，其中，激活最強點位于右側(cè)顳上回；雙側(cè)額葉、頂葉、枕葉、扣帶回散在大量負激活點，在針刺刺激時信號減低，尤其以額葉、頂葉居多，其中，激活最強點位于右側(cè)扣帶回。
　　 針刺左側(cè)足三里穴外側(cè)非穴位處可以觀察到在針刺刺激時，右側(cè)中央后回、雙側(cè)顳上回、雙側(cè)楔前葉激活，信

16、號增高，其中，激活最強點位于右側(cè)中央后回；雙側(cè)扣帶回、左側(cè)額上回、中央后回、右側(cè)豆狀核、橋腦、中腦散在負激活點，在針刺刺激時信號減低，其中，激活最強點位于右側(cè)豆狀核。
　　 對針刺左側(cè)足三里穴與右側(cè)足三里穴的正激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以發(fā)現(xiàn)針刺左側(cè)比右側(cè)在雙側(cè)島葉、右側(cè)顳葉、右側(cè)中央后回、左側(cè)中央前回、雙側(cè)楔前葉、右側(cè)豆狀核、右側(cè)丘腦、中腦激活強，其中，激活最強點位于右側(cè)中央后回下部；針刺右側(cè)比左側(cè)在雙側(cè)額葉、頂葉、扣帶回

17、顳葉等處有多處散在較強激活，其中，激活最強點位于左側(cè)額葉。
　　 對針刺左側(cè)足三里穴與右側(cè)足三里穴的負激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以發(fā)現(xiàn)針刺左側(cè)比右側(cè)在雙側(cè)額葉、頂葉、顳葉、右側(cè)丘腦、左側(cè)豆狀核的負激活強，其中，激活最強點位于右側(cè)尾狀核旁白質(zhì)；針刺右側(cè)比左側(cè)在雙側(cè)中央前回、中央后回、雙側(cè)丘腦、豆狀核、島葉、楔前葉、右側(cè)顳葉等處有多數(shù)散在較強激活，其中，激活最強點位于右側(cè)顳上回。
　　 針刺左側(cè)足三里穴與左側(cè)足三里穴旁非

18、穴位區(qū)的正激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以發(fā)現(xiàn)針刺穴位比非穴位區(qū)在左側(cè)中央前回、雙側(cè)楔前葉、右側(cè)顳葉、豆狀核、丘腦、胼胝體激活強，其中，激活最強點位于右側(cè)楔前葉，針刺左側(cè)足三里穴旁非穴位區(qū)比左側(cè)足三里穴在頂葉、額葉、右側(cè)顳葉、左側(cè)楔前葉等處有散在較強激活，其中，激活最強點位于左側(cè)楔前葉。
　　 針刺左側(cè)足三里穴與左側(cè)足三里穴旁非穴位區(qū)的負激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以發(fā)現(xiàn)針刺穴位比非穴位區(qū)在雙側(cè)中央前回、中央后回、左側(cè)額葉、顳

19、葉、楔前葉、右側(cè)丘腦旁激活強，其中，激活最強點位于右側(cè)丘腦旁；針刺左側(cè)足三里穴旁非穴位區(qū)比左側(cè)足三里穴在雙側(cè)中央前回、楔前葉、右側(cè)豆狀核、顳葉、中腦、左側(cè)額葉等處有較強負激活，其中，激活最強點位于右側(cè)楔前葉。
　　 3.嗅覺fMRI成像結果嗅覺實驗操作時，觀察到當使用醋酸、乙醇氣味刺激時，食蟹猴的呼吸幅度變淺，呼吸頻率減慢，使用空氣吸入時，呼吸恢復正常。
　　 對食蟹猴行醋酸氣味刺激，可以觀察到刺激時在雙側(cè)中央旁小葉、扣

20、帶回、左側(cè)額葉、顳葉、枕葉舌回、丘腦、右側(cè)島葉、豆狀核有激活，激活最強點位于左側(cè)扣帶回；負激活點位于扣帶回、左側(cè)中央旁小葉、豆狀核、舌回，刺激時信號減低，最強點位于右側(cè)扣帶回。
　　 對食蟹猴行乙醇氣味刺激，可以觀察到刺激時在雙側(cè)中央旁小葉、扣帶回、左側(cè)顳葉、額葉、右側(cè)豆狀核、中腦、小腦有激活，激活最強點位于右側(cè)扣帶回；負激活點位于雙側(cè)中央旁小葉、扣帶回、雙側(cè)中央前回、左側(cè)額葉、雙側(cè)尾狀核、豆狀核、小腦，刺激時信號減低，最強點位

21、于左側(cè)中央前回。
　　 對醋酸、乙醇的正激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以觀察到雙側(cè)扣帶回、右側(cè)丘腦、豆狀核中后部區(qū)域，醋酸刺激激活信號強于乙醇，最強點位于右側(cè)丘腦；在左側(cè)中央旁小葉、雙側(cè)豆狀核中前部區(qū)域，乙醇刺激激活信號強于醋酸，最強點位于左側(cè)豆狀核。
　　 對醋酸、乙醇的負激活進行兩樣本組分析T檢驗，可以觀察到右側(cè)扣帶回、右側(cè)豆狀核前部區(qū)域、左側(cè)豆狀核中部區(qū)域，醋酸刺激激活信號強于乙醇，最強點位于左側(cè)豆狀核；在右側(cè)尾狀

22、核、豆狀核、左側(cè)丘腦、左側(cè)扣帶回，乙醇刺激激活信號強于醋酸，最強點位于右側(cè)尾狀核。
　　 結論：
　　 1.本研究結果表明，可以在臨床使用的MRI設備上對非人靈長類動物進行腦MRS的檢測研究，其數(shù)據(jù)反映了腦組織內(nèi)相應化合物的含量。丘腦NAA/Cr比值大于小腦、額葉、紋狀體，小腦NAA/Cr比值大于紋狀體。額葉Cho/Cr比值大于紋狀體，小腦Cho/Cr比值大于紋狀體。非人靈長類動物的MRS檢測能準確反映腦組織的結構異同和

23、含量的變化，可以作為生理、病理改變研究的依據(jù)之一。
　　 2.在麻醉狀態(tài)下，針刺食蟹猴左側(cè)足三里穴、右側(cè)足三里穴及左側(cè)足三里穴旁非穴位區(qū)，fMRI可以顯示不同腦組織區(qū)域的正激活和負激活。從正激活方面來看，針刺的作用機理可能與中央前回、島葉及顳上回有較密切關系。針刺足三里穴引起的負激活定位性較差，投射關系分散，引起的效應廣泛?？蹘Щ氐呢摷せ钤卺槾虣C理及針灸止痛中可能有重要作用。針刺穴位與穴位旁非穴位區(qū)的激活方式差別很大。