肥胖已被世界卫生组织定义为一种疾病,全球肥胖和超重人群已经达到21亿人,肥胖已经成为继心血管和癌症之后对人类健康最具威胁的第三大因素,超重和肥胖可能导致糖尿病、心血管疾病、血脂异常、睡眠呼吸暂停等疾病的发生,肥胖已经严重影响人类的身心健康,肥胖已经成为世界各国都面临的一项难题。众多的肥胖治疗方式中,减肥手术作为治疗肥胖唯一长期有效的方法受到越来越多的关注。目前,微创减肥手术方式包括胃束带减肥手术、袖套式胃减肥手术和胃旁路术。随着神经影像越来越多的被应用到脑科学领域,本文通过采集被试的磁共振图像信息来研究手术减肥的神经生理机制。本文的主要工作和创新点如下:1.减肥手术对肥胖患者大脑白质微结构异常研究。本研究通过对弥散张量图像的分析,研究减肥手术对肥胖患者大脑白质微结构异常。我们采用基于骨架的空间统计分析方法对术前、术后一个月的肥胖患者和正常被试的平均弥散率、各向异性值进行分析。研究发现,相比于正常人,肥胖患者在有差异的白质纤维区域的各向异性值比较低并且平均弥散率比较高。显著性差异区有:双侧前放射冠、右侧内囊前肢、胼胝体(体部、膝部、压部)、左侧扣带(海马)、大脑脚、左侧皮质脊髓束、左侧外囊、穹窿、左侧后放射冠、左侧内囊后肢、左侧丘脑后放射、左侧内囊晶状体、左侧上放射冠、左侧上纵束和左侧矢状面层。接受减肥手术一个月后,肥胖患者的这些差异区的各向异性值和平均弥散率都有所恢复,渐渐趋于正常人。我们还进一步研究食物成瘾对肥胖患者大脑结构的影响,将食物成瘾作为协变量进行回归分析发现,原来绝大部分有显著性差异的区域消失了,该结果说明食物成瘾在肥胖患者大脑结构异常中起着重要作用。2.手术减肥对肥胖患者大脑灰质结构影响的研究。本研究对T1结构像进行分析,使用FreeSurfer软件对术前、术后一个月的肥胖患者、正常被试的大脑灰质的皮层厚度、皮层表面积、脑区体积进行研究。结果表明,相比于正常人,肥胖患者在差异区的皮层表面积、脑区体积较大但皮层厚度较小。皮层厚度的差异区有:梭状回;皮层表面积的差异区有:两侧中央后回、左侧顶下小叶、右侧缘上回、右侧舍回;脑区体积的差异区有:左侧颞下回、左侧距状旁回、左侧颞上回。术后肥胖患者差异区的皮层表面积、脑区体积较大且皮层厚度都有恢复,趋于正常人。3.应用体素的形态测量学方法研究手术减肥对大脑结构的影响。本研究使用体素的形态测量学方法对磁共振T1结构像进行研究。通过对差异区的研究发现肥胖患者和正常人的灰质、白质密度在多个脑区存在显著性差异。接受减肥手术后,肥胖病人奖赏区域、边缘区域和额叶区域的灰质/白质密度和颞叶、顶叶和视觉枕叶皮质的灰质/白质密度被改善。本文从大脑结构角度来研究手术减肥的神经生理机制,文中使用基于纤维束示踪的空间统计分析方法、体素的形态测量学方法和Freesurfer三种方法处理结构数据。通过上述的研究表明,手术减肥对肥胖患者的大脑结构有改善作用。