脊髓型多發(fā)性硬化患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)及突顯網(wǎng)絡(luò)的功能連接

韓永良，李詠梅，劉 義，尹 平，曾 春，王靜杰，羅 琦

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016)

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脊髓型多發(fā)性硬化患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)及突顯網(wǎng)絡(luò)的功能連接

韓永良，李詠梅*，劉 義，尹 平，曾 春，王靜杰，羅 琦

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016)

目的采用獨立成分分析(ICA)方法分析脊髓型多發(fā)性硬化(SMS)患者腦靜息態(tài)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(DMN)及突顯網(wǎng)絡(luò)(SN)功能連接(FC)的異常。方法對我院22例SMS患者(SMS組)及22名健康對照者(正常對照組)行靜息態(tài)fMRI，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行ICA分析,并利用SPM8比較兩組腦網(wǎng)絡(luò)FC的差異，同時分析差異腦區(qū)的時間序列信號(FC分?jǐn)?shù))與臨床擴展殘疾狀態(tài)量表(EDSS)評分及病程的相關(guān)性。結(jié)果與正常對照組相比，SMS組DMN的FC減弱的腦區(qū)包括雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、邊緣葉及雙側(cè)楔葉，F(xiàn)C增強的腦區(qū)包括雙側(cè)前扣帶回、右側(cè)距狀皮層；SMS組SN的FC減弱的腦區(qū)為雙側(cè)內(nèi)側(cè)扣帶回，F(xiàn)C增強的腦區(qū)延伸到雙側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回。兩組FC分?jǐn)?shù)與EDSS評分及病程均無相關(guān)性(P均>0.05)。結(jié)論SMS患者靜息態(tài)DMN、SN均存在FC異常，可能與繼發(fā)于脊髓病變的逆行性神經(jīng)元變性或功能網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)有關(guān)。

多發(fā)性硬化；磁共振成像；腦網(wǎng)絡(luò)；獨立成分分析

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis, MS)是一種免疫介導(dǎo)的、以髓鞘脫失和軸索退化為特點的自身免疫性疾病，可出現(xiàn)多個系統(tǒng)的損害(如感覺運動障礙、共濟失調(diào)、認(rèn)知障礙、視力受損等)，而脊髓型多發(fā)性硬化(spinal form of multiple sclerosis, SMS)是患者僅以脊髓病灶為主引起臨床癥狀，且常規(guī)影像學(xué)檢查無腦內(nèi)可視病灶的一類MS，并在較長時間內(nèi)表現(xiàn)為脊髓病損的臨床癥狀和體征，致殘率高。既往fMRI研究[1-3]發(fā)現(xiàn)，復(fù)發(fā)-緩解型MS(relapsing remitting multiple sclerosis, RR-MS)患者大腦結(jié)構(gòu)及功能存在廣泛損害，包括默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network, DMN)、視覺網(wǎng)絡(luò)(visual network, VN)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)(sensorimotor network, SMN)功能連接(functional connectivity, FC)的異常等。而對SMS患者，目前僅有VN的FC及灰質(zhì)彌散張量參數(shù)異常的報道[4-5]，而其他靜息網(wǎng)絡(luò)如DMN、突顯網(wǎng)絡(luò)(salience network, SN)等FC的變化尚需探討。因此，本研究采用獨立成分分析(independent component analysis, ICA)方法分析fMRI數(shù)據(jù)，觀察SMS患者DMN及SN FC的變化，并評價FC分?jǐn)?shù)與擴展殘疾狀態(tài)評分(expanded disability status scale, EDSS)間的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 SMS組：收集2013年1月—2015年12月期間于我院神經(jīng)內(nèi)科就診的SMS患者22例，其中男6例，女16例，年齡18～62歲，平均(40.3±13.4)歲，病程3～192個月，平均(65.8±21.8)個月，EDSS評分為0.5～7.5分，中位評分2.0分。納入標(biāo)準(zhǔn)[6]：①臨床推測主要病變位于視神經(jīng)和脊髓；②無大腦及小腦癥狀；③可有輕微的腦干定位體征；④至少1次復(fù)發(fā)；⑤病程≥1年；⑥常規(guī)腦MR檢查陰性；⑦右利手。

正常對照組：同期招募與SMS組年齡、性別相匹配的健康志愿者22名，男5名，女17名，年齡20～55歲，平均(38.5±5.9)歲；均無精神疾病史且神經(jīng)系統(tǒng)查體正常，無嚴(yán)重心、肝、腎臟疾患。所有受試者均無MR檢查禁忌證，均為右利手。

所有受檢者和(或)家屬均簽署知情同意書；本研究獲得我院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T超導(dǎo)MR掃描儀，8通道頭線圈及脊柱線圈分別采集頭顱及脊髓數(shù)據(jù)。受試者保持閉目平臥，用海綿墊固定頭部，囑其放松，保持清醒。頭顱MRI：采用常規(guī)軸位T1W(TR 250 ms，TE 2.86 ms)、T2W(TR 3 600 ms，TE 120 ms)、T2W FLAIR序列(TR 8 000 ms，TE 120 ms)，層厚5.0 mm，層數(shù)20層；靜息態(tài)BOLD序列采用GRE-EPI序列軸位掃描(TR 2 000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm，矩陣64×64，層厚3 mm，層距1 mm，共33層，240個時間點數(shù)據(jù))；掃描范圍均自顱頂至枕骨大孔。脊髓MRI：采用矢狀位T1W(TR 500 ms，TE 12 ms)及T2W(TR 2 200 ms，TE 110 ms)、軸位T2W(TR 2 200 ms，TE 110 ms)序列。常規(guī)T2W FLAIR用于排除腦部的其他病變，由2名有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師確認(rèn)受試者常規(guī)MR掃描顯示無腦內(nèi)可視病灶。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 采用靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)處理助手(DPARSFA,V2.3,http://www.restfmri.net)基于Matlab 7.11(R2010b)平臺進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括去除前10個時間點數(shù)據(jù)、時間及頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)記錄的頭動參數(shù)進(jìn)行排除，SMS組中2例患者由于頭動[平動>1 mm和(或)轉(zhuǎn)動>1°]不滿足要求而被排除；8 mm全寬半高高斯平滑核濾波 (0.01～0.08 Hz)去線性漂移[7-8]。

1.3.2 ICA分析 將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入GIFT v2.0a(http://icatb.sourdeforge.net/)軟件，選取Fast ICA算法，分別獲得30個獨立成分的空間分布圖，將噪聲成分剔除，參考既往研究[9-12]，分別記錄DMN、SN的全腦分布圖。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPM 8軟件對兩組各網(wǎng)絡(luò)行單樣本t檢驗(體素>40個，P<0.001)，組間行雙樣本t檢驗，分析組間各網(wǎng)絡(luò)連接的差異腦區(qū)(體素>40個，P<0.05，F(xiàn)DR校正)。采用REST_V1.9軟件(http://www.restfmri.net)提取兩組有差異腦區(qū)的FC分?jǐn)?shù)，采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件，對有差異腦區(qū)的FC分?jǐn)?shù)與EDSS評分和病程行Pearson相關(guān)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

20例患者均為單純脊髓病變，所有病灶均表現(xiàn)為等T1長T2信號，以患者最大病灶計，分布于頸髓、胸髓病灶數(shù)分別為12個(12/20，60.00%)、8個(8/20，40.00%)；累及≤1個、1～2個、≥2個的脊髓節(jié)段分別為2個(2/20，10.00%)、15個(15/20，75.00%)、3個(3/20，15.00%)。

對照組和SMS組均分離出DMN和SN，均包括后扣帶回/楔前葉(posterior cingulate cortex/precuneus, PCC/Pcu)、內(nèi)側(cè)前額葉/前扣帶回(medial prefrontal and anterior cingulate cortices, MPFC/ACC)和腹外側(cè)前額葉(ventrolateral prefrontal cortex, vLPFC)、背側(cè)前扣帶回(dorsal anterior cingulate cortex, dACC)等腦區(qū)。

表1 SMS組DMN的FC有明顯差異的腦區(qū)

注：MNI：蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所；FDR校正，P<0.05，體素>40個

表2 SMS組SN的FC有明顯差異的腦區(qū)

圖1 兩組FC差異腦區(qū) A.SMS組DMN FC高于對照組的腦區(qū)皮層分布圖，主要為雙側(cè)前扣帶回、右側(cè)距狀皮層; B.SMS組DMN FC低于對照組的腦區(qū)皮層分布圖，主要為雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、邊緣葉及雙側(cè)楔葉； C.SMS組SN FC高于對照組的腦區(qū)皮層分布圖，主要為雙側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回； D.SMS組SN FC低于對照組的腦區(qū)皮層分布圖，主要為雙側(cè)內(nèi)側(cè)扣帶回 (FDR校正，P<0.05，體素>40個)

與對照組比較，SMS組DMN的FC減弱的腦區(qū)包括雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、邊緣葉及雙側(cè)楔葉，F(xiàn)C增強的腦區(qū)包括雙側(cè)前扣帶回、右側(cè)距狀皮層；SMS組SN FC減弱的腦區(qū)為雙側(cè)內(nèi)側(cè)扣帶回，F(xiàn)C增強的腦區(qū)延伸至雙側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回。見表1、2和圖1。

兩組DMN及SN有差異腦區(qū)的FC分?jǐn)?shù)與EDSS評分及病程均無相關(guān)性(P均>0.05)。

3 討論

SMS是指病灶僅發(fā)生于脊髓而無顱內(nèi)可視病灶的一類MS，多見于亞洲人，選擇性累及脊髓、視神經(jīng)，也被稱為視神經(jīng)脊髓型MS。病理變化主要是髓鞘崩解、灶周水腫、血管周圍炎性細(xì)胞浸潤，致局部血腦屏障破壞，晚期膠質(zhì)細(xì)胞增生，纖維增殖形成瘢痕[13]。多數(shù)學(xué)者[1-3]研究發(fā)現(xiàn)典型的MS患者腦功能及結(jié)構(gòu)異常改變，但對于SMS患者是否存在腦功能的改變報道較少。

ICA是純數(shù)據(jù)驅(qū)動的信號處理方法，不需任何先驗信息，可探測其他基于先驗假設(shè)的方法無法檢測分離的腦激活成分[14]，其原理是在BOLD信號以及心跳呼吸、漂移等干擾噪聲統(tǒng)計獨立性的基礎(chǔ)上，將fMRI數(shù)據(jù)按照統(tǒng)計獨立原則，通過優(yōu)化算法分解為若干相互獨立的成分，目前該方法已被廣泛應(yīng)用于腦自發(fā)神經(jīng)的活動研究。本研究采用ICA方法分析SMS患者DMN和SN的改變。

DMN包括PCC/Pcu、MPFC/ACC等[15]腦區(qū)，在大腦處于靜息狀態(tài)時存在持續(xù)性活動，與人腦對內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測、情景記憶的提取、意識的維持、情緒加工等功能密切相關(guān)[16]。既往研究[17]發(fā)現(xiàn)，RR-MS患者和健康對照組DMN空間分布大致相仿，但主要成分平均FC分?jǐn)?shù)呈不均一變化，存在局部FC的改變，F(xiàn)C增強腦區(qū)包括雙側(cè)扣帶回、右側(cè)額中回、右側(cè)顳中回、右側(cè)角回等。而在認(rèn)知任務(wù)和臨床孤立綜合征(clinical isolated syndrome, CIS)研究[18-19]中均發(fā)現(xiàn)，患者ACC內(nèi)側(cè)部、PCC等區(qū)域DMN的FC增加，且與全腦萎縮程度及T2WI病灶負(fù)荷無顯著相關(guān)性。本研究結(jié)果與既往報道[18-19]一致，且發(fā)現(xiàn)SMS組DMN的右側(cè)距狀皮層FC也有增強，可能與病程早期有限的功能重構(gòu)有關(guān)[20]，而DMN其他活動和代謝正常的腦區(qū)與重構(gòu)的功能腦區(qū)間是否存在FC，需進(jìn)一步縱向研究。

此外，與既往研究[1,19]不同，本研究發(fā)現(xiàn)DMN的雙側(cè)楔葉、邊緣葉FC減低。Tomasi等[21]研究表明，楔葉是全腦網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐之一，F(xiàn)C的減弱表明這些腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路可能受損，可進(jìn)一步解釋SMS患者認(rèn)知障礙、記憶力下降、情緒調(diào)節(jié)障礙等臨床癥狀。FC分?jǐn)?shù)與EDSS及病程無相關(guān)性，可能因SMS患者DMN自發(fā)活動的同步性下降引起功能重塑，包括在接受任務(wù)時激活同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)外的額外代償腦區(qū)[22]。

SN包括雙側(cè)VLPFC、前島葉(anterior insula, AI)和dACC[23]等腦區(qū)，對認(rèn)知任務(wù)的起始、維持和執(zhí)行有重要意義，且有利于行為反應(yīng)的協(xié)調(diào)[24]，使特定的腦區(qū)對突發(fā)刺激做出合適的反應(yīng)。本研究中，SMS組SN雙側(cè)內(nèi)側(cè)扣帶回FC顯著減弱，該腦區(qū)與具有認(rèn)知、心理、肌張力調(diào)控等功能活動的通路密切相關(guān)，提示SMS患者傳導(dǎo)通路相關(guān)腦區(qū)受損；SMS組SN的FC增強區(qū)延伸至雙側(cè)中央前回及左側(cè)中央后回，可能與患者部分運動功能減低，感覺運動網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)代償有關(guān)。

本研究的不足：只選擇DMN及SN作為研究網(wǎng)絡(luò)，未分析其他靜息網(wǎng)絡(luò)的改變；研究主體僅限于EDSS分值較低的SMS患者，未對所有患者進(jìn)行智能量表等評分；樣本量偏少，今后擬擴大樣本量進(jìn)一步研究。

總之，本研究采用ICA的方法顯示SMS患者存在DMN及SNFC增強和減弱改變，可能與繼發(fā)于脊髓病變的逆行性神經(jīng)元變性有關(guān)，且患者DMN及SN存在一定的功能重構(gòu)或重組。

[1] 周福慶,龔洪翰,莊瑩,等.基于功能連接的復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)靜息態(tài)功能磁共振成像.中華神經(jīng)科雜志,2013,46(9):586-591.

[2] 熊華,李詠梅,曾春,等.功能磁共振成像觀察復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者運動相關(guān)腦區(qū)的局部一致性.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2015,31(3):327-330.

[3] 王杏,周福慶,曾獻(xiàn)軍,等.復(fù)發(fā)緩解型多發(fā)性硬化患者靜息態(tài)腦運動網(wǎng)絡(luò)功能連接的MRI研究.中華放射學(xué)雜志,2014,48(8):627-630.

[4] 尹平,劉義,王靜杰,等.單純脊髓受累型多發(fā)性硬化患者視覺網(wǎng)絡(luò)的腦功能及結(jié)構(gòu)研究.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2015,31(10):1497-1501.

[5] 于春水,林富春,李坤成,等.脊髓型多發(fā)性硬化腦灰質(zhì)彌散張量成像研究.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2005,21(9):1364-1367.

[6] Selchen D, Bhan V, Blevins G, et al. MS, MRI, and the 2010 McDonald criteria: A Canadian expert commentary. Neurology, 2012,79(23):1-15.

[7] Yan CG, Zang YF. DPARSF: A MATLAB toolbox for "pipeline" data analysis of resting-state fMRI. Front Syst Neurosci, 2010,4(2):13.

[8] Yah CG, Cheung B, Kelly C, et al. A comprehensive assessment of regional variation in the impact of head micromovements on functional connectomics. Neuroimage, 2013,76(8):183-201.

[9] Beckmann CF, Smith SM. Tensorial extensions of independent component analysis for multisubject fMRI analysis. Neuroimage, 2005,25(1):294-311.

[10] Damoiseaux JS, Rombouts SA, Barkhof F, et al. Consistent resting-state networks across healthy subjects. PNAS, 2006,103(37):13848-13853.

[11] Mantini D, Perrueei MG, Gratta CD, et al. Electrophysiological signatures of resting state networks in the human brain. PNAS, 2007,104(32):13170-13175.

[12] Beckmann CF, Mackay C, Filippin N, et al. Group comparison of resting-state FMRI data using multi-subject ICA and dual regression. Neuroimage, 2009,47(Suppl 1):S148.

[13] 孟奔,李詠梅.多發(fā)性硬化功能磁共振的研究進(jìn)展.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2012,28(11)：2102-2105.

[14] McKeown MJ, Makeig S, Brown GG, et al. Analysis of fMRI data by blind separation into independent spatial components. Hum Brain Mapp, 1998,6(3):160-188．

[15] Buckner RL, Andrews-Hanna JR, Schacter DL. The brain’s default network: Anatomy, function, and relevance to disease. Ann N Y Acad Sci, 2008,1124(10):1-38.

[16] 王穎嬋,劉登堂,肖澤萍.精神分裂癥的靜息態(tài)功能磁共振成像研究進(jìn)展.中華精神科雜志,2014,47(1):49-52.

[17] Bonavita S, Gallo A, Sacco R, et al. Distributed changes in default-mode resting-state connectivity in multiple sclerosis. Mult Scler, 2011,17(4):411-422．

[18] Reuter F, Del Cul A, Malikova I, et al. White matter damage impairs access to consciousness in multiple sclerosis. Neuroimage, 2009,44(2):590-599.

[19] Roosendaal SD, Schoonheim MM, Hulst HE, et al. Resting state networks change in clinically isolated syndrome. Brain, 2010,133(6):1612-1621.

[20] Wang L, Zang Y, He Y, et al. Changes in hippocampal connectivity in the early stages of Alzheimer’s disease： Evidence from resting state fMRI. Neuroimage, 2006,31(2):496-504．

[21] Tomasi D, Volkow ND. Functional connectivity density mapping. PNAS, 2010,107(21):9885-9890.

[22] Filippi M, Riccitelli G, Mattioli F, et al. Multiple sclerosis: Effects of cognitive rehabilitation on structural and functional MR imaging measures—an explorative study. Radiology, 2012,262(3):932-940．

[23] Seeley WW, Menon V, Schatzberg AF, et al. Dissociable intrinsic connectivity networks for salience processing and executive control. J Neurosci, 2007,27(9):2349-2356.

[24] Menon V, Uddin LQ. Saliency, switching, attention and control: A network model of insula function. Brain Struct Funct, 2010,214(5-6):655-667.

《中國介入影像與治療學(xué)》雜志2017年征訂啟事

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MRI features of caesarean scar pregnancy during the first-trimester

WEINing,LYUWeifu*,LUDong,CHENGDelei

(DepartmentofRadiology,AnhuiProvincialHospitalAffiliatedtoMedicalUniversityofAnhui,Hefei230001,China)

Objective To investigate MRI features of caesarean scar pregnancy (CSP) during the first-trimester. Methods The MRI features and pathologic manifestations of 13 CSP patients during the first-trimester confirmed by surgery and pathology were retrospectively analyzed. Results All gestational sacs located at the caesarean scars in lower anterior uterus were display by MRI clearly. The incision scars showed low signal on T1WI and T2WI. In the 9 of 13 cases, gestational sacs presented as circular or ovoid, which showed homogeneous low signal on T1WI and high signal on T2WI. In the remaining 4 cases, gestational sac showed as irregular mass, 3 cases of which showed heterogeneous high signal on T1WI and high signal on T2WI, the other one showed isointensity on T1WI and heterogeneous low signal on T2WI. There were 7 patients underwent DWI examination, the gestational sac presented homogeneous or heterogeneous high signal on DWI and slightly low signal on ADC in 5 cases, the gestational sac of other 2 cases presented heterogeneous low signal on DWI and ADC showed high signal intensity. In the 2 of 13 cases performed enhanced MRI, the cyst wall of gestational sac was enhanced with annular enhancement. All the cases were found trophoblast cells, villi and decidua tissue on pathology after operation. Conclusion MRI features of CSP has its specific characteristics. It has unique value in early diagnosis of CSP and the choice of treatment.

Caesarean scar pregnancy; Pregnancy, ectopic; Magnetic resonance imaging

R749.1; R445.2

A

1672-8475(2016)11-0678-05

國家衛(wèi)計委醫(yī)學(xué)科研專項項目(w2015xr13)、安徽省自然科學(xué)基金(1408085MH162)。

魏寧(1989—)，男，安徽合肥人，在讀碩士。研究方向：介入診斷與治療。E-mail: 472948951@qq.com

呂維富，安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院影像科，230001。E-mail: lwf99@126.com

2016-07-20

2016-09-17

10.13929/j.1672-8475.2016.11.009