急性脑干梗死后度中心度rs-fMRI的相关研究

刘良卿，郑建刚，许建兴，王开香，梅 莉，顾勇坚，庄 雄

（江苏大学附属武进医院放射科，江苏213002）

脑梗死是一种常见的脑血管疾病,64%患者遗留不同程度的功能障碍,25%患者进展为痴呆,发生机制不明确[1-2],是导致成年人永久性残疾的重要原因之一。脑干梗死约占所有后循环梗死的15%[3],病情较重,病死率及致残率都较高。静息态功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI）具有高时间和空间分辨率,是衡量大脑自发神经活动的良好非侵入性技术途径[4-5]。度中心度（degree centrality,DC）是最常用的反映节点属性的方法,能够刻画节点在脑网络的中心程度,一定程度上反映节点在脑网络信息传输中的作用[6],已广泛应用在疾病对脑网络属性改变的研究中。笔者认为其可为研究急性脑干梗死后脑功能改变提供新的思路。

1 资料与方法

1.1 一般资料 急性脑干梗死组：搜集2017年11月1日—2018年1月1日江苏大学附属武进医院确诊的急性脑干梗死患者12例,入选标准：（1）脑干单发急性病灶,首次发病,美国国立卫生院卒中量表（the nation institutes of health stroke scale,NIHSS）评分≤14分；（2）经MR扫描确诊,病灶未超过中线；（3）无其他脑内病变及精神病变。排除标准：（1）颅内多发急性病灶；（2）检查图像含有金属伪影或者头动平移＞3 mm、旋转＞3°者；（3）脑内有其他病变及精神病变。本组病例有1例伪影严重,予以剔除,最终入选11例,其中男性7例,女性4例,年龄46～85岁,平均 62.09±11.46岁；NIHSS评分 3～10分,平均（5.36±2.01）分；发病天数 1～7 天,平均（3.09±1.87）天,主要症状:左侧肢体乏力7例,右侧肢体乏力1例,头晕3例。正常对照组：健康志愿者11例,入选标准：（1）无脑内病变及精神病变史；（2）经MR扫描脑内未见明显器质性病变；（3）自愿参加,能配合检查。其中男性5例,女性6例,年龄48～79岁,平均63.27±9.60岁,性别、年龄与急性脑干梗死组相匹配。本研究通过医院伦理委员会批准,所有受试者均签署知情同意书。

1.2 MRI检查 采用西门子Avanto 1.5 T超导磁共振成像仪,受试者平躺,保持闭眼清醒状态,平静呼吸,不要做动作和思维活动。先进行自旋回波（SE）序列扫描,获取20层横断面常规T1WI图像,参数为：视野（FOV）=24 cm×24 cm,矩阵=202×256,层厚=5.0 mm,间距=1.5 mm,TR=414 ms,TE=11 ms,翻转角=90°。BOLD信号采集：应用单次激发回波平面成像梯度回波序列（EPI）获取18层T2WI图像,参数为：FOV=24 cm×24 cm,矩阵=64×64,层厚=6.0 mm,间距=1.2 mm,TR=2000 ms,TE=40 ms,翻转角=90°,扫描时间360 s。

1.3 数据处理及分析

1.3.1 数据预处理：应用静息态功能磁共振数据处理助手DPABI中的DPARSF软件对fMRI数据进行批处理及相关的后期分析。包括将DICOM数据转换为NIFTI格式,去除前10个时间点,排除扫描开始时磁场不均匀及受试者不适应的影响,剩余的170个时间点进行下一步的时间及空间对齐、头动矫正。头动平移＞3 mm、旋转＞3°者需剔除,所有受试对象的数据均未被去除。随后采用3 mm重采样把每个头像归一化到蒙特利尔研究所（MNI）标准空间；以半高全宽（FWHM）为6 mm高斯核函数进行平滑。

1.3.2 DC 值计算：利用 REST（http://www.restfmri.net）软件进行DC分析,处理过程包括预处理后的图像进行滤波（0.01 Hz＜ f＜0.1 Hz）以排除低频的漂移和高频的生理呼吸和心跳噪声,同时去除线性漂移,然后分别进行急性脑干梗死组和正常对照组DC的计算（r=0.4）。为了提高正态性,使用费舍尔Z值（Fisher Z-score）转换,得到每个受试者的Z值化加权DC值图。

1.4 统计学处理 利用REST软件对急性脑干梗死组和对照组标准化后DC脑图进行两独立样本t检验分析,Alphaism矫正设置阈值为P＜0.05,同时只有不小于228个连续体素的区域才被认为差异有统计学意义,将两独立样本t检验后的结果图最后叠加到Ch2模板上进行查看。

2 结 果

2.1 急性脑干梗死组与正常对照组DC值比较 与正常对照组相比,急性脑干梗死组DC值增高的脑区含有右侧梭状回及左侧颞下回（P＜0.05）；DC值降低区域为双侧前额叶及右侧小脑后叶（P＜0.05）,差异具有统计学意义。见表1。

表1 急性脑干梗死组与正常对照组DC值比较

2.2 Ch2模板上显示的两独立样本t检验后的结果图 度中心度（DC）能够刻画节点在脑网络的中心程度,一定程度上反映节点在脑网络信息传输中的作用。将两独立样本t检验结果图叠加在ch2模板上,发现与正常对照组相比急性脑干梗死组右侧梭状回（27,-39,15）、左侧颞下回（-51,-27,-21）脑区呈红色,表示这两个脑区DC值增加。同样,还发现右侧小脑后叶（27,-72,-24）、右侧前额叶（6,48,30）及左侧前额叶（-6,-6,72）脑区呈蓝色,表示这些脑区DC值减低（图1,见封二）。

3 讨 论

3.1 rs-fMRI扫描及DC分析对急性脑干梗死的应用 人脑是自然界中复杂的动态功能网络,为了更好研究脑网络,科学家们引入了fMRI技术和数学方法图论[7]。图论分析可分为两类：一类反映节点属性,一类反映网络总体属性。DC是最常用的反映节点属性的方法,它把一些脑区作为大脑的中心点,使各脑区有机地连接起来,形成一个完整的脑网络。DC值越大,脑网络连接越完整、快捷,信息资源利用越有效[8]。脑默认网络（defauct mode network,DMN）是脑静息态网络中最重要的一个,与维持人脑静息态下脑功能的认知活动有密切关系[9-12],近年来被广泛研究[13],主要包括双侧内侧前额叶（MPFC）、楔前叶、前扣带回、后扣带回（PCC）及顶下小叶等区域,这些区域是全脑网络动力学的核心,涉及未来设想,情景记忆处理及情感调控等认知能力。

脑干位于脊髓和间脑之间,含有上行网状激活系统[14],是维持意识状态和生命活动的重要生命中枢。脑干梗死的一系列临床综合征常常由椎基底动脉及其分支的栓塞、粥样硬化、炎症或者痉挛导致[15]。主要表现为四肢瘫、偏瘫、眩晕及意识障碍等,该病致残率和病死率高,近年来发病率有上升趋势[16]。梗死灶远离大脑功能皮层区却可引起与皮层功能相关的临床表现,说明脑干梗死后广泛的大脑皮层功能受到损害[17-18]。有研究指出,大脑在人的一生中都存在适应和重构能力,结构磁共振和fMRI证实脑梗死后的修复与大脑重构有关[19]。Rs-fMRI无需执行特定的任务,对于临床上不能配合的患者比较适合,急性脑干梗死患者容易受到运动伪影的影响而不能完成检查,因此目前对急性脑干梗死的脑功能研究较少。本研究通过观察急性脑干梗死后全脑DC值的变化来分析梗死后脑功能的变化。

3.2 DC值增高区域及意义 （1）右侧梭状回：以往研究认为,梭状回属于视觉认知网络,与面孔识别等认知过程有关,其中右侧梭状回可能在负面情绪面孔识别过程中起重要作用[20],本研究中右侧梭状回DC值增高,可能是一种代偿机制使患者未处于负面状态。楔前叶作为DMN的核心节点,在健康人脑静息态下新陈代谢最活跃,主要在情景记忆中起主导作用,另外在默认模式处理、自我意识等方面发挥关键作用[21-22],与意识状态高度相关。有研究指出,急性脑梗死后昏迷患者楔前叶功能连接显著降低[23],本研究中该核团内涉及右侧楔前叶,其DC值增高,提示该区域与其他脑区功能连接增多,中心地位增强,可能是一种代偿机制使患者未进入昏迷状态。（2）左侧颞下回：颞下回与二维图形鉴别和三维物体的认知学习有关[8],本研究中左侧颞下回DC值增高,可能是急性脑干梗死后大脑为了维持对二维和三维空间关系的理解而进行的补偿。

3.3 DC值降低区域及意义 （1）右侧小脑后叶：小脑后叶Crus1和DMN内的前额皮质内侧,Crus2和额顶网络（frontoparietal network,FPN）内的前额皮质背外侧存在交互关系[24]。本研究证实小脑后叶可参与认知功能,右侧小脑后叶Crus1和Crus2的DC值降低,可能与DMN和FPN功能紊乱一起导致急性脑干梗死患者出现认知功能损害,很好体现了皮质-脑桥-小脑通路的异常改变。（2）双侧前额叶：前额叶是大脑执行功能的高级皮层,在认知能力中发挥重要作用[25]。本研究显示急性脑干梗死后右侧额上回、额中回及左侧额上回DC值降低,提示梗死后大脑功能发生改变,临床主要表现为反应迟钝和肢体乏力等,可能是急性脑干梗死后大脑DMN受损,导致认知功能障碍。

综上所述,本研究结果发现,急性脑干梗死后脑功能活动发生改变,主要损伤了与认知相关的DMN和FPN,与以往研究相符合[26]。本研究存在一定的局限性和不足：首先,样本量小,无法根据急性脑干梗死具体部位和梗死面积进行分组,今后应增加样本量进行进一步研究。其次,没有纵向研究脑干梗死患者在不同时期的脑功能改变。总之,度中度方法定量分析是影像学研究的一种新技术,能揭示急性脑干梗死后脑功能网络的改变和可能的形成机制,为研究急性脑干梗死后脑功能网络的改变开辟了新的途径。