扩散磁共振成像在情绪障碍治疗中的应用进展

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@小白创作中心

扩散磁共振成像在情绪障碍治疗中的应用进展

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来源

http://www.360doc.com/content/24/0630/16/71929693_1127523129.shtml

扩散磁共振成像（dMRI）是一种先进的神经影像学技术，通过测量脑组织中水分子的扩散情况，可以提供大脑微观结构和结构连接的详细信息。近年来，dMRI在情绪障碍（如单极抑郁和双相情感障碍）的临床研究中展现出巨大潜力，不仅有助于揭示疾病机制，还可能成为预测治疗反应和指导个性化治疗的重要工具。本文将系统回顾dMRI在情绪障碍治疗研究中的应用现状和未来方向。

扩散磁共振成像的基本原理

dMRI基于水分子在不同脑组织中的扩散特性。在脑脊液（CSF）中，水分子可以自由扩散（各向同性）；而在灰质（GM）中，扩散受到一定限制；特别是在白质（WM）中，由于轴突的限制，水分子的扩散呈现出特定方向性（各向异性）。这种差异使得dMRI能够区分不同类型的脑组织，并绘制出白质束的图谱。

图1：基于扩散的模型和方法

扩散磁共振成像的方法学进展

单张量模型

扩散张量模型是最常用的dMRI分析方法之一，需要至少6个梯度方向来描述扩散的主要形状和方向。该模型可以提供多个标量度量，包括分数各向异性（FA）、径向扩散率（RD）、轴向扩散率（AD）和平均扩散率（MD）。其中，FA被认为是白质完整性的指标，而RD则与髓鞘化程度相关。

扩散峰度成像（DKI）

作为DTI的扩展，DKI使用更高的b值和至少21个梯度方向，可以更好地解释非高斯扩散模式。这种方法可以提供与扩散的非高斯特性相关的测量，有助于揭示与情绪障碍治疗效果相关的机制信号变化。

多纤维模型

为了克服单张量模型在处理交叉纤维时的局限性，开发了多种多纤维模型。例如，纤维方向分布函数（fODF）方法可以估计不同方向扩散的概率，非常适合纤维追踪分析。基于纤维束的分析（FBA）则专门用于解决体素内的交叉纤维问题。

生物物理和多腔室模型

这些模型考虑了底层组织的生物物理特性，可以将扩散信号分离为自由扩散的各向同性成分和代表组织成分的扩散张量。例如，NODDI模型可以量化神经突（轴突和树突）的密度、方向和离散度，提供更敏感的微观结构信息。

情绪障碍中的扩散成像生物标志物

通过dMRI测量的白质微观结构扰动可以反映多种病理生理过程，包括炎症、神经可塑性变化和全脑连接性改变。这些指标可能成为情绪障碍个体优化治疗方法的重要参考。

研究方法与发现

本综述涵盖了2014-2023年间发表的66篇原创研究文章，主要关注药物干预（如抗抑郁药、氯胺酮）和神经调节（如电休克疗法、经颅磁刺激）对情绪障碍患者dMRI衍生测量的影响。

重性抑郁障碍（MDD）的dMRI发现

横断面研究表明，MDD患者在多个主要白质束中表现出分数各向异性（FA）降低，特别是在放射冠（CR）和胼胝体（CC）中。这些改变可能与抑郁症状的严重程度相关。

图3：表示为纤维束追踪流线的主要白质束通路

药物干预的扩散生物标志物

抗抑郁药（SSRIs和SNRIs）：研究表明，治疗前杏仁核-眶额叶WM连接的FA值可以预测治疗反应。一些研究还发现，额叶-边缘系统WM通路的微观结构特征与治疗效果相关。
氯胺酮：研究显示，氯胺酮治疗后在上纵束（SLF）和内囊（IC）中观察到快速的WM微观结构改变，这些改变可能与治疗效果相关。

神经刺激疗法的扩散生物标志物

电休克疗法（ECT）：研究表明，ECT可以引起前扣带回（CG）和胼胝体小钳（Fm）等区域的FA增加，同时伴有MD和RD的减少。这些变化与抗抑郁反应相关。
经颅磁刺激（TMS）：研究发现，左前额叶rTMS治疗后，前内侧PFC纤维束的轴突外自由水体积和FAt增加，MD减少。连接左PFC刺激靶点和背侧ACC的纤维中FA和AD增加，RD减少，与抗抑郁反应呈正相关。
深部脑刺激（DBS）：研究表明，DBS电极靠近Fm（胼胝体小钳）、UNC（钩状束）、CG（扣带束）和额纹状体WM的放置位置与治疗反应相关。