維吾爾族終末期腎病患者腦局部一致性及功能連接改變

田序偉，阿迪力·阿布來提，邱 婭，鄒 科，鄒小廣

(喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院影像中心，新疆 喀什 844000)

新疆喀什地區(qū)是維吾爾族聚居區(qū)之一，終末期腎病(end stage renal disease,ESRD)，即腎小球濾過率小于15 ml/(min×1.73 m2)或慢性腎衰竭發(fā)展至需接受持續(xù)性腎功能替代治療的腎病[1],發(fā)病率較高[2-4]。ESRD進展過程中可發(fā)生多種神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥，以抽象思維和執(zhí)行功能受損最明顯[5]。隨著應用靜息態(tài)血氧水平依賴功能MRI(blood oxygen level-dependent functional MRI,BOLD-fMRI)觀察腦神經(jīng)的自發(fā)活動及腦功能連接(functional connectivity,FC)的相關研究逐步成熟，有學者[6-7]提出將腦局部一致性(regional homogeneity,ReHo)用于衡量特定腦區(qū)多種神經(jīng)活動的同步性，以加深對于大腦功能復雜性的理解。本研究采用BOLD-fMRI，基于腦區(qū)ReHo及種子點FC方法觀察維吾爾族ESRD患者腦局部一致性及FC的變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2019年6月—2020年1月喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院26例維吾爾族ESRD患者(試驗組)，男16例，女10例。納入標準：①維吾爾族，長期居住于喀什；②年齡17～60歲；③確診ESRD，且持續(xù)性血液透析(簡稱血透)半年以上。排除標準：①神經(jīng)精神心理疾病；②嚴重神經(jīng)系統(tǒng)疾病；③其他系統(tǒng)嚴重疾病；④急性感染；⑤濫用藥物、吸煙、酗酒史；⑥長期服用鋁制劑；⑦MR檢查禁忌證。同時招募21名同區(qū)域長期居住維吾爾族健康志愿者，男7名，女14名。MR檢查前以蒙特利爾認知量表(Montreal cognitive assessment，MoCA)對患者進行認知功能評估。本研究獲院倫理委員會批準[批準號：(2020)快審研第(17)號]，檢查前受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens Aera 1.5T MR掃描儀，20通道頭部磁共振射頻線圈，行頭部掃描。BOLD-fMRI：采用梯度回波-平面回波(gradient-recalled echo-planar imaging，GRE-EPI)序列，TR 2 790 ms，TE 45 ms，矩陣64×64，層厚4.2 mm，層間距7 mm，翻轉角90°，全腦軸位隔層掃描35層，210個時間點。以T1磁化準備快速梯度回波(T1 magnetization prepared rapid gradient echo，T1-MPRAGE)序列采集結構像，TR 2 530 ms，TE 1.94 ms，矩陣256×256，翻轉角7°，正中矢狀位掃描192層，層厚1 mm。

1.3 圖像處理及分析 基于Matlab(2013b)平臺，采用SPM和DPABI軟件[8]對BOLD-fMRI數(shù)據(jù)進行預處理：①去除前10個時間點的數(shù)據(jù)；②以中間層第35層為參照層進行時間層校正；③頭動校正，以頭動平動不超過3 mm且轉動不超過3°為標準，剔除超標準數(shù)據(jù)，生成平均功能像，計算相應頭動參數(shù)逐幀位移指標(frame-wise displacement Jenkinson,FD-Jenkinson)；④配準，將每三維T1WI配準至平均功能像；⑤分割，按照統(tǒng)一分割算法將配準后三維T1WI分割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液；⑥標準化，基于分割算法中的標準化參數(shù)矩陣信息，將平均功能像標準化到蒙特利爾神經(jīng)學院(Montreal neurological institute,MNI)標準空間模板，重采樣體素3 mm×3 mm×3 mm的數(shù)據(jù)；⑦去除協(xié)變量，包括隨掃描進展的線性趨勢、基于Friston 24模型的24個頭動參數(shù)、平均白質(zhì)、腦脊液信號等協(xié)變量。

數(shù)據(jù)分析：①ReHo，對經(jīng)過標準化的數(shù)據(jù)進行濾波(頻段0.01～0.10 Hz)后，采用肯德爾系數(shù)計算每個體素與相鄰26個體素間的一致性，生成ReHo圖，并以半寬全高為4 mm的高斯核對其進行空間平滑；②基于種子點的FC，首先以半高寬為4 mm的各向同性高斯核對標準化數(shù)據(jù)進行空間平滑，之后對經(jīng)過平滑的數(shù)據(jù)進行濾波(頻段0.01～0.1 Hz)；以組間ReHo差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)為種子點，采用Pearson相關計算所選種子點時間序列與全腦各體素的FC情況，獲得FC圖；應用Fisherrtoztransfer對FC圖進行z轉換。

采用DPABI軟件中的雙樣本t檢驗比較組間ReHo及FC圖，以FD-Jenkinson為協(xié)變量[9]，獲得相應統(tǒng)計t圖，并以高斯自由場矯正方式(體素水平P<0.01，團塊水平P<0.05)對統(tǒng)計t圖進行矯正，獲得組間ReHo和FC差異存在統(tǒng)計學意義腦區(qū)的圖像，并根據(jù)自動解剖標簽-90(anatomical automatic labeling,AAL-90)模板得出報告。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示，比較采用t檢驗。采用χ2檢驗比較計數(shù)資料。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

剔除超出頭動標準者后，試驗組及對照組分別納入23例ESRD患者及20名志愿者。試驗組男14例、女9例，年齡16～60歲，平均(37.4±11.0)歲；病程3～120個月，中位病程7個月；血透持續(xù)時間3～72個月，中位血透持續(xù)時間5個月。對照組男7名，女13名，年齡16～60歲，平均(35.2±6.1)歲。

2.1 組間一般資料及頭動參數(shù)比較 組間性別、年齡、MoCA評分及FD-Jenkinson差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，見表1。

表1 ESRD患者與一般資料及頭動參數(shù)比較

2.2 組間ReHo比較 與對照組相比，試驗組右側小腦CrusⅡ和左側楔前葉ReHo顯著下降，見圖1和表2。

圖1 試驗組與對照組ReHo差異具有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)(藍色區(qū)域) (L表示大腦左半球，R表示大腦右半球)

2.3 組間基于右側小腦CrusⅡ及左側楔前葉種子點的FC比較 以右側小腦CrusⅡ為種子點的FC顯示，相比對照組，試驗組右側小腦CrusⅡ種子點與左顳中回和右顳上回的FC顯著下降(表2和圖2A)；以左側楔前葉為種子點的FC顯示，試驗組左側楔前葉種子點與右側楔前葉、左中扣帶回的FC均低于對照組(表2和圖2B)。

表2 試驗組與對照組ReHo及種子點FC差異具有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)

圖2 組間基于種子點FC差異具有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)(藍色區(qū)域) A.以右側小腦CrusⅡ為種子點；B.以左側楔前葉為種子點 (紅色區(qū)域為FC種子點，L表示大腦左半球，R表示大腦右半球)

3 討論

目前對于 ESRD患者出現(xiàn)認知障礙的神經(jīng)機制尚不明確，腦功能連接破壞及自發(fā)性腦活動降低可能是導致ESRD認知障礙的原因[10-12]。部分ESRD患者認知功能異常較為突出，表現(xiàn)為注意力、記憶力、執(zhí)行能力及智力下降[13]。新疆漢族與維吾爾族健康正常人腦MRI測量徑線無明顯差異[14]。本研究對比維吾爾族健康人群與ESRD患者的腦局部自發(fā)活動及FC差異，發(fā)現(xiàn)組間性別、年齡、MoCA評分和頭動參數(shù)差異均無統(tǒng)計學意義，提示本結果受外在因素影響較小，結果準確率較高。

ReHo可直接觀察局部腦區(qū)神經(jīng)活動的時間同步性，間接反映大腦神經(jīng)活動以及腦神經(jīng)網(wǎng)絡連接的細微變化[15-16]。既往研究[17-18]發(fā)現(xiàn)ESRD患者雙側顳上回及顳前葉、左頂下葉等腦區(qū)ReHo減低。小腦與大腦之間存在豐富的神經(jīng)網(wǎng)絡連接；小腦除參與精確調(diào)控運動外，還參與調(diào)控學習記憶、情感等高級腦功能[19]。本研究發(fā)現(xiàn)ESRD患者右側小腦CrusⅡ和左側楔前葉ReHo較對照組下降，且右側小腦CrusⅡ種子點與左顳中回和右顳上回的FC均顯著下降，而ESRD患者認知功能表現(xiàn)與健康正常人無明顯差異，提示fMRI是檢測ESRD潛在認知功能損害早期腦功能改變的有效方法，小腦活動與FC異常為ESRD認知障礙的潛在神經(jīng)機制。

ZHENG等[20]發(fā)現(xiàn)接受血液透析的ESRD患者主要發(fā)生于額葉的腦皮質(zhì)和皮質(zhì)下網(wǎng)絡連接廣泛減弱與其認知功能損害有關，而其內(nèi)側前額葉與左、右側楔前葉的FC隨認知功能受損程度加重而下降。楔前葉主要負責認知功能，涉及情景記憶、視空間、自我相關信息處理及元認知、意識等過程；后扣帶回主要監(jiān)控感覺和立體定位及記憶作用。本研究基于左側楔前葉的種子點進行觀察，發(fā)現(xiàn)ESRD患者左側楔前葉種子點與右側楔前葉、中扣帶回及后扣帶回的FC均低于對照組，提示ESRE患者腦神經(jīng)功能損傷早于其認知行為改變。

綜上所述，維吾爾族ESRD患者右側小腦CrusⅡ和左側楔前葉ReHo及其與顳中回、顳上回、右側楔前葉、中扣帶回和后扣帶回的FC均下降，對評估及治療ESRD具有一定價值。本研究的主要不足之處在于樣本量少，有待擴大樣本量進一步研究。