腦部磁共振結(jié)合靜息態(tài)fMRI方法在卒中患者認(rèn)知障礙中的應(yīng)用

汝 寧，姚明仁，白新蘋，王幼萌

安徽醫(yī)科大學(xué)附屬阜陽人民醫(yī)院，安徽 阜陽 236000

突發(fā)性腦循環(huán)疾病是腦血管疾病中危害性大、發(fā)生率高的一類腦部疾病，主要臨床表現(xiàn)為腦神經(jīng)功能缺失、認(rèn)知功能障礙等[1]。近年來，隨著人們生活壓力及生活環(huán)境變化，卒中發(fā)生概率逐年增加[2]。研究發(fā)現(xiàn)，卒中患者預(yù)后性差，腦損傷比率高達(dá)33%[3]。因此，對認(rèn)知障礙的卒中患者康復(fù)研究顯得尤為重要。磁共振成像(MRI)是在特定磁場內(nèi)，原子核通過共振產(chǎn)生的信號經(jīng)過重建形成圖像的一種技術(shù)[4]，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一種可以將高分辨率解剖成像與核示蹤血流動態(tài)結(jié)合起來的高科技術(shù)，如可將人腦解剖結(jié)構(gòu)與人腦功能結(jié)合，對機(jī)體大腦各區(qū)域活動清晰呈現(xiàn)[5,6]。靜息態(tài)一般是指受試者處于放松、靜止不動、閉眼、無任何思維活動的狀態(tài)，大多數(shù)功能性核磁共振成像中將其作為基線狀態(tài)[7]。近10年來，人們研究發(fā)現(xiàn)，這種狀態(tài)是大腦的一種絕對穩(wěn)定狀態(tài)，但是大腦仍然進(jìn)行著神經(jīng)功能活動，且這種活動在大腦各區(qū)間不是孤立存在的，仍呈現(xiàn)出局部同步性[8,9]。目前，少有學(xué)者將磁共振成像與靜息態(tài)fMRI應(yīng)用到卒中患者損傷診斷中，為進(jìn)一步探究腦卒中患者腦損傷機(jī)制，本研究通過腦部靜息態(tài)核磁共振對卒中患者腦部進(jìn)行掃描，并分析卒中患者海馬腦區(qū)與顳葉皮層、額葉皮層間的連接情況，推測可能的腦損傷機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取我院2018年1月至2020年1月腦卒中患者25例，其中，男性13例，女性12例。同時選取25例健康同齡志愿者作為對照組，其中，男性12例，女性13例。本研究患者均知情同意并獲批。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合2010版《中國急性缺血性腦卒中診治指南2010》[10]中“腦卒中”診斷標(biāo)準(zhǔn)；磁共振成像或CT掃描證實“腦卒中”；患者病情平穩(wěn)，可以完全配合操作指令；MMSE量表認(rèn)定腦卒中引起認(rèn)知障礙；病程為6～10個月；患者年齡為50～70歲；腦卒中病灶位于左側(cè)，患者右手靈活；無精神類或抑郁類癥狀。排除標(biāo)準(zhǔn)：意識、失語障礙，以及其他健康問題；腦外傷、甲狀腺、癡呆等造成患者有認(rèn)知障礙；患者體內(nèi)有深靜脈置管或金屬殘留等對磁共振掃描有影響；患者病情嚴(yán)重，無法配合核磁功能掃描；患者有精神類或抑郁類疾??；患者有基礎(chǔ)性疾病等；不配合或者無法堅持配合研究的患者。對照組與患者組在性別、年齡、受教育程度方面無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

1.2 方法

采用腦部靜息態(tài)核磁共振成像對受試者進(jìn)行掃描。采用MicroMR12-025V/12MHz核磁共振分析儀(上海紐邁電子科技有限公司)。患者組與對照組受試者實驗前均禁食1 h后，平臥于檢查床，平靜勻速呼吸，頭腦清醒但不做任何思考。數(shù)據(jù)采集：解剖定位像，軸位28層，T1加權(quán)相采集。磁場強(qiáng)度(0.28±0.05)T；探頭線圈直徑25 mm；有效樣品測量區(qū)域：?25.4 mm×H35 mm。TR(脈沖重復(fù)時間)/TE(回波時間)=3000 ms/5 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣256×160，層厚5 mm，轉(zhuǎn)角90°。靜息態(tài)：連續(xù)掃描受試者腦部8 min 10 s；高分辨：靜息態(tài)掃描結(jié)束后，連續(xù)掃描4 min 10 s。

1.3 統(tǒng)計與分析

磁共振掃描后，通過SPM12軟件包(英國倫敦大學(xué)神經(jīng)影像中心開發(fā))和DPARSF2.3軟件包(北京師范大學(xué)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與學(xué)習(xí)國家重點實驗室研制)對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理獲得預(yù)處理數(shù)據(jù)；采用GIFT軟件包進(jìn)行獨立成分分析，進(jìn)行功率計算，保留掃描頻率在0.01～0.10 Hz之間的成分；通過best-fit方法選取右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)3種模式中成分?jǐn)?shù)據(jù)，并進(jìn)行Fisher-Z轉(zhuǎn)換，得到各受試者的功能連接度圖；各獨立樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗，并應(yīng)用右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)和默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)作為mask，結(jié)果根據(jù)蒙特卡羅模擬迭代進(jìn)行1000次簇校正，其中右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)大于30個體素，感覺運動網(wǎng)絡(luò)大于31個體素，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)大于36個體素；當(dāng)P<0.05，表示差異顯著；當(dāng)P<0.01，表示差異極顯著。

2 結(jié)果

2.1 右側(cè)海馬區(qū)功能核磁共振結(jié)果

與對照組相比，患者組右側(cè)海馬與左右側(cè)額中回、左側(cè)額下回和左側(cè)前扣帶回的連接減少，右側(cè)海馬與左側(cè)顳上中回、雙側(cè)丘腦的連接增加。見表1。

表1 兩組受試者右側(cè)海馬區(qū)功能核磁共振結(jié)果

2.2 左側(cè)海馬區(qū)功能核磁共振結(jié)果

與對照組相比，左側(cè)海馬與左側(cè)顳額中回、右側(cè)顳額上回、右側(cè)額下回的連接減少；左側(cè)海馬與右側(cè)頂下回連接增加。見表2。

表2 兩組受試者左側(cè)海馬區(qū)功能核磁共振結(jié)果

3 討論

研究表明，卒中患者腦部會出現(xiàn)不同程度受損，造成執(zhí)行功能障礙和記憶力下降，嚴(yán)重影響患者日常生活和肢體康復(fù)[11]。一般認(rèn)為卒中會損害患者相關(guān)關(guān)鍵腦區(qū)，導(dǎo)致患者局部腦功能下降，包括功能連接的改變[12]。Wu等[13]研究腦區(qū)老化時發(fā)現(xiàn)，與年輕組相比，老年組海馬區(qū)功能下降導(dǎo)致記憶能力下降，該研究與本文結(jié)果一致，腦區(qū)影響記憶功能。本研究中，我們通過腦部靜息態(tài)核磁共振對實驗者進(jìn)行掃描，以腦部雙側(cè)海馬為種子點進(jìn)行功能連接分析，并通過軟件分析兩組實驗者靜息態(tài)雙側(cè)海馬差異。

靜息態(tài)時受試者處于靜止?fàn)顟B(tài)，身體不動，也不做思考，但是研究表明，靜息態(tài)時受試者腦神經(jīng)功能仍然活動[14]。因此，靜息態(tài)研究方法經(jīng)常用來進(jìn)行認(rèn)知類實驗，該法操作簡單、不需要復(fù)雜實驗設(shè)計，對于認(rèn)知精神疾病患者易于接受。本研究中，由于受試者存在認(rèn)知功能障礙，配合度低，故選擇靜息態(tài)進(jìn)行研究。

靜息態(tài)腦功能連接中常用分析方法是關(guān)鍵腦區(qū)的選擇，該方法是先選擇一個或若干腦區(qū)作為種子區(qū)，以該區(qū)的平均時間序列作為參考序列，將其他腦區(qū)與該區(qū)的時間序列相關(guān)性進(jìn)行分析[15]。研究表明，人腦記憶功能調(diào)控中樞就是海馬腦區(qū)，與記憶有著非常密切的關(guān)系。海馬還與皮質(zhì)及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系，能夠形成與額葉聯(lián)系復(fù)雜的神經(jīng)功能網(wǎng)絡(luò)，包括前額葉、頂葉、顳葉、海馬和丘腦[16,17]。因此，本研究選擇海馬區(qū)作為“種子區(qū)”。

研究表明，認(rèn)知功能障礙患者在靜息狀態(tài)下海馬腦網(wǎng)絡(luò)不足[18]。Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，輕度認(rèn)知功能障礙患者海馬組織與雙側(cè)顳葉、右額葉、右側(cè)島葉的功能連接下降，而與尾狀核、左側(cè)PCC等的功能連接增加，這個結(jié)果說明認(rèn)知表現(xiàn)與海馬功能連接相關(guān)，輕度認(rèn)知功能障礙與海馬功能連接降低有關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知功能受損與輕度認(rèn)知功能障礙腦功能認(rèn)知受損有關(guān)，其中內(nèi)側(cè)前額葉、海馬、后扣帶回等均為管理腦區(qū)[20,21]。本研究中，與對照組相比，患者組海馬腦區(qū)與扣帶回和額葉的功能連接減少，與前人研究具有一致性。這個結(jié)果暗示卒中認(rèn)知功能障礙患者認(rèn)知障礙可能是由于海馬與皮層間功能連接減少有關(guān)。

總之，本研究采用腦部靜息態(tài)核磁共振對腦卒中認(rèn)知功能障礙患者和健康對照組進(jìn)行掃描，以腦部雙側(cè)海馬為種子點進(jìn)行功能連接分析，并通過軟件分析兩組實驗者靜息態(tài)雙側(cè)海馬差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，患者組右側(cè)海馬與右側(cè)額中回、左側(cè)額中回、左側(cè)額下回、左側(cè)前扣帶回的連接減少；右側(cè)海馬與左側(cè)顳上回、左側(cè)顳中回、雙側(cè)丘腦的連接增加；左側(cè)海馬與左側(cè)額中回、左側(cè)顳中回、右側(cè)額上回、右側(cè)顳上回、右側(cè)額下回連接減少；左側(cè)海馬與右側(cè)頂下回連接增加。本研究結(jié)果顯示卒中患者海馬腦區(qū)與顳葉皮層、額葉皮層之間的連接減少，可能是由卒中患者腦損害導(dǎo)致。