基于靜息態(tài)功能磁共振的三叉神經(jīng)痛患者低頻振幅研究

顏劍豪，汪天悅，李 盟，黎 超，夏麗坤，尹 毅，詹文峰，江桂華

（廣東省第二人民醫(yī)院影像科，廣東 廣州 510317）

基于靜息態(tài)功能磁共振的三叉神經(jīng)痛患者低頻振幅研究

顏劍豪，汪天悅，李 盟，黎 超，夏麗坤，尹 毅，詹文峰，江桂華

（廣東省第二人民醫(yī)院影像科，廣東 廣州 510317）

目的：探究三叉神經(jīng)痛（TN）患者靜息狀態(tài)下全腦范圍內(nèi)的局部功能活動(dòng)變化。方法：基于30例TN和20例正常被試靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)，運(yùn)用低頻振幅（ALFF）數(shù)據(jù)分析方法，采用雙樣本t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)比較兩組被試低頻振幅差異。結(jié)果：與正常對(duì)照組相比，TN患者在左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回的ALFF值降低，左側(cè)眶內(nèi)額上回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)腦區(qū)增高。結(jié)論：ALFF分析揭示了TN患者存在的局部腦區(qū)異常活動(dòng)，這些異?？赡芘c患者對(duì)疼痛的認(rèn)知及情感處理有關(guān)。

三叉神經(jīng)痛；磁共振成像

三叉神經(jīng)痛（Trigeminal neuralgia，TN）是一種在臨床中常見(jiàn)的以面部三叉神經(jīng)區(qū)域反復(fù)發(fā)作的觸電樣、劇烈疼痛為特點(diǎn)的慢性神經(jīng)性疼痛[1]。作為一種常見(jiàn)疾病，TN的發(fā)病機(jī)制尚不明確，傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，TN的發(fā)生與三叉神經(jīng)區(qū)域供血血管擴(kuò)張?jiān)斐傻臋C(jī)械刺激有關(guān)。然而，近年來(lái)，研究者發(fā)現(xiàn)，部分TN患者并不存在明顯的神經(jīng)血管的沖突[2]，另一方面，部分（25%～49%）經(jīng)磁共振成像檢測(cè)存在神經(jīng)血管沖突的被試卻沒(méi)有出現(xiàn)TN癥狀[3]。因此，中樞論學(xué)者認(rèn)為，持續(xù)外周因子刺激可能促發(fā)或維持三叉神經(jīng)系統(tǒng)的中樞神經(jīng)改變，從而導(dǎo)致了TN[4]。目前，外周及中樞這兩種觀點(diǎn)并無(wú)定論，TN患者是否存在特定的中樞易化？

作為一種可無(wú)創(chuàng)性觀察腦內(nèi)自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)變化的先進(jìn)的磁共振技術(shù)，基于血氧水平依賴(lài)的靜息態(tài)功能磁共振技術(shù) （Rest blood oxygenation level-dependent functional MRI，r-BOLD-fMRI）為我們無(wú)創(chuàng)性探究TN患者潛在的自發(fā)性神經(jīng)活動(dòng)的異常提供了良好平臺(tái)，目前，該技術(shù)已經(jīng)在抑郁癥、帕金森、失眠等神經(jīng)精神相關(guān)疾病的中樞神經(jīng)相關(guān)改變中得到廣泛應(yīng)用。為此，本研究擬基于靜息態(tài)功能磁共振技術(shù)，結(jié)合低頻振幅（Amplitude low-frequency fluctuation，ALFF）數(shù)據(jù)處理方法，對(duì)比正常對(duì)照組及TN患者，深入探究TN患者腦內(nèi)局部功能異常，為理解TN提供進(jìn)一步影像學(xué)證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究經(jīng)過(guò)廣東省第二人民醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。每位被試均已簽署知情同意書(shū)。本研究中，共收集來(lái)自廣東省第二人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)、外科TN患者32例，通過(guò)社區(qū)征集正常對(duì)照組23例。

TN患者組入組標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)神經(jīng)內(nèi)外科醫(yī)生診斷符合TN臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)；②常規(guī)MRI T1、T2序列檢查顱內(nèi)未見(jiàn)明顯異常信號(hào)；③無(wú)嚴(yán)重的機(jī)體、精神疾病，或腦外傷、手術(shù)病史；④無(wú)藥物依賴(lài)病史；⑤右利手；⑥年齡在18～50歲之間；⑦無(wú)磁共振掃描禁忌癥。

正常對(duì)照組：性別、年齡、教育年限與實(shí)驗(yàn)組相匹配，入組標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)TN癥狀；②無(wú)嚴(yán)重的器質(zhì)性及精神疾病；③無(wú)藥物依賴(lài)史；④無(wú)MRI掃描禁忌；⑤右利手。TN患者組2例、正常對(duì)照組3例被試因頭動(dòng)被排除。最后，實(shí)驗(yàn)組患者入組30例（平均年齡（40.93±9.379）歲），正常對(duì)照組入組 20 例（平均年齡（38.57±7.947）歲），詳見(jiàn)表 1。

表1 TN組和對(duì)照組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息

1.2 MRI數(shù)據(jù)的掃描與處理

1.2.1 數(shù)據(jù)掃描

本實(shí)驗(yàn)靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)收集使用廣東省第二人民醫(yī)院影像科飛利浦1.5T雙梯度磁共振成像系統(tǒng) （Achieva，Philips）。16通道神經(jīng)血管線圈（NV coil）進(jìn)行信號(hào)接收，為了保證儀器的穩(wěn)定，在每一次掃描前均進(jìn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的測(cè)試。數(shù)據(jù)掃描過(guò)程中，每位被試均保持仰臥，采用泡沫墊固定以減少不自主頭動(dòng)，并保持閉眼、清醒狀態(tài)，避免結(jié)構(gòu)性思維。靜息態(tài)數(shù)據(jù)掃描前，每位被試均需進(jìn)行常規(guī)磁共振序列掃描，并排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變。在靜息態(tài)數(shù)據(jù)掃描收集完成后，需詢(xún)問(wèn)被試者配合情況。

靜息態(tài)數(shù)據(jù)掃描使用梯度回波EPI序列，具體采集參數(shù)如下：回波時(shí)間 （TE）=50 ms，重復(fù)時(shí)間（TR）=2000ms，翻轉(zhuǎn)角度=90°，F(xiàn)OV=224mm×224mm，矩陣=64×64，總?cè)莘e=160，22個(gè)橫斷層面，層間距為0.8 mm，層厚 4 mm，體素大小 3.5 mm×3.5 mm×4 mm?？偣矑呙?40個(gè)動(dòng)態(tài)。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

磁共振數(shù)據(jù)后處理采用MATLAB工具箱來(lái)處理 （Data processing assistantforresting-state，DPARSF）。該工具箱是基于軟件（REST）和統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖軟件功能（SPM8）組成。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟：①去除開(kāi)始的10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，此10個(gè)時(shí)間點(diǎn)用于患者的適應(yīng)和磁場(chǎng)的穩(wěn)定；②進(jìn)行時(shí)間差校正（Slice timing）；③頭動(dòng)校正（Realignment），剔除掃描過(guò)程中頭動(dòng)超過(guò)1.0 mm或1.0°的被試；④標(biāo)準(zhǔn)化處理（Normalization），將頭動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到MNI模板（重采樣分辨率為3 mm×3 mm×3 mm）；⑤根據(jù)高斯隨機(jī)場(chǎng)理論以半高寬（FWHM）為8 mm的平滑核進(jìn)行空間平滑。⑥考慮低頻或者高頻噪聲，我們用0.01～0.08 Hz頻率寬度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理。⑦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行去協(xié)變量，協(xié)變量包括腦脊液信號(hào)、腦白質(zhì)信號(hào)、全腦信號(hào)以及6個(gè)頭動(dòng)參數(shù)。

ALFF計(jì)算過(guò)程與以往報(bào)道一致[5]，包括：對(duì)全腦每個(gè)體素的時(shí)間序列進(jìn)行快速傅立葉變換，將時(shí)域轉(zhuǎn)為頻域功率譜，功率譜的峰下面積被視為信號(hào)能量，此面積值的平方根代表該信號(hào)振蕩的幅度，提取0.01～0.08 Hz頻率內(nèi)的振蕩幅度，得到的即為ALFF。為了達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的目的，我們將每個(gè)體素的ALFF值都除以全腦的平均ALFF值。這時(shí)，得到的ALFF值用于后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（SPSS 13.0軟件），比較兩組被試年齡、受教育程度、差異（P＜0.05），采用方差檢驗(yàn)比較兩組性別組成差異。兩組被試ALFF值采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)（SPSS 13.0）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（P＜0.01，雙尾）。 采用 Alphasim 進(jìn)行多重校正（AFNI）。

2 結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，TN患者組和健康對(duì)照組在年齡、教育年限、性別組成無(wú)顯著差異。與正常對(duì)照組相比，TN患者組存在多個(gè)腦區(qū)的ALFF異常，其中左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回的ALFF值降低（P＜0.01），左側(cè)眶內(nèi)額上回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)腦區(qū)ALFF值的增高 （P＜0.01）（表 2，圖 1）。

表2 與對(duì)照組相比TN患者ALFF異常的腦區(qū)

3 討論

近年來(lái)關(guān)于慢性疼痛[6-8]的研究讓人們認(rèn)識(shí)到，長(zhǎng)期疼痛刺激可促使中樞神經(jīng)系統(tǒng)疼痛相關(guān)腦區(qū)皮層發(fā)生病理性重構(gòu)，我們的前期研究也證明TN患者在前扣帶回、顳葉、額葉、梭狀回，中央前后回等區(qū)域灰質(zhì)體積減小[9]。為進(jìn)一步探究TN患者自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)異常，本研究基于靜息態(tài)功能磁共振技術(shù)，結(jié)合ALFF分析方法，探討了TN患者與正?？刂平M間腦區(qū)局部功能活動(dòng)異常。

r-BOLD-fMRI是在被試保持閉眼、放松、清醒的狀態(tài)下，基于氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的不同磁場(chǎng)性質(zhì)，獲得腦內(nèi)不同強(qiáng)度的信號(hào)無(wú)創(chuàng)性腦功能檢測(cè)技術(shù)[10]。這些不同的信號(hào)可能代表更客觀、更精細(xì)、更直接腦區(qū)功能活動(dòng)強(qiáng)弱，已成為研究活體人腦功能的一個(gè)重要手段。ALFF是對(duì)全腦的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行傅立葉變換轉(zhuǎn)化為頻域功率譜，功率譜下的面積可視為信號(hào)的能量，然后對(duì)其開(kāi)方，即代表該信號(hào)震蕩的幅度，即BOLD信號(hào)變化強(qiáng)度，可用于觀察被試者腦內(nèi)局部功能活動(dòng)強(qiáng)弱[11]。研究結(jié)果顯示，TN患者存在多個(gè)腦區(qū)的ALFF異常，包括左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回、左側(cè)眶內(nèi)額上回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)腦區(qū)。

我們發(fā)現(xiàn)TN組在左側(cè)梭狀回也出現(xiàn)功能的減弱。根據(jù)以往的文獻(xiàn)報(bào)道，當(dāng)使用電擊短暫刺激時(shí)，被試者在急性疼痛發(fā)作當(dāng)時(shí)左側(cè)梭狀回、海馬、初級(jí)次級(jí)視覺(jué)環(huán)路、至楔葉、楔前葉活動(dòng)性增強(qiáng)[12]。梭狀回與分類(lèi)識(shí)別功能有關(guān)，通過(guò)與多個(gè)腦區(qū)的連接進(jìn)行功能整合[13]，研究者推測(cè)這些腦區(qū)活動(dòng)的異常增強(qiáng)，可能與TN患者反復(fù)發(fā)作性觸電樣疼痛時(shí)，患者對(duì)相似感受進(jìn)行檢索有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)中患者數(shù)據(jù)采集在疼痛發(fā)生間隙，出現(xiàn)的左側(cè)梭狀回活動(dòng)減弱，可能是患者在非疼痛時(shí)期相應(yīng)腦區(qū)高度激活后的疲勞及代償抑制活動(dòng)有關(guān)。且在上述研究中，研究者還觀察到這些腦區(qū)的活動(dòng)性與被試者疼痛反應(yīng)的等級(jí)成明顯的負(fù)相關(guān)性[13]，特別是在左側(cè)梭狀回，這也可能提示患者存在某種自我穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。在我們的前期研究中同樣發(fā)現(xiàn)患者在左側(cè)梭狀回的體積減小[9]，進(jìn)一步證明TN患者在左側(cè)梭狀回的神經(jīng)改變。同時(shí)，我們觀察到左側(cè)顳下回活動(dòng)性減弱。顳葉參與情緒的感知任務(wù)，是評(píng)估、整合和預(yù)測(cè)與情緒有明顯關(guān)聯(lián)的疼痛二次加工區(qū)[14]。本研究中觀察到的顳下回活動(dòng)性減低可能與TN患者因長(zhǎng)期的疼痛引發(fā)患者的負(fù)面情緒有關(guān)。

圖1 三叉神經(jīng)痛患者和正常對(duì)照組間ALFF值存在顯著差異的區(qū)域。其中暖色（冷色）區(qū)域代表ALFF值增加（減少）。Figure 1. The regions show significant abnormal activity in TN patients.The warm color(left frontal med orb and left sup motor area)represent increased activity;the cold color(left temporal inf，left fusiform)represent decreased activity.

結(jié)果顯示，TN患者在左側(cè)眶內(nèi)額上回活動(dòng)性增強(qiáng)?？魞?nèi)額上回屬于邊緣系統(tǒng)，主要參與大腦的認(rèn)知與執(zhí)行任務(wù)[15-16]。同時(shí)，前額葉被認(rèn)為在慢性疼痛的進(jìn)展過(guò)程中起著重要作用，形態(tài)學(xué)研究表明，TN患者前額葉灰質(zhì)體積的減小與患者患病時(shí)間呈負(fù)相關(guān)[17]。本研究發(fā)現(xiàn)的額葉功能的異常，進(jìn)一步提示了其在慢性疼痛中的作用，筆者認(rèn)為，這可能與疼痛的處理、認(rèn)知、情感整合有關(guān)，因此本實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的眶內(nèi)額上回的活動(dòng)升高可能與慢性疼痛或慢性疼痛發(fā)展中的感情構(gòu)成危險(xiǎn)因素有關(guān)。

本研究中存在一定的局限性，首先，本研究病例組中TN患者中部分經(jīng)藥物治療，因此未能排除藥物對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。其次，本研究屬于橫斷研究，不能確定患者腦內(nèi)局部功能變化與TN因果關(guān)系，這需要后續(xù)進(jìn)一步縱向研究。總之，本研究采用ALFF分析方法，發(fā)現(xiàn)TN患者在左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回、左側(cè)眶內(nèi)額上回、左側(cè)補(bǔ)充運(yùn)動(dòng)腦區(qū)存在功能的異常，這種局部功能分化的異?？赡芘c患者對(duì)疼痛的認(rèn)知及潛在情緒異常有關(guān)。

[1]Headache Classification Committee of the International Headache Society.The International Classification of Headache Disorders,3rd edition(beta version)[J].Cephalalgia,2013,33(9):629-808.

[2]Jannetta PJ.Arterial compression of the trigeminal nerve at the pons in patients with trigeminal neuralgia[J].Neurosurg,1967,26(1):159-162.

[3]Adamczyk M,Bulski T,Sowinska J,et al.Trigeminal nerveartery contact in people without trigeminal neuralgia—MR study[J].Med Sci Monit,2007,13(Suppl 1):38-43.

[4]Love S,Coakham HB.Trigeminalneuralgia:pathology and pathogenesis[J].Brain,2001,124(12):2347-2360.

[5]Zhang ZQ,Lu GM,Zhong,et al.fMRI study of mesial temporal lobe epilepsy using amplitude oflow frequency fluctuation analysis[J].Hum Brain Mapp,2010,31(12):1851-1861.

[6]Apkarian AV,Sosa Y,Krauss BR,et al.Chronic pain patients are impaired on an emotional decision-making task[J].Pain,2004,108(1-2):129-136.

[7]May A.Chronic pain may change the structure of the brain[J].Pain,2008,137(1):7-15.

[8]Rodriguez-Raecke R,Niemeier A,Ihle K,et al.Brain gray matter decrease in chronic pain is the consequence and not the cause of pain[J].J Neurosci,2009,29(44):13746-13750.

[9]顏劍豪，李盟，汪天悅，等.三叉神經(jīng)痛患者腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化：一項(xiàng)基于體素的形態(tài)學(xué)測(cè)量 [J].南方醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（8）：1180-1183.

[10]Ogawa S,Lee TM,Kay AR,et al.Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation[J].Proc Natl Acad Sci USA,1990,87(24):9868-9872.

[11]Yang H,Long XY,Yang Y,et al.Amplitude of low frequency fluctuation within visual areas revealed by resting state functional MRI[J].Neuroimage，2007,36(1):144-152.

[12]Minassian AT,RicalensE,HumbertS,etal.Dissociating anticipation from perception:acute pain activates default mode network[J].Hum Brain Mapp,2013,34(9):2228-2243.

[13]Damasio AR,Damasio H.Cortical systems for the retrieval of concrete knowledge:the convergence zone framework[C].Large ScaleNeuronalTheoriesoftheBrain.CambridgeMA:MIT Press.2011:61-74.

[14]Borsook D,Moulton EA,Pendse G,et al.Comparison of evoked vs spontaneous tics in a patient with trigeminal neuralgia(tic doloureux)[J].Mol Pain,2007,3(1):34.

[15]Kringelbach ML.The orbitofrontalcortex:linking reward to hedonic experience[J].Nat Rev Neurosci,2005,6(9):691-702.

[16]Shackman AJ,Salomons TV,Slagter HA,et al.The integration of negative affect,pain and cognitive control in the cingulate cortex[J].Nat Rev Neurosci,2011,12(3):154-167.

[17]Obermann M,Rodriguez-Raecke R,Naegel S,et al.Gray matter volume reduction reflects chronic pain in trigeminal neuralgia[J].Neuroimage,2013,74(10):352-358.

Amplitude low-frequency oscillation abnormalities in trigeminal neuralgia patients

YAN Jian-hao,WANG Tian-yue,LI Meng,LI Chao,XIA Li-kun,YIN Yi,ZHAN Wen-feng,JIANG Gui-hua
(Department of Medical Imaging,the Second Hospital of Guangdong Province,Guangzhou 510317,China)

Objective:To explore the regional spontaneous activity changes in the whole brain of trigeminal neuralgia(TN)patients using resting-state fMRI.Methods:Resting-state fMRI datasets of 30 TN patients and 20 healthy controls were acquired.The amplitude low-frequency fluctuation(ALFF)and independent-sample t-test were used to compare the brain activity abnormalities between these two groups.Results:In TN patients,we found decreased ALFF in the left superior temporal gyrus and left fusiform,as well as an increased ALFF in the left frontal med orb and left sup motor area.Conclusion:Our results demonstrated the spontaneous activity change underlying TNP,and these abnormalities may contribute to the cognization and emotion of the pain.

Trigeminal neuralgia;Magnetic resonance imaging

R745.11；R445.2

A

1008－1062（2017）05－0318－03

2016-06-24；

2016-08-31

顏劍豪（1977-），男，廣東廣州人，副主任醫(yī)師。 E-mail：yanjianhao@163.com

江桂華，廣東省第二人民醫(yī)院影像科，510317。E-mail：jiangguihua177@163.com

2016年廣東省中醫(yī)藥常規(guī)科研項(xiàng)目立項(xiàng)資助課題（20161008）。