fMRI在功能性慢性内脏痛研究中的进展

fMRI在功能性慢性内脏痛研究中的应用和进展TheapplicationandprogressoffMRIinthestudyoffunctionalchronicvisceralpain江苏省xxx重点实验室JiangsuProvincekeyLabofxxx14级研究生：xxx导师：xxx教授综述报告结语与展望fMRI在CRD实验动物中的应用fMRI在临床IBS病人中的应用及进展目录fMRI与功能性慢性内脏痛背景简介一、二、三、四、一、fMRI与功能性慢性内脏痛背景简介20世纪50~60年代70~80年代80~90年代19世纪末20世纪初X线放射诊断学正电子发射成像(PET)单光子发射体层成像(SPECT)磁共振功能成像（FMRI）超声成像(USG)核素γ闪烁成像(γ-scintigraphy)计算机体层成像(CT)磁共振成像(MRI)数字血管减影(DSA)1.1医学影像学发展简史1.2fMRI历史194619731992199119771990取得了临床MRI扫描器的专利；Mansfield使用回波成像(EPI)序列更快的得到图像FelixBloch和EdwardPurcell分别发现了核磁共振(NuclearMagneticResonance)现象Lauterbur提出NMR可以用来成像Ogawa通过T2加权像观察到BOLD效应Belliveau首次通过对比机制观察到功能图像Ogawa&Kwong发表了通过BOLD信号成像的结果1.3fMRI简介功能性磁共振成像（functionalMagneticResonanceImaging，fMRI）：是利用磁振造影来测量神经元活动所引发之血液动力的改变。目前主要是运用在研究人及动物的脑或脊髓。capillary含氧血红蛋白去氧血红蛋白BloodOxygenLevelDepend1.4功能性慢性内脏痛简介功能性慢性内脏痛（Functionalchronicvisceralpain）：是一种以腹痛或腹部不适,伴或不伴排便习惯改变为特征的胃肠功能性疾病,症状至少持续3个月,但结肠组织未见明显病理学变化。功能性慢性内脏痛IBSCRD与内脏伤害性感受处理息息相关的三个环路：Emerana.Mayeretal.,Gastroenterology(2006)C稳态传入网络包括：臂旁核、丘脑、岛叶、dACC等。1.4.1稳态传入网络（homeostatic-afferentnetwork）Figure1.Ascendingprojectionsofhomeostaticafferents.(B)Spino-thalamo-corticalsystem.(C)Corticalmodulationofhomeostaticafferentinputtothecentralnervoussystem.1.4.2情绪-觉醒网络（emotional–arousalnetwork）和皮层处理网络（cortical–modulatorynetwork）Fig.2.Cortical-affectivecircuiteffectiveconnectivitymodel.J.S.Labusetal.Pain(2013)情绪-觉醒环路:杏仁核、蓝斑复合体、嘴侧/膝下/膝上扣带回等；皮层处理环路:前额叶皮质、眶颞额叶皮质等。Fig.3.Sexdifferencesinactivationofthehomeostaticafferent,emotional–arousal,andcortical–modulatorynetworksinresponsetonoxiousvisceralstimulation.MaleFemaleZ.Wangetal.,Pain(2009)1.4.3内脏刺激脑部环路联系二、fMRI在临床IBS病人中的应用IBS患者与正常人之间脑局部一致性(ReHo)的差异Figure4.ReHodifferencesbetweenIBSpatientsandcontrols.J.KEetal.,NeurogastroenterolMotil(2015)中央后回、丘脑、小脑蚓、顶叶aMCC、pACC、sACC、vm/dl/vlPFCIBS组在给予安慰剂后接受直肠刺激的脑区激活Figure.5.Rectaldistension-inducedneuralactivationinthecingulatecortex(A)andthesomatosensorycortex(S1/S2,B).JuliaSchmidetal.,Neurogastroenterology(2015)MCC、岛叶、丘脑、杏仁核PCCS1、小脑S2S1、S2IBS组和对照组接受直肠刺激后的脑区激活Figure6.Majorsitesofactivationdifferencesbetweenirritablebowelsyndrome(IBS)andhealthycontrolsubjects.C.L.Kwanetal.,Neurology(2005)对照组和IBS组接受直肠刺激诱导的脑区激活Figure7.(A–D)BrainactivationincontrolsandIBSpatientsduringsubliminalandliminalrectaldistensions.(E)Seedregionsdefinedintheanteriorinsula(left)andaMCC(right)basedonrectaldistension-inducedactivationinthecontrolgroup.(F)Seedregionsdefinedsimilarlyinthebilateralanteriorinsula(left)andpACC(right)intheIBSpatientgroup.X.LIU，NeurogastroenterolMotil(2015)PCC、PAGaMCC、insula、dmPFC、caudate,andPAG感觉运动皮质、vmPFC运动皮质SMAthalamus,SMA,下顶叶组内、组间激活功能区的比较Figure8.(A)Comparisonofbrainactivationbetweensubliminalandliminalstimulationconditionsinthecontrolgroup.(B)ThesameintheIBSpatientgroup.(C)GroupcomparisonofbrainactivationbetweencontrolsandIBSpatientsduringsubliminalstimulation.(D)Thesameduringliminalstimulation.对照组和IBS组岛叶和扣带回种子区的功能联系Figure9.(AandB)FunctionalconnectivityoftheinsulaseedsinthecontrolandIBSgroupsduringliminalstimulation.(CandD)ThesameintheaMCC(incontrols)andpACC(inIBSpatients)seedsduringliminalstimulation.(EandF)GroupcomparisonsofinsularandcingulatefunctionalconnectivitybetweencontrolsandIBSpatients.(IBSVS.controls:dmPFC,vmPFC,dlPFC,andPCC)dlPFCIBS组和对照组在情绪认知过程中的性别差异Fig.10.Sexdifferences(IBS+HC)forME-MF(ME-MF=matchingemotion–matchingform).J.S.Labusetal.Pain(2013)Fig.11.DiseaseandsexdifferencesforME-MF.IBS女性病人脑区注意力相关网络的fMRIC.S.HUbbardetal.,NeurogastroenterolMotil(2015)Figure12。StatisticalTmapsfortheregionofinterestanalysesforthealtering,orienting，andexecutivecontrolconditionsoftheAttentionNetworkTest(ANT).健康成年人接受直肠扩张刺激的纤维束联系Fig.13.Connectionsbetweenthemainareasactivatedduringvisceralperception.X.Moissetetal.,EuropeanJournalofPain(2010)目前关于IBS的fMRI研究主要集中在静息态、不同条件直肠刺激下的脑区变化，便秘型和腹泻型差异、性别差异，安慰剂效应、痛觉期待因素、注意力因素、不同的干预治疗措施对IBS脑区变化的影响。近年来，关于IBS在情绪、认知、情感处理中的进展得到了关注，为探讨情感体验成分在疼痛的作用中提供了更多的依据和思考。三、fMRI在实验动物中的应用雄性S-D大鼠在接受不同压力下CRD刺激后的脑区激活J.Lazovicetal.,NeurogastroenterolMotil(2005)Figure14.AxialfMRIimagesoftheratbrainatthepressuresof40mmHg(A)60mmHg(B)and80mmHg(C),ofthesameanimal.amygdalaHypothalamus（PVN）NTStrigeminalnucleusFigure15.AxialfMRIimagesoftheratbrainduringtherectalballoonstimulationatthepressureof60mmHg(A)and80mmHg(B),ofthesameanimal.SCPAGthalamusCblHiIL、PL雄性F344大鼠脑内杏仁核植入皮质酮对内脏刺激的fMRI变化Figure16.SpecificnucleiactivatedinratswithCORT(AandC)micropelletsbutnotactivatedinratswithCHOL(BandD)（A、B：40mmHgor；C、D：60mmHg）.Figure17.Specificnucleiactivatedby60mmHgCRDbutnotat40mmHgCRDinratswitheitherCORT(CandD)orCHOL(AandB)(A、C:60mmHg;B、D:40mmHg).AnthonyC.Johnsonetal.,PlosOne(2010)Wistar大鼠接受CRD的SPECT局部脑血流（regionalcerebralbloodflow，rCBF）显像Fig.18.Comparisonofchangesinregionalcerebralbloodflow-relatedtissueradioactivityinresponseto60-mmHgcolorectaldistensioninfemaleandmalerats.Z.Wangetal.,Pain(2009)目前关于fMRI在CRD模型所致慢性内脏痛的实验尚未开展。接受急性结直肠内脏刺激的动物在fMRI中的研究也较少，重复刺激和单次刺激的差异与否，不同的给药途径，不同药物的干预等都存在较大的科研价值。当然fMRI活体动物成像麻醉对实验存在一定的影响，但活体成像后动物可以继续进行分子生物学等实验，在一定程度上降低了实验相关性数据的个体差异和组间、组内差异，由此关于CRD模型在fMRI中的基础研究亟待开展。四、结语与展望•从认知神经科学的角度，研究人脑对复杂任务的解决固然重要，但复杂任务刺激不利于临床应用；•多数研究