額葉腫瘤靜息態(tài)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(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京 210016)

1 引 言

額葉腫瘤是顱內(nèi)常見腫瘤，其發(fā)生率居目前各部位腦腫瘤首位，約占顱內(nèi)腫瘤總數(shù)的1/5。在神經(jīng)外科的腦腫瘤手術(shù)中，必不可少地要清除一些即將失活的腦組織，有觀點(diǎn)認(rèn)為，腦腫瘤手術(shù)范圍越大、腫瘤切除越徹底越好，很少考慮患者的認(rèn)知功能。而隨著認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的快速發(fā)展，人類大腦的神經(jīng)機(jī)制及高級(jí)認(rèn)知功能如學(xué)習(xí)、 記憶、注意、意識(shí)、情緒等的研究受到廣泛關(guān)注。在臨床上，額葉腫瘤患者不僅表現(xiàn)有局部功能的認(rèn)知下降癥狀，在平躺靜息狀態(tài)下也常伴隨有認(rèn)知、聽覺、情感和行為等認(rèn)知缺陷[1-5]。因此，了解腫瘤患者認(rèn)知發(fā)生變化的病理、生理機(jī)制，對(duì)患者治療、護(hù)理和生活質(zhì)量的改善具有重大意義。

隨著影像技術(shù)的發(fā)展，功能磁共振成像技術(shù)(functional magnetic resonance imaging，fMRI)已經(jīng)成為目前人們所掌握的唯一具有無創(chuàng)傷、無輻射性、高時(shí)空分辨率等多重優(yōu)勢(shì)的腦功能檢測(cè)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(fā)活動(dòng)的最佳手段之一。靜息態(tài)fMRI自發(fā)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(dòng)的BOLD信號(hào)相對(duì)基線變化的比值，提示腦部神經(jīng)元的自發(fā)活動(dòng)，已用于重度抑郁癥、注意缺陷多動(dòng)障礙的研究[6-7]。本研究在靜息狀態(tài)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(fā)性神經(jīng)活動(dòng)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(jī)制。

2 材料和方法

2.1 材研究對(duì)象

研究采用的14例額葉腫瘤患者靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)均來自南京醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院南京腦科醫(yī)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(shù)據(jù)相匹配。所有參與者都獲得書面知情同意書。該研究經(jīng)南京腦科醫(yī)院院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集使用德國(guó)西門子3.0 T超導(dǎo)磁共振掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。受試者在整個(gè)掃描過程中保持平臥及閉目休息狀態(tài)，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(zhuǎn)角(FA)=90°，掃描層數(shù)=30層，視野(FOV)=240 mm×240 mm，采集矩陣=64×64，掃描時(shí)間持續(xù)280 s。

2.3 數(shù)據(jù)處理分析

2.3.1數(shù)據(jù)處理 使用DPARSF軟件(http://rfmri.org/DPARSF)進(jìn)行圖像處理。為排除開始磁共振掃描時(shí)的磁場(chǎng)不均勻及受試者不適應(yīng)對(duì)結(jié)果造成的影響，剔除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，保留130個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。(1)預(yù)處理：首先對(duì)圖像進(jìn)行DICOM格式轉(zhuǎn)換、時(shí)間及空間上的對(duì)齊，頭動(dòng)校正，剔除頭動(dòng)平動(dòng)大于2 mm、轉(zhuǎn)動(dòng)大于2°的被試，再將圖像配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)空間，并以3 mm的各向同性的體素進(jìn)行采樣，而后對(duì)圖像數(shù)據(jù)以4 mm×4 mm×4 mm全寬半高進(jìn)行高斯平滑，以提高圖像的信噪比。(2)fALFF分析：將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行去線性漂移，無須經(jīng)過帶通濾波。然后，將低頻率(0.01 Hz

2.3.2統(tǒng)計(jì)分析 利用SPM8軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對(duì)額葉腫瘤組和正常對(duì)照組標(biāo)準(zhǔn)化后的fALFF腦圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組內(nèi)統(tǒng)計(jì)采用單樣本t檢驗(yàn)，兩組間的差異采用獨(dú)立雙樣本t檢驗(yàn)，當(dāng)P<0.05(AlphaSim校正)且叢大小>2673 mm3(99個(gè)體素)時(shí)，認(rèn)為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果用Xjview軟件讀取，并在蒙特利爾(montreal neurological institute, MNI)坐標(biāo)上確定有統(tǒng)計(jì)意義的腦區(qū)的具體解剖位置。

3 結(jié)果

3.1 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值升高的腦區(qū)

額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比，在右側(cè)顳上回、右側(cè)眶額回、右側(cè)顳中回、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、左側(cè)海馬旁回、左側(cè)后扣帶回、左側(cè)內(nèi)側(cè)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(duì)照組相比fALFF值降低的腦區(qū)

與正常對(duì)照組相比，額葉腫瘤組fALFF值降低的腦區(qū)主要集中在雙側(cè)背外側(cè)額上回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回和小腦，見表2。

3.3 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值發(fā)生變化的腦區(qū)位置顯示

用SPM8軟件對(duì)額葉腫瘤組和正常對(duì)照組標(biāo)準(zhǔn)化后的fALFF腦圖進(jìn)行獨(dú)立雙樣本檢驗(yàn)，得到統(tǒng)計(jì)結(jié)果SPMT_0001圖，用Xjview軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行查看，見圖1、圖2。

表1 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值升高的腦區(qū)

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素個(gè)數(shù)大于99。

表2 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值降低的腦區(qū)

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素值大于99個(gè)。

圖1 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值變化的腦區(qū)紅色表示升高，藍(lán)色表示降低

圖2 額葉腫瘤組與正常對(duì)照組相比fALFF值變化的腦區(qū)

4 討論

結(jié)果顯示，與正常對(duì)照組相比，額葉腫瘤組在右側(cè)顳葉、右側(cè)眶額回、右側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、左側(cè)海馬旁回、左側(cè)后扣帶回和左側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶區(qū)域的fALFF值升高，而在雙側(cè)背外側(cè)額上回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回和小腦的fALFF值均降低。fALFF可以探測(cè)大腦自發(fā)活動(dòng)產(chǎn)生血氧水平依賴信號(hào)變化的局部強(qiáng)度，能反映大腦局部腦區(qū)的激活強(qiáng)度，異常的fALFF說明了該腦區(qū)功能異常[8]。本研究表明，在靜息態(tài)下額葉腫瘤患者的額葉功能活動(dòng)降低，這與額葉腫瘤部分組織的失活有關(guān)。前額葉是執(zhí)行能力的高級(jí)皮層，執(zhí)行功能缺陷在額葉腫瘤患者認(rèn)知損傷中表現(xiàn)比較明顯。同時(shí)觀察表2可知，額葉腫瘤患者的左側(cè)額葉的損傷程度較右側(cè)嚴(yán)重，這與之前利用神經(jīng)心理測(cè)驗(yàn)方法及威斯康辛卡片分類測(cè)驗(yàn)和連線測(cè)驗(yàn)方法對(duì)額葉腫瘤執(zhí)行功能的評(píng)估結(jié)果相一致[9-10]。此外，較對(duì)照組而言，小腦區(qū)域的激活在額葉腫瘤患者組中更低。小腦在時(shí)間監(jiān)測(cè)、空間記憶中起重要作用，這也從影像學(xué)角度解釋了額葉腫瘤患者表現(xiàn)出記憶力減退，自知力和判斷力逐漸喪失，對(duì)時(shí)間的定向力存在障礙等現(xiàn)象。表1中除旁中央小葉和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)外，其余腦區(qū)均位于Raichle等[11]提出的人腦靜息態(tài)下存在的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network，DMN)區(qū)域內(nèi)，而DMN的功能活動(dòng)與情景記憶的提取、認(rèn)知和情感發(fā)生過程以及維持大腦對(duì)周圍環(huán)境自省狀態(tài)的監(jiān)測(cè)有關(guān)?？赏茰y(cè)DMN腦區(qū)出現(xiàn)高激活區(qū)域是因?yàn)轭~葉腫瘤患者的額葉所喪失的功能在DMN腦區(qū)中得到了補(bǔ)償。在此之前，大量的腦損傷、腦功能成像和電生理研究證實(shí)了額葉對(duì)社會(huì)認(rèn)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(rèn)知存在損傷。郭紅軍等[16]研究發(fā)現(xiàn)額葉腫瘤患者存在明顯的認(rèn)知功能障礙，右側(cè)腫瘤患者的認(rèn)知功能損害更嚴(yán)重，本研究的結(jié)果與其相一致。

本次研究還發(fā)現(xiàn)額葉腫瘤患者右半腦輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的fALFF值顯著增高，輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)在運(yùn)動(dòng)和策劃中扮演重要角色[17]。由于額葉被認(rèn)為存在輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)，通常在作復(fù)雜、協(xié)調(diào)動(dòng)作時(shí)起作用[18-19]，但當(dāng)病變影響到主要運(yùn)動(dòng)區(qū)時(shí)，也可能起到一定的代償作用[20]。額葉是大腦發(fā)育中最高級(jí)的部分，它包括初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、前運(yùn)動(dòng)區(qū)和前額葉，而旁中央小葉是前運(yùn)動(dòng)皮層的一部分，這個(gè)負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)的皮層活動(dòng)異常增加，可能是因?yàn)槟[瘤誘導(dǎo)了腦功能重組，在額葉腦區(qū)發(fā)生了功能代償[21-22]，但是具體神經(jīng)機(jī)制及是否與認(rèn)知功能有關(guān)尚需進(jìn)一步深入的研究。

5 結(jié)論

本研究采用比率低頻振幅測(cè)量技術(shù)，從能量的角度探討額葉腫瘤患者認(rèn)知功能失調(diào)的病理機(jī)制。研究表明，默然網(wǎng)絡(luò)在一些主要的功能區(qū)如扣帶回后皮質(zhì)/楔前葉、顳葉皮質(zhì)等區(qū)域都出現(xiàn)明顯激活，激活區(qū)域與已知的結(jié)論基本吻合，在小腦處的激活明顯降低，該研究結(jié)果說明額葉腫瘤患者的默然網(wǎng)絡(luò)和小腦均發(fā)生了明顯的功能損害，而在旁中央小葉和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)出現(xiàn)明顯激活，可推測(cè)其與額葉腫瘤運(yùn)動(dòng)障礙的代償有關(guān)。這一結(jié)果有助于從系統(tǒng)功能的角度了解額葉腫瘤患者的某些臨床癥狀的發(fā)病機(jī)理，為早期額葉腫瘤臨床癥狀的研究和腫瘤切除手術(shù)提供一定的幫助。