應(yīng)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(shù)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(jié)構(gòu)擴(kuò)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(shù)。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(yīng)用于大鼠、新生豬、兔等動物模型進(jìn)行研究。猴等非人靈長類動物與人類在組織結(jié)構(gòu)、生理、生物化學(xué)方面有諸多相似，對其進(jìn)行生理功能、生化結(jié)構(gòu)、病理生理等方面的研究對認(rèn)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(jìn)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(yīng)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(jì)90年代出現(xiàn)以來，在認(rèn)知科學(xué)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(yùn)動、感覺刺激、情感刺激、學(xué)習(xí)記憶任務(wù)和藥物反應(yīng)試驗，都檢測到了相應(yīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的活動，并得出了非常有意義的結(jié)論。
　　 針灸(又稱針刺，acupuncture)是中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)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(xué)加以闡明。近年來，fMRI技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為針灸機(jī)制的探討提供了有利的手段。國內(nèi)外均有學(xué)者應(yīng)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(jìn)行針灸fMRI的研究。本課題對食蟹猴進(jìn)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(xué)技術(shù)被用于嗅覺研究，目前已對嗅覺的機(jī)制，包括嗅覺通路、腦區(qū)

5、中樞定位、分子生物學(xué)機(jī)制，以及引起嗅覺障礙的各種因素有了一定的認(rèn)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(guān)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(guān)的腦功能活動。
　　 方法：
　　 1.實驗對象及設(shè)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(guān)節(jié)線圈，動物麻醉后進(jìn)行磁共振掃描。
　　 2.MRS實驗方法及統(tǒng)計學(xué)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(jìn)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(yùn)用SPSS13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用方差分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行兩兩比較，p<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 3.針刺fMRI實驗設(shè)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(shè)計，即“靜息-刺激-靜息”設(shè)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(wù)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(bǔ)平瀉”法，捻轉(zhuǎn)均勻，提插幅度適中。
　　 4.嗅覺fMRI實

9、驗設(shè)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(shè)計，即“靜息-刺激-靜息”設(shè)計模式。刺激方式為予以實驗氣體吸入，進(jìn)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。“刺激”時捏壓球囊，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(jìn)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(yùn)行于Matlab(7.0.1)平臺的專業(yè)醫(yī)學(xué)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(biāo)準(zhǔn)化、fMRI設(shè)計、數(shù)據(jù)調(diào)入、評估、計算結(jié)果、解剖圖像覆蓋。
　　 數(shù)據(jù)的評估和計算采用隨機(jī)效應(yīng)模式(random effect mode)進(jìn)行組分析

13、。采用單樣本T檢驗來分析特定任務(wù)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(wù)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(shè)定檢驗標(biāo)準(zhǔn)p<0.05，激活區(qū)濾過的標(biāo)準(zhǔn)為<10個體素。
　　 結(jié)果：
　　 1.MRS檢測結(jié)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(xué)差異(p<0.05)，小腦與紋狀體之間有統(tǒng)計學(xué)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(xué)差異(p<0.05)。
　　 2.針剌fMRI成像結(jié)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(qiáng)點位于右側(cè)顳上回；額葉、頂葉、枕葉、扣帶回散在多處負(fù)激活點，在針刺刺

15、激時信號減低，其中，激活最強(qiáng)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(qiáng)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(fù)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(qiáng)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(qiáng)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?fàn)詈恕蚰X、中腦散在負(fù)激活點，在針刺刺激時信號減低，其中，激活最強(qiáng)點位于右側(cè)豆?fàn)詈恕?br>　　 對針刺左側(cè)足三里穴與右側(cè)足三里穴的正激活進(jìn)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?fàn)詈恕⒂覀?cè)丘腦、中腦激活強(qiáng)，其中，激活最強(qiáng)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(qiáng)激活，其中，激活最強(qiáng)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(fù)激活進(jìn)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?fàn)詈说呢?fù)激活強(qiáng)，其中，激活最強(qiáng)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?fàn)詈?、島葉、楔前葉、右側(cè)顳葉等處有多數(shù)散在較強(qiáng)激活，其中，激活最強(qiáng)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(jìn)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?fàn)詈恕⑶鹉X、胼胝體激活強(qiáng)，其中，激活最強(qiáng)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(qiáng)激活，其中，激活最強(qiáng)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(fù)激活進(jìn)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(qiáng)，其中，激活最強(qiáng)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?fàn)詈恕D葉、中腦、左側(cè)額葉等處有較強(qiáng)負(fù)激活，其中，激活最強(qiáng)點位于右側(cè)楔前葉。
　　 3.嗅覺fMRI成像結(jié)果嗅覺實驗操作時，觀察到當(dāng)使用醋酸、乙醇?xì)馕洞碳r，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(fù)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?fàn)詈擞屑せ?，激活最?qiáng)點位于左側(cè)扣帶回；負(fù)激活點位于扣帶回、左側(cè)中央旁小葉、豆?fàn)詈?、舌回，刺激時信號減低，最強(qiáng)點位于右側(cè)扣帶回。
　　 對食蟹猴行乙醇?xì)馕洞碳?，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?fàn)詈恕⒅心X、小腦有激活，激活最強(qiáng)點位于右側(cè)扣帶回；負(fù)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?fàn)詈?、小腦，刺激時信號減低，最強(qiáng)點位

21、于左側(cè)中央前回。
　　 對醋酸、乙醇的正激活進(jìn)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?fàn)詈酥泻蟛繀^(qū)域，醋酸刺激激活信號強(qiáng)于乙醇，最強(qiáng)點位于右側(cè)丘腦；在左側(cè)中央旁小葉、雙側(cè)豆?fàn)詈酥星安繀^(qū)域，乙醇刺激激活信號強(qiáng)于醋酸，最強(qiáng)點位于左側(cè)豆?fàn)詈恕?br>　　 對醋酸、乙醇的負(fù)激活進(jìn)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?fàn)詈饲安繀^(qū)域、左側(cè)豆?fàn)詈酥胁繀^(qū)域，醋酸刺激激活信號強(qiáng)于乙醇，最強(qiáng)點位于左側(cè)豆?fàn)詈?；在右?cè)尾狀

22、核、豆?fàn)詈?、左?cè)丘腦、左側(cè)扣帶回，乙醇刺激激活信號強(qiáng)于醋酸，最強(qiáng)點位于右側(cè)尾狀核。
　　 結(jié)論：
　　 1.本研究結(jié)果表明，可以在臨床使用的MRI設(shè)備上對非人靈長類動物進(jìn)行腦MRS的檢測研究，其數(shù)據(jù)反映了腦組織內(nèi)相應(yīng)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(zhǔn)確反映腦組織的結(jié)構(gòu)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(fù)激活。從正激活方面來看，針刺的作用機(jī)理可能與中央前回、島葉及顳上回有較密切關(guān)系。針刺足三里穴引起的負(fù)激活定位性較差，投射關(guān)系分散，引起的效應(yīng)廣泛。扣帶回的負(fù)激活在針刺機(jī)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。