基于靜息態功能磁共振成像分析帕金森患者靜息態全腦功能連接及輔助診斷

努爾比亞·克然木，王 紅（通訊作者）

（新疆醫科大學第二附屬醫院 醫學影像科，新疆 830063）

帕金森病（Parkinson’s Disease，PD）是一類非常典型的神經系統退行性病變，其臨床表現多為靜止性顫抖、動作遲緩或減少以及語言功能障礙等。此疾病重要病理改變為黑質致密部內的多巴胺能神經元進行性不足導致多巴胺神經介質功能下降，并通過中樞神經環路導致包括整個大腦皮層內廣泛的功能和結構改變［1-3］。目前，功能與結構迅速發展的磁共振成像技術大大推動了臨床上對PD病理與生理機制的研究。安靜或休息狀態功能磁共振成像（resting-statefunctional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）是一項世界領先的在靜止狀態下檢測大腦中自發神經細胞活動的技術，可以基于體素數據驅動快速計算腦功能連接密度（functional connectivity density，FCD），獲取區域內和區域間的自發神經元活動和功能連接的信息［4-6］。本研究擬基于rs-fMRI方法，探討PD患者全腦功能連接的異常腦區分布，并且分析這些異常腦區FCD值對PD的輔助診斷價值。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

采用回顧性分析方法，收集2022年1月至2022年7月本院收治的42例PD患者臨床及MRI資料，選擇同期健康體檢者42例作為對照組。PD組及對照組基線資料差異無統計學意義。每位受試者被納入研究前均簽署知情同意書。

納入標準：①符合《中國帕金森病的診斷標準（2016 版）》［7］原發性帕金森病綜合征診斷標準；②無腦血管病變、腦外傷、腫瘤、精神疾病等其他疾病史；③臨床資料完整，并可以配合完成。排除標準：①入組前正在使用或近期內使用過可能影響病患臨床評估的相關藥物及其他治療方法者；②研究對象入組前有長期酗酒史或其他藥物濫用史。

1.2 檢查方法及數據處理

研究對象均采用 Philips 3.0 T Ingenia磁共振儀及16通道高分辨率頭線圈進行檢查。PD患者應于相關藥物治療停止12 h以后再行MRI檢查。掃描前囑咐被檢測者仰臥位，使用海綿墊輔助固定患者頭部，盡可能保持頭部靜止不動。患者在檢查過程中應保持全程閉目，并佩戴耳塞以降低環境噪音的影響，以保持清醒安靜且不進入睡眠為最佳狀態。常規MRI平掃包括橫斷位 T2WI、DWI序列，矢狀位T1WI和冠狀位FLAIR序列。rs-fMRI序列具體參數見表1。

表1 設置及具體參數

基于Matlab 2014b運行的DPABI 3.0和DPARSFA中的Degree Centrality工具箱對rs-fMRI圖像和數據進行預處理并計算FCD。內容包括：①刪除前10個時間點圖像進行時間校正及空間校正；②進行頭動校正；③采用蒙特利爾神經病學研究所（Montreal Neurological Institute，MNI） 標準空間，去除線性趨勢；④采用0.01-0.08 Hz帶通波器進行濾波，回歸協變量。預處理結束后，采用 DPARSFA軟件計算全腦FCD值，提取異常腦區FCD值進行后續診斷效能分析。

1.3 統計學分析

對兩組組間各腦區 FCD值行獨立樣本t檢驗（GRF 校正，單個體素 P＜0.001，校正后 P＜0.05），將長程及短程FCD圖的值轉換為Z分數。采用IBM SPSS 24.0軟件對兩組患者的臨床資料進行比較，計數資料用n（%）表示，組間比較用X2檢驗；計量資料用±s表示，組間比較用t檢驗；受試者工作特征曲線（ROC）分析存在差異的腦區FCD值輔助診斷PD的效能，并計算曲線下面積（AUC）。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床資料的比較

本研究包括PD組與對照組各42人，其中PD組男性為26人，女性為16人，平均年齡為（59.9±6.8）歲；對照組中男性為22人，女性為20人，平均年齡為（61.6±8.6）歲。兩組年齡與性別的分布無顯著差異（P＞0.05）。 結果見表 2。

表2 PD組與對照組基本臨床資料的比較（N=42，±s，n）

表2 PD組與對照組基本臨床資料的比較（N=42，±s，n）

臨床特征 P D組 對照組 t/X 2值 P值年齡（歲，images/BZ_8_2087_388_2106_426.png±s）性別男 女5 9.4 3±7.4 5 6 1.8 2±6.3 7 1.5 8 0 0.1 1 8 2 6 2 2 0.7 7 8 0.5 0 9 1 6 2 0

2.2 FCD差異腦區分析

由結果可知，PD患者與對照組比較，FCD值顯著降低的區域主要分布于右側腦島和右側豆狀核；FCD值顯著升高的腦區主要分布于左側顳下回和左側海馬旁回；差異腦區的峰值MIN空間坐標與體素大小詳見表3。

表3 PD組與對照組FCD差異腦區的比較

2.3 差異腦區FCD值對PD的輔助診斷效能

通過ROC曲線分析差異腦區FCD值對PD的輔助診斷效能，具體結果見圖1。左側顳下回FCD值對PD的輔助診斷效能最佳，曲線下面積（AUC）最大為0.83。左側海馬旁回、右側腦島和右側豆狀核FCD值對PD輔助診斷的ROC曲線下面積分別為0.812、0.734和0.692。通過分析ROC曲線得出左側顳下回FCD值的最佳臨界值為1.065，使用該臨界值產生的左側顳下回FCD值診斷PD的靈敏度為90.5%，特異度為69.0%，約登指數為0.595。其他FCD差異腦區最佳臨界值及靈敏度、特異度和約登指數詳見表4。

圖1 受試者工作特征（ROC）曲線分析顯示差異腦區FCD值對PD的輔助診斷性能

表4 ROC曲線下面積

3 討論

帕金森疾病損傷及發病機制十分復雜，rs-fMRI作為一種無創的有效非入侵方法，是深入其神經生理學機制的關鍵方法。rs-fMRI是在靜止狀態下檢測大腦中自發神經細胞活動的技術，在癲癇疾病［8］、重 度抑 郁癥［9-10］、癡呆癥［11］、腦卒 中［12］以 及 帕 金 森病［13-14］等多種疾病研究中均有應用，操作簡便，具備較高的可信度和可重復性。通過大量的實驗，探究到PD患者局部腦區存在自發性神經元活動異常，腦網絡功能連接也發生改變［15-16］。目前，PD患者腦構造、代謝以及功能方面的疾病研究已在部分rsfMRI研究中有所證實，并表明腦功能變化早于結構變化［17］。rs-fMRI不但能夠通過各種理論分析方法對大腦功能變化開展深入研究，而且還能通過對不同大腦的功能網絡、功能網絡間作用、其他有關功能腦區結構及其不同的神經傳遞物質影響因素等，對PD患者的大腦功能變化作出評價，從而對PD的發生機理、診斷方法和預后等具有一定指導意義［18-19］。本研究采用rs-fMRI的FCD分析方法，比較了PD組與相匹配的對照組之間全腦的FCD差異。結果表明，PD患者右側腦島和右側豆狀核的FCD值顯著降低，左側顳下回和左側海馬旁回的FCD值顯著升高。同時ROC曲線分析結果也表明這些差異腦區對PD患者具有相當高的輔助診斷價值。

左側顳下回對于視覺處理至關重要，同時參與語言流暢性［20］。左側顳下回功能發生障礙后，患者的視覺處理出現問題，將會影響患者依靠視覺輸入而保持的直立姿勢或其他運動功能及日常活動，導致患者出現行動緩慢、運動受阻等癥狀，同時語義流暢性將受到損害，更可能發展成為PD合并癡呆［21］。有研究表明，在阿爾茲海默患者中，其左側顳下回腦血流量明顯降低［22］，雙側顳下回的神經元激活顯著升高［21］。海馬旁回是海馬發揮功能的重要結構，是人體重要的情緒調節中樞，參與情節記憶等認知功能，其結構的損傷可以引起情感和認知行為的異常［23］。有研究表明，PD可以引起患者海馬旁回的結構與功能異常［24-25］。在本研究中，只有左側顳下回FCD值異常升高，原因可能是所選患者群體癥狀存在一定的偏側性以及病情嚴重程度不一致。以上兩個腦區FCD值的異常變化可能是PD患者該腦區神經元功能連接受損后導致的代償反應。腦島是大腦中的情緒控制中心，可以引起道德感和共情的情緒反應例如惡心、驕傲、羞恥、內疚等，同時也是參與處理味覺信息的關鍵部位［26-27］。因此，腦島的FCD值異常變化可能是PD患者出現情緒消沉、焦慮和疲勞等非運動癥狀的腦內表現。

在PD患者差異腦區FCD值對PD的輔助診斷效能的分析中，發現左側顳下回的FCD值具有最高的診斷效能，其曲線下面積為0.830，約登指數可以達到0.595。其他差異腦區也均具有一定的輔助診斷價值。由此可見，PD患者左側顳下回的全腦功能連接異常可能發生得更為早期且顯著，其對運動功能與語言功能的影響更為特異，而PD患者FCD值異常腦區可作為后續輔助診斷的重要依據。

本研究存在一些局限性：納入的研究對象數量較少，而且基于臨床特征可比性的入選標準設定可能會放大選擇偏倚對研究的影響；未將PD患者按照亞型分組，也未判斷患者病情的嚴重程度或分期，本課題組將后續開展分析不同亞型、不同嚴重程度PD患者FCD的差異研究。

綜合以上結果，PD患者FCD存在差異的腦區主要分布于左側海馬旁回、左側顳下回、右側腦島以及右側豆狀核。同時，各差異腦區FCD值均對PD具有一定的輔助診斷價值，其中左側顳下回FCD值的診斷效能最高。