額葉腫瘤靜息態功能磁共振比率低頻振幅的研究*

趙翠花，陶玲，俞宙，武江芬，孫金洋，周暉

(南京航空航天大學自動化學院，南京 210016)

1 引 言

額葉腫瘤是顱內常見腫瘤，其發生率居目前各部位腦腫瘤首位，約占顱內腫瘤總數的1/5。在神經外科的腦腫瘤手術中，必不可少地要清除一些即將失活的腦組織，有觀點認為，腦腫瘤手術范圍越大、腫瘤切除越徹底越好，很少考慮患者的認知功能。而隨著認知神經科學的快速發展，人類大腦的神經機制及高級認知功能如學習、 記憶、注意、意識、情緒等的研究受到廣泛關注。在臨床上，額葉腫瘤患者不僅表現有局部功能的認知下降癥狀，在平躺靜息狀態下也常伴隨有認知、聽覺、情感和行為等認知缺陷[1-5]。因此，了解腫瘤患者認知發生變化的病理、生理機制，對患者治療、護理和生活質量的改善具有重大意義。

隨著影像技術的發展，功能磁共振成像技術(functional magnetic resonance imaging，fMRI)已經成為目前人們所掌握的唯一具有無創傷、無輻射性、高時空分辨率等多重優勢的腦功能檢測方法，其基于血氧水平依賴(blood-oxygen level dependent，BOLD)原理，是研究人腦自發活動的最佳手段之一。靜息態fMRI自發性比率低頻振幅(fractional amplitude of low frequency fluctuation，fALFF)方法是間接的通過觀察腦功能活動的BOLD信號相對基線變化的比值，提示腦部神經元的自發活動，已用于重度抑郁癥、注意缺陷多動障礙的研究[6-7]。本研究在靜息狀態下采用fALFF方法研究了額葉腫瘤患者與正常被試的腦部自發性神經活動的變化，旨在從能量的角度探討額葉腫瘤患者腦功能改變的病理生理機制。

2 材料和方法

2.1 材研究對象

研究采用的14例額葉腫瘤患者靜息態fMRI數據均來自南京醫科大學附屬醫院南京腦科醫院影像科，并招募了14名健康志愿者，性別、年齡和受教育程度均與額葉腫瘤數據相匹配。所有參與者都獲得書面知情同意書。該研究經南京腦科醫院院醫學倫理委員會批準通過。

2.2 數據采集

數據采集使用德國西門子3.0 T超導磁共振掃描儀進行數據采集。受試者在整個掃描過程中保持平臥及閉目休息狀態，并固定頭部，用橡皮耳塞降低噪音。采用梯度回波-平面回波成像(GRE-EPI)序列：TR/TE=2 000 ms/30 ms，翻轉角(FA)=90°，掃描層數=30層，視野(FOV)=240 mm×240 mm，采集矩陣=64×64，掃描時間持續280 s。

2.3 數據處理分析

2.3.1數據處理 使用DPARSF軟件(http://rfmri.org/DPARSF)進行圖像處理。為排除開始磁共振掃描時的磁場不均勻及受試者不適應對結果造成的影響，剔除前10個時間點的數據，保留130個時間點的數據進行分析。(1)預處理：首先對圖像進行DICOM格式轉換、時間及空間上的對齊，頭動校正，剔除頭動平動大于2 mm、轉動大于2°的被試，再將圖像配準到標準空間，并以3 mm的各向同性的體素進行采樣，而后對圖像數據以4 mm×4 mm×4 mm全寬半高進行高斯平滑，以提高圖像的信噪比。(2)fALFF分析：將預處理后的數據進行去線性漂移，無須經過帶通濾波。然后，將低頻率(0.01 Hz

2.3.2統計分析 利用SPM8軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對額葉腫瘤組和正常對照組標準化后的fALFF腦圖進行統計分析，組內統計采用單樣本t檢驗，兩組間的差異采用獨立雙樣本t檢驗，當P<0.05(AlphaSim校正)且叢大小>2673 mm3(99個體素)時，認為差異具有統計學意義。結果用Xjview軟件讀取，并在蒙特利爾(montreal neurological institute, MNI)坐標上確定有統計意義的腦區的具體解剖位置。

3 結果

3.1 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值升高的腦區

額葉腫瘤組與正常對照組相比，在右側顳上回、右側眶額回、右側顳中回、右側輔助運動區、左側海馬旁回、左側后扣帶回、左側內側和旁扣帶回及旁中央小葉，見表1。

3.2 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值降低的腦區

與正常對照組相比，額葉腫瘤組fALFF值降低的腦區主要集中在雙側背外側額上回、雙側內側額上回和小腦，見表2。

3.3 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值發生變化的腦區位置顯示

用SPM8軟件對額葉腫瘤組和正常對照組標準化后的fALFF腦圖進行獨立雙樣本檢驗，得到統計結果SPMT_0001圖，用Xjview軟件對結果進行查看，見圖1、圖2。

表1 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值升高的腦區

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素個數大于99。

表2 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值降低的腦區

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素值大于99個。

圖1 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值變化的腦區紅色表示升高，藍色表示降低

圖2 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值變化的腦區

4 討論

結果顯示，與正常對照組相比，額葉腫瘤組在右側顳葉、右側眶額回、右側輔助運動區、左側海馬旁回、左側后扣帶回和左側內側和旁扣帶區域的fALFF值升高，而在雙側背外側額上回、雙側內側額上回和小腦的fALFF值均降低。fALFF可以探測大腦自發活動產生血氧水平依賴信號變化的局部強度，能反映大腦局部腦區的激活強度，異常的fALFF說明了該腦區功能異常[8]。本研究表明，在靜息態下額葉腫瘤患者的額葉功能活動降低，這與額葉腫瘤部分組織的失活有關。前額葉是執行能力的高級皮層，執行功能缺陷在額葉腫瘤患者認知損傷中表現比較明顯。同時觀察表2可知，額葉腫瘤患者的左側額葉的損傷程度較右側嚴重，這與之前利用神經心理測驗方法及威斯康辛卡片分類測驗和連線測驗方法對額葉腫瘤執行功能的評估結果相一致[9-10]。此外，較對照組而言，小腦區域的激活在額葉腫瘤患者組中更低。小腦在時間監測、空間記憶中起重要作用，這也從影像學角度解釋了額葉腫瘤患者表現出記憶力減退，自知力和判斷力逐漸喪失，對時間的定向力存在障礙等現象。表1中除旁中央小葉和輔助運動區外，其余腦區均位于Raichle等[11]提出的人腦靜息態下存在的默認網絡(default mode network，DMN)區域內，而DMN的功能活動與情景記憶的提取、認知和情感發生過程以及維持大腦對周圍環境自省狀態的監測有關。可推測DMN腦區出現高激活區域是因為額葉腫瘤患者的額葉所喪失的功能在DMN腦區中得到了補償。在此之前，大量的腦損傷、腦功能成像和電生理研究證實了額葉對社會認知的重要作用[12-14]。汪凱等人[15]的研究也顯示額葉損傷的患者認知存在損傷。郭紅軍等[16]研究發現額葉腫瘤患者存在明顯的認知功能障礙，右側腫瘤患者的認知功能損害更嚴重，本研究的結果與其相一致。

本次研究還發現額葉腫瘤患者右半腦輔助運動區的fALFF值顯著增高，輔助運動區在運動和策劃中扮演重要角色[17]。由于額葉被認為存在輔助運動區、運動前區，通常在作復雜、協調動作時起作用[18-19]，但當病變影響到主要運動區時，也可能起到一定的代償作用[20]。額葉是大腦發育中最高級的部分，它包括初級運動區、前運動區和前額葉，而旁中央小葉是前運動皮層的一部分，這個負責運動的皮層活動異常增加，可能是因為腫瘤誘導了腦功能重組，在額葉腦區發生了功能代償[21-22]，但是具體神經機制及是否與認知功能有關尚需進一步深入的研究。

5 結論

本研究采用比率低頻振幅測量技術，從能量的角度探討額葉腫瘤患者認知功能失調的病理機制。研究表明，默然網絡在一些主要的功能區如扣帶回后皮質/楔前葉、顳葉皮質等區域都出現明顯激活，激活區域與已知的結論基本吻合，在小腦處的激活明顯降低，該研究結果說明額葉腫瘤患者的默然網絡和小腦均發生了明顯的功能損害，而在旁中央小葉和輔助運動區出現明顯激活，可推測其與額葉腫瘤運動障礙的代償有關。這一結果有助于從系統功能的角度了解額葉腫瘤患者的某些臨床癥狀的發病機理，為早期額葉腫瘤臨床癥狀的研究和腫瘤切除手術提供一定的幫助。