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)機制及高級認(rèn)知功能如學(xué)習(xí)、 記憶、注意、意識、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、生理機制，對患者治療、護理和生活質(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、高時空分辨率等多重優(yōu)勢的腦功能檢測方法，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的BOLD信號相對基線變化的比值，提示腦部神經(jīng)元的自發(fā)活動，已用于重度抑郁癥、注意缺陷多動障礙的研究[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制。

2 材料和方法

2.1 材研究對象

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)倫理委員會批準(zhǔn)通過。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集使用德國西門子3.0 T超導(dǎo)磁共振掃描儀進行數(shù)據(jù)采集。受試者在整個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)進行圖像處理。為排除開始磁共振掃描時的磁場不均勻及受試者不適應(yīng)對結(jié)果造成的影響，剔除前10個時間點的數(shù)據(jù)，保留130個時間點的數(shù)據(jù)進行分析。(1)預(yù)處理：首先對圖像進行DICOM格式轉(zhuǎn)換、時間及空間上的對齊，頭動校正，剔除頭動平動大于2 mm、轉(zhuǎn)動大于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行采樣，而后對圖像數(shù)據(jù)以4 mm×4 mm×4 mm全寬半高進行高斯平滑，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)計分析 利用SPM8軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)對額葉腫瘤組和正常對照組標(biāo)準(zhǔn)化后的fALFF腦圖進行統(tǒng)計分析，組內(nèi)統(tǒng)計采用單樣本t檢驗，兩組間的差異采用獨立雙樣本t檢驗，當(dāng)P<0.05(AlphaSim校正)且叢大小>2673 mm3(99個體素)時，認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(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照組相比fALFF值升高的腦區(qū)

額葉腫瘤組與正常對照組相比，在右側(cè)顳上回、右側(cè)眶額回、右側(cè)顳中回、右側(cè)輔助運動區(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照組相比fALFF值降低的腦區(qū)

與正常對照組相比，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照組相比fALFF值發(fā)生變化的腦區(qū)位置顯示

用SPM8軟件對額葉腫瘤組和正常對照組標(biāo)準(zhǔn)化后的fALFF腦圖進行獨立雙樣本檢驗，得到統(tǒng)計結(jié)果SPMT_0001圖，用Xjview軟件對結(jié)果進行查看，見圖1、圖2。

表1 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值升高的腦區(qū)

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素個數(shù)大于99。

表2 額葉腫瘤組與正常對照組相比fALFF值降低的腦區(qū)

注：P<0.05，AlphaSim校正，體素值大于99個。

圖1 額葉腫瘤組與正常對照組相比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照組相比fALFF值變化的腦區(qū)

4 討論

結(jié)果顯示，與正常對照組相比，額葉腫瘤組在右側(cè)顳葉、右側(cè)眶額回、右側(cè)輔助運動區(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可以探測大腦自發(fā)活動產(chǎn)生血氧水平依賴信號變化的局部強度，能反映大腦局部腦區(qū)的激活強度，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)心理測驗方法及威斯康辛卡片分類測驗和連線測驗方法對額葉腫瘤執(zhí)行功能的評估結(jié)果相一致[9-10]。此外，較對照組而言，小腦區(qū)域的激活在額葉腫瘤患者組中更低。小腦在時間監(jiān)測、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，對時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動區(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周圍環(huán)境自省狀態(tài)的監(jiān)測有關(guān)?？赏茰yDMN腦區(qū)出現(xiàn)高激活區(qū)域是因為額葉腫瘤患者的額葉所喪失的功能在DMN腦區(qū)中得到了補償。在此之前，大量的腦損傷、腦功能成像和電生理研究證實了額葉對社會認(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動區(qū)的fALFF值顯著增高，輔助運動區(qū)在運動和策劃中扮演重要角色[17]。由于額葉被認(rèn)為存在輔助運動區(qū)、運動前區(qū)，通常在作復(fù)雜、協(xié)調(diào)動作時起作用[18-19]，但當(dāng)病變影響到主要運動區(qū)時，也可能起到一定的代償作用[20]。額葉是大腦發(fā)育中最高級的部分，它包括初級運動區(qū)、前運動區(qū)和前額葉，而旁中央小葉是前運動皮層的一部分，這個負(fù)責(zé)運動的皮層活動異常增加，可能是因為腫瘤誘導(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)機制及是否與認(rèn)知功能有關(guān)尚需進一步深入的研究。

5 結(jié)論

本研究采用比率低頻振幅測量技術(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動區(qū)出現(xiàn)明顯激活，可推測其與額葉腫瘤運動障礙的代償有關(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。