靜息態(tài)功能MRI全腦信號對左側(cè)基底節(jié)區(qū)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(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射與核醫(yī)學(xué)科，3.神經(jīng)內(nèi)科，北京 100053；2.磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點實驗室，北京 100053)

靜息態(tài)功能MRI(resting-state functional MRI，rs-fMRI)顯示的自發(fā)神經(jīng)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(chǎn)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(shù)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(cè)基底節(jié)區(qū)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(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院診斷為左側(cè)基底節(jié)區(qū)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(biāo)準(zhǔn)：①首次發(fā)??；②右利手；③分別于發(fā)病7天內(nèi)(急性期)[4]及3個月(恢復(fù)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(jīng)系統(tǒng)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(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)[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(shù)：TR 3 000 ms，TE 30 ms，F(xiàn)A 90°，層數(shù)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(yù)處理：①去除前4個時間點；②校正時間層；③頭動校正；④標(biāo)準(zhǔn)化；⑤平滑；⑥去線形漂移；⑦協(xié)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(jié)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(zhuǎn)換至功率域，計算給定頻率范圍內(nèi)(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(nèi)幅度之和的比例。將ALFF與fALFF 度量值轉(zhuǎn)換為z分數(shù)，用于統(tǒng)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(fù)期肢體功能行Fugl-Meyer評分，計算33項任務(wù)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(guān)節(jié)功能。

表2 梗死組患者恢復(fù)期與急性期ALFF存在差異的腦區(qū)

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)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(fù)期的Fugl-Meyer評分行配對t檢驗；對計數(shù)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(fù)期組間、梗死組不同時期間ALFF/fALFF存在差異的腦區(qū)，基于無閾值簇群增強(threshold-free cluster enhancement, TFCE)方法統(tǒng)計ALFF/fALFF結(jié)果[8]，并進行FWE校正(隨機重排5 000次)。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)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(tǒng)計學(xué)意義。梗死組恢復(fù)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(fù)期大腦雙側(cè)額上回、后扣帶回(posterior cingulate cortex，PCC)和健側(cè)殼核ALFF均明顯低于對照組(P均<0.05)，健側(cè)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(fù)期健側(cè)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(fù)期健側(cè)額上回、PCC及殼核ALFF明顯低于對照組(P均<0.05)，健側(cè)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(fù)期健側(cè)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(fù)期與對照組ALFF存在差異的腦區(qū)

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

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

3 討論

本研究于去除和未去除全腦信號2種預(yù)處理條件比較左側(cè)基底節(jié)區(qū)腦梗死組恢復(fù)期與急性期以及梗死組與對照組的ALFF/fALFF，發(fā)現(xiàn)未去除全腦信號條件下顯示ALFF存在差異的腦區(qū)更多。未去除全腦信號條件下，梗死組內(nèi)，相比急性期，恢復(fù)期健側(cè)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(fā)生改變。顳葉為高級神經(jīng)活動的重要腦區(qū)之一，參與神經(jīng)功能調(diào)控[9]；楔前葉為默認網(wǎng)絡(luò)的主要腦區(qū)，參與調(diào)控感覺運動功能[10]；枕下回位于枕葉，除視覺調(diào)控外，還參與語言、注意及記憶等神經(jīng)功能調(diào)控[11]。未去除全腦信號條件下可見健側(cè)顳下回、楔前葉及枕下回神經(jīng)元ALFF改變，提示隨著運動恢復(fù)，梗死患者腦功能發(fā)生代償性調(diào)節(jié)。LIANG等[12]關(guān)于缺血性卒中的研究結(jié)果同樣顯示存在楔前葉和枕下回ALFF改變。

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

額葉和顳葉參與調(diào)節(jié)高級神經(jīng)認知及運動功能[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，未去除全腦信號條件下，相比對照組，梗死組恢復(fù)期大腦雙側(cè)PCC及額上回ALFF明顯下降，而健側(cè)額下回眶部及顳上回明顯升高；而去除全腦信號后，僅健側(cè)PCC、額上回、額下回眶部及顳上回可見ALFF下降。上述結(jié)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(cè)腦區(qū)的其他腦區(qū)發(fā)生調(diào)控性激活。FEYDY等[14]通過縱向研究腦卒中患者的運動恢復(fù)過程而提出了患側(cè)梗死在運動恢復(fù)過程中引起雙側(cè)腦皮質(zhì)功能改變的假說。FU等[15]以任務(wù)態(tài)fMRI觀察基底節(jié)區(qū)腦卒中患者，發(fā)現(xiàn)腦梗死不僅引起病灶周圍腦區(qū)功能變化，且可影響與之遠距腦區(qū)的腦功能。本研究進一步驗證了FEYDY等[14-15]的假說?；谝陨辖Y(jié)果，推測rs-fMRI全腦信號能為研究基底節(jié)區(qū)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(chǎn)生，除反映神經(jīng)元活動信息外，還包括非神經(jīng)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(xué)信息[16]。有學(xué)者[13]認為去除全腦信號可改善功能與結(jié)構(gòu)連接的對應(yīng)關(guān)系，幫助消除非神經(jīng)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(fā)現(xiàn)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(biāo)測試重測信度，發(fā)現(xiàn)未去除全腦信號條件下局部一致性可信度降低[18]，而內(nèi)部功能連接可信度增加[19]。本研究觀察基底節(jié)區(qū)腦梗死患者的ALFF和fALFF，結(jié)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(cè)基底節(jié)區(qū)腦梗死患者神經(jīng)元自發(fā)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(shù)據(jù)集和觀察指標(biāo)，有待進一步觀察。

綜上，左側(cè)基底節(jié)區(qū)腦梗死患者隨運動恢復(fù)而發(fā)生腦皮質(zhì)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(qū)。