基于低頻振幅方法的連枷臂綜合征患者靜息態功能磁共振成像研究

位珊珊， 李 嬌, 商秀麗

連枷臂綜合征(flail arm syndrome,FAS)是一種緩慢進行性加重的運動神經元病，主要臨床特點是患者肌肉萎縮無力,局限于上肢,主要存在于上臂近端和肩帶區，呈肩膀下垂，手臂、前臂雙手內旋的特殊姿勢。1998年Hu等[1]發現并描述這一組臨床癥狀，其病因及發病機制目前尚不明確，生存期約5～10 y。肌萎縮性側索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是運動神經元病(motor neuron disease，MND)最常見的一種亞型，以累及上、下運動神經元為特征的一種病因不明的致命性的神經退行性疾病[2,3]，診斷缺乏特異性的生物學標志，臨床診斷依賴于臨床及電生理。ALS病情進展迅速，多數患者通常在3 y內進展為呼吸衰竭并死亡[4]。

目前認為FAS是ALS的一種良性變異型[5]，異質性是FAS與ALS相比沒有明顯的上運動神經元受累征象[6,7]。目前FAS的診療原則遵循ALS，缺乏有效治療手段。綜合國內外不同樣本大小的臨床研究表明FAS約占ALS的8%～10%[8,9]，與經典ALS比較，FAS生存期較長，呼吸功能受累較晚，早期診斷和早期干預治療對FAS患者至關重要。近年來，腦成像技術越來越多的被用于ALS研究中，揭示了ALS患者腦結構、功能的異常。

目前國內尚無公開發表的FAS患者的功能磁共振成像(fMRI)研究。因此本研究擬采用靜息態fMRI低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)[10]的分析方法從腦代謝活動強度的角度來進一步探討靜息狀態下FAS患者運動障礙與腦區之間的聯系，為探討靜息狀態下FAS患者腦活動的神經機制提供理論依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象 招募自2015年1月-2018年5月中國醫科大學附屬第一醫院神經內科門診或住院的FAS患者10名，FAS入組標準：(1)所有受試者均由同一名運動神經元病專家進行評估，符合2000年修訂版EI-Escorial標準臨床擬診或確診的診斷[11]要點：①臨床上顯著的上肢下運動神經元體征，體征符合進行性發展的趨勢，并且以上肢近端肌無力和肌肉萎縮為特征；②在病程中可以出現下肢的病理反射或深反射活躍，但不能有上肢的肌張力增高或者肌陣攣；③在上肢下運動神經元體征出現12個月以內不能出現臨床上明顯的下肢或者球部的下運動神經元體征；所有病例均有完整的臨床診斷資料和隨訪記錄。(2)所有患者均為右利手。(3)根據實驗室和電生理檢查結果排除其他疾病。(4)除外有ALS家族史、其它神經精神疾病史、中毒、酒精及其它物質依賴史、存在MRI檢查禁忌及頭部MRI發現占位性病變、腦積水等疾病的患者。同時招募10名年齡、性別和受教育水平與病例組匹配的社區中老年健康志愿者作為對照組。本研究經中國醫科大學附屬第一醫院倫理委員會批準。所有受試者入組前均被詳細告知并取得本人或家屬知情同意并簽署知情同意書。

1.2 數據采集

1.2.1 采集基線數據 采集受試者的年齡、性別、教育程度、病程、首發癥狀部位、修訂版ALS功能分級量表(revised ALS Functional Rating Scale，ALSFRS-R)評分得分。

1.2.2 影像數據采集 采用GE Signa 3.0T超導磁共振掃描儀。掃描由同一名操作熟練的放射科技師進行操作。解剖像采用三維快速擾相梯度翻轉恢復序列(3D-SPGR)：重復時間(TR)=7.1 ms，回波時間(TE)=3.2 ms，層數=172，翻轉角(FA)=15°，視野(FOV)=240 mm×240 mm，矩陣=256×256，層厚=1.8 mm，層間隔=0，掃描時間約8 min。所有受試者在掃描過程中平躺在檢查床上，用海綿固定頭部將頭動控制到最小，并被告知在掃描時閉眼放輕松但不要睡著，且要盡量保持頭部靜止。

1.3 MRI數據處理分析

1.3.1 圖像預處理 基于Matlab2017a軟件環境下使用DPABI_V3.0 (http://rfmri.Org/DPABI)中的靜息態數據處理助手(DPARSFA)[12]對圖像進行預處理。首先將每名被試者的前10個時間點的數據去除，以排除最初磁場轉換的不穩定及被試者適應階段的干擾，時間校正、頭動校正(將頭動參數任意方向上大于3 mm或旋轉角度大于2的被試剔除)、利用EPI模板對所有受試fMRI圖像進行標準化(設置體素大小重采樣為3 mm×3 mm×3 mm)、高斯平滑(6 mm的半高全寬)、去線性漂移、濾波(0.01～0.08 Hz頻率范圍，以減少低頻線性漂移和生理噪音的影響)。計算頻率為0.01～0.08 Hz范圍內的低頻振幅。去線性漂移及濾波后，采用默認全腦mask(維度=61×73×61)的信號強度的時間序列進行傅立葉變換，得到每個體素內0.01～0.08 Hz之間的平均值即ALFF[10]，將每個體素的ALFF值除以全腦均值得到mALFF腦圖后進入統計分析。

2 結 果

2.1 兩組被試人口學資料分析 FAS患者組與對照組在年齡、受教育年限方面均無統計學差異(P﹥0.05)(見表1)。

2.2 ALFF結果 全腦組間t檢驗顯示，與正常對照組相比，FAS組在雙側楔前葉、左側楔葉、后扣帶回、枕上回、顳中回、枕中回、角回、頂下緣角回腦區均出現ALFF值的低于正常對照組；結果中沒有發現FAS組ALFF增高的腦區(P<0.05，AlphaSim校正，voxels>52)(見表2、圖1)。

2.3 FAS組ALFF與臨床癥狀嚴重程度的相關性分析結果 以有顯著性差異的ALFF腦區作為ROI，提取每個區域的ALFF值與ALSFRS-R分數進行相關性分析，結果分析有顯著性差異的腦區的ALFF值與ALSFRS-R得分無顯著性相關(r=0.142，P=0.726)。

表1 FAS組與正常對照組人口學資料及病情資料

注：性別差異采用卡方檢驗；年齡和教育程度采用獨立樣本t檢驗；P﹤0.05差異有統計學意義。FAS患者組與對照組在年齡、受教育年限方面均無統計學差異

表2 FAS組較正常對照組ALFF值顯著改變的腦區信息

注：X、Y、Z為MNI坐標軸(mm)，MNI為蒙特利爾神經研究所人腦坐標；t值為顯著性檢驗值(P<0.05，AlphaSim校正，voxels>52)

圖1 FAS組較正常對照組ALFF值顯著改變的腦區。右側不同的顏色條帶對應不同的t值，暖色系條帶代表低頻振蕩振幅(ALFF)值增加，冷色系條帶代表ALFF值減低。左側MNI模板上的藍色表示FAS組比對照組低頻振幅明顯減弱的腦區示意圖

3 討 論

靜息狀態下大腦各個腦區神經元均存在自發性神經活動產生低頻振蕩信號[12]，即BOLD信號。ALFF增加反映腦神經自發活動增加，減低代表腦神經自發活動減低，ALFF結果圖可以較好地對全腦各區域的活動情況進行觀察。FAS患者肢體活動受限，不能配合完成相應任務，故任務態fMRI不能很好地反映患者相應腦功能改變。靜息態fMRI只需受試者平躺，保持閉眼或睜眼的清醒狀態即可，對FAS患者尤為適合。本研究中,與正常對照組相比較，FAS組在雙側楔前葉、左側楔葉、后扣帶回、枕上回、顳中回、枕中回、角回、頂下緣角回腦區均出現ALFF值的低于正常對照組；但沒有發現FAS組ALFF增高的腦區。ALFF明顯減低的腦區的ALFF值與ALS功能分級量(ALSFRS-R)總分無相關性。

國內學者Luo等[13]在RS-fMRI中發現，和健康對照組相比,ALS患者存在運動外區域功能改變，如視覺皮質、額葉、枕下葉及中央后回出現ALFF值升高。但在本研究發現FAS組在雙側楔前葉、楔葉、后扣帶回、枕上回、顳中回、枕中回、角回、頂下緣角回腦區出現ALFF值減低。結果顯示這些部位的腦神經自發活動降低，表明FAS患者出現多個腦區受損，屬于彌漫性腦疾病。本研究中FAS組多個腦區ALFF減低，推測可能與皮質神經元受損有關，可能處于失代償期。有研究發現右側海馬旁回的ALFF值增加與ALS進展率呈正相關，可將右側海馬旁回的ALFF值作為監測肌萎縮側索硬化進展的潛在標志物[14]。但在本研究中發現右側海馬旁回ALFF與正常對照組相比無明顯差別，提示FAS與ALS在海馬旁回區域可能有不同的致病機制。在我們的研究中，FAS組ALFF減低的腦區集中出現在左側半球，這可能與患者多以右側肢體起病相關，具體原因尚需做進一步研究。

已有研究表明大腦中存在多個低頻振蕩網絡，其中默認網絡(Default Mode Network,DMN)是一個大腦系統，它包含的腦區有內側前額葉皮質、后扣帶回以及鄰近的楔前葉(PCC/Precuneus),雙側角回,雙側外側顳葉,雙側海馬[15]，其中后扣帶回是DMN中最關鍵的位置[16,17]。DMN腦區的活動性與監測人體內外環境、多種高級認知功能的維持有著密切關系[18]。本研究發現FAS患者在雙側楔前葉、角回、楔葉，ALFF值明顯低于正常對照組，提示這些部位的腦神經自發活動減低。研究結果中ALFF減低的腦區包括了DMN的重要腦區后扣帶回以及鄰近的楔前葉、角回及楔葉，默認網絡腦區ALFF減低可能與FAS患者的認知功能可能受損有關，也可能與患者疾病過程中長期的負性情緒偏向有關。

本研究尚具有一定的局限性，由于FAS發病率低，入組標準嚴格樣本量少，可能對最終試驗結果的統計準確性造成一定影響。在今后的研究中，擴大樣本量有助于在臨床量表評價的基礎上為FAS的診斷提供新的影像學依據。

綜上所述，本研究采用基于ALFF分析的靜息態fMRI方法，對FAS引起的BOLD改變進行觀察，發現ALFF異常變化的區域主要集中在雙側楔前葉、楔葉、后扣帶回、枕上回、顳中回、枕中回、角回、頂下緣角回腦區。與既往已有的ALS研究相比有很大不同，提示FAS可能是獨立的疾病實體。FAS患者ALFF值的異常變化可能源于異常的神經元活動，而這些神經元活動異常可能是FAS患者神經病理機制的基礎。