偏頭痛靜息態(tài)功能磁共振局部一致性分析

吳宏赟 張思碩 彭 偉

山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院腦病科，山東濟(jì)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(fā)作性且常為單側(cè)的搏動(dòng)性頭痛。近年來其發(fā)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(xué)調(diào)查結(jié)果表明：我國偏頭痛發(fā)病率為9.3%，女性高于男性。隨著磁共振技術(shù)發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)偏頭痛患者存在腦部結(jié)構(gòu)器質(zhì)性改變，發(fā)作期間腦功能異常，但采用靜息態(tài)功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）技術(shù)探索偏頭痛發(fā)作間期腦功能特點(diǎn)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(fā)作間期腦功能特點(diǎn)進(jìn)行探索。

1 對象與方法

1.1 對象

選擇山東中醫(yī)藥大學(xué)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)無金屬植入物、無幽閉證、無不自主運(yùn)動(dòng)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(jīng)山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，受試者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法

靜息態(tài)fMRI掃描于山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)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(rèn)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(tài)，即：①閉眼；②清醒，避免入睡；③不執(zhí)行任何認(rèn)知任務(wù)，避免思考問題[2]。

功能成像采用梯度回波序列，掃描參數(shù)為：TR=3000 ms，TE=35 ms， 矩陣=128×128，F(xiàn)OV=230 mm×230 mm，翻轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)像采用T1加權(quán)快速擾相梯度回波序列，包括從顱頂?shù)斤B底全腦范圍，掃描參數(shù)為：TR=8.0 ms，TE=3.8 ms，F(xiàn)OV=250 mm×250 mm，矩陣=512×512，翻轉(zhuǎn)角 12°，層厚1 mm。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

采用MRIconvert將DICOM格式掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 NIfTI（.hdr/.img）格式；然后在 Matlab 2010b 平臺運(yùn)行DPARSF[3]對NIfTI數(shù)據(jù)進(jìn)行去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)、時(shí)間層校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、去線性漂移、保留0.01～0.08 Hz濾波等一系列預(yù)處理；計(jì)算ReHo后再用8 mm×8 mm×8mm半高全寬的高斯核函數(shù)進(jìn)行空間平滑，最終得到每一位受試者標(biāo)準(zhǔn)化ReHo圖。

在Matlab 2010b平臺運(yùn)行REST 1.8[4]對兩組標(biāo)準(zhǔn)化ReHo圖進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)。采用REST Slice Viewer查看最終結(jié)果，以P＜0.01為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，連接規(guī)則rmm=4，并進(jìn)行Alphasim校正。

2 結(jié)果

兩組差異腦區(qū)局部一致性比較。與對照組比較，偏頭痛患者在右側(cè)小腦、左側(cè)額上回（BA8）ReHo值下降，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。ReHo圖顯示偏頭痛患者較健康對照右側(cè)小腦、左側(cè)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(yán)重影響患者日常生活和工作，導(dǎo)致生活質(zhì)量降低。治療花費(fèi)及因工作效率下降導(dǎo)致創(chuàng)造效益減少都使得家庭、社會經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)加重。世界衛(wèi)生組織將嚴(yán)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(yán)重精神病[5]。DTI研究發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)側(cè)腦室旁周圍白質(zhì)及雙側(cè)枕葉皮層下白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變，說明偏頭痛患者早期即有腦部器質(zhì)性損害[6]。fMRI研究發(fā)現(xiàn)紅核和黑質(zhì)基線信號增加在枕葉皮層信號增加和發(fā)生視覺先兆之前，提示這些腦干結(jié)構(gòu)是參與偏頭痛發(fā)作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的一部分，偏頭痛發(fā)作時(shí)腦功能有明顯變化[7]。為明確偏頭痛發(fā)作間期是否仍存在腦功能改變，對偏頭痛發(fā)作間期靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)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(tài)fMRI掃描時(shí)，既不添加外來刺激，也不需要執(zhí)行任何任務(wù)[8]，僅需處于安靜、閉眼、相對放松的狀態(tài)，消除了任務(wù)態(tài)fMRI研究中受試個(gè)體執(zhí)行任務(wù)情況差異對研究結(jié)果的影響。所采集的這種自發(fā)低頻活動(dòng)信息被定義為腦功能基線信息，反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)狀態(tài)下自發(fā)功能活動(dòng)[9]。ReHo分析用于研究靜息狀態(tài)下，某體素與其相鄰體素之間自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)一致性的情況，主要用于分析腦局部活動(dòng)的差異。本研究采用ReHo分析探索偏頭痛發(fā)作間期腦功能改變。結(jié)果顯示，偏頭痛患者較健康對照者右側(cè)小腦、左側(cè)額上回（BA8）ReHo值下降，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01）。提示偏頭痛患者右側(cè)小腦和左側(cè)額上回神經(jīng)元活動(dòng)一致性減弱，局部功能異常。

小腦既往被認(rèn)為是參與軀體平衡和肌張力調(diào)節(jié)以及協(xié)調(diào)隨意運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有許多證據(jù)表明小腦具有非運(yùn)動(dòng)功能，表現(xiàn)在感覺、認(rèn)知、情感等方面。疼痛矩陣（pain matrix）由一個(gè)感覺亞系統(tǒng)（構(gòu)成疼痛感覺）和一個(gè)情感亞系統(tǒng)（構(gòu)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(fā)生疼痛時(shí)，疼痛矩陣復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的小腦、次級感覺運(yùn)動(dòng)皮層、前扣帶回皮層、腦島、皮下層結(jié)構(gòu)（如丘腦和腦干）被激活。小腦在執(zhí)行感覺任務(wù)時(shí)被激活，與感覺的提取和鑒別有關(guān)[10]。本研究發(fā)現(xiàn)偏頭痛患者發(fā)作間期小腦局部ReHo下降，神經(jīng)元活動(dòng)一致性下降，一旦受到誘因觸發(fā)偏頭痛，小腦等相關(guān)結(jié)構(gòu)迅速被激活，參與偏頭痛發(fā)生、發(fā)展及情緒改變。顯示偏頭痛患者腦功能在發(fā)作期和發(fā)作間期存在較大差異。也有研究報(bào)道偏頭痛發(fā)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(guān)[11]。本研究納入偏頭痛患者頭痛程度相對較輕、病程較短，發(fā)作間期小腦ReHo下降，推測隨著病情進(jìn)展，發(fā)作間期ReHo持續(xù)升高，尚需要進(jìn)一步研究。

第二個(gè)差異腦區(qū)位于左側(cè)額上回。Rocca等[12]發(fā)現(xiàn)，偏頭痛患者額葉灰質(zhì)密度減少和執(zhí)行功能較差，表明形態(tài)學(xué)改變導(dǎo)致執(zhí)行功能受損。除了形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，偏頭痛患者大腦痛覺調(diào)節(jié)相關(guān)皮質(zhì)以及額葉存在功能失調(diào)[13]。前額葉皮質(zhì)是指初級運(yùn)動(dòng)皮層和次級運(yùn)動(dòng)皮層以外的全部額葉皮層，是阿片類藥物以及其他形式鎮(zhèn)痛的疼痛調(diào)節(jié)區(qū)。Aderjan等[14]發(fā)現(xiàn)連續(xù)8 d給予無先兆偏頭痛患者每天20 min三叉神經(jīng)疼痛刺激后，分別在第1天、第8天和第3個(gè)月掃描fMRI，結(jié)果偏頭痛患者前額葉皮質(zhì)和右側(cè)前扣帶回的神經(jīng)元活動(dòng)水平下降，并且與病程呈負(fù)相關(guān)。在偏頭痛發(fā)作間期，額葉神經(jīng)元活動(dòng)水平下降，ReHo減低，與Aderjan等[14]研究結(jié)果一致。而且，該差異腦區(qū)峰值點(diǎn)位于Brodmann分區(qū)8區(qū)，即額葉眼動(dòng)區(qū)。該區(qū)為隨意性側(cè)視中樞，支配雙眼按照他人的指示向左右看。該區(qū)ReHo下降，推測無先兆偏頭痛患者存在潛在的隨意性側(cè)視功能障礙。

本研究不足之處在于：①靜息態(tài)fMRI掃描耗時(shí)長和花費(fèi)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(xù)收集偏頭痛靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)資料擴(kuò)大樣本含量；②納入病例頭痛程度較輕，病程較短，靜息態(tài)fMRI改變不典型或者不明顯，隨著樣本量擴(kuò)大，可以根據(jù)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(tài)fMRI特點(diǎn)。

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