难治性强迫症患者深部脑刺激靶点的患者特异性结构连接组差异

Patient-specific structural connectomic differences of deep brain stimulation targets in treatment-resistant obsessive-compulsive disorder patients

作者信息Rene Marquez-Franco, Luis Ruelas, Ricardo Loução, Rabea Schmahl, Fátima Ximena Cid Rodríguez, Petra Heiden, Jens Kuhn, Anne Koy, Veerle Visser-Vandewalle, Pablo Andrade
PMID42773124
发布时间2026-09-22
DOI10.1038/s41398-026-04441-4

实验完整度

中

回顾性单中心22例患者MRI数据,体外概率纤维追踪与元分析功能网络映射,无独立功能或机制验证

主要模型

22例接受NAc/ALIC DBS治疗的难治性强迫症患者 患者特异性扩散与结构MRI数据 2 mm半径球形立体定向ROI

重点核对

22例trOCD患者(44个大脑半球;13名女性),手术平均年龄42.85±9.09岁 三个DBS靶点(NAc/ALIC、MFB、amSTN)以2 mm半径球形ROI建模,坐标基于MNI152NLin2009bAsym空间 全脑概率纤维追踪初始生成1000万条流线,经SIFT降至100万条 13个皮质-皮质下ROI的流线计数、FA和MD在三个靶点间比较 Kruskal-Wallis检验结合Dunn事后检验用于组间差异分析

摘要

深部脑刺激(DBS)是难治性强迫症(trOCD)的既定疗法,但临床结局存在差异。这在一定程度上是由于不同中心在相关解剖区域刺激时对皮质-纹状体-丘脑-皮质网络(CSTC)的参与存在差异。本研究比较了三个相关解剖区域的结构和功能连接特征,这些区域在不同中心也被用作trOCD的DBS靶点:伏隔核/内囊前肢(NAc/ALIC)、内侧前脑束(MFB)和丘脑底核前内侧部(amSTN)。我们在一个回顾性、观察性、单中心队列中,使用来自22名在科隆大学医院接受NAc/ALIC DBS治疗的trOCD患者的结构和扩散MRI数据,在患者特异性空间中分析了结构连接。为此,应用单壳三组织约束球面去卷积的全脑概率纤维追踪来重建患者特异性结构连接矩阵。从全脑纤维束图中,使用基于ROI的纳入标准选择靶点特异性流线子集,使用代表临床相关trOCD-DBS靶点区域的2 mm半径球形立体定向ROI。随后,使用球面去卷积信息过滤纤维束图(SIFT)流线计数、各向异性分数(FA)和平均弥散率(MD)在13个与OCD病理生理学相关的皮质-皮质下区域提取结构连接矩阵。此后,我们表征了每个靶点与源自元分析功能连接图的关键OCD功能网络的连接。NAc/ALIC表现出更强的结构性额-边缘连接:内侧眶额皮质、前扣带、岛叶和伏隔核(p < 0.0001),与情感(AN)、显著性(SN)、默认模式(DMN)和奖赏-动机(RMN)网络的解剖枢纽相关。MFB主要与奖赏相关区域连接:苍白球和吻侧中额皮质(p < 0.0001)。amSTN显示主要与SN和认知/运动控制网络(CMCN)连接:中央前回和中央旁回(p < 0.0001)。这些探索性发现表明,临床相关的trOCD-DBS靶点可能参与不同但部分重叠的纤维追踪衍生的结构网络和元分析功能网络。观察到的连接特征可能有助于为未来DBS规划生成关于症状特异性网络的假设。总体而言,这些结果支持患者特异性概率纤维追踪在trOCD中的概念验证价值。然而,在临床转化之前,仍需要在独立、多中心试验中进行前瞻性验证。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
三个临床相关trOCD-DBS靶点(NAc/ALIC、MFB、amSTN)在患者特异性空间中的结构连接特征是否存在差异,并是否对应不同的功能网络?
核心机制
三个DBS靶点可能参与不同但部分重叠的纤维追踪衍生结构网络和元分析功能网络,分别与情感、奖赏或运动抑制相关,可能解释临床结局的变异性。
主要证据
基于22例trOCD患者MRI数据的患者特异性概率纤维追踪显示,NAc/ALIC主要连接额-边缘区域(内侧眶额皮质、前扣带、岛叶、伏隔核,p<0.0001),MFB主要连接奖赏相关区域(苍白球、吻侧中额皮质,p<0.0001),amSTN主要连接中央前回和中央旁回(p<0.0001)。
研究意义
观察到的连接特征可能有助于生成关于症状特异性网络的假设,并支持患者特异性概率纤维追踪在trOCD中的概念验证价值。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者队列与MRI数据采集

获取难治性强迫症患者的临床与影像数据

回顾性纳入22例接受NAc/ALIC DBS治疗的trOCD患者,采集T1、T2和扩散加权MRI数据

2

MRI预处理与纤维追踪管道

在患者特异性空间中进行概率纤维追踪和结构连接组生成

使用FSL、FreeSurfer、ANTs、MRtrix3、lead-DBS和DSI-Studio进行去噪、去环、运动校正、偏置场校正和涡流校正,估计组织响应函数,计算FOD,进行全脑概率纤维追踪并SIFT过滤

3

DBS靶点ROI定义与流线选择

在患者空间中定位三个DBS靶点并提取靶点特异性流线子集

使用2 mm半径球形立体定向ROI代表NAc/ALIC、MFB和amSTN,通过ANTs变换至患者原始空间,经两名评审者解剖验证,使用tckedit选择靶点特异性流线

4

结构连接指标提取

量化各靶点与13个皮质-皮质下ROI的结构连接

使用CerebrA图谱定义皮质和皮质下ROI,HCP842纤维追踪图谱定义白质束,计算流线计数、FA和MD

5

功能网络映射与统计分析

将结构连接特征映射至OCD相关功能网络并进行统计比较

使用Neurosynth平台获取RMN、AN、SN、CMCN和DMN的元分析功能连接图,进行定性相关;使用Kruskal-Wallis结合Dunn事后检验比较三个靶点的流线计数、FA和MD

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Philips Ingenia 3T磁共振成像系统Philips--
FMRIB软件库FSL 6.07.18版----
FreeSurfer v7.4.1----
高级归一化工具ANTs v3.26.3----
MRtrix3----
lead-DBS V.3.1----
DSI-Studio v.2023----
Jamovi v2.5.2----
MATLAB v24.4The MathWorks Inc.--
Neurosynth----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者队列
样本量22例,44个大脑半球,13名女性,手术平均年龄42.85±9.09岁;纳入标准为DSM-5确诊OCD、Y-BOCS评估疾病严重度、符合治疗抵抗定义;排除标准为神经系统疾病史和不完整MRI序列数据
阅读提示:Materials and methods中Patient Cohort小节
MRI采集参数
3 T Philips Ingenia;T1分辨率0.5×0.5×1 mm³,TR/TE 9.75/4.86 ms;T2 TR/TE 3000/80 ms;dMRI 40个梯度方向,b=1000 s/mm²,TR/TE 8218/103 ms,2 mm各向同性分辨率;扫描时间约20分钟
阅读提示:Materials and methods中Imaging acquisition小节
纤维追踪参数
初始1000万条流线/患者,流线长度10至250 mm,最小FOD振幅阈值0.05,最大角度偏差25度,SIFT降至100万条流线
阅读提示:Materials and methods中MRI preprocessing小节
DBS靶点ROI定义
2 mm半径球形ROI,坐标基于MNI152NLin2009bAsym空间,基于7 T ex vivo T1加权MRI体积和高分辨率立体定向坐标方法;解剖验证由两名评审者独立完成
阅读提示:Materials and methods中trOCD targets probabilistic tractography coordinates小节及Supplementary Table 1
统计分析
Kolmogorov-Smirnov检验评估正态性;Kruskal-Wallis结合Dunn事后检验比较三个靶点的流线计数、FA和MD;FA和MD在100个等距节点采样;半球水平观察非完全独立
阅读提示:Materials and methods中Statistical analysis小节