靜息態功能MRI全腦信號對左側基底節區腦梗死患者低頻振幅的影響

趙 澄，李瓊閣，單 藝，張 苗，馬青峰，戎冬冬，曹燕翔，盧 潔*

(1.首都醫科大學宣武醫院放射與核醫學科，3.神經內科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室，北京 100053)

靜息態功能MRI(resting-state functional MRI，rs-fMRI)顯示的自發神經元信號，即血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)信號，可反映大腦生理機制[1]。全腦信號為全腦體素水平下的平均信號，通常伴隨BOLD信號產生，但全腦信號對于功能MRI(functional MRI，fMRI)研究是否具有生理意義目前存在爭議[2]。低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)和分數ALFF(fraction ALFF，fALFF)可用于衡量局部大腦活動[3]。本研究觀察rs-fMRI全腦信號對左側基底節區腦梗死患者ALFF及fALFF的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象 納入2008年12月—2012年2月21例于首都醫科大學宣武醫院診斷為左側基底節區腦梗死的患者(梗死組)，男16例，女5例，年齡35～72歲，平均(49.4±10.1)歲。納入標準：①首次發病；②右利手；③分別于發病7天內(急性期)[4]及3個月(恢復期)[5]接受MR檢查和Fugl-Meyer臨床運動評分；④病灶體積<100體素；⑤無其他神經系統病變。同期招募26名健康志愿者作為對照組，男15名，女11名，年齡33～70歲，平均(52.7±8.1)歲。本研究通過醫院醫學倫理委員會批準[編號：(2008)012]。檢查前受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Trio Tim 3.0T MR掃描儀及12通道頭部線圈。囑受檢者仰臥，避免思考；固定頭部，采集軸位rs-fMRI，參數：TR 3 000 ms，TE 30 ms，FA 90°，層數47，層厚4 mm，矩陣64×64，體素3 mm×3 mm×3 mm；共掃描124個時間點，掃描時間6 min 12 s。

1.3 圖像分析 基于DPABI(http://rfmri.org/dpabi)軟件[6]對采集的圖像進行預處理：①去除前4個時間點；②校正時間層；③頭動校正；④標準化；⑤平滑；⑥去線形漂移；⑦協變量回歸，包括去除及未去除全腦信號2種；⑧濾波。

基于去除和未去除全腦信號的2種結果計算ALFF/fALFF[2]。通過傅里葉變換將個體腦影像體素時間序列的頻率信息轉換至功率域，計算給定頻率范圍內(0.01～0.1 Hz)的低頻振幅之和，即ALFF；fALFF為給定頻率域中的ALFF占整個可檢頻率范圍內幅度之和的比例。將ALFF與fALFF 度量值轉換為z分數，用于統計分析。

1.4 Fugl-Meyer評分 參照文獻[7]方法對梗死組急性期及恢復期肢體功能行Fugl-Meyer評分，計算33項任務評分總和，并將評分歸一化為0至100分，以定量反映上肢運動功能、平衡、感覺及關節功能。

表2 梗死組患者恢復期與急性期ALFF存在差異的腦區

1.5 統計學分析 采用SPSS 21.0統計分析軟件。以±s表示計量資料，采用雙樣本t檢驗比較組間年齡差異，對梗死組急性期及恢復期的Fugl-Meyer評分行配對t檢驗；對計數資料行χ2檢驗。分別于去除和未去除全腦信號2種條件下，采用配對t檢驗和雙樣本t檢驗分析恢復期組間、梗死組不同時期間ALFF/fALFF存在差異的腦區，基于無閾值簇群增強(threshold-free cluster enhancement, TFCE)方法統計ALFF/fALFF結果[8]，并進行FWE校正(隨機重排5 000次)。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料 梗死組與對照組性別(χ2=1.60，P=0.21)、年齡(t=1.77，P=0.18)差異均無統計學意義。梗死組恢復期Fugl-Meyer評分明顯高于急性期[(95.92±8.46)分vs(77.02±27.51)分，t=3.01，P<0.01]。

2.2 ALFF與fALFF 未去除全腦信號條件下，梗死組恢復期大腦雙側額上回、后扣帶回(posterior cingulate cortex，PCC)和健側殼核ALFF均明顯低于對照組(P均<0.05)，健側額下回眶部及顳上回顳極ALFF均明顯高于對照組(P均<0.05)；梗死組患者恢復期健側楔葉、顳下回、枕中回ALFF明顯高于急性期(P均<0.05)。去除全腦信號條件下，梗死組恢復期健側額上回、PCC及殼核ALFF明顯低于對照組(P均<0.05)，健側額下回眶部及顳上回ALFF明顯高于對照組(P均<0.05)；梗死組恢復期健側顳下回ALFF明顯高于急性期(P<0.05)。見表1、2及圖1、2。

表1 梗死組患者恢復期與對照組ALFF存在差異的腦區

圖1 梗死組恢復期與對照組ALFF存在差異的腦區 A.未去除全腦信號；B.去除全腦信號

梗死組恢復期與對照組、梗死組內不同分期之間未見fALFF存在顯著差異的腦區(P均>0.05)。

3 討論

本研究于去除和未去除全腦信號2種預處理條件比較左側基底節區腦梗死組恢復期與急性期以及梗死組與對照組的ALFF/fALFF，發現未去除全腦信號條件下顯示ALFF存在差異的腦區更多。未去除全腦信號條件下，梗死組內，相比急性期，恢復期健側楔葉、顳下回及枕中回ALFF顯著升高，而去除全腦信號后僅顯示顳下回發生改變。顳葉為高級神經活動的重要腦區之一，參與神經功能調控[9]；楔前葉為默認網絡的主要腦區，參與調控感覺運動功能[10]；枕下回位于枕葉，除視覺調控外，還參與語言、注意及記憶等神經功能調控[11]。未去除全腦信號條件下可見健側顳下回、楔前葉及枕下回神經元ALFF改變，提示隨著運動恢復，梗死患者腦功能發生代償性調節。LIANG等[12]關于缺血性卒中的研究結果同樣顯示存在楔前葉和枕下回ALFF改變。

圖2 梗死組恢復期與急性期比較ALFF存在差異的腦區 A.未去除全腦信號；B.去除全腦信號

額葉和顳葉參與調節高級神經認知及運動功能[13]。本研究發現，未去除全腦信號條件下，相比對照組，梗死組恢復期大腦雙側PCC及額上回ALFF明顯下降，而健側額下回眶部及顳上回明顯升高；而去除全腦信號后，僅健側PCC、額上回、額下回眶部及顳上回可見ALFF下降。上述結果提示，腦梗死致運動功能受損后，功能代償性機制使主要位于健側腦區的其他腦區發生調控性激活。FEYDY等[14]通過縱向研究腦卒中患者的運動恢復過程而提出了患側梗死在運動恢復過程中引起雙側腦皮質功能改變的假說。FU等[15]以任務態fMRI觀察基底節區腦卒中患者，發現腦梗死不僅引起病灶周圍腦區功能變化，且可影響與之遠距腦區的腦功能。本研究進一步驗證了FEYDY等[14-15]的假說。基于以上結果，推測rs-fMRI全腦信號能為研究基底節區腦梗死患者腦功能變化提供更多有價值的信息。

全腦信號一般因生理因素而產生，除反映神經元活動信息外，還包括非神經元活動信息如血管搏動、動脈二氧化碳濃度等，能在一定程度上反映生理學信息[16]。有學者[13]認為去除全腦信號可改善功能與結構連接的對應關系，幫助消除非神經元信息的影響。ZHANG等[17]針對特定被試者進行去除全腦信號后的重測信度研究，發現去除全腦信號會降低針對老年人的測試-重測試的可信度。針對多項fMRI指標測試重測信度，發現未去除全腦信號條件下局部一致性可信度降低[18]，而內部功能連接可信度增加[19]。本研究觀察基底節區腦梗死患者的ALFF和fALFF，結果顯示未去除全腦信號條件下ALFF和fALFF變化的敏感度更高，提示全腦信號可為觀察左側基底節區腦梗死患者神經元自發低頻震蕩提供更多信息。但有研究[3]認為全腦信號對rs-fMRI的影響可能取決于所涉數據集和觀察指標，有待進一步觀察。

綜上，左側基底節區腦梗死患者隨運動恢復而發生腦皮質功能代償；未去除全腦信號條件下可顯示更多ALFF存在差異的腦區。