急性腦干梗死后度中心度rs-fMRI的相關(guān)研究

劉良卿，鄭建剛，許建興，王開香，梅 莉，顧勇堅，莊 雄

（江蘇大學(xué)附屬武進醫(yī)院放射科，江蘇213002）

腦梗死是一種常見的腦血管疾病,64%患者遺留不同程度的功能障礙,25%患者進展為癡呆,發(fā)生機制不明確[1-2],是導(dǎo)致成年人永久性殘疾的重要原因之一。腦干梗死約占所有后循環(huán)梗死的15%[3],病情較重,病死率及致殘率都較高。靜息態(tài)功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI）具有高時間和空間分辨率,是衡量大腦自發(fā)神經(jīng)活動的良好非侵入性技術(shù)途徑[4-5]。度中心度（degree centrality,DC）是最常用的反映節(jié)點屬性的方法,能夠刻畫節(jié)點在腦網(wǎng)絡(luò)的中心程度,一定程度上反映節(jié)點在腦網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中的作用[6],已廣泛應(yīng)用在疾病對腦網(wǎng)絡(luò)屬性改變的研究中。筆者認(rèn)為其可為研究急性腦干梗死后腦功能改變提供新的思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料 急性腦干梗死組：搜集2017年11月1日—2018年1月1日江蘇大學(xué)附屬武進醫(yī)院確診的急性腦干梗死患者12例,入選標(biāo)準(zhǔn)：（1）腦干單發(fā)急性病灶,首次發(fā)病,美國國立衛(wèi)生院卒中量表（the nation institutes of health stroke scale,NIHSS）評分≤14分；（2）經(jīng)MR掃描確診,病灶未超過中線；（3）無其他腦內(nèi)病變及精神病變。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）顱內(nèi)多發(fā)急性病灶；（2）檢查圖像含有金屬偽影或者頭動平移＞3 mm、旋轉(zhuǎn)＞3°者；（3）腦內(nèi)有其他病變及精神病變。本組病例有1例偽影嚴(yán)重,予以剔除,最終入選11例,其中男性7例,女性4例,年齡46～85歲,平均 62.09±11.46歲；NIHSS評分 3～10分,平均（5.36±2.01）分；發(fā)病天數(shù) 1～7 天,平均（3.09±1.87）天,主要癥狀:左側(cè)肢體乏力7例,右側(cè)肢體乏力1例,頭暈3例。正常對照組：健康志愿者11例,入選標(biāo)準(zhǔn)：（1）無腦內(nèi)病變及精神病變史；（2）經(jīng)MR掃描腦內(nèi)未見明顯器質(zhì)性病變；（3）自愿參加,能配合檢查。其中男性5例,女性6例,年齡48～79歲,平均63.27±9.60歲,性別、年齡與急性腦干梗死組相匹配。本研究通過醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn),所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查 采用西門子Avanto 1.5 T超導(dǎo)磁共振成像儀,受試者平躺,保持閉眼清醒狀態(tài),平靜呼吸,不要做動作和思維活動。先進行自旋回波（SE）序列掃描,獲取20層橫斷面常規(guī)T1WI圖像,參數(shù)為：視野（FOV）=24 cm×24 cm,矩陣=202×256,層厚=5.0 mm,間距=1.5 mm,TR=414 ms,TE=11 ms,翻轉(zhuǎn)角=90°。BOLD信號采集：應(yīng)用單次激發(fā)回波平面成像梯度回波序列（EPI）獲取18層T2WI圖像,參數(shù)為：FOV=24 cm×24 cm,矩陣=64×64,層厚=6.0 mm,間距=1.2 mm,TR=2000 ms,TE=40 ms,翻轉(zhuǎn)角=90°,掃描時間360 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理：應(yīng)用靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)處理助手DPABI中的DPARSF軟件對fMRI數(shù)據(jù)進行批處理及相關(guān)的后期分析。包括將DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為NIFTI格式,去除前10個時間點,排除掃描開始時磁場不均勻及受試者不適應(yīng)的影響,剩余的170個時間點進行下一步的時間及空間對齊、頭動矯正。頭動平移＞3 mm、旋轉(zhuǎn)＞3°者需剔除,所有受試對象的數(shù)據(jù)均未被去除。隨后采用3 mm重采樣把每個頭像歸一化到蒙特利爾研究所（MNI）標(biāo)準(zhǔn)空間；以半高全寬（FWHM）為6 mm高斯核函數(shù)進行平滑。

1.3.2 DC 值計算：利用 REST（http://www.restfmri.net）軟件進行DC分析,處理過程包括預(yù)處理后的圖像進行濾波（0.01 Hz＜ f＜0.1 Hz）以排除低頻的漂移和高頻的生理呼吸和心跳噪聲,同時去除線性漂移,然后分別進行急性腦干梗死組和正常對照組DC的計算（r=0.4）。為了提高正態(tài)性,使用費舍爾Z值（Fisher Z-score）轉(zhuǎn)換,得到每個受試者的Z值化加權(quán)DC值圖。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 利用REST軟件對急性腦干梗死組和對照組標(biāo)準(zhǔn)化后DC腦圖進行兩獨立樣本t檢驗分析,Alphaism矯正設(shè)置閾值為P＜0.05,同時只有不小于228個連續(xù)體素的區(qū)域才被認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義,將兩獨立樣本t檢驗后的結(jié)果圖最后疊加到Ch2模板上進行查看。

2 結(jié) 果

2.1 急性腦干梗死組與正常對照組DC值比較 與正常對照組相比,急性腦干梗死組DC值增高的腦區(qū)含有右側(cè)梭狀回及左側(cè)顳下回（P＜0.05）；DC值降低區(qū)域為雙側(cè)前額葉及右側(cè)小腦后葉（P＜0.05）,差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。見表1。

表1 急性腦干梗死組與正常對照組DC值比較

2.2 Ch2模板上顯示的兩獨立樣本t檢驗后的結(jié)果圖 度中心度（DC）能夠刻畫節(jié)點在腦網(wǎng)絡(luò)的中心程度,一定程度上反映節(jié)點在腦網(wǎng)絡(luò)信息傳輸中的作用。將兩獨立樣本t檢驗結(jié)果圖疊加在ch2模板上,發(fā)現(xiàn)與正常對照組相比急性腦干梗死組右側(cè)梭狀回（27,-39,15）、左側(cè)顳下回（-51,-27,-21）腦區(qū)呈紅色,表示這兩個腦區(qū)DC值增加。同樣,還發(fā)現(xiàn)右側(cè)小腦后葉（27,-72,-24）、右側(cè)前額葉（6,48,30）及左側(cè)前額葉（-6,-6,72）腦區(qū)呈藍色,表示這些腦區(qū)DC值減低（圖1,見封二）。

3 討 論

3.1 rs-fMRI掃描及DC分析對急性腦干梗死的應(yīng)用 人腦是自然界中復(fù)雜的動態(tài)功能網(wǎng)絡(luò),為了更好研究腦網(wǎng)絡(luò),科學(xué)家們引入了fMRI技術(shù)和數(shù)學(xué)方法圖論[7]。圖論分析可分為兩類：一類反映節(jié)點屬性,一類反映網(wǎng)絡(luò)總體屬性。DC是最常用的反映節(jié)點屬性的方法,它把一些腦區(qū)作為大腦的中心點,使各腦區(qū)有機地連接起來,形成一個完整的腦網(wǎng)絡(luò)。DC值越大,腦網(wǎng)絡(luò)連接越完整、快捷,信息資源利用越有效[8]。腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（defauct mode network,DMN）是腦靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個,與維持人腦靜息態(tài)下腦功能的認(rèn)知活動有密切關(guān)系[9-12],近年來被廣泛研究[13],主要包括雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉（MPFC）、楔前葉、前扣帶回、后扣帶回（PCC）及頂下小葉等區(qū)域,這些區(qū)域是全腦網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)的核心,涉及未來設(shè)想,情景記憶處理及情感調(diào)控等認(rèn)知能力。

腦干位于脊髓和間腦之間,含有上行網(wǎng)狀激活系統(tǒng)[14],是維持意識狀態(tài)和生命活動的重要生命中樞。腦干梗死的一系列臨床綜合征常常由椎基底動脈及其分支的栓塞、粥樣硬化、炎癥或者痙攣導(dǎo)致[15]。主要表現(xiàn)為四肢癱、偏癱、眩暈及意識障礙等,該病致殘率和病死率高,近年來發(fā)病率有上升趨勢[16]。梗死灶遠離大腦功能皮層區(qū)卻可引起與皮層功能相關(guān)的臨床表現(xiàn),說明腦干梗死后廣泛的大腦皮層功能受到損害[17-18]。有研究指出,大腦在人的一生中都存在適應(yīng)和重構(gòu)能力,結(jié)構(gòu)磁共振和fMRI證實腦梗死后的修復(fù)與大腦重構(gòu)有關(guān)[19]。Rs-fMRI無需執(zhí)行特定的任務(wù),對于臨床上不能配合的患者比較適合,急性腦干梗死患者容易受到運動偽影的影響而不能完成檢查,因此目前對急性腦干梗死的腦功能研究較少。本研究通過觀察急性腦干梗死后全腦DC值的變化來分析梗死后腦功能的變化。

3.2 DC值增高區(qū)域及意義 （1）右側(cè)梭狀回：以往研究認(rèn)為,梭狀回屬于視覺認(rèn)知網(wǎng)絡(luò),與面孔識別等認(rèn)知過程有關(guān),其中右側(cè)梭狀回可能在負(fù)面情緒面孔識別過程中起重要作用[20],本研究中右側(cè)梭狀回DC值增高,可能是一種代償機制使患者未處于負(fù)面狀態(tài)。楔前葉作為DMN的核心節(jié)點,在健康人腦靜息態(tài)下新陳代謝最活躍,主要在情景記憶中起主導(dǎo)作用,另外在默認(rèn)模式處理、自我意識等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用[21-22],與意識狀態(tài)高度相關(guān)。有研究指出,急性腦梗死后昏迷患者楔前葉功能連接顯著降低[23],本研究中該核團內(nèi)涉及右側(cè)楔前葉,其DC值增高,提示該區(qū)域與其他腦區(qū)功能連接增多,中心地位增強,可能是一種代償機制使患者未進入昏迷狀態(tài)。（2）左側(cè)顳下回：顳下回與二維圖形鑒別和三維物體的認(rèn)知學(xué)習(xí)有關(guān)[8],本研究中左側(cè)顳下回DC值增高,可能是急性腦干梗死后大腦為了維持對二維和三維空間關(guān)系的理解而進行的補償。

3.3 DC值降低區(qū)域及意義 （1）右側(cè)小腦后葉：小腦后葉Crus1和DMN內(nèi)的前額皮質(zhì)內(nèi)側(cè),Crus2和額頂網(wǎng)絡(luò)（frontoparietal network,FPN）內(nèi)的前額皮質(zhì)背外側(cè)存在交互關(guān)系[24]。本研究證實小腦后葉可參與認(rèn)知功能,右側(cè)小腦后葉Crus1和Crus2的DC值降低,可能與DMN和FPN功能紊亂一起導(dǎo)致急性腦干梗死患者出現(xiàn)認(rèn)知功能損害,很好體現(xiàn)了皮質(zhì)-腦橋-小腦通路的異常改變。（2）雙側(cè)前額葉：前額葉是大腦執(zhí)行功能的高級皮層,在認(rèn)知能力中發(fā)揮重要作用[25]。本研究顯示急性腦干梗死后右側(cè)額上回、額中回及左側(cè)額上回DC值降低,提示梗死后大腦功能發(fā)生改變,臨床主要表現(xiàn)為反應(yīng)遲鈍和肢體乏力等,可能是急性腦干梗死后大腦DMN受損,導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。

綜上所述,本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),急性腦干梗死后腦功能活動發(fā)生改變,主要損傷了與認(rèn)知相關(guān)的DMN和FPN,與以往研究相符合[26]。本研究存在一定的局限性和不足：首先,樣本量小,無法根據(jù)急性腦干梗死具體部位和梗死面積進行分組,今后應(yīng)增加樣本量進行進一步研究。其次,沒有縱向研究腦干梗死患者在不同時期的腦功能改變?？傊?度中度方法定量分析是影像學(xué)研究的一種新技術(shù),能揭示急性腦干梗死后腦功能網(wǎng)絡(luò)的改變和可能的形成機制,為研究急性腦干梗死后腦功能網(wǎng)絡(luò)的改變開辟了新的途徑。