腦腫瘤患者認知異常的靜息態腦功能成像研究

孫驍俊 袁建華 丁忠祥 毛德旺 李玉梅

臨床上，腦腫瘤患者常伴有認知、語言、運動等功能缺陷[1]，對其預后及生活質量的影響較大。目前，關于腦腫瘤對患者語言、運動等功能影響的研究較多，而對認知功能改變的研究較少。因此，本研究采用靜息態腦功能成像方法，對靜息態功能磁共振成像（rs-fMRI）數據進行局部一致性影像（regional homogeneity，ReHo）、低頻振幅影像（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）處理，以確定腦腫瘤患者認知異常的腦區位置，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選擇2014年1月至2015年12月本院收治的19例腦腫瘤患者為腦腫瘤組，其中男13例，女6例；年齡 29～73（52±11）歲；轉移瘤 12 例，膠質瘤 7 例。入組標準：腫瘤為主要位于額、顳、頂、枕葉的幕上腫瘤。排除標準：曾行開顱手術，患有神經系統疾病，有家族神經系統疾病史，掃描過程中頭動＞2mm、2°，不適合MRI掃描者。另選同期在本院行健康體檢且與腦腫瘤組年齡、性別匹配的23例志愿者為對照組，其中男9例，女性 14 例；年齡 49～85（57±9）歲。入組標準：無神經系統疾病，無運動系統、聽覺系統、視覺系統疾病，無語言障礙，矯正視力正常。排除標準：患有神經系統疾病，有家族神經系統疾病史，掃描過程中頭動＞2mm、2°，不適合MRI掃描者。本研究經醫院倫理委員會審核通過，所有受檢者簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 成像設備及掃描方法 使用德國Siemens Trio 3.0T MR掃描儀、雙通道相控陣頭顱CP線圈，選擇CH-PC參考線定位?；颊呦韧瓿沙Ｒ帓呙栊蛄?，再完成血氧水平依賴回波（EPI-BOLD）序列、3D T1磁化準備快速梯度回波（MPRAGE）序列。

1.2.2 掃描參數 EPI-BOLD序列：TR2 000ms，TE30ms，層厚3.2mm，層間距0.8mm，共31層，矩陣64×64，FOV220mm×220mm，體素大小 3mm×3mm×4mm，反轉角 90°，掃描時間 484s。MPRAGE 序列：TR 8.5ms，TE 3.2ms，反轉角 15°，FOV 250mm×250mm，矩陣 256×256，層數176層，層厚1mm，掃描時間284s。

1.2.3 預處理 先通過 RESTPLUS軟件（http：//www.restfmri.net）將原始醫學數字成像和通信（DICOM）數據轉換為NIFTI格式數據。去除前10個時點的數據以排除開始掃描時磁場不均勻及受試者不適應對結果造成的影響。將數據配準到標準空間，并將3mm的各向同性體素進行采樣，而后對圖像數據以6mm的高斯核作平滑處理。

1.2.4 數據處理 （1）ALFF數據分析：將完成預處理的數據進行去線性漂移，對0.01～0.08Hz下信號的功率譜與全部能量范圍相除，就可以得到ALFF的值，再去除生理原因帶來的噪聲。對全腦體素進行標準化配準后得到mALFF。（2）ReHo數據分析：通過去線性漂移，提取0.01～0.08 Hz低頻振蕩信號，得到腦內體素與周圍相鄰26個體素時間序列上的一致性，得到該體素的肯德爾和諧系數（KCC）。腦腫瘤組與對照組均完成ALFF及ReHo換算。

1.3 統計學處理 應用RESTPLUS軟件進行分析。腦腫瘤組與對照組標準化后的ALFF及ReHo值的比較采用雙樣本t檢驗，結果用自帶的viewer軟件讀??；并在蒙特利爾（MNI）坐標上確定P＜0.01且連續體素＞6個的腦區具體解剖位置。

2 結果

2.1 腦腫瘤組較對照組ALFF值升高的腦區 腦腫瘤組較對照組ALFF值升高的腦區主要有雙側額下回、雙側顳中回、雙側海馬旁回、右側前扣帶回（均P＜0.01），見圖1（插頁）。以上各腦區具體解剖位置的MNI坐標見表1。

表1 腦腫瘤組較對照組ALFF值升高的腦區MNI坐標

2.2 腦腫瘤組較對照組ReHo值升高的腦區比較 腦腫瘤組較對照組ReHo值升高的腦區主要有中腦、左側顳中回、雙側顳上回、雙側海馬旁回、雙側前扣帶回、雙側頂上回、雙側額下回、雙側輔助運動區（均P＜0.01），見圖2（插頁）。以上各腦區具體解剖位置的MNI坐標見表2。

表2 腦腫瘤組較對照組ReHo值升高的腦區MNI坐標

3 討論

rs-fMRI通過人腦靜息狀態下的自發低頻信號（＜0.1Hz）進行成像，再通過數據后處理從而得到靜息態功能連接（RSFC）[2]。在組水平的研究中，ReHo、ALFF這兩種方法被較多用于全腦水平的疾病研究，如抑郁癥[3]、焦慮癥[4]、失眠癥[5]、阿爾茲海默病、創傷后應激障礙、癲癇等。本研究采用靜息態腦功能成像方法，對rs-fMRI數據進行ReHo、ALFF處理，以探討腦腫瘤對大腦神經活動產生的影響。本研究結果發現，與對照組比較，腦腫瘤組雙側額下回、雙側顳中回、雙側海馬旁回、右前扣帶回區域的ALFF值均明顯升高；中腦、左側顳中回、雙側顳上回、雙側海馬旁回、雙側前扣帶回、雙側頂上回、雙側額下回、雙側輔助運動區的ReHo值均明顯升高。

額下回被認為是組成認知網絡的一個部分，主要起到注意、抑制、刺激資源分配的作用。本研究結果顯示，腦腫瘤組較對照組在雙側額下回的激活程度增高。額下回常與抑制反應相關，抑制反應包含辨別刺激、選擇反應、察覺沖突以及對激活狀態的抑制等[6]。姜曉薇等[3]提出抑郁癥患者的雙相情感障礙及首次發作的重性抑郁障礙存在左側額下回的ALFF表現為異?；顒拥脑鰪?。且額下回活動的增加還可以導致憤怒情緒的產生[7]。這可能與雙向障礙和重性抑郁障礙患者常表現出易激惹狀態有關。這提示腦腫瘤患者可能存在與抑郁相關疾病的發病基礎，需關注這方面的疾病改變。顳葉是情感調節環路中的一個重要組成部分，是人類情緒調節能力的調控部位。抑郁癥患者當面對正性刺激時，其在顳葉、島葉、頂葉、基底神經區域常表現為腦功能區的活動減低[8]。本研究顯示腦腫瘤患者的顳中回激活較對照組升高，但有研究表明抑郁癥患者的顳葉灰質體積減少[9]，因此機體產生的代償作用可以使剩余的顳葉組織在局部活動代償性增強。前扣帶回及海馬旁回參與了邊緣系統的組成，當邊緣系統的通路及結構發生變化時，會導致很多認知功能的損害。有研究表明腦卒中后抑郁患者的前扣帶回及海馬旁回的體積較正常人明顯縮小，產生的應激壓力最終使得杏仁核功能紊亂[10]。同時還有文獻指出海馬旁回的活躍與失眠的代償有關[11]。Griessenberger等[12]研究發現海馬旁回異?；钴S的狀態常出現于長期失眠癥患者身上，該類患者在情緒調節上明顯弱于正常人。因此，筆者認為前扣帶回及海馬旁回的強化自發神經元活動是對這種認知損害狀態的代償反應。

本研究中，腦腫瘤組與對照組ReHo值比較結果與ALFF值部分重合，即雙側額下回、雙側顳中回及邊緣系統等結構上，低頻振幅與局部一致性表現出了某種程度上的重合。Zeng等[13]研究提出了ReHo值異常增加可能是局部神經元放電、傳導的活動增強的原因。在這些腦區的ReHo值、ALFF值的增加，表明了腦腫瘤患者在以上系統異常激活的神經元電活動具有局部一致性的特征。在ReHo值上，還提示了雙側頂上回及顳上回的增強。頂葉被認為與軀體的感覺及語言相關，基于PET的研究表明頂葉的血流量與接受的信息的復雜程度相關[14]。既往認為顳上回是聽覺皮層。Quirk等[15]利用大鼠進行的動物實驗證明了顳上回參與了記憶和注意信息加工。相關研究發現雙側頂上回及顳上回區域的功能障礙以ReHo值的減低較為多見[16]；而本研究產生的Re-Ho值升高是否為異常增強有待進一步研究。此外，本研究結果顯示腦腫瘤患者輔助運動區的ReHo值增高。輔助運動區的激活，提示了主運動的功能受到一定程度的影響，也可能起到一定的代償作用。同時，本研究還發現對于檢出局部異常腦活動的能力，ReHo方法較ALFF方法有更高的靈敏度，可以發現更多的異常腦活動區域，其原因可能源于兩者計算原理的不同。ReHo方法內在的平滑作用，取同樣水平的高斯平滑核使得ReHo方法最后獲得的平滑程度高于ALFF方法的效果，因此本研究使用的相同高斯空間平滑核是最終結果產生差異的原因。Li等[17]研究結果也提示，適當增加高斯平滑核，ALFF方法會取得與ReHo方法類似的最終結果。盡管在本研究中ALFF方法較ReHo方法發現局部異常腦活動區域的靈敏度要低，但將ALFF方法與ReHo方法的發現統一起來，可以發現兩者存在著相互補充的能力（興奮性與同步性）。

綜上所述，腦腫瘤患者在額葉、顳葉、邊緣系統及輔助運動區存在著一系列腦部自發神經活動的變化，激活的區域與目前對該腦區認知功能的研究基本符合，且以雙側大腦半球改變為多。因此，及時干預并治療腦腫瘤患者的認知缺陷，對改善其預后及生存質量有著重要意義。本研究對患者臨床病史進行回顧，發現8例患者精神狀態萎靡，2例患者存在睡眠障礙，1例患者存在記憶力障礙，也在一定程度上驗證了筆者的假設。下一步將引入精神量表，細分腫瘤類型、部位及男女差異等來完善研究。

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