QSM对无轻度认知功能障碍的2型糖尿病

更新时间:2023-06-10 18:05:13 阅读: 评论:0

国际医学放射学杂志InternationalJournalofMedicalRadiology2023Jan鸦46穴1雪:5-9
论著QSM对无轻度认知功能障碍的2型糖尿病病人
脑内铁沉积的评估
倪民桦1,2,李泽阳2,谢昊2,于瀛2,杨洋2,朱俊玲2,颜林枫2,崔光彬1,2
【摘要】目的探讨不伴有轻度认知功能障碍(MCI)的2型糖尿病(T2DM)病人脑内铁含量改变,及其与认知功能改变的相关性。方法前瞻性纳入不伴MCI的T2DM病人27例(T2DM组)及健康对照30例(HC组),2组性别、年龄相匹配,均进行认知功能和情绪状态评估并完成定量磁化率成像(QSM)。在QSM图上手动勾画兴趣区(ROI),包括双侧尾状核、壳核、苍白球、丘脑、红核、黑质、小脑齿状核,测定每个ROI内磁化率值。采用独立样本t检验、卡方检验比较2组的临床资料和ROI内磁化率值,采用配对t检验比较2组内同一脑区双侧ROI的磁化率值。
以年龄、性别、教育年限作为协变量,在T2DM组中对2组间存在差异的量表评分和磁化率值进行偏相关分析。结果与HC组相比,T2DM组蒙特利尔认知评估(MoCA)量表评分中的命名能力评分及右侧丘脑磁化率值较低,MoCA量表抽象能力评分较高(均P<0.05)。双侧脑区磁化率比较显示,T2DM
组的左侧齿状核磁化率值高于右侧,HC组的右侧黑质磁化率值高于左侧(均P<0.05)。T2DM组的右侧丘脑磁化率值与MoCA量表内抽象能力评分呈负相关(r=-0.548,P=0.005)。结论不伴MCI的T2DM病人以右侧丘脑铁含量降低为主,且与部分认知功能异常相关,丘脑铁沉积改变可能成为T2DM病人认知功能改变的影像学标志。
【关键词】轻度认知功能障碍;铁沉积;定量磁敏感成像;深部灰质核团
中图分类号:R445.2;R587.1文献标志码:A
Cerebral iron deposition on quantitative susceptibility mapping in patients with type2diabetes mellitus but without mild cognitive impairment NI Minhua1,2,LI Zeyang2,XIE Hao2,YU Ying2,YANG Yang2,ZHU Junling2,YAN Linfeng2,CUI Guangbin1,2.1Faculty of Medical Technology,Shaanxi University of Chine Medicine,Xianyang712046, China;2Department of Radiology,Functional and Molecular Imaging Key Lab of Shaanxi Province,Tangdu Hospital.
Corresponding author:CUI Guangbin,E-mail:
【Abstract】Objective To investigate the changes of the cerebral iron deposition and the relationship between the alternative iron content and the cognitive function in type2diabetes mellitus(T2DM)patie
nts without mild cognitive impairment (MCI).Methods A total of27T2DM patients without MCI(T2DM group)and30healthy controls(HC group)were prospectively included.The two groups were matched for gender and age.Cognitive function and emotional state were evaluated,and quantitative susceptibility mapping(QSM)was completed.Regions of interests(ROIs)were manually drawn on the QSM map, including bilateral caudate nucleus,putamen,globus pallidus,thalamus,red nucleus,substantia nigra,and cerebellar dentate nucleus.Magnetic nsitivity values were measured from each ROI.The independent sample t-test and Chi-square test were ud to compare the clinical data and the magnetic susceptibility values between the two groups,and the paired t-test was ud to compare the susceptibility values between ipsilateral and contralateral brain regions in the two groups.Using age, gender,and years of education as covariates,partial correlation analysis was performed in the T2DM group for the scale scores and magnetic susceptibility values showing differences between the two groups.Results Compared with the HC,the score of naming ability of MoCA and susceptibility value in the right thalamus were significantly decread,and the score of verbal abstraction of MoCA was incread in the T2DM group.In the T2DM group,the susceptibility value of the left dentate nucleus was higher than that of the right one.In the HC group,the susceptibility value of the right nigra was higher than that of the left one(P<0.05).The susceptibility value of the right thalamus was negatively correlated with the verbal abstraction function of MoCA in the T2DM group(r=-0.548,P=0.005).Conclusion The decrea of iron content mainly involves in right
作者单位:1陕西中医药大学医学技术学院,咸阳712046;2空军军医大学唐都医院放射科,陕西省功能与分子影像重点实验室通信作者:崔光彬,E-mail:
基金项目:国家自然科学基金(81771815)
DOI:10.19300/j.2023.L19955
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thalamus in T2DM patients without MCI,and the alteration is associated with cognitive performance change.The alteration of the iron deposition in thalamus may be an imaging marker for the alternative cognitive function in T2DM patients.
【Keywords】Mild cognitive impairment;Iron deposition;Quantitative susceptibility mapping;Deep grey matter nucleus
IntJMedRadiol,2023,46(1):5-9
近年来糖尿病患病率显著增加,预计2023年全球糖尿病病人可达到4.39亿,其中2型糖尿病(type2diabetes mellitus,T2DM)约占87%[1]。越来越多研究显示,T2DM是认知损伤的危险因素,
近半数T2DM病人伴有轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment,MCI)并快速发展为痴呆,不伴MCI的T2DM病人也可能存在不同程度的认知受损[2]。研究[3]表明认知损伤与脑内铁沉积有关,而定量磁化率成像(quantitative susceptibility mapping,QSM)是一种新的MRI技术,可通过定量计算磁敏感值来反映组织内铁含量。既往QSM研究主要探索了T2DM 病人与健康人群的铁沉积差异[4],但未见分析T2DM 病人在早期认知损伤时脑内铁沉积的变化。本研究拟采用QSM分析不伴MCI的T2DM病人大脑深部核团铁沉积,探讨T2DM病人早期认知改变的潜在病理生理改变,并寻找识别T2DM认知改变的预警指标。
1资料与方法
1.1一般资料前瞻性收集2017年5月—2019年4月空军军医大学唐都医院确诊为不伴MCI的T2DM病人27例,其中男14例,女13例,年龄41~ 62岁,平均(5
2.31±7.05)岁;于同期纳入性别、年龄、受教育程度相匹配的30例健康志愿者作为正常对照(healthy control,HC)组,其中男16名,女14名,年龄35~59岁,平均(49.03±8.06)岁。T2DM组纳入标准:①根据2013年版《中国2型糖尿病防治指南》为诊断标准确诊为T2DM;②年龄18~70岁;
③右利手;④简易智力状态检查量表(mini-mental state examination,MMSE)评分>27分或蒙特利
尔认知评估量表(Montreal cognitive asssment,MoCA)评分>24分。HC组纳入标准:①不符合2013年版《中国2型糖尿病防治指南》T2DM诊断标准;②年龄18~70岁;③右利手。2组排除标准:①存在其他能引起铁异常沉积疾病,或近期服用过补铁药物或食物;②有其他中枢神经系统疾病;③MMSE评分<27分或MoCA评分<24分;④有MRI检查禁忌证。本研究经医院医学伦理委员会批准(NCT02420470),
所有研究对象均签署书面知情同意书。
1.2临床资料及量表测评所有受试者均于MRI 检查当天抽取空腹静脉血,检测空腹血糖(fasting blood gluco,FBG)、糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin,HbA1c)和总胆固醇(total cholesterol,TC)。记录所有受试者的收缩压(systemic blood pressure,SBP)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、体质量指数(body mass index,BMI)。MRI检查前,由经过神经心理学专业人士培训的研究人员在安静的环境下对受试者进行认知功能和情绪状态测试并记录相关结果,包括:①采用MMSE和MoCA评估被试认知功能;②利用焦虑自评量表(lf-rating anxiety scale,SAS)和抑郁自评量表(lf-rating depression scale,SDS)评估被试情绪状态。受试者评分越高,代表认知能力越好或焦虑抑郁程度越高。
1.3设备与方法采用GE Discovery7503.0T MR 扫描设备,8通道相控阵头颅线圈,扫描范围自颅顶至
颅底。采集QSM序列影像,扫描参数:TI41.6ms,TE3.2ms,翻转角20°,层数150,层厚1.0mm,视野(FOV)256mm×256mm,矩阵256×256,带宽6
2.5kHz,成像时间9min22s。
1.4数据分析采用磁化率成像与相位伪影消除工具(susceptibility mapping and pha artifacts removal toolbox,SMART)对图像进行预处理[5],并重建出QSM图。由2名高年资神经影像科医师采用ITK-SNAP软件分别在QSM图上逐层手动勾画兴趣区(ROI),包括双侧尾状核、壳核、苍白球、丘脑、红核、黑质、小脑齿状核,避开邻近血管(图1)。以2名医师测量值的平均值作为每个ROI内磁化率值。
1.5统计学分析采用SPSS21.0软件进行数据分析。符合正态分布的计量资料采用均数±标准差(x±s)表示,2组间一般资料和量表评分比较采用独立样本t检验,2组内同一脑区双侧ROI的磁化率值比较采用配对样本t检验;计数资料用例表示,2组间比较采用卡方检验。对2组间每个脑区的磁化率值进行分析,并使用Bonferroni法进行多重比较
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表22组各量表测试评分的比较
组别总分定向力记忆力注意力和计算力回忆能力T2DM 28.88±2.599.96±0.20  2.96±0.20  4.32±1.15  2.32±0.69HC 28.29±1.519.92±0.28  2.96±0.20  4.33±1.05  2.25±0.85  t -1.034-0.622-0.0290.042-0.318  P
0.443
0.531
0.977
0.8850.752
例数2730
MMSE
语言能力8.92±0.288.88±0.34-0.5110.607
情绪状态评估
SAS SDS 40.68±6.0343.80±9.1142.61±7.0346.71±9.530.3590.3330.292
0.262
组别总分执行功能视空间能力命名能力注意力T2DM 26.76±2.570.80±0.41  3.40±0.76  2.39±0.14  5.76±0.60HC 25.96±2.940.79±0.41  3.38±0.71  2.78±0.15  5.63±0.58  t -1.044-0.071-0.118  2.119-0.805  P
0.302kmb
0.944
0.906
0.037
0.220
MoCA
语言能力2.80±0.412.75±0.61-0.3390.882
抽象能力延迟回忆定向力1.84±0.37  3.08±1.66  6.00±0.001.38±0.71  2.92±1.61  6.00±0.00
-2.882-0.350-0.006
0.728
1.000
-表示无数据。
图1
ROI 勾画示意图
校正,校正后以P <0.004表示差异有统计学意义。对于2组间差异有统计学意义的参数,以年龄、性别、受教育年限为协变量进行偏相关分析,评估各参数与T2DM 组病人的量表评分的关系。P <0.05为差异有统计学意义。2结果
2.12组间一般资料及量表评分比较与HC 组相比,T2DM 组实验室检查中的FBG 、HbA1c 均较高
(均P <0.05);MoCA 量表评分中的命名能力较低,抽
象能力评分较高(均P <0.05)。2组间其余一般资料及量表评分差异均无统计学意义(均P >0.05)。
详见
表1、
2。2.22组间各脑区的QSM 磁化率值比较经
Bonferroni 校正后,T2DM 组右侧丘脑的磁化率值低于HC 组(P <0.05)。2组间其余ROI 磁化率值的差异均无统计学意义(均P >0.05)。详见表3、图2。2.32组内双侧脑区的磁化率值比较T2DM 组,左侧小脑齿状核的磁化率值高于右侧(P <0.05)
;HC 组,右侧黑质的磁化率值高于左侧(P
<0.05)。其余脑区ROI 双侧磁化率值差异均无统计学意义(均P >0.05)。详见表4、
5。2.4T2DM 组右侧丘脑磁化率值与各量表评分的相关性分析T2DM 组右侧丘脑磁化率值与MoCA
的抽象能力评分呈负相关(r =-0.548,P =0.005)(图3)。
右侧丘脑磁化率值与其余量表评分之间无相关性。3讨论
脑内铁含量改变与认知损伤密切相关,QSM 能够通过定量不同组织的磁敏感效应来反映脑组
织内铁含量改变[6]。以往T2DM 的QSM 研究多将T2DM 与HC 进行比较,而T2DM 在未发生MCI 时脑内铁沉积是否异常,及其与认知受损的关系仍不清楚[2-3]。本研究纳入不伴MCI 的T2DM 病人和HC 人群,探索了不伴MCI 的T2DM 病人脑内铁沉积模式,为揭示T2DM 认知改变潜在的神经病理机制提供了新的思路。
3.1不伴MCI 的T2DM 病人脑内铁沉积模式改变本研究发现不伴MCI 的T2DM 病人右侧丘脑
delivery是什么意思表12组一般资料的比较
组别例数年龄(岁)性别(男/女)教育年限(年)T2DM 2752.31±7.0514/13  5.32±6.16HC
30approximation
49.03±8.0616/14  6.19±7.80检验值  1.590a 0.013b 0.445a P
0.117
0.911
0.658
BMI
(kg/m 2)
24.64±3.0525.47±2.470.553a 0.673
血压(mmHg)实验室检查
SBP
DBP
FBG
(mmol/L )HbA1c(mmol/mo l)T C(mmol/mo l)123.00±19.6977.86±14.767.92±2.597.31±1.40  4.47±0.76126.13±17.1581.09±9.077.31±1.40  5.67±0.31  4.62±0.640.509a -0.511a    5.636a    5.636a -1.351a 0.614
0.607
<0.001
<0.001
0.183
a
为t 值,b
为χ2值。
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表4T2DM 组双侧脑区ROI 的磁化率值比较
n =27,ppb
T2DM
丘脑尾状核壳核苍白球红核黑质齿状核左侧  5.25±6.3037.00±12.3970.53±25.65166.48±39.18121.54±33.79148.77±41.38120.26±39.45右侧  4.53±4.4736.11±14.1670.37±24.22165.31±52.26
119.76±35.54
152.33±44.74112.33±32.76
t 0.6930.6430.0560.2650.461-0.597  2.379P
0.494
0.526
0.955
0.793
0.649
0.556
0.025
表5
HC 组双侧脑区ROI 的磁化率值比较eao
n =30,ppb
HC
丘脑尾状核壳核
苍白球红核黑质齿状核左侧7.15±6.5231.18±10.3963.29±20.67169.58±40.51106.38±39.71143.79±28.80121.67±37.03右侧8.82±7.0429.98±10.7960.11±16.59169.58±37.43
107.55±38.94153.86±28.69
124.18±36.32t -1.715  1.454  1.2050.001-0.281  2.909-0.557P
0.097
0.157
0.238
0.999
0.781
0.007
0.582
表3
2组各脑区磁化率值的比较
ppb (×10-9)
组别例数丘脑尾状核
左侧右侧左侧右侧左侧T2DM 27  5.25±6.30  4.53±4.4737.00±12.3936.11±14.1670.53±25.65HC 30
7.15±6.528.82±7.0431.18±10.3929.98±10.7963.29±20.67t -1.113-2.712  1.934  1.821  1.180P
0.271
<0.001
0.061
0.082
0.242
壳核
右侧70.37±24.2260.11±16.591.8830.070
苍白球
左侧右侧166.48±39.18165.31±52.26169.58±40.51169.58±37.43-0.295-0.3620.778associated
0.721
组别红核
黑质
齿状核
左侧右侧左侧右侧左侧右侧T2DM 121.54±33.79119.76±35.54148.77±41.38152.33±44.74120.26±39.45112.33±32.76HC 106.38±39.71
107.55±38.94
143.79±28.80
153.86±28.69121.67±37.03124.18±36.32t    1.541  1.2320.535-0.160-0.148-1.294P
0.130
0.224
0.604
0.885
0.892
0.203
图2T2DM 组和HC 组丘脑的QSM 图。HC 组病人(男,
56岁,平均磁化率值为12.276ppb )与T2DM
组病人(男,58岁,平均磁化率值为0.282ppb )右侧丘脑同一层面QSM 图比较,
T2DM 组右侧丘脑磁化率值较HC 组显著降低。
的磁化率值较HC 组显著降低。丘脑是脑深部核团重要的组成部分,其内含有丰富的少突胶质细胞(脑内铁的主要来源)。在一定年限内,随着年龄增长丘脑内铁含量增加,可促进具有神经毒性的活性氧生成,导致少突胶质细胞损伤和神经炎性反应,进而激活具有吞噬作用的小胶质细胞,使其内铁
含量降低。同时,高血糖也会引起小胶质细胞Na +离子通道电流增强,炎性因子释放增加,而炎性因子又反作用于小胶质细胞,增强小胶质细胞吞噬铁的功
能,形成恶性循环,进一步降低铁含量[7]。既往研究
也证实T2DM 丘脑发生改变,午饭英文
Toth 等[8]发现糖尿病小鼠丘脑区域少突胶质细胞数量显著增加,且活性
增强;
Roy 等[9]证实T2DM 病人丘脑灰质体积较HC 显著减小;
Wang 等[10]发现T2DM 病人丘脑-皮质功能连接显著增强。因此,丘脑可能是T2DM 早期病理改变的重要脑区。
3.2丘脑中铁含量的改变趋势以往研究[11]显示,
T2DM 病人基底神经节、
黑质、额下三角回、中央前回等脑区磁敏感值(铁含量)显著增高,与铁调素(一种可降低组织内铁
含量的蛋白)含量下降,以及胰岛素抵抗造成炎症和高血糖状态有关。然而本研究显示丘脑铁含量下降,可能是由于本研究纳入被试年龄偏大(平均年龄约55岁),处于丘脑磁敏感值下降阶段[12],且糖尿病病人脑内炎症和高血糖状态会进一步加速丘脑磁敏感值降低,导致丘脑铁含量显著下降。
3.3不伴MCI 的T2DM 病人双侧脑区存在差异本
研究发现T2DM 不伴MCI 组左侧小脑齿状核的磁化率值高于右侧,这种双侧镜像脑区磁化率值的差异可能与利手状态有关。早期研究[13]表明铁含量与
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图3T2DM 不伴MCI 组右侧丘脑磁化率值与MoCA 量表内
抽象能力评分相关性散点图。右侧丘脑磁化率值与MoCA 内抽象能力评分呈负相关。
多巴胺能神经元的分泌功能密切相关,多巴胺分泌越多,脑铁含量越多。右利手者左侧多巴胺神经元
较右侧分泌增加,左侧脑区磁化率值较相应右侧脑区偏高,这种改变在多巴胺能神经元投射或多巴胺递质合成脑区(如小脑齿状核)更为显著[14]。既往研究[12]
显示在HC 中左侧脑区磁化率值较相应右侧脑区也偏高,而本研究发现HC 组右侧黑质的磁化率
值高于左侧黑质,可能与本研究样本量(30例)
小于以往研究(498例)有关。
3.4不伴MCI 的T2DM 病人脑内铁含量与认知表现的相关性分析本研究显示T2DM 不伴MCI 病人右侧丘脑铁含量降低与抽象能力改变密切相关。丘脑是皮质下灰质和皮质的中继站,对称性分布于第三脑室两侧,与意识、感觉、运动和认知功能密切相关。丘脑核团众多,与大脑皮质、边缘系统等都有广泛的纤维联系。其中,皮质-基底神经节-丘脑环路参与了运动控制、学习、语言、认知功能和成瘾等
重要功能[15]。既往研究[16]也发现,T2DM 病人纹状体-丘脑环路受损,并与执行功能下降有关。因此,丘脑铁沉积异常可能是T2DM 病人早期认知功能改变潜在的病理生理改变。
3.5局限性尽管本研究较好地证实了丘脑可能是T2DM 不伴MCI 病人早期认知改变相关病理改变的重要脑区,丘脑铁含量下降可能成为T2DM 认知功能改变的潜在影像学标志;但本研究尚有一定
的局限性:
①本项横断面研究未对T2DM 病人脑内铁沉积模式进行动态观察;②样本量相对较小,有待大样本研究验证;③无病理检测对研究结果加以佐证,在未来的研究中可结合动物实验弥补这一缺陷。
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(收稿2022-05-31)
抽象能力评分(M o C A )
r =-0.548P =0.005
0.5
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0.0
-0.5-1.0
-10
-50510右侧丘脑磁化率值(ppb )

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