dALFF 分析方法在不同認(rèn)知功能狀態(tài)系統(tǒng)性紅斑狼瘡病人中的應(yīng)用

李曉露，徐天野，夏建國，王寧，張繼，李瑗，尹明，鄒紅梅

系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）是一種好發(fā)于育齡期女性、多器官受累的慢性全身免疫系統(tǒng)疾病，其中腦組織是最常受累的靶器官之一[1]。當(dāng)疾病累及神經(jīng)系統(tǒng)時病人會出現(xiàn)一系列的神經(jīng)精神癥狀，包括頭痛、癲、情緒失調(diào)、認(rèn)知功能障礙等[2]。其中，認(rèn)知功能障礙是SLE 病人最常見的神經(jīng)精神癥狀，可嚴(yán)重影響病人的生存質(zhì)量[3]。有研究[4]發(fā)現(xiàn)SLE 相關(guān)的認(rèn)知功能障礙是可以得到控制甚至逆轉(zhuǎn)，因此早期了解SLE 病人的認(rèn)知功能狀況，進(jìn)行早期診斷、早期臨床干預(yù)是改善病人預(yù)后的關(guān)鍵。

靜息態(tài)功能MR（Iresting state functional MRI，rsfMRI）能夠反映靜息狀態(tài)下神經(jīng)元活動的特征[5]，其中低頻振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）是rs-fMRI 常用的分析方法[6]。ALFF 可觀察大腦中每個體素在低頻狀態(tài)下（0.01～0.08 Hz）的波動幅度，能夠反映大腦靜息狀態(tài)下局部體素活動強(qiáng)度的大小[7]。有研究[8-9]使用ALFF 分析方法發(fā)現(xiàn)SLE病人靜息態(tài)腦功能活動存在異常，但研究主要關(guān)注人腦活動的靜態(tài)特征，忽視了人腦自發(fā)活動在時間維度上的動態(tài)變化特征?；瑒哟翱诩夹g(shù)可以在時間維度上描述大腦活動的動態(tài)特征[10]，動態(tài)低頻振幅（dynamic amplitude of low -frequency fluctuation,dALFF）采用滑動窗口技術(shù)，通過測量體素間局部神經(jīng)活動振幅的時間變異性來量化大腦的神經(jīng)活動的動態(tài)變化特征[11]。因此，本研究擬采用dALFF 分析技術(shù)來分析女性SLE 病人腦功能活動的動態(tài)變化特征，并試圖找到可能的影像學(xué)標(biāo)志物來反映SLE 病人的認(rèn)知狀況。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性收集2019 年10 月—2021年10 月于泰州市人民醫(yī)院風(fēng)濕免疫科診斷為SLE的40 例女性病人，年齡26～59 歲，平均（46.4±1.5）歲；同期在醫(yī)院附近社區(qū)招募與病人組性別、教育年限相匹配的45 例健康對照組（healthy control，HC），年齡26～58 歲，平均（43.3±1.2）歲。SLE 病人納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）依據(jù)美國風(fēng)濕學(xué)會（American College of Rheumatology,ACR）標(biāo)準(zhǔn)確診；（2）25～60 歲；（3）右利手；（4）能配合神經(jīng)心理學(xué)評估，包括蒙特利爾認(rèn)知評估量表（Montreal cognitive assessment,MoCA）和簡易精神狀態(tài)量表（mini-mental state examination，MMSE）。HC 納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）25～60 歲；（2）右利手；（3）能配合神經(jīng)心理學(xué)評估（MoCA 和MMSE）。2 組排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）精神/神經(jīng)疾病史；（2）顱內(nèi)異常病變，如腫瘤、腦血管疾病、腦外傷、腦外科手術(shù)史，以及明顯的腦萎縮；（3）其他自身免疫性疾病、動脈高血壓、糖尿病、惡性腫瘤；（4）吸毒或酗酒史；（5）MRI檢查禁忌證（起搏器、金屬植入物和幽閉恐懼等）；（6）影像不清楚或不符合研究要求者。記錄所有受試者年齡和受教育年限，MRI 掃描前后5 d 內(nèi)血清生物學(xué)指標(biāo)（C4）。MRI 掃描前采用MoCA 評估受試者的認(rèn)知功能狀態(tài)，根據(jù)MoCa 評分[12-13]將SLE 病人分成2 組，認(rèn)知功能正常組（MoCa≥26 分，MoCa-H 組）和減低組（MoCa＜26 分，MoCa-L 組）。最終納入SLE 病人38 例（MoCa-H 組18 例，MoCa-L 組20 例），健康對照組44 例。研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)（KY2021-011-01），所有受試者簽署書面知情同意書。

1.2 設(shè)備與方法 采用Siemens Skyra 3.0 T MRI 掃描設(shè)備，16 通道頭部線圈，掃描范圍自顱頂至顱底。掃描前囑所有受試者閉眼，保持清醒，頭部不動。掃描序列包括常規(guī)T1WI、T2WI 及T2液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)、回波平面成像（echo planar imaging，EPI）序列。掃描參數(shù)：TR 2 160 ms，TE 30 ms，層厚3.0 mm，層間距0.75 mm，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣64×64，翻轉(zhuǎn)角90°，采集240 個時間點，掃描時間8 min 38 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 基于Matlab R2013b 平臺，使用 Gretna_v2.0 軟 件(http://www.nitrc.org/projects/gretna/)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。處理步驟：（1）格式轉(zhuǎn)換；（2）去除前10 個時間點的影像，以最大限度地減少磁場不均勻性的影響；（3）進(jìn)行時間層校正、頭動校正（排除頭動平移＞3 mm，或任意角度旋轉(zhuǎn)＞3°的受試者）；（4）采樣體素大小為3 mm×3 mm×3 mm，使用一步配準(zhǔn)法對圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；（5）進(jìn)行干擾噪聲回歸；（6）濾波，帶寬采用0.01～0.08 Hz。

1.3.2 dALFF 計算 應(yīng)用DynamicBC 軟件的Functional Ampl 模塊，使用滑窗技術(shù)進(jìn)行dALFF 分析。設(shè)置滑動窗口長度為50 TR，步長為1 TR，每個被試的時間序列被分成181 個窗口。低頻（0.01～0.08 Hz）狀態(tài)下，每個被試共可以得到181 個ALFF圖，計算181 個ALFF 圖的標(biāo)準(zhǔn)差作為每個被試的dALFF 變異性。將時間變異性進(jìn)行z-score 轉(zhuǎn)換，最終得到每個被試的變異性dALFF 圖。

1.3.3 dALFF 分析 采用SPM12 軟件分析dALFF值。將年齡、受教育程度作為協(xié)變量，采用單因素方差分析比較3 組間dALFF 差異，在體素水平上閾值設(shè)置為P＜0.001，然后使用FDR 對結(jié)果進(jìn)行多重比較校正，校正后簇水平的閾值設(shè)置為P＜0.05。進(jìn)一步兩兩比較采用LSD-t 事后分析，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，3 組間比較采用單因素方差分析，進(jìn)一步兩兩比較采用LSD-t 事后檢驗；非正態(tài)分布則用中位數(shù)[M（P25，P75）]表示，3 組間比較采用Kruskal-Wallis 檢驗，進(jìn)一步兩兩比較采用Mann-Whitney U 檢驗。提取3 組差異腦區(qū)的dALFF 值進(jìn)行受試者操作特征（ROC）曲線分析，并計算相應(yīng)的曲線下面積（AUC），評價dALFF 值用于鑒別不同認(rèn)知狀態(tài)病人的診斷效能，AUC 為0.7～0.9 表示診斷效能中等，AUC＞0.9表示診斷效能較高。采用Spearman 相關(guān)分析dALFF 值與臨床指標(biāo)、神經(jīng)量表之間的相關(guān)性。P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 3 組間一般資料比較 3 組間年齡、MMSE、MoCa 差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。其中，MoCa-H組 和MoCa-L 組 的MoCa、MMSE 低 于HC 組，MoCa-H 組MMSE、MoCa 評 分 高 于MoCa-L 組，MoCa-L 組年齡高于HC 組（均P＜0.05）。其余資料差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），詳見表1。

表1 3 組間一般資料及神經(jīng)量表評分比較

2.2 dALFF 分析 3 組受試者雙側(cè)顳極顳上回、左側(cè)眶部額上回、雙側(cè)海馬、左側(cè)顳上回、右側(cè)尾狀核、左側(cè)角回dALFF 值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05，F(xiàn)DR 校正）。事后分析顯示，MoCa-H、MoCa-L 病人上述腦區(qū)dALFF 值均高于HC 組；MoCa-H 組左側(cè)眶部額上回、右側(cè)尾狀核dALFF 值均低于MoCa-L 組（均P＜0.05），見圖1、2，表2。

圖1 3 組間dALFF 值差異有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)。3 組間雙側(cè)顳極顳上回、左側(cè)眶部額上回、雙側(cè)海馬、左側(cè)顳上回、右側(cè)尾狀核、左側(cè)角回的dALFF 值存在差異（體素水平P＜0.001，F(xiàn)DR 校正，簇水平P＜0.05）。

圖2 3 組受試者dALFF 值有差異的腦區(qū)統(tǒng)計圖，*表示P＜0.05。

表2 3 組受試者dALFF 值有差異腦區(qū)的參數(shù)對照

2.3 ROC 曲線分析 HC 組和MoCa-H 組差異腦區(qū)的dALFF 值具有中等或較高的診斷效能，其中左側(cè)角回dALFF 值的診斷效能最佳（AUC=0.904,P＜0.001），見表3、圖3。HC 組和MoCa-L 組差異腦區(qū)的dALFF 值在各個腦區(qū)均表現(xiàn)出較好的診斷效能，其中右側(cè)海馬dALFF 值的診斷效能最佳（AUC=0.883，P＜0.001），見表4、圖4。MoCa-H 組和MoCa-L 組差異腦區(qū)的dALFF 值表現(xiàn)出中等診斷效能，見表5、圖5。

圖3 差異腦區(qū)dALFF 值區(qū)分HC 和MoCa-H 的ROC 曲線

圖5 差異腦區(qū)dALFF 值區(qū)分MoCa-H 和MoCa-L 病人的ROC 曲線

表3 HC 和MoCa-H 組間差異腦區(qū)dALFF 值的診斷效能分析

表4 HC 和MoCa-L 組間差異腦區(qū)dALFF 值的診斷效能分析

表5 MoCa-H 和MoCa-L 組間差異腦區(qū)dALFF 值的診斷效能分析

2.4 相關(guān)性分析 右側(cè)尾狀核dALFF 值與MoCa得分、C4 呈負(fù)相關(guān)（r=-0.391，P=0.037；r=-0.368，P=0.023），見圖6。

圖6 SLE 病人dALFF 值與MoCa 和C4 之間相關(guān)性分析圖

3 討論

dALFF 分析方法把傳統(tǒng)的ALFF 和滑窗技術(shù)相結(jié)合，提供了一種新的途徑來描述隨時間變化的局部大腦活動，dALFF 值的增高和減低均表明局部大腦活動存在異常時間波動。本研究采用dALFF 的分析方法，分析不同認(rèn)知狀態(tài)SLE 病人腦功能活動的動態(tài)變化特征，結(jié)果顯示不同認(rèn)知狀態(tài)SLE 病人雙側(cè)顳極顳上回、雙側(cè)海馬、左側(cè)眶部額上回、左側(cè)顳上回、右側(cè)尾狀核、左側(cè)角回dALFF 值均較HC 組增高。

顳上回是邊緣系統(tǒng)的組成部分，與海馬緊密連接，在社會認(rèn)知和情緒調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要作用。Su 等[14]研究發(fā)現(xiàn)SLE 病人左側(cè)顳上回局部一致性（regional homogeneity，ReHo）降低，且神經(jīng)精神性SLE 病人表現(xiàn)為顳上回體積萎縮，在自身免疫性腦炎病人中也有關(guān)于該腦區(qū)微結(jié)構(gòu)和功能的改變[15]，推測左側(cè)顳上回是狼瘡相關(guān)炎癥作用的直接靶點。海馬通常與導(dǎo)航、視覺空間處理和記憶識別有關(guān)[16]，海馬-旁海馬是神經(jīng)精神性SLE 發(fā)病的特異性靶點，Kozera 等[17]發(fā)現(xiàn)SLE 病人的記憶功能障礙與海馬的神經(jīng)代謝功能改變有關(guān)；Mackay 等[18]發(fā)現(xiàn)SLE病人海馬在靜息狀態(tài)下表現(xiàn)為高代謝?？舨款~上回位于內(nèi)側(cè)眶額皮質(zhì)[19]，主要參與大腦的認(rèn)知及執(zhí)行功能，是控制認(rèn)知沖動的主要腦區(qū)[20-21]。既往研究[22]發(fā)現(xiàn)SLE 病人左側(cè)眶部額上回的度中心性降低，且與MMSE 得分呈正相關(guān)，提示左側(cè)眶部額上回與SLE 病人認(rèn)知功能損傷有關(guān)。尾狀核是基底神經(jīng)節(jié)的重要組成部分，與強(qiáng)化學(xué)習(xí)和運動控制有關(guān)。本研究結(jié)果與上述研究結(jié)果存在一定的吻合。既往研究[23]認(rèn)為SLE 病人存在認(rèn)知功能障礙，其中記憶、注意力、執(zhí)行控制和語言流暢性受影響最嚴(yán)重，上述腦區(qū)均與執(zhí)行、認(rèn)知功能相關(guān)，且不同認(rèn)知狀態(tài)SLE 病人上述腦區(qū)動態(tài)腦功能活動變化一致，推測這些腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能的改變可能是SLE 病人發(fā)病的基礎(chǔ)。

本研究結(jié)果顯示，SLE 病人的dALFF 值均高于正常人，但MoCa-L 病人左側(cè)眶部額上回、右側(cè)尾狀核dALFF 值高于MoCa-H 病人，提示SLE 病人的dALFF 值可能是在疾病進(jìn)展過程中逐漸升高，當(dāng)升高到一定程度才會發(fā)生認(rèn)知功能的損傷。之前的研究發(fā)現(xiàn)SLE 病人隨著眶部額上回的ReHo 降低，MMSE 得分也降低[24]；Zhu 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，執(zhí)行記憶任務(wù)時雙側(cè)尾狀核激活強(qiáng)度增高；SLE 病人左側(cè)尾狀核的ReHo 值降低在之前的研究中也有報道[24]，這與本研究結(jié)果存在一定的吻合，并且相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)在SLE 病人中隨著右側(cè)尾狀核功能活動時間變異性的減低，MoCa 得分增高，進(jìn)一步驗證了上述推測。SLE 是一種以高水平自身抗體為特征的慢性自身免疫性疾病，相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)隨著C4 水平的減低，右側(cè)尾狀核的dALFF 值增高，進(jìn)而可引起認(rèn)知功能異常，推測右側(cè)尾狀核dALFF 值的改變可能是免疫反應(yīng)作用的結(jié)果，能夠據(jù)此反映SLE 病人認(rèn)知功能變化。

此外，ROC 分析顯示，雙側(cè)顳極顳上回、左側(cè)眶部額上回、雙側(cè)海馬、左側(cè)顳上回、右側(cè)尾狀核、左側(cè)角回的dALFF 值能在一定程度上區(qū)分HC 及不同認(rèn)知狀態(tài)的SLE 病人，其中左側(cè)角回鑒別HC 和MoCa-H 病人的診斷效能最佳，右側(cè)海馬鑒別HC和MoCa-L 病人的診斷效能最佳，右側(cè)尾狀核和左側(cè)眶部額上回鑒別MoCa-H 和MoCa-L 病人具有中等診斷效能，這些腦區(qū)均與SLE 病人的認(rèn)知、執(zhí)行功能有關(guān)，其dALFF 值的改變可能有助于識別SLE病人以及不同認(rèn)知狀態(tài)SLE 病人。由于目前認(rèn)知障礙的診斷尚無明確的標(biāo)準(zhǔn)，且一些癥狀較為隱蔽容易漏診，SLE 病人認(rèn)知功能障礙的診斷仍然是臨床工作的難點，盡管在鑒別MoCa-H 和MoCa-L 病人方面差異腦區(qū)的dALFF 值表現(xiàn)出中等診斷效能，但這一發(fā)現(xiàn)為臨床上識別不同認(rèn)知狀態(tài)以及對認(rèn)知功能的客觀評估提供了一種新的可能。

本研究存在一定的局限性：（1）本研究是橫斷面的研究，未關(guān)注到疾病變化過程中腦功能的改變，未來可進(jìn)一步對疾病進(jìn)行隨訪，進(jìn)行縱向的研究；（2）本研究的樣本量較少，可能在一定程度上會限制結(jié)果的解釋，未來可以擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步論證；（3）免疫抑制劑的使用可能會對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

綜上，不同認(rèn)知功能狀態(tài)的SLE 病人dALFF值均存在異常，部分差異腦區(qū)的dALFF 值在鑒別SLE 病人及不同認(rèn)知SLE 病人方面表現(xiàn)出較好的診斷效能，SLE 病人dALFF 值與臨床數(shù)據(jù)、神經(jīng)量表之間具有一定的相關(guān)性，提示差異腦區(qū)的dALFF值可以作為潛在的識別SLE 病人及監(jiān)測SLE 病人疾病變化的影像學(xué)標(biāo)志物。