周?chē)悦姘c患者靜息態(tài)腦功能成像功能連接研究

周?chē)悦姘c患者靜息態(tài)腦功能成像功能連接研究

周?chē)悦姘c是一種常見(jiàn)的疾病，可根據(jù)年齡而定。這種預(yù)后取決于面神經(jīng)病變的程度和治療是否及時(shí)和充分。中醫(yī)針刺在治療周?chē)悦姘c中臨床療效確切。由于基于解剖成像的常規(guī)影像學(xué)檢查在周?chē)悦姘c中沒(méi)有明顯的陽(yáng)性表現(xiàn),磁共振功能成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)作為一種近年來(lái)興起的基于疾病腦功能變化的影像檢查新技術(shù)在周?chē)悦姘c的研究中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。fMRI大體上可以分為基于特定任務(wù)刺激的任務(wù)態(tài)fMRI和不需要任務(wù)刺激的靜息態(tài)fMRI。針刺任務(wù)態(tài)fMRI一般以針刺刺激作為刺激源研究針刺即刻效應(yīng),被應(yīng)用于周?chē)悦姘c的針刺研究;也有以面部肌肉運(yùn)動(dòng)為刺激任務(wù)的任務(wù)態(tài)fMRI,被應(yīng)用于面癱治療過(guò)程中的隨訪觀察;同時(shí),不需要任務(wù)刺激的靜息態(tài)功能連接分析也被應(yīng)用于面癱的研究,用于分析腦功能重組在面癱患者康復(fù)中的作用。然而,要深入分析面癱患者的腦功能變化或中醫(yī)針刺治療機(jī)制,首先需要了解一個(gè)最基本的問(wèn)題,即與正常健康人相比,面癱患者的腦功能是否有變化,發(fā)生了哪些變化。本研究的目的就是利用靜息態(tài)fMRI技術(shù),通過(guò)周?chē)悦姘c患者與健康志愿者之間的功能連接對(duì)比研究,分析周?chē)悦姘c靜息態(tài)腦功能的變化,為下一步深入研究周?chē)悦姘c及其治療的中樞機(jī)制積累經(jīng)驗(yàn)并創(chuàng)造條件。1數(shù)據(jù)和方法1.1分組及左周?chē)悦婺せ颊哐芯繉?duì)象分為2組,即周?chē)悦姘c組(以下簡(jiǎn)稱為面癱組)和健康志愿者組(以下簡(jiǎn)稱為對(duì)照組)。面癱組均為左側(cè)周?chē)悦姘c患者,共16例,右利手,為安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院針灸科門(mén)診或病房的面癱患者。對(duì)照組39例,右利手,為在校健康大學(xué)生、研究生或醫(yī)院職工。1.2試驗(yàn)計(jì)劃和數(shù)據(jù)采集1.2.1掃描及功能成像實(shí)驗(yàn)在安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院影像中心磁共振室完成。使用SiemensSymphony1.5TMRI全身掃描儀和標(biāo)準(zhǔn)頭線圈。共依次掃描5個(gè)序列:①定位像;②T2WI,用以排除腦內(nèi)有無(wú)病變;③T1WI2D解剖像,取與前后聯(lián)合連線平行的橫軸位,共36層,掃描范圍覆蓋全腦;④靜息態(tài)功能成像,采集10min共200個(gè)時(shí)間點(diǎn)的功能數(shù)據(jù),每個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)采集持續(xù)時(shí)間(TR)為3s;⑤T1WI3D解剖像,取矢狀位,共掃描176層,掃描范圍覆蓋全腦。1.2.2回波時(shí)間、疊圖成像靜息態(tài)fMRI采用血氧水平依賴-平面回波成像(echoplanarimaging-bloodoxygenleveldependency,EPI-BOLD)序列,采用與2D解剖像相同的掃描位置獲取BOLD數(shù)據(jù),TR/回波時(shí)間(TE)/反轉(zhuǎn)角(FA)3000ms/30ms/90°,視野(FOV)192mm×192mm,層厚/間距3.0mm/0.75mm,分辨率64×64,每3.0s可獲得間隔為0.75mm覆蓋全腦的36層圖像。3D解剖像掃描采用擾相梯度回波序列,TR/TE/FA2100ms/3.93ms/13°,FOV250mm×250mm,層厚/間距1.0mm/0.5mm,分辨率256×256;2D解剖像采用自旋回波T1WI序列,TR/TE500ms/12ms,FOV230mm×230mm,層厚/間距3.0mm/0.75mm,分辨率192×144。1.3處理數(shù)據(jù)所有功能數(shù)據(jù)均在安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院數(shù)字化影像技術(shù)實(shí)驗(yàn)室處理(國(guó)家中醫(yī)藥管理局三級(jí)實(shí)驗(yàn)室,編號(hào)TCM-2009-196)。1.3.1腦功能認(rèn)同模式網(wǎng)絡(luò)本研究共選擇了5個(gè)感興趣區(qū)作為種子點(diǎn),分別是雙側(cè)后扣帶回(posteriorcingulatecortex,PCC)、左側(cè)初級(jí)感覺(jué)皮層(leftprimarysomatosensorycortex,LSⅠ)與面部投射對(duì)應(yīng)的區(qū)域、左側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層(leftprimarymotorcortex,LMⅠ)與面部投射對(duì)應(yīng)的區(qū)域、右側(cè)初級(jí)感覺(jué)皮層(rightprimarysomatosensorycortex,RSⅠ)與面部投射對(duì)應(yīng)的區(qū)域、右側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層(rightprimarymotorcortex,RMⅠ)與面部投射對(duì)應(yīng)的區(qū)域;分別用于分析腦功能默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(defaultmodenetwork,DMN)、面部初級(jí)感覺(jué)功能網(wǎng)絡(luò)、面部初級(jí)運(yùn)動(dòng)功能網(wǎng)絡(luò);分析的內(nèi)容包括面癱組和對(duì)照組組內(nèi)的腦功能連接分析(組內(nèi)分析),2組組間的腦功能連接差異分析(組間分析)。1.3.2快速支持的腦功能連接檢測(cè)采用腦功能成像分析(analysisoffunctionalneuroimaging,AFNI)程序處理靜息態(tài)BOLD數(shù)據(jù),處理步驟簡(jiǎn)述如下:①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,將保存在圖像存檔和傳輸系統(tǒng)(PACS)中的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通訊(DICOM)格式的圖像文件轉(zhuǎn)換為AFNI數(shù)據(jù)處理需要的nii格式。②數(shù)據(jù)預(yù)處理,包括去線性漂移、去前面4個(gè)時(shí)間點(diǎn)、頭動(dòng)校正、空域?yàn)V波以及灰度標(biāo)準(zhǔn)化等。③頻域?yàn)V波,保留頻率在0.01~0.08Hz范圍內(nèi)的時(shí)間序列信號(hào),濾除超過(guò)該范圍的低頻或高頻信號(hào)。④提取并消除腦白質(zhì)和腦脊液信號(hào)的影響,以腦白質(zhì)和腦脊液區(qū)域的時(shí)間序列信號(hào)進(jìn)行線性擬合,將腦白質(zhì)和腦脊液的信號(hào)從總體信號(hào)中去除。⑤分別提取5個(gè)感興趣區(qū)(種子點(diǎn))的時(shí)間序列信號(hào)。⑥計(jì)算個(gè)體數(shù)據(jù)的每一個(gè)種子點(diǎn)與全腦腦功能連接的統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖,以特定感興趣區(qū)(種子點(diǎn))的時(shí)間序列信號(hào)作為刺激信號(hào),利用線性分析模型計(jì)算出每一個(gè)個(gè)體數(shù)據(jù)的每一種功能連接的統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖,包括PCC、LSⅠ、RSⅠ、LMⅠ、RMⅠ的功能連接基本數(shù)據(jù)。⑦提取個(gè)體對(duì)比圖,從個(gè)體統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖中提取相關(guān)系數(shù)(coefficien,coef)值作為進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析的對(duì)比圖。⑧空間標(biāo)準(zhǔn)化,將對(duì)比圖從原始坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的TT坐標(biāo)系。⑨空域?yàn)V波,將空間標(biāo)準(zhǔn)化的對(duì)比圖進(jìn)行空域?yàn)V波。⑩組內(nèi)分析,將2組各5種功能連接的對(duì)比圖進(jìn)行組內(nèi)分析(3dttest),得出每一種功能連接的組內(nèi)分析結(jié)果,然后進(jìn)行MonteCarlo閾值校正(P=0.001,α≤0.05),得出每一組各5種的腦功能連接分析結(jié)果;○11組間分析,將對(duì)照組與面癱組的每一種功能連接數(shù)據(jù)進(jìn)行組間分析(3dttest),得出2組之間的每一類(lèi)功能連接在2組之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差別,最后對(duì)組間分析結(jié)果進(jìn)行MonteCarlo閾值校正(P=0.01,α≤0.05),得出面癱組與對(duì)照組靜息態(tài)腦功能連接存在差異的腦區(qū)。2結(jié)果2.1全腦不同腦區(qū)功能連接程度檢測(cè)靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)的功能連接組內(nèi)分析(P=0.001,α≤0.05)結(jié)果顯示,面癱組和對(duì)照組的PCC、LSⅠ、RSⅠ、LMⅠ、RMⅠ均與全腦不同腦區(qū)存在分布廣泛的功能連接,但不同感興趣區(qū)的功能連接程度以及范圍有所不同(圖1,2,見(jiàn)封3)。2.22功能連接組間分析結(jié)果組間對(duì)比分析(P<0.01,α≤0.05)共得出,PCC、LSⅠ、RSⅠ、LMⅠ、RMⅠ等5種功能連接分析結(jié)果,其中PCC、RSⅠ、RMⅠ等3種功能連接組間分析經(jīng)MonteCarlo多重比較閾值校正(P=0.01,α≤0.05)顯示差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;LSⅠ、LMⅠ等2種功能連接組間分析經(jīng)MonteCarlo多重比較閾值校正(P=0.01,α≤0.05)顯示差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(圖3,4,見(jiàn)封3)。LSⅠ、LMⅠ功能連接組間分析表現(xiàn)出顯著性差異的腦區(qū)包括:①LSⅠ功能連接組間差異,表現(xiàn)為面癱組雙側(cè)扣帶回、楔前葉、左側(cè)楔葉、枕上回及枕中回與LSⅠ的功能連接增強(qiáng)(圖3,見(jiàn)封3);②LMⅠ功能連接組間差異,表現(xiàn)為面癱組雙側(cè)扣帶回、楔前葉、右側(cè)額中回、額下回、中央前回、顳上回、顳中回、顳橫回、頂下小葉、枕中回、角回、尾狀核、蒼白球、丘腦、島葉及左側(cè)枕上回與LMⅠ的功能連接增強(qiáng)(圖4,見(jiàn)封3)。3討論3.1皮質(zhì)功能重組在面膜治療周?chē)悦娴淖饔脵C(jī)制周?chē)悦姘c患者在常規(guī)影像學(xué)檢查方法,如常規(guī)CT、MRI的檢查中往往沒(méi)有明顯的陽(yáng)性表現(xiàn)。Smit等通過(guò)對(duì)面癱患者長(zhǎng)期功能訓(xùn)練過(guò)程中的fMRI隨訪觀察及Klingner等通過(guò)治療前后的fMRI對(duì)比分析,均顯示面癱患者的病程發(fā)展變化過(guò)程中或者治愈后,fMRI發(fā)生變化,說(shuō)明皮層功能重組在面癱疾病發(fā)生、發(fā)展以及愈合過(guò)程中有重要作用。也有學(xué)者為了研究針刺治療周?chē)悦姘c的作用機(jī)制,對(duì)面癱患者進(jìn)行穴位電針刺的腦fMRI研究,發(fā)現(xiàn)電針刺激左側(cè)合谷穴和左側(cè)地倉(cāng)穴引起了左側(cè)和右側(cè)多個(gè)腦區(qū)信號(hào)的變化。為深入分析皮層功能重組在面癱治療過(guò)程中的具體作用以及中醫(yī)針刺治療周?chē)悦姘c的中樞作用機(jī)制,首先需要通過(guò)與正常健康者相比了解周?chē)悦姘c患者的腦功能變化,目前尚未發(fā)現(xiàn)有此類(lèi)研究的文獻(xiàn)報(bào)道。本研究的目的就是探討周?chē)悦姘c患者治療前的腦功能改變,為臨床診斷、鑒別診斷、療效評(píng)價(jià)及治療后隨訪提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù),同時(shí)也為下一步深入研究創(chuàng)造條件。3.2治療后自己對(duì)bmi的認(rèn)識(shí)面癱的腦fMRI研究以往多是圍繞周?chē)悦姘c患者面部肌肉運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的腦功能變化,很少有研究關(guān)注感覺(jué)相關(guān)的腦功能變化。然而,根據(jù)周?chē)悦姘c的發(fā)病機(jī)制,面部本體感覺(jué)也有不同程度受損。因此,本實(shí)驗(yàn)除了分析與面部運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)的fMRI外,還包括與面部感覺(jué)功能相關(guān)的fMRI研究。研究結(jié)果表明,左側(cè)面癱患者的DMN、右側(cè)面部初級(jí)感覺(jué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、右側(cè)面部初級(jí)運(yùn)動(dòng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與對(duì)照組相比未見(jiàn)明顯變化;左側(cè)面部初級(jí)感覺(jué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、左側(cè)面部初級(jí)運(yùn)動(dòng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能連接增強(qiáng)。3.2.1dmn的使用Raichle等發(fā)現(xiàn),大腦在無(wú)任務(wù)的清醒、靜息狀態(tài)時(shí)存在自發(fā)、有組織、連續(xù)的腦功能活動(dòng),這些活動(dòng)組成了靜息態(tài)的腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)主要包括后扣帶回皮層、背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(額中回、額上回)、背側(cè)前扣帶回及角回等。DMN可能與情景記憶的提取、對(duì)周?chē)h(huán)境和自我內(nèi)省狀態(tài)的監(jiān)控以及持續(xù)進(jìn)行的認(rèn)知和情感過(guò)程有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn),精神分裂癥、憂郁癥、老年性癡呆、癲癇等神經(jīng)精神類(lèi)疾病可以引起DMN的變化。本研究結(jié)果顯示,DMN面癱組與對(duì)照組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,說(shuō)明面癱對(duì)腦DMN沒(méi)有明顯的影響。3.2.2腦功能連接分析初級(jí)感覺(jué)皮層位于大腦頂葉中央溝后緣的中央后回及旁中央小葉后部,接受背側(cè)丘腦發(fā)出的纖維,負(fù)責(zé)軀體淺、深感覺(jué),接受對(duì)側(cè)身體的感覺(jué)神經(jīng)傳入。身體各部在此中樞的皮層投射位置是上下顛倒的,呈頭在下、腳在上的“倒立人形”,但頭面部的投射影仍然是正的,身體各部位在皮質(zhì)代表區(qū)的大小取決于該部感覺(jué)敏感程度。面部感覺(jué)代表區(qū)位于中央后回的下部。位于中央后回后方的頂葉皮層為感覺(jué)相關(guān)皮層,主要負(fù)責(zé)各種軀體感覺(jué)整合處理。本研究選擇面部感覺(jué)皮層代表區(qū)為感興趣區(qū)分析腦功能連接,目的是探索面癱患者面部感覺(jué)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的變化。研究結(jié)果表明,面癱患者初級(jí)感覺(jué)皮層的面部投射區(qū)與全腦的功能連接增強(qiáng),主要表現(xiàn)在雙側(cè)扣帶回、楔前葉、左側(cè)楔葉、枕上回及枕中回,這些功能連接增強(qiáng)區(qū)主要分布于感覺(jué)相關(guān)皮層區(qū)域。推測(cè)面部初級(jí)感覺(jué)皮層與感覺(jué)相關(guān)皮層功能連接增強(qiáng)的原因可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種代償性機(jī)制,即由于面部本體感覺(jué)功能障礙,負(fù)責(zé)多種感覺(jué)信息處理的感覺(jué)相關(guān)皮層區(qū)活動(dòng)反應(yīng)性增強(qiáng),與感覺(jué)皮層面部代表區(qū)的功能聯(lián)系。3.2.3腦功能連接的結(jié)構(gòu)及功能差異分析初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層位于大腦額葉中央溝前緣中央前回及旁中央小葉前部,發(fā)出皮質(zhì)脊髓束和皮質(zhì)核束,負(fù)責(zé)骨骼肌的隨意運(yùn)動(dòng),管理雙側(cè)身體的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳出。身體各部運(yùn)動(dòng)傳出的皮層投射也是上下顛倒的,即也是頭面部在下、腳在上的“倒立人形”。身體各部位在皮質(zhì)代表區(qū)的大小也取決于其功能的重要性和運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜精細(xì)程度。面部運(yùn)動(dòng)代表區(qū)位于中央前回的下部。位于中央前回前方的額上回以及額中回的大腦皮層為運(yùn)動(dòng)前區(qū),主要負(fù)責(zé)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào),執(zhí)行與隨意運(yùn)動(dòng)相關(guān)的高級(jí)運(yùn)動(dòng)功能;中央后回相隔中央溝緊鄰中央前回,是人體的初級(jí)感覺(jué)區(qū),具有運(yùn)動(dòng)識(shí)別及運(yùn)動(dòng)定位等功能。本研究選擇初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層面部投射區(qū)為感興趣區(qū)分析腦功能連接,目的是探索面癱患者面部運(yùn)動(dòng)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的變化。研究結(jié)果表明,面癱患者左側(cè)面部初級(jí)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與腦內(nèi)多個(gè)腦區(qū)的功能連接增強(qiáng),主要表現(xiàn)在雙側(cè)扣帶回、楔前葉、右側(cè)額中回、額下回、中央前回、顳上回、顳中回、顳橫回、頂下小葉、枕中回、角回、尾狀核、蒼白球、丘腦、島葉及左側(cè)枕上回。這些腦區(qū)的主要功能多與感覺(jué)及運(yùn)動(dòng)功能的整合處理有關(guān)。推測(cè)這些腦區(qū)與初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的功能連接增強(qiáng)也可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種整合調(diào)節(jié)性機(jī)制,可能是由于位于中央前回的面部運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)出的要求面部肌肉運(yùn)動(dòng)的指令無(wú)法下傳至面部肌肉,負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能的運(yùn)動(dòng)前區(qū)反應(yīng)性增強(qiáng)與面部運(yùn)動(dòng)相關(guān)皮層的功能聯(lián)系,以實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能;丘腦、基底節(jié)區(qū)等灰質(zhì)核團(tuán)是傳導(dǎo)通路中的中間神經(jīng)元,由于面部肌肉無(wú)法完成面部皮層代表區(qū)發(fā)出的指令,中間神經(jīng)元不斷加強(qiáng)聯(lián)系,以促進(jìn)其功能恢復(fù);同時(shí)感覺(jué)相關(guān)皮層也代償性增強(qiáng)其與初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層的功能聯(lián)系以發(fā)揮其運(yùn)動(dòng)識(shí)別及定位功能。3.2.4偏側(cè)性變化的影響本組研究病例均為左側(cè)面癱,支配左側(cè)面部感覺(jué)和左側(cè)面部運(yùn)動(dòng)的初級(jí)感覺(jué)皮層和初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層位于右側(cè)大腦半球的中央后回和中央前回。按照目前的相關(guān)知識(shí)推測(cè),周?chē)悦姘c導(dǎo)致的皮層功能改變應(yīng)當(dāng)發(fā)生于右側(cè)中央后回和右側(cè)中央前回面部代表區(qū)。然而,本研究結(jié)果顯示,右側(cè)中央后回RSⅠ和右側(cè)中央前回RMⅠ面部代表