周圍性面癱患者靜息態(tài)腦功能成像功能連接研究

周圍性面癱患者靜息態(tài)腦功能成像功能連接研究

周圍性面癱是一種常見的疾病，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和充分。中醫(yī)針刺在治療周圍性面癱中臨床療效確切。由于基于解剖成像的常規(guī)影像學(xué)檢查在周圍性面癱中沒有明顯的陽性表現(xiàn),磁共振功能成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)作為一種近年來興起的基于疾病腦功能變化的影像檢查新技術(shù)在周圍性面癱的研究中發(fā)揮了越來越重要的作用。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)用于周圍性面癱的針刺研究;也有以面部肌肉運動為刺激任務(wù)的任務(wù)態(tài)fMRI,被應(yīng)用于面癱治療過程中的隨訪觀察;同時,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)針刺治療機制,首先需要了解一個最基本的問題,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),通過周圍性面癱患者與健康志愿者之間的功能連接對比研究,分析周圍性面癱靜息態(tài)腦功能的變化,為下一步深入研究周圍性面癱及其治療的中樞機制積累經(jīng)驗并創(chuàng)造條件。1數(shù)據(jù)和方法1.1分組及左周圍性面膜患者研究對象分為2組,即周圍性面癱組(以下簡稱為面癱組)和健康志愿者組(以下簡稱為對照組)。面癱組均為左側(cè)周圍性面癱患者,共16例,右利手,為安徽中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院針灸科門診或病房的面癱患者。對照組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試驗計劃和數(shù)據(jù)采集1.2.1掃描及功能成像實驗在安徽中醫(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全身掃描儀和標準頭線圈。共依次掃描5個序列:①定位像;②T2WI,用以排除腦內(nèi)有無病變;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個時間點的功能數(shù)據(jù),每個時間點數(shù)據(jù)采集持續(xù)時間(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)實驗室處理(國家中醫(yī)藥管理局三級實驗室,編號TCM-2009-196)。1.3.1腦功能認同模式網(wǎng)絡(luò)本研究共選擇了5個感興趣區(qū)作為種子點,分別是雙側(cè)后扣帶回(posteriorcingulatecortex,PCC)、左側(cè)初級感覺皮層(leftprimarysomatosensorycortex,LSⅠ)與面部投射對應(yīng)的區(qū)域、左側(cè)初級運動皮層(leftprimarymotorcortex,LMⅠ)與面部投射對應(yīng)的區(qū)域、右側(cè)初級感覺皮層(rightprimarysomatosensorycortex,RSⅠ)與面部投射對應(yīng)的區(qū)域、右側(cè)初級運動皮層(rightprimarymotorcortex,RMⅠ)與面部投射對應(yīng)的區(qū)域;分別用于分析腦功能默認模式網(wǎng)絡(luò)(defaultmodenetwork,DMN)、面部初級感覺功能網(wǎng)絡(luò)、面部初級運動功能網(wǎng)絡(luò);分析的內(nèi)容包括面癱組和對照組組內(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個時間點、頭動校正、空域濾波以及灰度標準化等。③頻域濾波,保留頻率在0.01~0.08Hz范圍內(nèi)的時間序列信號,濾除超過該范圍的低頻或高頻信號。④提取并消除腦白質(zhì)和腦脊液信號的影響,以腦白質(zhì)和腦脊液區(qū)域的時間序列信號進行線性擬合,將腦白質(zhì)和腦脊液的信號從總體信號中去除。⑤分別提取5個感興趣區(qū)(種子點)的時間序列信號。⑥計算個體數(shù)據(jù)的每一個種子點與全腦腦功能連接的統(tǒng)計參數(shù)圖,以特定感興趣區(qū)(種子點)的時間序列信號作為刺激信號,利用線性分析模型計算出每一個個體數(shù)據(jù)的每一種功能連接的統(tǒng)計參數(shù)圖,包括PCC、LSⅠ、RSⅠ、LMⅠ、RMⅠ的功能連接基本數(shù)據(jù)。⑦提取個體對比圖,從個體統(tǒng)計參數(shù)圖中提取相關(guān)系數(shù)(coefficien,coef)值作為進一步數(shù)據(jù)分析的對比圖。⑧空間標準化,將對比圖從原始坐標系轉(zhuǎn)換為標準的TT坐標系。⑨空域濾波,將空間標準化的對比圖進行空域濾波。⑩組內(nèi)分析,將2組各5種功能連接的對比圖進行組內(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,將對照組與面癱組的每一種功能連接數(shù)據(jù)進行組間分析(3dttest),得出2組之間的每一類功能連接在2組之間的統(tǒng)計學(xué)差別,最后對組間分析結(jié)果進行MonteCarlo閾值校正(P=0.01,α≤0.05),得出面癱組與對照組靜息態(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,見封3)。2.22功能連接組間分析結(jié)果組間對比分析(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)顯示差異無統(tǒng)計學(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)顯示差異無統(tǒng)計學(xué)意義(圖3,4,見封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(圖3,見封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(圖4,見封3)。3討論3.1皮質(zhì)功能重組在面膜治療周圍性面的作用機制周圍性面癱患者在常規(guī)影像學(xué)檢查方法,如常規(guī)CT、MRI的檢查中往往沒有明顯的陽性表現(xiàn)。Smit等通過對面癱患者長期功能訓(xùn)練過程中的fMRI隨訪觀察及Klingner等通過治療前后的fMRI對比分析,均顯示面癱患者的病程發(fā)展變化過程中或者治愈后,fMRI發(fā)生變化,說明皮層功能重組在面癱疾病發(fā)生、發(fā)展以及愈合過程中有重要作用。也有學(xué)者為了研究針刺治療周圍性面癱的作用機制,對面癱患者進行穴位電針刺的腦fMRI研究,發(fā)現(xiàn)電針刺激左側(cè)合谷穴和左側(cè)地倉穴引起了左側(cè)和右側(cè)多個腦區(qū)信號的變化。為深入分析皮層功能重組在面癱治療過程中的具體作用以及中醫(yī)針刺治療周圍性面癱的中樞作用機制,首先需要通過與正常健康者相比了解周圍性面癱患者的腦功能變化,目前尚未發(fā)現(xiàn)有此類研究的文獻報道。本研究的目的就是探討周圍性面癱患者治療前的腦功能改變,為臨床診斷、鑒別診斷、療效評價及治療后隨訪提供基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù),同時也為下一步深入研究創(chuàng)造條件。3.2治療后自己對bmi的認識面癱的腦fMRI研究以往多是圍繞周圍性面癱患者面部肌肉運動功能相關(guān)的腦功能變化,很少有研究關(guān)注感覺相關(guān)的腦功能變化。然而,根據(jù)周圍性面癱的發(fā)病機制,面部本體感覺也有不同程度受損。因此,本實驗除了分析與面部運動功能相關(guān)的fMRI外,還包括與面部感覺功能相關(guān)的fMRI研究。研究結(jié)果表明,左側(cè)面癱患者的DMN、右側(cè)面部初級感覺相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、右側(cè)面部初級運動相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與對照組相比未見明顯變化;左側(cè)面部初級感覺相關(guān)網(wǎng)絡(luò)、左側(cè)面部初級運動相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能連接增強。3.2.1dmn的使用Raichle等發(fā)現(xiàn),大腦在無任務(wù)的清醒、靜息狀態(tài)時存在自發(fā)、有組織、連續(xù)的腦功能活動,這些活動組成了靜息態(tài)的腦默認網(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、對周圍環(huán)境和自我內(nèi)省狀態(tài)的監(jiān)控以及持續(xù)進行的認知和情感過程有關(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)精神類疾病可以引起DMN的變化。本研究結(jié)果顯示,DMN面癱組與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明面癱對腦DMN沒有明顯的影響。3.2.2腦功能連接分析初級感覺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,負責(zé)軀體淺、深感覺,接受對側(cè)身體的感覺神經(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敏感程度。面部感覺代表區(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相關(guān)皮層,主要負責(zé)各種軀體感覺整合處理。本研究選擇面部感覺皮層代表區(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相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的變化。研究結(jié)果表明,面癱患者初級感覺皮層的面部投射區(qū)與全腦的功能連接增強,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,這些功能連接增強區(qū)主要分布于感覺相關(guān)皮層區(qū)域。推測面部初級感覺皮層與感覺相關(guān)皮層功能連接增強的原因可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種代償性機制,即由于面部本體感覺功能障礙,負責(zé)多種感覺信息處理的感覺相關(guān)皮層區(qū)活動反應(yīng)性增強,與感覺皮層面部代表區(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運動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,負責(zé)骨骼肌的隨意運動,管理雙側(cè)身體的運動神經(jīng)傳出。身體各部運動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動的復(fù)雜精細程度。面部運動代表區(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動前區(qū),主要負責(zé)復(fù)雜運動的協(xié)調(diào),執(zhí)行與隨意運動相關(guān)的高級運動功能;中央后回相隔中央溝緊鄰中央前回,是人體的初級感覺區(qū),具有運動識別及運動定位等功能。本研究選擇初級運動皮層面部投射區(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動相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的變化。研究結(jié)果表明,面癱患者左側(cè)面部初級運動網(wǎng)絡(luò)與腦內(nèi)多個腦區(qū)的功能連接增強,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及運動功能的整合處理有關(guān)。推測這些腦區(qū)與初級運動皮層的功能連接增強也可能是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一種整合調(diào)節(jié)性機制,可能是由于位于中央前回的面部運動皮層發(fā)出的要求面部肌肉運動的指令無法下傳至面部肌肉,負責(zé)運動協(xié)調(diào)功能的運動前區(qū)反應(yīng)性增強與面部運動相關(guān)皮層的功能聯(lián)系,以實現(xiàn)其運動協(xié)調(diào)功能;丘腦、基底節(jié)區(qū)等灰質(zhì)核團是傳導(dǎo)通路中的中間神經(jīng)元,由于面部肌肉無法完成面部皮層代表區(qū)發(fā)出的指令,中間神經(jīng)元不斷加強聯(lián)系,以促進其功能恢復(fù);同時感覺相關(guān)皮層也代償性增強其與初級運動皮層的功能聯(lián)系以發(fā)揮其運動識別及定位功能。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)面部感覺和左側(cè)面部運動的初級感覺皮層和初級運動皮層位于右側(cè)大腦半球的中央后回和中央前回。按照目前的相關(guān)知識推測,周圍性面癱導(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