靜息態fMRI 在急性橋腦梗死研究中的應用*

管伶娜，劉良卿，許建興

（江蘇大學附屬武進醫院/徐州醫科大學武進臨床學院放射科，江蘇 213002）

急性橋腦梗死是較常見的腦血管疾病[1],多數患者出現認知和運動功能障礙,病死率及致殘率較高,預后較差。研究急性橋腦梗死的發生機制及其發生發展規律,有助于為臨床治療方案的制定提供依據。急性橋腦梗死后激活腦組織許多修復途徑,最主要的是細胞組織修復和神經網絡重構。靜息態功能磁共振（resting state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI）是一種無創安全、簡便易行的神經影像學方法,為研究人腦功能連接及神經網絡提供非常有價值的數據,而且還衍生出大量后處理分析方法,其中低頻振幅（ampltitude of low-frequency fluctuation,ALFF）和度中心度（degree centrality,DC）應用較多,可用于觀察大腦自發神經活動和功能連接程度[2]。ALFF 可反映腦神經元自發神經活動的強弱,廣泛用于重度抑郁癥、阿爾茨海默病等疾病以及早產兒研究[3-6]。DC 是基于體素水平體現節點屬性的分析方法,刻畫節點的中心程度,反映腦網絡中信息流通的屬性[7],已廣泛用于研究患者腦網絡屬性的改變[8-9]。本文選擇我院2018 年6 月—2019 年12 月確診的急性橋腦梗死患者30 例,研究靜息狀態下患者DC和ALFF 的變化特點,探討rs-fMRI 是否能為研究急性橋腦梗死后腦網絡功能的改變提供新的思路,從而為臨床康復治療提供幫助。

1 資料與方法

1.1 一般資料 急性橋腦梗死患者30 例為急性橋腦梗死組,其中女性12 例,男性18 例,平均年齡64.3±8.9 歲,美國國立衛生研究院卒中量表（the nation institutes of health stroke scale,NIHSS）評分4.2±1.6 分。納入標準:（1）首次橋腦單發急性病灶,發病7 天內經MR 及臨床確診;（2）NIHSS 評分≤14 分;（3）MR 檢查無其他部位腦梗死灶、軟化灶及腦實質病變;（4）自愿參加本研究。招募健康志愿者30 例為對照組,其中女性19 例,男性11 例,平均年齡63.1±9.3 歲。本研究通過醫院倫理委員會審核批準。

1.2 方法 采用西門子Avanto 1.5 T 磁共振系統,8通道頭顱線圈,掃描時被檢查者配帶耳塞,安靜仰臥于掃描床上,清醒、閉眼、頭部固定,不執行任何特定的認知任務,不做動作和思維活動。靜息態fMRI 采用平面回波序列（EPI）,參數如下:FOV24 cm×24 cm,矩陣64×24,TR 2 000 ms,TE 40 ms,層厚6.0 mm,間距1.2 mm,翻轉角90°,激勵次數為1。共采集180個時間點,每個時間點獲取18 層軸位圖像,掃描時間為360 s。所有受試者均行頭顱常規MRI 掃描以除外腦內其他疾病。

獲得原始數據后在Matlab 平臺上應用DPARSF軟件將DICOM 格式轉換為NIFTI 格式,去除功能成像前10 個時間點,再進行時間矯正、頭動矯正以及空間對齊。應用3 mm×3 mm×3 mm 重采樣,在蒙特利爾神經病學研究所（MNI）標準空間進行6 mm 高斯核平滑,對圖像進行（0.01 Hz ＜f＜0.1 Hz）帶通濾波,去線性漂移,選擇頭動平移≤3 mm、旋轉≤3°的圖像進入后續分析。

1.3 ALFF 值和DC 值計算 ALFF 值:利用DPARSF軟件對0.01～0.10 Hz 信號的功率譜進行開方,完成ALFF 計算,然后進行費舍爾Z 值轉換（Fisher Zscore）,得到Z 值化加權ALFF 值腦圖。DC 值:利用DPARSF 軟件計算任意體素間的功能連接,閾值r=0.4,計算每個體素相關性權重的DC 值,再除以全腦DC 平均值得到標準化DC 值,然后進行費舍爾Z 值轉換,得到Z 值化加權DC 值腦圖。

1.4 統計學處理 應用REST 軟件包,采用兩獨立樣本t 檢驗對兩組標準化后的ALFF 值腦圖及DC值腦圖進行差異性比較,并對檢驗結果進行Alphaism矯正,閾值設置為P＜0.05,體素體積≥228 mm3,最后將結果圖疊加到MRIcron 看圖軟件的標準腦結構模板2（Colin Holmes2,Ch2 模板）上進行查看。

2 結果

2.1 兩組腦區ALFF 值比較 急性橋腦梗死組左前額葉、左小腦后葉和右小腦后葉ALFF 值低于對照組相應區域,差異均具有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 急性橋腦梗死組較對照組ALFF 值變化的腦區

2.2 兩組腦區DC 值比較 急性橋腦梗死組左小腦后葉DC 值低于對照組,右前額葉及右頂葉DC 值高于對照組,差異均有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 急性橋腦梗死組較對照組DC 值變化的腦區

2.3 兩組ALFF 樣本差異效果圖 將兩組ALFF 樣本t 檢驗結果圖疊加在Ch2 模板上,可見藍色區域為左側前額葉、左側小腦后葉及右側小腦后葉,表明急性橋腦梗死患者這些腦區的腦神經自發活動低于對照組。見圖1。

圖1 急性橋腦梗死組較對照組ALFF 值變化的腦區

2.4 兩組DC 樣本差異效果圖 將兩組DC 樣本t檢驗結果圖疊加在Ch2 模板上,可見紅色區域為右前額葉及右頂葉,表明急性橋腦梗死組患者這些腦區代謝功能活躍,腦網絡連接強度及完整性增加,見圖2;藍色為左小腦后葉,表明急性橋腦梗死患者該腦區腦網絡連接速度及完整性有所下降,信息利用率降低,見圖2。

3 討論

橋腦是上行網狀激活系統[10],內含有大量交錯的神經纖維,位于脊髓和間腦之間,是傳遞大腦皮層信息的中轉站,因此橋腦梗死灶雖然距離大腦功能皮層區較遠,但患者仍可出現昏迷、偏癱、語言障礙甚至癱瘓等大腦皮層功能受損的多樣化臨床表現[11-13]。

本研究結果顯示,與對照組比較,急性橋腦梗死組雙側小腦后葉ALFF 值及左側小腦后葉DC 值減低,表明小腦后葉參與大腦認知功能活動,與有關報道指出的小腦后葉Crus1 和Crus2 分別與默認網絡（defauct mode network,DMN）和額頂網絡（frontoparietal network,FPN）存在交互關系相一致[14]。這可能是由于急性橋腦梗死后雙側小腦后葉神經元活動程度降低,合并左側小腦后葉節點屬性改變,引起網絡功能紊亂,從而導致患者認知功能障礙。

前額葉屬于腦默認網絡,在腦網絡中占有重要地位,對大腦認知活動和認知能力具有重大影響[15-17]。本研究發現,急性橋腦梗死組患者左側前額葉ALFF值減低,提示該腦區神經元活動減弱,導致DMN 功能改變,大腦覺醒閾值升高,這可能是患者出現肢體乏力和反應遲鈍等臨床表現的主要原因。而急性橋腦梗死組右側前額葉DC 值增高,提示該腦區自身連接功能增強,可能是為了代償神經元活動減低,在短期內維持大腦部分功能,如大腦的覺醒狀態和反應速度。

本研究顯示,急性橋腦梗死組右側頂葉DC 值也增高,這可能是機體為了防止患者進入昏迷狀態,增強右側頂葉的中心地位,使其功能連接增多,代償性增加信息流通。表明腦梗死后不僅損傷部分的腦神經元活動能力發生改變,同時也影響腦網絡之間的功能連接。

本研究發現急性橋腦梗死后左側前額葉及雙側小腦后葉Crus1 的ALFF 值降低,提示梗死后該腦區神經元活動減弱,引起大腦DMN 相關腦區腦網絡協調性改變,可能是梗死直接損傷腦組織導致神經沖動傳導至遠隔區域減少;右側小腦后葉Crus2 的ALFF 值降低,提示梗死后部分神經沖動未能傳導至右側小腦Crus2,影響了大腦FPN 網絡。急性橋腦梗死后左小腦后葉DC 值降低,右前額葉及右頂葉DC值升高,提示左側小腦后葉的節點屬性發生改變,中心程度降低,連接功能減弱,而右側前額葉及右側頂葉為了代償受損腦區與認知相關的FPN 和DMN 功能,提高了自身在功能連接中的中心地位,與有關報道符合[18]。

綜上所述,本研究應用神經影像學新技術rsfMRI,選擇ALFF 和DC 處理方法對急性橋腦梗死患者進行網絡節點和神經元活動度研究,顯示急性橋腦梗死患者在靜息狀態下大腦功能活動發生改變,DC 和ALFF 分析方法是研究腦功能和腦網絡屬性改變的新途徑。