單側(cè)突發(fā)性聾慢性期及急性期患者的靜息態(tài)功能磁共振成像研究

王 偉，黃志純，楊 明，劉 斌，朱 新，馮 源，盧春強(qiáng)

(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院，江蘇 南京 210009)

單側(cè)突發(fā)性聾慢性期及急性期患者的靜息態(tài)功能磁共振成像研究

王 偉1，黃志純2，楊 明2，劉 斌2，朱 新2，馮 源1，盧春強(qiáng)1

(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210009；2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院，江蘇 南京 210009)

目的 采用低頻振幅(ALFF)的方法比較單側(cè)突發(fā)性聾慢性期及急性期患者靜息態(tài)功能磁共振成像(fMRI)的差異。方法 選取左側(cè)突發(fā)性聾2年后的慢性期患者18例(慢性期組)及左側(cè)突發(fā)性聾急性期患者18例(急性期組) ，分別行靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)采集，用ALFF方法比較2組ALFF值改變的腦區(qū)。結(jié)果 靜息狀態(tài)下，慢性期組右側(cè)島葉、右側(cè)額下回腦區(qū)ALFF值較急性期組增高(P均<0.05)，右側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、右側(cè)小腦腦區(qū)ALFF值較急性期組降低(P均<0.05)。結(jié)論 單側(cè)突發(fā)性聾慢性期患者較單側(cè)突發(fā)性聾急性期患者存在靜息態(tài)下腦功能區(qū)自發(fā)活動(dòng)異常。

突發(fā)性聾；靜息態(tài)fMRI；低頻振幅

突發(fā)性聾為突然發(fā)生的原因不明的感音神經(jīng)性聽力損失，多表現(xiàn)為在3 d內(nèi)聽力急劇下降，本病為耳鼻咽喉科的一種常見病、多發(fā)病，是危害聽力的較為常見的耳科急癥[1]。突發(fā)性聾目前的主要檢查手段包括純音測(cè)聽、聲導(dǎo)抗、聽覺腦干誘發(fā)電位、耳聲發(fā)射等聽力及電生理方面的檢測(cè)及影像學(xué)檢查，不能發(fā)現(xiàn)突發(fā)性聾發(fā)生后大腦聽覺皮質(zhì)中樞的改變。功能磁共振成像( functional magnetic resonance imaging, fMRI)以非侵入性腦功能檢測(cè)方法，高時(shí)空分辨率實(shí)時(shí)顯示出大腦特定局部區(qū)域的功能活動(dòng)情況[2]。本研究應(yīng)用低頻振幅(ALFF)方法對(duì)靜息態(tài)功能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討了單側(cè)突發(fā)性聾慢性期與急性期患者靜息態(tài)下局部腦區(qū)ALFF值的差異，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 臨床資料

1.1 一般資料 選擇2011年6月—2012年4月在東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院住院治療的患有左側(cè)重度突發(fā)性聾常規(guī)治療2年后聽力檢查無好轉(zhuǎn)的患者18例作為慢性期組，選擇2011年6月—2011年11月在東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院住院治療的左側(cè)重度突發(fā)性聾急性期患者18例作為急性期組。患者均無嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病史和精神病藥物服用史，無心血管疾病史，均為右利手；突發(fā)性聾診斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)2005年中華醫(yī)學(xué)會(huì)耳鼻咽喉科學(xué)會(huì)頒布的《突發(fā)性耳聾診斷依據(jù)和療效分級(jí)》[3]，慢性期組女13例，男5例；年齡23～70(45.12±12.15)歲；入院時(shí)純音測(cè)聽右耳平均聽閾值小于20 dB HL，左耳平均聽閾值大于70 dB HL；fMRI檢查均在患者常規(guī)治療2年后聽力檢查無好轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行。急性期組女14例，男4例；年齡23～70(45.18±12.19)歲；入院時(shí)純音測(cè)聽右耳平均聽閾值小于20 dB HL，左耳平均聽閾值大于70 dB HL；入院時(shí)發(fā)病時(shí)間1～7 d，平均3 d;fMRI檢查均在患者入院治療10 d后、聽力檢查無好轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行。2組患者性別、年齡、聽力比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案經(jīng)東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院倫理委員會(huì)同意，所有受試者均知情同意并簽署知情同意書。

1.2 方法 受試者安靜平躺，掃描整個(gè)過程中受試者帶眼罩以消除視覺的干擾。使用西門子3.0 T Verio磁共振成像儀；使用標(biāo)準(zhǔn)正交頭線圈，固定。掃描中先使用自旋回波(SE)脈沖序列獲取 20 層橫軸面T2WI圖像，以排除顱內(nèi)病變，然后使用SE脈沖序列掃描T1WI 解剖圖像，掃描參數(shù)為：TR 2 000 ms，TE 9 ms，翻轉(zhuǎn)角(flip angle) 150°，層厚 4mm，無間隔，矩陣 320×320。然后采用血氧水平依賴成像(BOLD)技術(shù)，應(yīng)用單次激發(fā)成像梯度回波序列(gradient,EPI)，在 T1WI同樣的層面上進(jìn)行功能成像。EPI掃描參數(shù)為：TR 2 000 ms，TE 25 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野240 mm×240 mm，矩陣64×64，層厚4mm，無間距，36層，240個(gè)TR，掃描持續(xù)時(shí)間8 min 6 s。同時(shí)對(duì)每個(gè)受試者進(jìn)行全腦容積掃描以獲得全腦 3D 圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析 fMRI數(shù)據(jù)處理：本實(shí)驗(yàn)采用SPM8、DPARSF(http://rfmri.org/DPARSF)和REST(http://restfmri.net/forum)分析軟件。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟包括：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)化至蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所(MNI)空間并重采樣圖像至3 mm×3 mm×3 mm像素大小，空間平滑(FWHM=4mm)，去線性漂移和濾波。頭動(dòng)排除標(biāo)準(zhǔn)：任一方向平動(dòng)超過2 mm或任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)超過2.0°。應(yīng)用基于體素計(jì)算方法得出每個(gè)被試ALFF圖、灰質(zhì)體積圖，并對(duì)ALFF值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(減去均值后除以標(biāo)準(zhǔn)差)得出zALFF圖。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 單樣本T檢驗(yàn)用于確定各組ALFF圖，統(tǒng)計(jì)閾值為校正后的P<0.05(Monte Carlo simulations校正，使用Alphasim方法，參數(shù)為單像素P<0.05，空間廣度閾值>2 295 mm3)。組間比較采用雙樣本T檢驗(yàn)，并將被試灰質(zhì)體積作為協(xié)變量，統(tǒng)計(jì)閾值為校正后的P<0.05(Monte Carlo simulations校正，使用Alphasim方法，參數(shù)為單像素P<0.05，空間廣度閾值>2 295 mm3)。

2 結(jié) 果

慢性期組右側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、右側(cè)小腦腦區(qū)ALFF值較急性期組降低(P均<0.05)，見表1。

3 討 論

突發(fā)性聾臨床常用的聽力學(xué)檢查雖然能夠?qū)β犛X狀況做出評(píng)價(jià)，但不能反映大腦聽覺皮質(zhì)的功能狀況。fMRI以非侵入性腦功能檢測(cè)方法，高時(shí)空分辨率實(shí)時(shí)顯示出大腦特定局部區(qū)域的功能活動(dòng)情況。近年來人們最常用的方法是聽覺的任務(wù)功能性磁共振研究[4]，它利用各種刺激誘導(dǎo)局部腦組織血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)信號(hào)發(fā)生變化，間接反映神經(jīng)元的活動(dòng)。這種基于任務(wù)的fMRI的研究存在一些問題：①被試執(zhí)行任務(wù)時(shí)的協(xié)同能力可能存在不一致；②任務(wù)環(huán)境下作為對(duì)照的靜息狀態(tài)以前幾乎被一致地認(rèn)為是一種穩(wěn)定狀態(tài),在很多情況下作為基線，由此引發(fā)了一系列非任務(wù)態(tài)，即靜息態(tài)的腦功能磁共振的研究。靜息態(tài)fMRI無需設(shè)計(jì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，患者容易配合，使研究的可重復(fù)性和可操作性增強(qiáng)。

表1 2組各腦區(qū)ALFF峰值比較結(jié)果

利用ALFF算法研究大腦在靜息狀態(tài)下BOLD的變化是近來研究的熱點(diǎn)。ALFF反映大腦在低頻段(0.01～0.08 Hz)自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的BOLD信號(hào),從能量的角度反映了各個(gè)體素在靜息狀態(tài)下神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)水平的高低,局部腦區(qū)的 ALFF 升高說明神經(jīng)元的活性高，如果下降說明神經(jīng)元的活性低, 借此可探測(cè)大腦各區(qū)域靜息狀態(tài)下局部活動(dòng)強(qiáng)度[5]。本研究運(yùn)用ALFF算法分析發(fā)現(xiàn)左側(cè)突發(fā)性耳聾慢性期患者較急性期患者右側(cè)島葉、右側(cè)額下回ALFF值顯著增高，提示這些部位的腦部神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng);左側(cè)突發(fā)性耳聾慢性期患者較急性期患者右側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、右側(cè)小腦ALFF值顯著減弱，提示這些部位的腦部神經(jīng)元自發(fā)活動(dòng)降低。

大腦中存在多個(gè)低頻振蕩網(wǎng)絡(luò)，其中默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network ,DMN)是靜息狀態(tài)下研究最為廣泛的功能網(wǎng)絡(luò)之一。Raichle等[6]在PET和fMRI研究的基礎(chǔ)上提出了DMN的概念，認(rèn)為當(dāng)大腦處于無任務(wù)的清醒靜息狀態(tài)時(shí)，腦部仍持續(xù)進(jìn)行著功能活動(dòng)，即大腦在靜息時(shí)存在著一個(gè)有組織的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與人腦對(duì)內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測(cè)、情緒的加工、自我內(nèi)省、維持意識(shí)的覺知、情景記憶的提取等功能密切相關(guān)，DMN在靜息狀態(tài)下較為活躍，但在進(jìn)行任務(wù)刺激時(shí)，其活動(dòng)受到抑制。DMN涉及的腦區(qū)主要包括雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、后扣帶回、楔前葉、顳葉、前扣帶回、頂下小葉和海馬等。季慧等[7]研究發(fā)現(xiàn)，單側(cè)突發(fā)性聾急性期患者的DMN與正常組大致相似，其位于額葉前部的右側(cè)額中回負(fù)激活。本研究中單側(cè)突發(fā)性聾慢性期較急性期右側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、右側(cè)小腦腦區(qū)活動(dòng)減弱，大部分屬于DMN范圍，表明單側(cè)突發(fā)性聾慢性期患者較急性期患者靜息態(tài)大腦DMN發(fā)生了變化。

顳葉與聽覺、語(yǔ)言和記憶功能有關(guān)。聽覺皮質(zhì)分為初級(jí)聽覺皮質(zhì)和次級(jí)聽覺皮質(zhì)，其中初級(jí)聽覺皮質(zhì)位于Brodamn41區(qū)，聽覺的次級(jí)聽覺中樞位于初級(jí)聽覺皮質(zhì)的周圍，主要包括Brodamn22和Brodamn42區(qū),為主要聯(lián)絡(luò)區(qū)。本研究結(jié)果顯示慢性期組較急性期組右側(cè)顳中回ALFF值降低，提示該腦區(qū)活動(dòng)減弱，可能是突發(fā)性耳聾發(fā)生后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，左耳聽覺輸入減少后聽覺皮質(zhì)有功能重組的結(jié)果，說明聽覺中樞像其他感覺系統(tǒng)一樣具有可塑性[8],這種可塑性在外周感受器部分或者完全喪失功能后可以重組其結(jié)構(gòu)與功能。既往的研究發(fā)現(xiàn)顳下回與認(rèn)知功能有關(guān)[9]，本研究結(jié)果顯示慢性期組較急性期組左側(cè)顳下回ALFF值降低，提示該腦區(qū)活動(dòng)減弱，可能是由于患者突聾發(fā)生后認(rèn)知功能下降所導(dǎo)致。雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉是DMN的重要組成部分，與認(rèn)知功能有關(guān)，并可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)情緒的加工過程[10]，因而慢性期組較急性期組雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉ALFF值降低，提示該腦區(qū)活動(dòng)減弱，考慮可能與突發(fā)性耳聾后患者往往伴隨認(rèn)知功能下降、情緒低落、精神焦慮等有關(guān)。小腦主要參與協(xié)調(diào)控制隨意運(yùn)動(dòng)，近年來研究發(fā)現(xiàn)小腦通過小腦-丘腦-皮質(zhì)、皮質(zhì)-腦橋-小腦環(huán)路與額頂葉皮質(zhì)相互作用，參與認(rèn)知[11]。本研究結(jié)果顯示慢性期組較急性期組右側(cè)小腦ALFF降低，提示該腦區(qū)活動(dòng)減弱，可能與突聾患者認(rèn)知功能下降有關(guān)。

Deen等[12]認(rèn)為島葉固定刺激引起的情感與動(dòng)機(jī)狀態(tài)有關(guān)。本研究結(jié)果顯示慢性期組較急性期組右側(cè)島葉ALFF值增高，提示該腦區(qū)活動(dòng)增強(qiáng)，可能與患者突聾后引起的情緒不穩(wěn)定及其壓力反應(yīng)、聽覺注意的分配加強(qiáng)等有關(guān)。額下回位于額下溝的下面,運(yùn)動(dòng)語(yǔ)言中樞在其后部。額下回包括眶區(qū)、蓋區(qū)和三角區(qū)。左側(cè)額下回主要包含Broca’s區(qū),其與顳上回后部的Wernicke區(qū)形成解剖連接,參與語(yǔ)法組織、語(yǔ)音語(yǔ)義處理和語(yǔ)言表達(dá)。右側(cè)額下回與情緒面孔識(shí)別、控制語(yǔ)氣語(yǔ)調(diào)和反應(yīng)抑制(抑制個(gè)體的沖動(dòng)和動(dòng)作,與認(rèn)知控制有關(guān))等功能有關(guān)[13]。本研究結(jié)果顯示慢性期組較急性期組右側(cè)額下回ALFF值增高，提示該腦區(qū)活動(dòng)增強(qiáng)，這符合募集代償假說，大腦出現(xiàn)某些功能下降時(shí)，會(huì)募集更多的功能區(qū)參與功能。

綜上所述，單側(cè)突發(fā)性聾慢性期患者較急性期患者腦功能區(qū)ALFF值發(fā)生顯著變化。靜息態(tài)fMRI避免了復(fù)雜的任務(wù)刺激導(dǎo)致的腦活動(dòng)差異，使不同受試者的實(shí)驗(yàn)條件基本控制在相同的水平，更容易得到可靠的結(jié)論，且易于配合，為研究突發(fā)性聾開辟了新的途徑，具有積極的早期臨床診斷和治療價(jià)值。但本研究樣本量偏小，可能出現(xiàn)假陽(yáng)性結(jié)果，還需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。

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Study of resting state fMRI on patients with sudden deafness in chronic and acute stage

WANG Wei1, HUANG Zhichun2, YANG Ming2, LIU Bin2, ZHU Xin2, FENG Yuan1, LU Chunqiang1

(1.Medicine college of Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu, China; 2.Zhongda Hospital of Southeast University, Nanjing 210009, Jiangsu, China)

Objective It is to compare the differences of the resting state fMRI between the acute and chronic phase of sudden deafness by low frequency amplitude (ALFF).Methods 18 cases with sudden deafness of the left side in chronic phase after deafness for two years were selected into chronic phase group, and 18 cases in acute phase were selected into acute phase group.The data acquisition of resting state fMRI in both groups was performed, respectively.The areas of the brain with changes of low frequency amplitude (ALFF) value in two groups were compared.Results On the resting state, the ALFF value of the right insula, right superior temporal gyrus regions in chronic phase group were increased markedly than that in acute phase group (allP<0.05), and the ALFF value of the right middle temporal gyrus, left inferior temporal gyrus, bilateral medial frontal gyrus, right cerebellum regions in chronic phase group were markedly reduced than that in acute phase group (allP<0.05).Conclusion Patients with sudden deafness in chronic phase exists cerebral function abnormal of spontaneous activity under the resting state compare to acute phase group.

sudden deafness; rest state functional Magnetic Resonance Imaging; low frequency amplitude

王偉，男，主治醫(yī)師，從事耳鼻喉科疾病的診療。

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(30970808)；南京市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(7990000011)；東南大學(xué)高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(3290001504)

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.09.003

R0764.437

A

1008-8849(2015)09-0921-03

2014-10-08