腦腫瘤患者認(rèn)知異常的靜息態(tài)腦功能成像研究

孫驍俊 袁建華 丁忠祥 毛德旺 李玉梅

臨床上，腦腫瘤患者常伴有認(rèn)知、語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)等功能缺陷[1]，對(duì)其預(yù)后及生活質(zhì)量的影響較大。目前，關(guān)于腦腫瘤對(duì)患者語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)等功能影響的研究較多，而對(duì)認(rèn)知功能改變的研究較少。因此，本研究采用靜息態(tài)腦功能成像方法，對(duì)靜息態(tài)功能磁共振成像（rs-fMRI）數(shù)據(jù)進(jìn)行局部一致性影像（regional homogeneity，ReHo）、低頻振幅影像（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）處理，以確定腦腫瘤患者認(rèn)知異常的腦區(qū)位置，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 選擇2014年1月至2015年12月本院收治的19例腦腫瘤患者為腦腫瘤組，其中男13例，女6例；年齡 29～73（52±11）歲；轉(zhuǎn)移瘤 12 例，膠質(zhì)瘤 7 例。入組標(biāo)準(zhǔn)：腫瘤為主要位于額、顳、頂、枕葉的幕上腫瘤。排除標(biāo)準(zhǔn)：曾行開(kāi)顱手術(shù)，患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病，有家族神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，掃描過(guò)程中頭動(dòng)＞2mm、2°，不適合MRI掃描者。另選同期在本院行健康體檢且與腦腫瘤組年齡、性別匹配的23例志愿者為對(duì)照組，其中男9例，女性 14 例；年齡 49～85（57±9）歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)疾病，無(wú)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)、視覺(jué)系統(tǒng)疾病，無(wú)語(yǔ)言障礙，矯正視力正常。排除標(biāo)準(zhǔn)：患有神經(jīng)系統(tǒng)疾病，有家族神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，掃描過(guò)程中頭動(dòng)＞2mm、2°，不適合MRI掃描者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核通過(guò)，所有受檢者簽署知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

1.2.1 成像設(shè)備及掃描方法 使用德國(guó)Siemens Trio 3.0T MR掃描儀、雙通道相控陣頭顱CP線圈，選擇CH-PC參考線定位?；颊呦韧瓿沙Ｒ?guī)掃描序列，再完成血氧水平依賴回波（EPI-BOLD）序列、3D T1磁化準(zhǔn)備快速梯度回波（MPRAGE）序列。

1.2.2 掃描參數(shù) EPI-BOLD序列：TR2 000ms，TE30ms，層厚3.2mm，層間距0.8mm，共31層，矩陣64×64，F(xiàn)OV220mm×220mm，體素大小 3mm×3mm×4mm，反轉(zhuǎn)角 90°，掃描時(shí)間 484s。MPRAGE 序列：TR 8.5ms，TE 3.2ms，反轉(zhuǎn)角 15°，F(xiàn)OV 250mm×250mm，矩陣 256×256，層數(shù)176層，層厚1mm，掃描時(shí)間284s。

1.2.3 預(yù)處理 先通過(guò) RESTPLUS軟件（http：//www.restfmri.net）將原始醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（DICOM）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為NIFTI格式數(shù)據(jù)。去除前10個(gè)時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以排除開(kāi)始掃描時(shí)磁場(chǎng)不均勻及受試者不適應(yīng)對(duì)結(jié)果造成的影響。將數(shù)據(jù)配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)空間，并將3mm的各向同性體素進(jìn)行采樣，而后對(duì)圖像數(shù)據(jù)以6mm的高斯核作平滑處理。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 （1）ALFF數(shù)據(jù)分析：將完成預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行去線性漂移，對(duì)0.01～0.08Hz下信號(hào)的功率譜與全部能量范圍相除，就可以得到ALFF的值，再去除生理原因帶來(lái)的噪聲。對(duì)全腦體素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化配準(zhǔn)后得到mALFF。（2）ReHo數(shù)據(jù)分析：通過(guò)去線性漂移，提取0.01～0.08 Hz低頻振蕩信號(hào)，得到腦內(nèi)體素與周圍相鄰26個(gè)體素時(shí)間序列上的一致性，得到該體素的肯德?tīng)柡椭C系數(shù)（KCC）。腦腫瘤組與對(duì)照組均完成ALFF及ReHo換算。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 應(yīng)用RESTPLUS軟件進(jìn)行分析。腦腫瘤組與對(duì)照組標(biāo)準(zhǔn)化后的ALFF及ReHo值的比較采用雙樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果用自帶的viewer軟件讀?。徊⒃诿商乩麪枺∕NI）坐標(biāo)上確定P＜0.01且連續(xù)體素＞6個(gè)的腦區(qū)具體解剖位置。

2 結(jié)果

2.1 腦腫瘤組較對(duì)照組ALFF值升高的腦區(qū) 腦腫瘤組較對(duì)照組ALFF值升高的腦區(qū)主要有雙側(cè)額下回、雙側(cè)顳中回、雙側(cè)海馬旁回、右側(cè)前扣帶回（均P＜0.01），見(jiàn)圖1（插頁(yè)）。以上各腦區(qū)具體解剖位置的MNI坐標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 腦腫瘤組較對(duì)照組ALFF值升高的腦區(qū)MNI坐標(biāo)

2.2 腦腫瘤組較對(duì)照組ReHo值升高的腦區(qū)比較 腦腫瘤組較對(duì)照組ReHo值升高的腦區(qū)主要有中腦、左側(cè)顳中回、雙側(cè)顳上回、雙側(cè)海馬旁回、雙側(cè)前扣帶回、雙側(cè)頂上回、雙側(cè)額下回、雙側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（均P＜0.01），見(jiàn)圖2（插頁(yè)）。以上各腦區(qū)具體解剖位置的MNI坐標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 腦腫瘤組較對(duì)照組ReHo值升高的腦區(qū)MNI坐標(biāo)

3 討論

rs-fMRI通過(guò)人腦靜息狀態(tài)下的自發(fā)低頻信號(hào)（＜0.1Hz）進(jìn)行成像，再通過(guò)數(shù)據(jù)后處理從而得到靜息態(tài)功能連接（RSFC）[2]。在組水平的研究中，ReHo、ALFF這兩種方法被較多用于全腦水平的疾病研究，如抑郁癥[3]、焦慮癥[4]、失眠癥[5]、阿爾茲海默病、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、癲癇等。本研究采用靜息態(tài)腦功能成像方法，對(duì)rs-fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行ReHo、ALFF處理，以探討腦腫瘤對(duì)大腦神經(jīng)活動(dòng)產(chǎn)生的影響。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，腦腫瘤組雙側(cè)額下回、雙側(cè)顳中回、雙側(cè)海馬旁回、右前扣帶回區(qū)域的ALFF值均明顯升高；中腦、左側(cè)顳中回、雙側(cè)顳上回、雙側(cè)海馬旁回、雙側(cè)前扣帶回、雙側(cè)頂上回、雙側(cè)額下回、雙側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的ReHo值均明顯升高。

額下回被認(rèn)為是組成認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分，主要起到注意、抑制、刺激資源分配的作用。本研究結(jié)果顯示，腦腫瘤組較對(duì)照組在雙側(cè)額下回的激活程度增高。額下回常與抑制反應(yīng)相關(guān)，抑制反應(yīng)包含辨別刺激、選擇反應(yīng)、察覺(jué)沖突以及對(duì)激活狀態(tài)的抑制等[6]。姜曉薇等[3]提出抑郁癥患者的雙相情感障礙及首次發(fā)作的重性抑郁障礙存在左側(cè)額下回的ALFF表現(xiàn)為異常活動(dòng)的增強(qiáng)。且額下回活動(dòng)的增加還可以導(dǎo)致憤怒情緒的產(chǎn)生[7]。這可能與雙向障礙和重性抑郁障礙患者常表現(xiàn)出易激惹狀態(tài)有關(guān)。這提示腦腫瘤患者可能存在與抑郁相關(guān)疾病的發(fā)病基礎(chǔ)，需關(guān)注這方面的疾病改變。顳葉是情感調(diào)節(jié)環(huán)路中的一個(gè)重要組成部分，是人類情緒調(diào)節(jié)能力的調(diào)控部位。抑郁癥患者當(dāng)面對(duì)正性刺激時(shí)，其在顳葉、島葉、頂葉、基底神經(jīng)區(qū)域常表現(xiàn)為腦功能區(qū)的活動(dòng)減低[8]。本研究顯示腦腫瘤患者的顳中回激活較對(duì)照組升高，但有研究表明抑郁癥患者的顳葉灰質(zhì)體積減少[9]，因此機(jī)體產(chǎn)生的代償作用可以使剩余的顳葉組織在局部活動(dòng)代償性增強(qiáng)。前扣帶回及海馬旁回參與了邊緣系統(tǒng)的組成，當(dāng)邊緣系統(tǒng)的通路及結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致很多認(rèn)知功能的損害。有研究表明腦卒中后抑郁患者的前扣帶回及海馬旁回的體積較正常人明顯縮小，產(chǎn)生的應(yīng)激壓力最終使得杏仁核功能紊亂[10]。同時(shí)還有文獻(xiàn)指出海馬旁回的活躍與失眠的代償有關(guān)[11]。Griessenberger等[12]研究發(fā)現(xiàn)海馬旁回異?；钴S的狀態(tài)常出現(xiàn)于長(zhǎng)期失眠癥患者身上，該類患者在情緒調(diào)節(jié)上明顯弱于正常人。因此，筆者認(rèn)為前扣帶回及海馬旁回的強(qiáng)化自發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)是對(duì)這種認(rèn)知損害狀態(tài)的代償反應(yīng)。

本研究中，腦腫瘤組與對(duì)照組ReHo值比較結(jié)果與ALFF值部分重合，即雙側(cè)額下回、雙側(cè)顳中回及邊緣系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)上，低頻振幅與局部一致性表現(xiàn)出了某種程度上的重合。Zeng等[13]研究提出了ReHo值異常增加可能是局部神經(jīng)元放電、傳導(dǎo)的活動(dòng)增強(qiáng)的原因。在這些腦區(qū)的ReHo值、ALFF值的增加，表明了腦腫瘤患者在以上系統(tǒng)異常激活的神經(jīng)元電活動(dòng)具有局部一致性的特征。在ReHo值上，還提示了雙側(cè)頂上回及顳上回的增強(qiáng)。頂葉被認(rèn)為與軀體的感覺(jué)及語(yǔ)言相關(guān)，基于PET的研究表明頂葉的血流量與接受的信息的復(fù)雜程度相關(guān)[14]。既往認(rèn)為顳上回是聽(tīng)覺(jué)皮層。Quirk等[15]利用大鼠進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明了顳上回參與了記憶和注意信息加工。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)雙側(cè)頂上回及顳上回區(qū)域的功能障礙以ReHo值的減低較為多見(jiàn)[16]；而本研究產(chǎn)生的Re-Ho值升高是否為異常增強(qiáng)有待進(jìn)一步研究。此外，本研究結(jié)果顯示腦腫瘤患者輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的ReHo值增高。輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的激活，提示了主運(yùn)動(dòng)的功能受到一定程度的影響，也可能起到一定的代償作用。同時(shí)，本研究還發(fā)現(xiàn)對(duì)于檢出局部異常腦活動(dòng)的能力，ReHo方法較ALFF方法有更高的靈敏度，可以發(fā)現(xiàn)更多的異常腦活動(dòng)區(qū)域，其原因可能源于兩者計(jì)算原理的不同。ReHo方法內(nèi)在的平滑作用，取同樣水平的高斯平滑核使得ReHo方法最后獲得的平滑程度高于ALFF方法的效果，因此本研究使用的相同高斯空間平滑核是最終結(jié)果產(chǎn)生差異的原因。Li等[17]研究結(jié)果也提示，適當(dāng)增加高斯平滑核，ALFF方法會(huì)取得與ReHo方法類似的最終結(jié)果。盡管在本研究中ALFF方法較ReHo方法發(fā)現(xiàn)局部異常腦活動(dòng)區(qū)域的靈敏度要低，但將ALFF方法與ReHo方法的發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一起來(lái)，可以發(fā)現(xiàn)兩者存在著相互補(bǔ)充的能力（興奮性與同步性）。

綜上所述，腦腫瘤患者在額葉、顳葉、邊緣系統(tǒng)及輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)存在著一系列腦部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的變化，激活的區(qū)域與目前對(duì)該腦區(qū)認(rèn)知功能的研究基本符合，且以雙側(cè)大腦半球改變?yōu)槎唷Ｒ虼耍皶r(shí)干預(yù)并治療腦腫瘤患者的認(rèn)知缺陷，對(duì)改善其預(yù)后及生存質(zhì)量有著重要意義。本研究對(duì)患者臨床病史進(jìn)行回顧，發(fā)現(xiàn)8例患者精神狀態(tài)萎靡，2例患者存在睡眠障礙，1例患者存在記憶力障礙，也在一定程度上驗(yàn)證了筆者的假設(shè)。下一步將引入精神量表，細(xì)分腫瘤類型、部位及男女差異等來(lái)完善研究。

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