呼吸睡眠暫停低通氣患者腦功能的功能性MRI診斷

穆新暖， 王濱， 王曉芝， 張林， 孫婷， 李泉

·中樞神經(jīng)影像學(xué)·

呼吸睡眠暫停低通氣患者腦功能的功能性MRI診斷

穆新暖， 王濱， 王曉芝， 張林， 孫婷， 李泉

目的：探討靜息狀態(tài)下呼吸睡眠暫停低通氣(OSAHS)患者腦功能是否發(fā)生異常及經(jīng)持續(xù)正壓通氣(CAPP)治療后腦功能的改變情況。方法：搜集25例中重度OSAHS患者(患者組)及25例健康志愿者(對(duì)照組)。患者CAPP治療前后及健康志愿者均進(jìn)行MRI平掃及血氧依賴水平功能性磁共振成像(BOLD-fMRI)檢查。結(jié)果：與對(duì)照組相比，患者組治療前右側(cè)額中回等腦區(qū)的局部一致性減低，右側(cè)島葉等腦區(qū)的低頻振幅(ALFF)值減低，右側(cè)額下回等腦區(qū)的低頻振幅比率(fALFF)值減低。與對(duì)照組相比，患者組治療后右側(cè)小腦半球等腦區(qū)的局部一致性減低，右側(cè)楔葉等腦區(qū)的ALFF減低，右側(cè)額下回等腦區(qū)的fALFF減低。與治療前相比，患者組治療后右側(cè)顳下回等腦區(qū)的局部一致性明顯增高，右側(cè)小腦半球等腦區(qū)的ALFF增高，左側(cè)枕中回等腦區(qū)的fALFF增高。結(jié)論：靜息狀態(tài)下OSAHS患者腦功能狀態(tài)存在異常，經(jīng)CAPP治療后腦功能異常的腦區(qū)可部分逆轉(zhuǎn)。功能性MRI對(duì)呼吸睡眠暫停低通氣患者腦功能的診斷具有重要價(jià)值。

磁共振成像； 睡眠呼吸暫停綜合征； 持續(xù)正壓通氣； 靜息狀態(tài)

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome，OSAHS)是一種以打鼾且伴有呼吸暫停，白天易嗜睡，夜間反復(fù)發(fā)生低氧血癥為主要臨床表現(xiàn)的疾病，多臟器損害也時(shí)常發(fā)生[1]，患者的生活質(zhì)量和壽命受到嚴(yán)重影響，持續(xù)正壓通氣(continuous positive airway pressure，CPAP)是目前比較有效的治療方法[2]，在改善OSAHS患者的臨床癥狀方面療效顯著[3]。因此，充分了解CPAP治療前后OSAHS患者腦功能的改變，能為其療效及愈后評(píng)估提供重要依據(jù)。功能性磁共振成像(functional MRI，fMRI)主要是通過監(jiān)測(cè)局部腦血流量的變化來檢測(cè)和定位腦功能的一種成像技術(shù)，并應(yīng)用后續(xù)的處理軟件統(tǒng)計(jì)、繪制大腦皮層功能激活圖，從而無創(chuàng)、直觀地反映相關(guān)皮層的功能變化[4]。然而，有關(guān)OSAHS患者CPAP治療前后的靜息態(tài)fMRI的研究，國內(nèi)外相關(guān)報(bào)道很少。本研究采用局性一致性(region homogeneity，ReHo)、低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)和低頻振幅比率(fractional ALFF，fALFF)分析呼吸睡眠暫停低通氣患者治療前后腦灰質(zhì)的功能特點(diǎn)，比較治療前后腦灰質(zhì)功能的改變。

材料與方法

1．研究對(duì)象

以我院2014年7月-2015年5月收治的25例中重度男性O(shè)SAHS患者(患者組)及與其性別、年齡相匹配的25例健康志愿者(對(duì)照組)為研究對(duì)象，年齡35～60歲，平均42.5歲?；颊呓M+對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)：①具有幽閉恐懼癥的患者；②有心腦血管病史，頭顱MR平掃雙側(cè)額葉有梗死灶的患者；③體內(nèi)有金屬異物，不能配合完成MRI檢查者。

參照中華醫(yī)學(xué)會(huì)《阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征診治指南》，以睡眠呼吸暫停低通氣指數(shù)(apnea hypoventilation index，AHI)即平均每小時(shí)睡眠中的呼吸暫停的次數(shù)加上低通氣的次數(shù)來進(jìn)行OSAHS的診斷[5]，診斷標(biāo)準(zhǔn)為530為重度。采用澳大利亞康迪生產(chǎn)的E-series多導(dǎo)睡眠儀對(duì)可疑患者進(jìn)行整夜多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(cè)(polysomnography，PSG)，25例中重度(AHI>15) OSAHS男性患者中5例為中度，20例為重度。25例患者病程為1～4年，平均2.5年。對(duì)25例中重度男性O(shè)SAHS患者佩戴RESMED S9呼吸機(jī)進(jìn)行持續(xù)正壓通氣治療，治療時(shí)間為晚上9:00到凌晨5:30。患者治療前后及25 例健康志愿者均進(jìn)行血氧依賴水平功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent fMRI，BOLD-fMRI)檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間均為上午6：00-8：00。利用ReHo、ALFF及fALFF分析BOLD數(shù)據(jù)。經(jīng)復(fù)查PSG發(fā)現(xiàn)所有患者經(jīng)CPAP治療后癥狀均有不同程度好轉(zhuǎn)。所有檢查項(xiàng)目都已征得患者及其家屬同意并簽署知情同意書。

2.檢查方法

對(duì)所有受檢者行靜息態(tài)的fMRI掃描及高分辨力3D結(jié)構(gòu)像掃描，采用Siemens 3.0 T磁共振成像系統(tǒng)，正交頭顱線圈。掃描時(shí)患者安靜平臥于檢查床，頭部固定、閉眼。

首先采用常規(guī)T1WI、T2WI序列對(duì)所有受試者進(jìn)行掃描，篩選頭部未發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)者，采集3D全腦高分辨力結(jié)構(gòu)像及靜息態(tài)fMRI圖像。采用梯度回波-回波平面成像序列，平行于AC-PC線進(jìn)行靜息態(tài)的功能成像，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 29 ms，視野192 mm×192 mm，體素3.0 mm×3.0 mm×3.0 mm，層厚3 mm。結(jié)構(gòu)像采用T1加權(quán)快速梯度回波序列，掃描參數(shù)：TR 1940 ms， TE 3.08 ms，視野250 mm×250 mm，體素1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm。

為了排除其他干擾，得到更好的數(shù)據(jù)，棄除前6個(gè)功能掃描時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)。所有圖像數(shù)據(jù)都需經(jīng)過SPIN軟件的轉(zhuǎn)化，進(jìn)行時(shí)間及空間的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)采用SPM8軟件，進(jìn)行頭動(dòng)校正并將其投射到EPI標(biāo)準(zhǔn)模板上。將轉(zhuǎn)動(dòng)角度調(diào)制為小于1°，使頭動(dòng)平移小于1.5 mm，再進(jìn)行去線性漂移、空間平滑、圖像濾波處理[6]。對(duì)靜息態(tài)功能信號(hào)進(jìn)行ReHo、ALFF和fALFF處理，采用REST軟件進(jìn)行分析。設(shè)定0.01～0.08 Hz為帶通濾波，目的是排除呼吸、心跳及噪音等的影響。首先將每個(gè)體素的ALFF、fALFF及ReHo值與全腦信號(hào)均值相除，針對(duì)全腦的體素做標(biāo)準(zhǔn)化處理，其次獲得全腦標(biāo)準(zhǔn)化的ALFF、fALFF及ReHo值。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

對(duì)兩組(患者組、對(duì)照組)及患者組治療前后的標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo、ALFF、fALFF值采用兩樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行比較，將體素>10(ReHo、ALFF、fALFF)的異常腦區(qū)作為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的腦區(qū)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.OSAHS患者組治療前與對(duì)照組ReHo、ALFF、fALFF值比較

OSAHS患者組治療前與對(duì)照組相比，患者組右側(cè)梭狀回、右側(cè)顳下回、雙側(cè)小腦半球、右側(cè)角回、左側(cè)扣帶回、左側(cè)中央后回、右側(cè)額中回及左側(cè)額上回較正常組ReHo值減低；患者組右側(cè)小腦、右側(cè)島葉、右側(cè)楔葉、右側(cè)中央前回、左側(cè)額下回、左側(cè)額中回、左側(cè)舌回、左側(cè)扣帶回的ALFF值較對(duì)照組減低；患者組右側(cè)額下回、左側(cè)杏仁核、右側(cè)海馬、右側(cè)角回、左側(cè)枕中回、左側(cè)中央前回、左側(cè)顳中回、右側(cè)中央后回、右側(cè)額上回、右側(cè)額中回fALFF值較對(duì)照組減低(表1，圖1)。

表1 患者組治療前與對(duì)照組ReHo、ALFF、fALFF值比較

注：P<0.05(校正)，區(qū)域大小(voxel)≥10，右側(cè)/左側(cè)(R/L)。

圖1 患者組治療前與對(duì)照組相比的異常腦區(qū)圖。患者組為中重度的OSAHS男性患者，平均年齡42.5歲，病史平均2.9年，患者部分腦功能降低。a) 藍(lán)色為ReHo值降低的腦區(qū)； b) 藍(lán)色為ALFF值降低的腦區(qū); c) 藍(lán)色為fALFF值降低的腦區(qū)。

2.OSAHS患者組治療后與正常對(duì)照組ReHo、ALFF、fALFF值比較

OSAHS患者治療后與對(duì)照組相比，右側(cè)小腦半球、右側(cè)梭狀回、左側(cè)枕中回、右側(cè)額中回的ReHo值減低；治療后右側(cè)楔葉、左側(cè)扣帶回、左側(cè)額下回的ALFF值較對(duì)照組減低；治療后右側(cè)額下回、左側(cè)額上回、右側(cè)枕中回及左側(cè)額中回的fALFF值較對(duì)照組減低(表2，圖2)。

表2 患者組治療后與對(duì)照組ReHo、ALFF、fALFF值比較

注：P<0.05(校正)，區(qū)域大小(voxel)≥10，右側(cè)/左側(cè)(R/L)。

3.OSAHS患者組治療后與治療前ReHo、ALFF、fALFF值比較

OSAHS患者治療前后相比，治療后右側(cè)顳下回 、左側(cè)中央后回、左側(cè)扣帶回、右側(cè)額中回、右側(cè)枕上回、左側(cè)額上回的ReHo值較治療前明顯增高；治療后右側(cè)小腦半球、右側(cè)中央后回、右側(cè)中央前回、左側(cè)顳上回、右側(cè)額中回、右側(cè)舌回的ALFF值較治療前增高；治療后左側(cè)枕中回、左側(cè)顳中回、右側(cè)額中回、右側(cè)中央后回、右側(cè)中央前回及左側(cè)角回的fALFF值較治療前增高(表3，圖3)。

表3 患者組治療后與治療前ReHo、ALFF、fALFF值比較

注：P<0.05(校正)，區(qū)域大小(voxel)≥10，右側(cè)/左側(cè)(R/L)。

圖2 患者組治療后與對(duì)照組相比的異常腦區(qū)圖?；颊呓M為中重度的OSAHS男性患者，平均年齡42.5歲，病史平均2.9年，治療時(shí)間為1天?；颊呓?jīng)治療后部分腦區(qū)功能恢復(fù)，但不能完全恢復(fù)，仍有腦功能降低區(qū)。a) 藍(lán)色為ReHo值降低的腦區(qū)； b) 藍(lán)色為ALFF值降低的腦區(qū); c) 藍(lán)色為fALFF值降低的腦區(qū)。

討 論

1.OSAHS的危害性及盡早治療的必要性。

隨著對(duì)睡眠醫(yī)學(xué)的不斷深入研究，人們逐漸意識(shí)到OSAHS不再是單學(xué)科疾病，而是一種慢性全身性疾病，可以導(dǎo)致全身多器官損害的發(fā)生[7]。如果在腦功能出現(xiàn)異常而無形態(tài)學(xué)改變時(shí)及早做出診斷，進(jìn)而干預(yù)OSAHS患者腦功能異常的病因，就能有效避免或降低腦損傷的發(fā)病率。

2.靜息態(tài)fMRI檢查的優(yōu)勢(shì)

靜息態(tài)fMRI無需患者主動(dòng)參與，操作簡便，對(duì)基線狀態(tài)腦功能和自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)的研究具有無創(chuàng)性，靜息態(tài)MRI適合于大規(guī)模的臨床研究應(yīng)用[8]。ReHo能反映患者腦區(qū)活動(dòng)的一致性特點(diǎn)[9]，ALFF和fALFF能映射與運(yùn)動(dòng)、視覺、聽覺、語言及靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[10]，本研究采用這兩種方法來分析靜息狀態(tài)血氧水平依賴的大腦信號(hào)，檢測(cè)自發(fā)性神經(jīng)元活動(dòng)。

3.OSAHS患者異常功能腦區(qū)的作用與發(fā)病機(jī)制的聯(lián)系

OSAHS患者在神經(jīng)認(rèn)知功能方面的損害主要集中表現(xiàn)在警覺注意功能和執(zhí)行功能異常[11]?？刂迫祟愓J(rèn)知活動(dòng)方面的一個(gè)最重要腦區(qū)是前額皮層，注意力及工作記憶的功能與之密不可分[12]，OSAHS患者的注意功能損害可能與之有關(guān)。神經(jīng)解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)視覺聯(lián)合皮層及視覺中樞的功能是管理視覺信息的傳輸、整合及感知[13]，它主要有舌回、楔前葉、楔葉、枕葉及頂枕聯(lián)合腦區(qū)，這些腦區(qū)的改變可能與OSAHS患者的情感淡漠、反應(yīng)遲鈍有關(guān)。前額葉皮質(zhì)功能受損會(huì)導(dǎo)致患者對(duì)短期利益及長期損失不能做出正確的估量[14]，情緒不受控制，白天嗜睡、判斷力下降行為也相繼發(fā)生?？蹘Щ仄雍袜徑男ㄇ叭~是靜息態(tài)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中唯一能與其他節(jié)點(diǎn)直接相互作用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)[15]，楔前葉與后扣帶回病變可能是導(dǎo)致整個(gè)默認(rèn)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能異常的關(guān)鍵[16]，在OSAHS患者病情的發(fā)生、發(fā)展過程中起到了重要作用?？蹘Щ睾胸S富的神經(jīng)纖維，在情緒及認(rèn)知處理過程中起重要作用。OSAHS患者扣帶回神經(jīng)纖維完整性降低，影響患者的執(zhí)行功能。小腦在參與平衡和調(diào)節(jié)肌張力方面起著重要作用，這些腦區(qū)功能的降低或許與OSAHS患者肌張力下降及易跌倒有關(guān)。

圖3 患者組治療后與治療前相比的腦區(qū)改變圖。患者組為中重度的OSAHS男性患者，平均年齡42.5歲，病史平均2.9年，治療時(shí)間為1天。經(jīng)治療后部分腦區(qū)功能恢復(fù)。a) 紅色為ReHo值增加的腦區(qū)； b) 紅色為ALFF值增加的腦區(qū); c) 紅色為fALFF值增加的腦區(qū)。

本研究存在一定的局限性，首先樣本量較少，其次治療時(shí)間尚短，不能為某些現(xiàn)象提供有力證據(jù)，需要進(jìn)一步研究、探討。

綜上所述，OSAHS患者經(jīng)過短期的持續(xù)正壓通氣治療后，功能及結(jié)構(gòu)異常的腦區(qū)多恢復(fù)正常，但不能完全恢復(fù)，是因?yàn)槟X功能的永久損傷還是治療時(shí)間尚短，亦或其他原因，還需要隨訪研究和進(jìn)一步的深入探討。

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Functional magnetic resonance imaging in obstructive sleep apnea hypopnea syndrome patients before and after continuous positive airway pressure treatment

MU Xin-lan，WANG Bin，WANG Xiao-zhi，et al.

Department of Radiology,Affiliated Hospital of Binzhou Medical University，Shandong 371621，China

Objective：To study if there is any brain functional abnormality in obstructive sleep apnea hypopnea syndrome (OSAHS) during resting-state,as well as the changes of brain function after continuous positive airway pressure (CPAP) treatment.Methods:Twenty-five patients with moderate or serious OSAHS (study group) and 25 healthy volunteers (control group) were recruited.Conventional MR and resting state BOLD-fMR examination before and after CPAP treatment in patients group as well as in control group were performed.Results:Compared with the control group,decreased ReHo in the right middle frontal gyrus etc.reduced ALFF in right cerebellum etc,and reduced fALFF in right inferior frontal gyrus etc.were observed in OSAHS patients before treatment.Reduced ReHo in the right cerebellum etc.decreased ALFF in the Right cuneus etc.and decreased fALFF in right inferior frontal gyrus etc.were found in OSAHS patients after treatment when compared with the control group.In OSAHS patients after treatment,ReHo increased in right inferior temporal gyrus etc.ALFF increased in right cerebellar hemisphere etc and fALFF increased in left middle occipital gyrus etc.could be revealed when compared with that before treatment.Conclusion:Resting-state brain dysfunction was observed in OSAHS patients,and brain dysfunction were partially reversed after effective CPAP treatment.

Magnetic resonance imaging; Sleep apnea syndrome; Continuous positive airway pressure; Resting state

256600 山東，濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院影像科

穆新暖(1987-)，女，碩士研究生，住院醫(yī)師，主要從事呼吸睡眠暫停綜合征的基礎(chǔ)與功能影像學(xué)研究。

王濱，E-mail：binwang001@aliyun

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81171303)；2014山東省科技發(fā)展計(jì)劃(2014GSF118115)。

R563.9; R445.2

A

1000-0313(2017)01-0016-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.01.004

2016-04-06

2016-06-07)