基于靜息態功能磁共振的急性甲亢肌病度中心性研究

匡雅琪 黃雪梅 李馨 黃振興 葉偉 盧德成 周嘉 羅佐杰

廣西醫科大學第一附屬醫院1內分泌科，2放射科（南寧530021）

急性甲亢肌病（acute thyrotoxic myopathy，ATM），亦稱為急性甲亢腦病，是甲亢較少見但嚴重的并發癥。患者除一般甲亢癥狀外，如出現吞咽困難、飲水嗆咳、發音困難、呼吸困難、咽反射減弱或者消失等延髓麻痹癥狀，并排除其他可致延髓麻痹的疾病后即可診斷為該病［1］。該病起病隱匿，病勢兇險，可與甲亢危象并存，引起呼吸肌麻痹時可見呼吸困難，甚或呼吸衰竭，危及生命［2］。除上述延髓麻痹癥狀外，ATM 患者也存在明顯的甲狀腺毒癥［1，3］，既往大量研究［4-6］表明，延髓麻痹或甲狀腺激素的亢進可以導致大腦局部腦區的異常功能性變化。因此，探究急性甲亢肌病所導致的大腦腦區的異常活動是十分必要的。靜息態功能磁共振（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）技術是一種新的研究人腦功能的方法，具有無創、重復性強、易定位、時間和空間分辨率高的特點［7］，已廣泛應用于帕金森［8］、阿爾茲海默癥［9］等多種疾病。其中，度中心性（degree centrality，DC）反映了每個腦區或體素與大腦其余腦區即時功能連接的數量，可以用作評估全腦網絡中區域的重要性分布［10］。對比其他的網絡中心性指標，DC具有更高的可靠性和更少的變異［11］。目前，國內外對于探討ATM 患者大腦腦區DC 變化的研究甚少，對ATM 這一疾病的發病及發展進程認識不足，因此，本研究首次應用基于體素的DC 技術分析ATM 患者的靜息態腦功能網絡屬性的改變，并分析該改變與ATM 臨床癥狀的關聯，從而進一步研究ATM 的發病機制，為ATM 的早期診斷提供研究基礎和理論意義。

1 對象與方法

1.1 研究對象選取2018年1月至2019年6月在廣西醫科大學第一附屬醫院內分泌科初診且未行治療的16 例ATM 患者（男3 例，女13 例）臨床資料，年齡16 ～67 歲，平均（36.25 ± 12.80）歲。選擇同期選入的年齡及性別匹配的健康志愿者16 例（男3 例，女13 例）為對照組，年齡18 ～34 歲，平均（26.31 ± 4.00）歲。納入標準：（1）結合患者臨床癥狀及相關實驗室檢查結果，符合ATM 診斷標準的患者；（2）急性甲亢肌病癥狀評分法［12］（acute thyrotoxic myopathy symptoms evaluation，ATMSE）＞3 分；（3）獲得患者及其法定監護人的知情同意；（4）漢族；（5）右利手。排除標準：（1）精神狀況不穩定或既往有精神病病史的患者；（2）既往吸毒或酗酒者；（3）有嚴重的心臟、肝臟、腎臟或其他器官損害者；（4）由其他疾病引起的甲狀腺功能異常者；（5）孕婦或哺乳期婦女；（6）有MRI 檢查禁忌證者。所有被試均簽署了本實驗知情同意書，且通過了廣西醫科大學倫理委員會的審核批準。

1.2 研究方法

1.2.1 臨床癥狀評估本課題組通過總結多年ATM 臨床經驗，于2013年首次提出評估ATM 延髓麻痹的癥狀評分系統［12］ATMSE，若評分結果＞3分，則認為患者存在延髓麻痹癥狀。詢問患者一般狀況并采集臨床資料，包括性別、年齡、甲狀腺疾病病史、精神疾病家族史及臨床表現等。所有受試對象均在行頭顱功能磁共振掃描當日進行ATMSE 評估，且空腹采取其肘靜脈血標本，測定FT3、FT4、TSH 及TGAb 值（正常值范圍：FT3：3.60 ～6.00 pmol/L；FT4：7.86 ～14.41 pmol/L；TSH：0.34 ～5.65 mIU/L；TGAb：＜30%）。

1.2.2 數據采集MRI 掃描均采用帶有高分辨率8 通道頭線圈的飛利浦3.0T MRI 掃描儀（Philips Achieva 3.0T，the Netherlands）。 在開始掃描之前，告知被試所有注意事項和禁忌癥。對所有被試者先進行常規軸面T1WI 及T2WI 掃描，以排除顱內器質性病變，進而進行解剖及功能像的掃描。

功能像掃描采用梯度回波單次激發回波平面成像（echo planar imaging，EPI）序列，具體參數如下：共掃描31 層，每層厚5 mm，回波時間（echo time，TE）=30 ms，重復時間（repetition time；TR）=2 000 ms，翻轉角（flip angle，FA）=90°，視野（field of view，FOV）=220 mm×220 mm，矩陣=64×64，體素大小=3.44 mm×3.44 mm×5 mm。每個被試掃描過程至少耗時374 s，且包含240個連續時間點。

1.2.3 rs-fMRI 數據處理采用restplus 軟件（http：//www.restfmri.net）在MATLAB R2013b 平 臺上進行數據的預處理。首先去除前10 個時間點圖像，對剩余的170 個時間點的數據進行時間層校正及頭動校正，并且使用標準EPI 模板進行空間標準化，然后對其進行去線性漂移、低頻濾波（0.01 ～0.08 Hz），最后將白質和腦脊液、6 個方向頭動參數以及全腦信號等全部無關信號通過回歸去除。

對上述經過預處理后的數據采用SPM12 軟件（https：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）進行DC 值的計算。提取每個體素血樣飽和水平（blood oxygen level dependent，BOLD）的時間序列，將其與大腦內所有其他體素進行相關性分析，對于相關系數大于0.2 的體素進行DC 計算，將每個體素的DC 值進行Fisher-Z 變換，從而得到每個被試大腦灰質DC值的Z 分圖像。最后使用8 mm × 8 mm × 8 mm 的半高全寬（full width at half maximum，FWHM）高斯核對圖像進行空間平滑，平滑后的圖像才可用于統計學分析。

1.3 統計學方法臨床資料采用SPSS 17（SPSS，Chicago，IL，USA）軟件進行分析。正態分布數據采用均數±標準差，非正態分布數據使用中位數M（P25，P75）表示，組間比較使用t檢驗，計數資料的分析采用χ2檢驗，以P＜0.05 為差異用統計學意義。采用SPM12 軟件分析ATM 患者組及正常對照組的DC 值差異，兩組間比較使用兩樣本t檢驗（P＜0.001，FWE 校正）。最后將DC 值分別與血清FT3、FT4值以及ATMSE 評分結果進行Person 相關性分析，P＜0.05 則認為存在相關性。

2 結果

2.1 臨床資料ATM 患者組和正常對照組的臨床資料見表1。經χ2檢驗，兩組性別分布差異無統計學意義（χ2=0.00，P=1.00）；經獨立樣本t檢驗，兩組年齡及受教育程度差異也無統計學意義（t=1.461，P=0.153；t=-1.529，P=0.137）。

2.2 DC 結果與正常對照組相比較，ATM 患者組無DC 值上升的腦區，而在左側運動輔助區及背外側額上回的DC 值明顯降低，差異有明顯統計學意義（P＜0.001，FWE 校正），異常腦區可見表2、圖1。

2.3 相關性分析對ATM 患者進行臨床特征評 分，其ATMSE 分值與血清FT3、FT4值呈正相關（r= 0.603，P= 0.013；r= 0.590，P= 0.016，圖2）。ATM 組異常活動腦區DC 值與患者首次發病年齡呈正相關（r= 0.514，P= 0.041，圖3），并且與血清TGAb 值呈負相關（r=-0.532，P= 0.034，圖3）。而與血清FT3、FT4及ATMSE 評分無相關性（P＞0.05）。

表1 ATM 患者組和正常對照組的臨床資料Tab.1 The clinical data of patients with ATM and healthy controls ±s>，M（P25，P75）

表1 ATM 患者組和正常對照組的臨床資料Tab.1 The clinical data of patients with ATM and healthy controls ±s>，M（P25，P75）

注：BMI=體質量指數；FT3=游離三碘甲腺原氨酸；FT4=游離甲狀腺素；TGAb=抗甲狀腺球蛋白抗體；ATMSE=急性甲亢肌病癥狀評分法

項目年齡（歲）性別（男：女）受教育年限（年）BMI（kg/m2）FT3（pmol/L）FT4（pmol/L）TGAb（%）病程（月）ATMSE ATM患者組（n=16）36.25±12.80 3：13 13.13±4.13 20.88±2.62 26.37（6.89 ～65.94）48.64（16.59 ～75.32）17.59（2.78 ～73.02）1.19±0.74 10.25±3.57正常對照組（n=16）26.31±4.00 3：13 18.19±2.23 19.91±2.51 4.90（3.96 ～5.67）10.62（7.99 ～14.20）9.23（2.77 ～22.19）--P值0.154 1.000 0.137 0.290＜0.001＜0.001 0.145-

表2 ATM 患者組與正常對照組相比DC 值異常的腦區Tab.2 Regions showing differences in DC values between groups

表3 ATM 患者異常腦區的DC 值與臨床資料之間的相關性（r 值）Tab.3 Correlation analysis between the DC values and clinical data of ATM patients

3 討論

DC 的計算可以基于體素水平上描述單個體素傳遞信息至其他腦區的能力，從而衡量某個指定體素在整個大腦區域中的重要性［13］。目前為止，本實驗是首次應用DC 技術分析急性甲亢肌病與正常對照組的腦功能網絡連接屬性差異的研究。本研究發現ATM 患者左側補充運動區及背外側額上回的DC 值明顯降低，提示對比正常對照組，ATM 患者上述腦區存在異常功能性活動，導致其與大腦其他區域連接性明顯減少，其信息傳遞能力也顯著下降。

額上回位于前額葉上部，主要包括BA（Brodmann Area）6、8、9 和32 區［14］，其中，補充運動區位于Brodmann 6 區的內側［15］，Brodmann 6 區主要參與運動控制過程［16］。既往研究曾基于解剖連接模式將額上回分割為前內側、背外側及后部這3 個亞區，并且額上回后部亞區的位置與部分補充運動區一致，且極其接近Brodmann 6 區的后部［17］。亦有研究表明利用彌散張量成像技術（diffusion tensor imaging，DTI）可發現額上回后部亞區與丘腦、中央前回、中扣帶等參與機體感覺運動及語言相關的腦區存在解剖連接［18］。提示補充運動區參與包括語言在內的運動控制。本研究發現ATM 患者左側補充運動區DC 值明顯降低，表示ATM 患者較正常對照組其補充運動區與大腦其余腦區的功能連接性降低。ATM 患者常存在不同程度的構音障礙、聲音嘶啞［1］和進行性四肢無力，伴肌纖維不自主震顫［19］，上述癥狀的出現考慮與大腦補充運動區的異常功能性變化有關。背外側額上回與外側前額葉皮質之間存在相互連接［20］，共同協調參與工作記憶［21］、情景記憶［22］、注意［23］等各種各樣的認知執行功能，ATM 患者臨床癥狀存在異質性，少數可出現語言錯亂、計算力下降、幻覺等認知功能受損，甚至出現椎體束和皮質延髓束功能障礙［24］，本研究發現背外側額上回的DC 值降低，提示背外側額上回在ATM患者的臨床癥狀中扮演著重要角色。

圖1 ATM 患者組DC 值下降的腦區（P＜0.001，FWE校正）Fig.1 The brain regions of decreased DC values in patients with ATM

圖2 ATMSE 與血清FT3、FT4值的相關性分析Fig.2 Correlation analysis between the ATMSE scores and the serum FT3，FT4 values

圖3 腦區DC 值與臨床資料的相關性分析Fig.3 Correlation analysis between the DC values of the left supplementary motor area and the dorsolateral superior frontal gyrus in patients with ATM and the clinical symptoms

ATM患者存在明顯的甲狀腺毒癥，臨床上多表現為甲狀腺激素（thyroid hormone，THs）的亢進。THs 升高會破壞基礎代謝并改變線粒體的呼吸頻率，調節活性氧（ROS）的產生，并且通過多種途徑調節神經元抗氧化機制［25-26］，而氧化應激的不平衡會對神經小體造成嚴重損害［27］。此外，背外側額上回及補充運動區均位于大腦額葉皮層，額葉皮質-紋狀體回路的功能活動主要受多巴胺能的神經調節信號影響［21］，THs 可以加速腦多巴胺的代謝［28］，推測上述作用機制可能在一定程度上影響補充運動區及背外側額上回的功能，導致其DC值降低，從而表現出ATM 相應的臨床癥狀。

此外，本研究還發現ATMSE 評分結果與血清FT3、FT4值存在正相關，即甲狀腺功能越亢進，ATM 患者相關臨床癥狀表現越嚴重。本研究入組ATM 患者大多繼發于彌漫性甲狀腺毒癥，即Graves 病，存在THs 和甲狀腺自身免疫性抗體（包括TGAb）增高。本研究結果表明背外側額上回及補充運動區DC 值與發病年齡呈正相關，與血清TGAb 值呈負相關。即發病年齡越小、血清TGAb水平越高，DC 值越小，背外側額上回及補充運動區功能恢復越差；反之，DC 上升值越大，上述腦區功能恢復越顯著。既往研究發現TGAb 水平升高會導致運動控制及認知能力的障礙［29］，亦有文獻指出額葉皮層神經的最終發育成熟過程處于青少年時期，易受多種環境因素的影響。提示ATMSE評分、年齡及血清TGAb 在臨床上描述ATM 嚴重程度有參考意義。

然而，本研究尚存在一些不足之處。由于ATM 發病少見，導致入組樣本量較少，研究結果不免受到實驗誤差的影響。有文獻指出低樣本量會減少腦功能磁共振研究的復制性［30］，并且隨著樣本量的增加，研究的可重復性、統計檢驗力以及結果的準確性都有較大提升［31］，這在一定程度上解釋了ATM 患者異常腦區DC 值與血清FT3、FT4以及ATMSE 評分結果無明顯相關性的原因，今后將繼續增加樣本量以進一步分析ATM 患者腦區異常變化及其發病機制。

綜上所述，本研究首次應用靜息態功能磁共振DC 指標探討ATM 患者腦功能網絡的變化，發現背外側額上回及補充運動區是ATM 患者發生異常功能性變化的腦區，提示ATM 患者相關臨床癥狀與腦功能改變之間的相關性，表明腦功能的改變是ATM 疾病發生及發展的重要因素。以后可以探討經過治療后ATM 患者的腦功能變化情況，從而進一步驗證本研究的結果以及為ATM 的診治提供新的理論依據和實驗基礎。