偏頭痛靜息態功能磁共振局部一致性分析

吳宏赟 張思碩 彭 偉

山東中醫藥大學附屬醫院腦病科，山東濟南 250014

偏頭痛是ICHD-Ⅱ（The International Classification of Headache Disorders：2nd edition）[1]中排列在首位的頭痛類型，是發作性且常為單側的搏動性頭痛。近年來其發病率逐漸升高，給患者正常生活及工作帶來了極大的困擾。2010年中國頭痛流行病學調查結果表明：我國偏頭痛發病率為9.3%，女性高于男性。隨著磁共振技術發展，已發現偏頭痛患者存在腦部結構器質性改變，發作期間腦功能異常，但采用靜息態功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技術探索偏頭痛發作間期腦功能特點的研究較少。本研究采用局部一致性 （regional homogeneity，ReHo）分析對偏頭痛發作間期腦功能特點進行探索。

1 對象與方法

1.1 對象

選擇山東中醫藥大學2012級碩士及博士研究生18名為研究對象，均于2013年10月～2014年5月接受fMRI掃描。按照ICHD-Ⅱ[1]中無先兆偏頭痛的診斷標準選擇偏頭痛患者9例。另選擇9例性別、年齡匹配的健康志愿者作為對照組。所有受試者均為右利手，無fMRI掃描禁忌證，如體內無金屬植入物、無幽閉證、無不自主運動等。偏頭痛組9例，其中男6例、女3例；平均年齡（25.33±1.12）歲。對照組9例，其中男6例、女3例；平均年齡（25.00±1.12）歲。本研究經山東中醫藥大學附屬醫院醫學倫理委員會批準，受試者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

靜息態fMRI掃描于山東中醫藥大學附屬醫院，采用飛利浦ACHIEVA 3.0T全身磁共振成像掃描儀完成。研究者向受試者認真耐心交待掃描過程，受試者仰臥于檢查床上，使用泡沫耳塞、眼罩及海綿墊。囑受試者在掃描過程中保持靜息狀態，即：①閉眼；②清醒，避免入睡；③不執行任何認知任務，避免思考問題[2]。

功能成像采用梯度回波序列，掃描參數為：TR=3000 ms，TE=35 ms， 矩陣=128×128，FOV=230 mm×230 mm，翻轉角 90°，層厚 5 mm，層間距=0，隔層掃描，共30層，掃描包括全腦以及小腦和腦干。

結構像采用T1加權快速擾相梯度回波序列，包括從顱頂到顱底全腦范圍，掃描參數為：TR=8.0 ms，TE=3.8 ms，FOV=250 mm×250 mm，矩陣=512×512，翻轉角 12°，層厚1 mm。

1.3 數據處理方法

采用MRIconvert將DICOM格式掃描數據轉換為 NIfTI（.hdr/.img）格式；然后在 Matlab 2010b 平臺運行DPARSF[3]對NIfTI數據進行去除前10個時間點、時間層校正、頭動校正、空間標準化、去線性漂移、保留0.01～0.08 Hz濾波等一系列預處理；計算ReHo后再用8 mm×8 mm×8mm半高全寬的高斯核函數進行空間平滑，最終得到每一位受試者標準化ReHo圖。

在Matlab 2010b平臺運行REST 1.8[4]對兩組標準化ReHo圖進行雙樣本t檢驗。采用REST Slice Viewer查看最終結果，以P＜0.01為差異有統計學意義，連接規則rmm=4，并進行Alphasim校正。

2 結果

兩組差異腦區局部一致性比較。與對照組比較，偏頭痛患者在右側小腦、左側額上回（BA8）ReHo值下降，差異有高度統計學意義（P＜0.01）。ReHo圖顯示偏頭痛患者較健康對照右側小腦、左側額上回局部一致性下降。見表1、圖1。

表1 偏頭痛組和對照組的ReHo差異

3 討論

偏頭痛嚴重影響患者日常生活和工作，導致生活質量降低。治療花費及因工作效率下降導致創造效益減少都使得家庭、社會經濟負擔加重。世界衛生組織將嚴重偏頭痛定為最致殘的慢性疾病，類同于癡呆、四肢癱瘓和嚴重精神病[5]。DTI研究發現，雙側側腦室旁周圍白質及雙側枕葉皮層下白質微觀結構改變，說明偏頭痛患者早期即有腦部器質性損害[6]。fMRI研究發現紅核和黑質基線信號增加在枕葉皮層信號增加和發生視覺先兆之前，提示這些腦干結構是參與偏頭痛發作神經網絡中的一部分，偏頭痛發作時腦功能有明顯變化[7]。為明確偏頭痛發作間期是否仍存在腦功能改變，對偏頭痛發作間期靜息態fMRI數據進行ReHo分析。

圖1 兩組局部一致性差異圖

受試者在接受靜息態fMRI掃描時，既不添加外來刺激，也不需要執行任何任務[8]，僅需處于安靜、閉眼、相對放松的狀態，消除了任務態fMRI研究中受試個體執行任務情況差異對研究結果的影響。所采集的這種自發低頻活動信息被定義為腦功能基線信息，反映中樞神經系統基礎狀態下自發功能活動[9]。ReHo分析用于研究靜息狀態下，某體素與其相鄰體素之間自發神經元活動一致性的情況，主要用于分析腦局部活動的差異。本研究采用ReHo分析探索偏頭痛發作間期腦功能改變。結果顯示，偏頭痛患者較健康對照者右側小腦、左側額上回（BA8）ReHo值下降，差異有統計學意義（P＜0.01）。提示偏頭痛患者右側小腦和左側額上回神經元活動一致性減弱，局部功能異常。

小腦既往被認為是參與軀體平衡和肌張力調節以及協調隨意運動，現有許多證據表明小腦具有非運動功能，表現在感覺、認知、情感等方面。疼痛矩陣（pain matrix）由一個感覺亞系統（構成疼痛感覺）和一個情感亞系統（構成疼痛的特征性厭惡情緒）組成，小腦是疼痛矩陣的組成部分。發生疼痛時，疼痛矩陣復雜神經網絡中的小腦、次級感覺運動皮層、前扣帶回皮層、腦島、皮下層結構（如丘腦和腦干）被激活。小腦在執行感覺任務時被激活，與感覺的提取和鑒別有關[10]。本研究發現偏頭痛患者發作間期小腦局部ReHo下降，神經元活動一致性下降，一旦受到誘因觸發偏頭痛，小腦等相關結構迅速被激活，參與偏頭痛發生、發展及情緒改變。顯示偏頭痛患者腦功能在發作期和發作間期存在較大差異。也有研究報道偏頭痛發作間期小腦ReHo升高，這可能與納入病例病程和頭痛程度有關[11]。本研究納入偏頭痛患者頭痛程度相對較輕、病程較短，發作間期小腦ReHo下降，推測隨著病情進展，發作間期ReHo持續升高，尚需要進一步研究。

第二個差異腦區位于左側額上回。Rocca等[12]發現，偏頭痛患者額葉灰質密度減少和執行功能較差，表明形態學改變導致執行功能受損。除了形態學發生改變，偏頭痛患者大腦痛覺調節相關皮質以及額葉存在功能失調[13]。前額葉皮質是指初級運動皮層和次級運動皮層以外的全部額葉皮層，是阿片類藥物以及其他形式鎮痛的疼痛調節區。Aderjan等[14]發現連續8 d給予無先兆偏頭痛患者每天20 min三叉神經疼痛刺激后，分別在第1天、第8天和第3個月掃描fMRI，結果偏頭痛患者前額葉皮質和右側前扣帶回的神經元活動水平下降，并且與病程呈負相關。在偏頭痛發作間期，額葉神經元活動水平下降，ReHo減低，與Aderjan等[14]研究結果一致。而且，該差異腦區峰值點位于Brodmann分區8區，即額葉眼動區。該區為隨意性側視中樞，支配雙眼按照他人的指示向左右看。該區ReHo下降，推測無先兆偏頭痛患者存在潛在的隨意性側視功能障礙。

本研究不足之處在于：①靜息態fMRI掃描耗時長和花費大，本研究僅納入9例偏頭痛患者及相匹配的健康對照者9例，下一步將繼續收集偏頭痛靜息態fMRI數據資料擴大樣本含量；②納入病例頭痛程度較輕，病程較短，靜息態fMRI改變不典型或者不明顯，隨著樣本量擴大，可以根據病情或者病程分類，觀察不同病情或者不同病程患者靜息態fMRI特點。

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