劉義，李詠梅，曾春，王靜杰，張小輝，張曉玲，李瑛

重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶 400016

單純脊髓受累的多發(fā)性硬化患者(multiple sclerosis patients with simple spinal cord involvement，MS-SSCI)是多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)的一種類型，多見于亞洲，其特點是選擇性累及脊髓[1]，無常規(guī)MRI可見顱內(nèi)MS病灶。MS-SSCI臨床表現(xiàn)多樣，多出現(xiàn)肢體障礙、背痛、感覺異常，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)通過計算低頻(0.01～0.08 Hz)功率譜的平方根可以反映腦靜息態(tài)神經(jīng)活動[2]，纖維追蹤技術(shù)可以顯示腦白質(zhì)纖維束的形態(tài)結(jié)構(gòu)和走行方向。通過計算ALFF，有研究顯示MS患者靜息態(tài)腦功能活動存在異常[3]，擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)研究表明MS患者FA、ADC明顯改變[4]。目前，針對單純脊髓受累的多發(fā)性硬化(multiple sclerosis patients with simple spinal cord involvement，MS-SSCI)患者腦功能及白質(zhì)纖維完整性的研究很少。為證明MS-SSCI脊髓病灶直接對腦部的影響，本研究首次應(yīng)用RS-fMRI和纖維追蹤技術(shù)觀察MS-SSCI患者腦功能和結(jié)構(gòu)的變化，并探討其與EDSS評分可能存在的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 一般資料

MS-SSCI組：選取2013年1月至2014年12月間22例患者(由本院神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師診治)。入選條件：(1)所有MS-SSCI滿足2010年McDonald臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[5]：≥2次臨床發(fā)作，≥2個脊髓病灶的客觀臨床證據(jù)或1個脊髓病灶的客觀臨床證據(jù)并有1次先前發(fā)作的合理證據(jù)；(2)不滿足2006年Wingerchuk等[6]制定的NMO診斷標(biāo)準(zhǔn)：20例患者脊髓MRI顯示長T2病灶連續(xù)節(jié)段＜3個椎體節(jié)段，2例患者為3～5個椎體節(jié)段但血清NMO-IgG陰性，總共18例患者進(jìn)行血清NMO-IgG檢查均顯示陰性；(3)常規(guī)MRI檢查無腦部可視的MS病灶；(4)無明確神經(jīng)、精神系統(tǒng)疾病史。

健康對照組：根據(jù)就近原則招募年齡、性別相匹配的健康對照組，具體臨床資料見表1，健康對照組均無認(rèn)知障礙主訴，無神經(jīng)精神、藥物濫用等病史且MRI顯示未見明顯異常，所有受試者均為右利手。所有受試者均簽署知情同意書。

MS-SSCI在做fMRI之前由專門的神經(jīng)科醫(yī)師進(jìn)行臨床擴(kuò)展殘疾狀態(tài)量表(expanded disability states scale，EDSS)測試，平均得分為3.73±1.52(1.00～7.50)。本研究得到重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院生物醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

表1 MS-SSCI組和健康對照組主要臨床資料Tab.1 The main clinical characteristics of MS-SSCI and controls

1.2 成像設(shè)備及參數(shù)

所有受試者均行腦部和脊髓的MRI掃描，采用GE Signa HDxt 3.0 T MR系統(tǒng)，使用8通道頭頸聯(lián)合線圈。采用MS診斷小組中心指定的標(biāo)準(zhǔn)MRI序列[7]。腦部MRI序列及參數(shù)包括：常規(guī)軸位T1WI(TR/TE=250 ms/2.86 ms)、T2WI(TR/TE=3600 ms/120 ms)、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluidattenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)序列(TR/TE=8000 ms/120 ms)，層厚均為5.0 mm，層數(shù)為20層；軸位BOLD功能序列(TR/TE=2000/30 ms，反轉(zhuǎn)角=90°，矩陣=64×64，層厚/間隙=4.0 mm/0.0 mm，33層，體素尺寸(mm)=3.75×3.75×4.00)；DTI采用單次激發(fā)自旋回波平面回波(spin echo echo-planar imaging，SE-EPI)序列(TR/TE=15000/86.8 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣=128×128，層厚/間隙=2.4 mm/0.0 mm，53層，b值分別為0和1000 s/mm2，30個不同擴(kuò)散方向)。脊髓MRI：矢狀位T2WI(TR/TE=2200 ms/110 ms)和T1WI(TR/TE=500 ms/12 ms)、軸位T2WI(TR/TE=2200 ms/110 ms)。掃描過程中囑被試者安靜平躺，閉目，不要入睡(掃描完后再次確認(rèn)受試者是否入睡)。由兩位有經(jīng)驗的放射科醫(yī)生確認(rèn)受試者常規(guī)MRI序列顯示沒有腦內(nèi)可視的病灶。

1.3 圖像處理

1.3.1 功能數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用基于MATLAB7.9(R2010a)平臺的DPARSF2.1(http://www.restfmri.net)軟件對靜息態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除因磁場不穩(wěn)定及受試者對環(huán)境不適應(yīng)的前10個時相，然后進(jìn)行時間標(biāo)準(zhǔn)化，頭動校正，3×3×3 mm3重采樣進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化，空間平滑(全寬半高高斯核為6 mm)，去除線性漂移及低頻濾波(0.01～0.08 Hz)。

1.3.2 ALFF分析

濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉轉(zhuǎn)化(FFT)成頻率譜，頻率譜與原始時間序列的頻率振幅的平方成正比，計算每個體素頻率譜在低頻(0.01～0.08 Hz)下的平方根，得到平均平方根記做ALFF。為了標(biāo)準(zhǔn)化目的，每個體素的ALFF值除以全腦均值，得到mALFF，用于后續(xù)雙樣本計算。

1.3.3 感興趣區(qū)的選擇

功能數(shù)據(jù)采用REST軟件分析，使用雙樣本t檢驗探測MS-SSCI與健康對照組間ALFF的差異，結(jié)果經(jīng)線與線連接(rmm=5，體素＞40，體積＞1080 mm3)的AlphaSim校正后得出MS-SSCI與健康對照組間存在明顯組間差異的腦區(qū)。用REST Viewer分別生成新的Mask，將它們作為感興趣區(qū)(region of interest，ROI)用于下一步纖維追蹤，如圖1。

1.3.4 纖維追蹤

首先采用MRIcroN軟件在DTI圖像上找到梯度b值，組成梯度方向文件并把原始DICOM格式文件轉(zhuǎn)換成Analyze格式文件，然后用SPM8軟件對Analyze格式文件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，將標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的圖像讀入DTI track纖維追蹤軟件，最后分別讀入完成個體空間轉(zhuǎn)化的ROIs，追蹤穿過每個ROI的白質(zhì)纖維束(最小纖維長度為10 mm，最小FA值設(shè)為0.2)，計算每個個體的FA、ADC值。

1.4 統(tǒng)計分析

1.4.1 功能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

功能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用REST軟件，首先對所測得每組功能數(shù)據(jù)、臨床數(shù)據(jù)分別進(jìn)行Kolmgorov-Smirnov正態(tài)性檢驗，在滿足正態(tài)分布的前提下使用雙樣本t檢驗探測MS-SSCI與健康對照組間ALFF的差異，結(jié)果經(jīng)AlphaSim校正后得出組間明顯差異的腦區(qū)。最后，使用SPSS 17.0軟件對MS-SSCI存在明顯組間差異區(qū)域的ALFF值和EDSS評分行Pearson相關(guān)分析(P＜0.05)。

1.4.2 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

DTI數(shù)據(jù)使用SPSS 17.0軟件行統(tǒng)計分析，首先對所測得每組DTI數(shù)據(jù)分別進(jìn)行Kolmgorov-Smirnov正態(tài)性檢驗，在滿足正態(tài)分布的前提下，對病例組與對照組每個ROI的FA、ADC值分別進(jìn)行雙樣本t檢驗，最后，使用SPSS 17.0軟件對MSSSCI每個ROI的FA、ADC值分別與EDSS評分行Pearson相關(guān)分析(P＜0.05)。

2 結(jié)果

2.1 MS-SSCI組和健康對照組組間ALFF差異

MS-SSCI組與健康對照組相比，MS-SSCI組右側(cè)海馬ALFF值明顯減低，左側(cè)額中回、左側(cè)后扣帶回、右側(cè)枕中回ALFF值明顯增高(雙樣本t檢驗，經(jīng)AlphaSim校正，P＜0.01，體素大?。?0，t右側(cè)海馬=－5.09，t左側(cè)額中回=7.09，t左側(cè)后扣帶回=5.95，t右側(cè)枕中回=4.81)，見圖1，表2。

表2 MS-SSCI患者ALFF明顯差異的區(qū)域Tab.2 Areas showing signifi cantly changed ALFF in MSSSCI

2.2 MS-SSCI差異的腦區(qū)的ALFF值和臨床數(shù)據(jù)的相關(guān)性

進(jìn)一步研究有明顯差異腦區(qū)的ALFF值與EDSS的關(guān)系，結(jié)果顯示ALFF值和EDSS存在明顯關(guān)聯(lián)的區(qū)域只有左側(cè)后扣帶回(r=0.595,P=0.003)，見圖2，其它Pearson相關(guān)系數(shù) 均小于0.46。

2.3 MS-SSCI組和健康對照組在差異腦區(qū)的FA、ADC值比較

患者組和健康對照組的差異腦區(qū)作為ROIs，分別測量其FA和ADC值，右側(cè)海馬的白質(zhì)纖維束FA值(t右側(cè)海馬=2.099，P右側(cè)海馬=0.042)、ADC值(t右側(cè)海馬=-2.053，P右側(cè)海馬=0.047)差異有統(tǒng)計學(xué)意義，左側(cè)后扣帶回、左側(cè)額中回、右側(cè)枕中回白質(zhì)纖維束FA值(t左側(cè)后扣帶回=1.894,P左側(cè)后扣帶回=0.065,t左側(cè)額中回=1.874,P左側(cè)額中回=0.068，t右側(cè)枕中回=1.992，P右側(cè)枕中回=0.053)、ADC值(t左側(cè)后扣帶回=-1.937，P左側(cè)額中回=0.073，t左側(cè)額中回=-1.735，P左側(cè)額中回=0.090，t右側(cè)枕中回=-1.409，P右側(cè)枕中回=0.166)差異無統(tǒng)計學(xué)意義(圖3，表3)。

2.4 MS-SSCI差異的腦區(qū)的FA值、ADC值和臨床數(shù)據(jù)的相關(guān)性

分別研究右側(cè)海馬、左側(cè)后扣帶回、左側(cè)額中回、右側(cè)枕中回FA值、ADC值與EDSS的關(guān)系，結(jié)果顯示FA值、ADC值與EDSS均無明顯相關(guān)性。

圖1 MS-SSCI與健康對照組的功能比較。與健康對照組，MS-SSCI右側(cè)海馬ALFF值明顯減低，左側(cè)額中回、左側(cè)后扣帶回、右側(cè)枕中回ALFF值明顯增高 圖2 EDSS和ALFF值相關(guān)性分析。二者存在明顯關(guān)聯(lián)的區(qū)域只有左側(cè)后扣帶回(r=0.595,P=0.003)圖3 3A～3J為同一病例，MSSSCI，女，42歲。A、B顯示全腦全部纖維束及左側(cè)后扣帶回、左側(cè)額中回、右側(cè)海馬、右側(cè)枕中回4個腦區(qū)；C～F為FA圖，顯示分別通過左側(cè)后扣帶回、左側(cè)額中回、右側(cè)海馬、右側(cè)枕中回的白質(zhì)纖維束，各腦區(qū)FA值分別為0.487、0.382、0.371、0.511；G～J為ADC圖，顯示分別通過左側(cè)后扣帶回、左側(cè)額中回、右側(cè)海馬、右側(cè)枕中回的白質(zhì)纖維束，各腦區(qū)ADC(×10-4 mm2/s)值分別為8.707、1.225、11.388、1.096Fig.1 Functional comparison in MS-SSCI and controls.Compared with the controls,ALFF significantly decreased in the right hippocampus,but increased in the left middle frontal lobe,left posterior cingulate gyrus and right middle occipital lobe.Fig.2 The relationships between EDSS and ALFF.A signifi cant correlation between EDSS scores and ALFF was noted only in the left posterior cingulate gyrus(r=0.595,P=0.003).Fig.3 A—J from the same patient,MS-SSCI,woman,42 years old.A and B showed all the fi ber in brain,the right hippocampus,the left middle frontal lobe,left posterior cingulate gyrus and right middle occipital lobe; C—F the FA map,showed the white matter fi bers within the right hippocampus,the left middle frontal lobe,left posterior cingulate gyrus and right middle occipital lobe,the FA values of them were 0.487,0.382,0.371,0.511; G—J the ADC map,showed the white matter fi bers within the right hippocampus,the left middle frontal lobe,left posterior cingulate gyrus and right middle occipital lobe,the ADC(×10-4 mm2/s)values of them were 8.707,1.225,11.388,1.096.

3 討論

脊髓是MS病灶的好發(fā)部位，脊髓病變可以單獨出現(xiàn)有時甚至早于腦部病變出現(xiàn)。以前的fMRI研究已經(jīng)顯示腦內(nèi)有病灶的MS患者，腦損傷后可以引起功能變化和結(jié)構(gòu)改變[8-9]，但對只有脊髓病灶的MS患者是否引起腦功能和結(jié)構(gòu)變化的研究卻很少，本組研究首次聯(lián)合應(yīng)用功能磁共振和纖維追蹤技術(shù)探測MS-SSCI腦內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能的變化。

基礎(chǔ)腦活動是靜息態(tài)下功能腦損傷的整體反映，本研究應(yīng)用ALFF方法研究全腦基礎(chǔ)腦活動改變，成功探測到MS-SSCI一些腦區(qū)存在異常神經(jīng)活動，與存在腦內(nèi)病變MS患者的文獻(xiàn)報道基本相符[10-11]，但功能異常腦區(qū)改變程度較低，該表現(xiàn)可能與病程進(jìn)展及不同病理生理變化有關(guān)。纖維追蹤技術(shù)能在體顯示纖維束的形狀、白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整性，F(xiàn)A值反映水分子運動方向的一致性，與纖維束完整性有關(guān)[12]，ADC值反映水分子平均擴(kuò)散幅度，與細(xì)胞完整性有關(guān)。因此，本研究進(jìn)一步以功能異常腦區(qū)作為研究對象，分別進(jìn)行纖維追蹤、DTI相關(guān)參數(shù)分析，試圖探測MS-SSCI功能異常腦區(qū)是否存在纖維束完整性的破壞。

表3 患者組和健康對照組的差異腦區(qū)FA值、ADC值比較Tab.3 Comparison of FA and ADC in changed areas of MS-SSCI and controls

3.1 MS-SSCI功能異常腦區(qū)分析

ALFF可測量區(qū)域活動性幅度，直接判斷活動異常的腦區(qū)，本研究應(yīng)用ALFF方法探測全腦靜息態(tài)下腦功能活動，結(jié)果表明與健康對照組相比，MS-SSCI部分腦區(qū)存在異常神經(jīng)活動。右側(cè)海馬ALFF值明顯減低，左側(cè)額中回、左側(cè)后扣帶回、右側(cè)枕中回ALFF值明顯增高，異常神經(jīng)活動可能由脊髓損傷或未能探測到的潛在腦損傷引起。

海馬與高級認(rèn)知活動密切相關(guān)，已有研究表明MS患者海馬區(qū)存在炎性脫髓鞘改變[13]，推測部分MS-SSCI可能存在空間學(xué)習(xí)、記憶等高級活動的異常。后扣帶回是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐，與內(nèi)側(cè)前額葉、顳葉、海馬有著緊密聯(lián)系，共同組成默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(default mode network，DMN)。左側(cè)后扣帶回ALFF值增高表明MS-SSCI DMN可能存在異常。后扣帶回在復(fù)雜的任務(wù)處理，包括視覺空間圖像識別、情景記憶、自我處理中起核心作用[14]，而枕中回可能與識別記憶相關(guān)，后扣帶回、枕中回功能異常提示MS-SSCI可能存在復(fù)雜任務(wù)處理障礙。額中回與心理活動維持、復(fù)雜任務(wù)相關(guān)，有研究表明有腦部病變的MS患者額中回存在功能活動改變[4]，而本研究同樣表明左側(cè)額中回功能活動異常，這可能與腦功能損傷引起的腦區(qū)相互作用異?；蛳嚓P(guān)腦區(qū)代償有關(guān)。

此外，左側(cè)后扣帶回ALFF值與EDSS評分呈正相關(guān)，表明MS-SSCI左側(cè)后扣帶回神經(jīng)活動仍處于代償階段，隨著臨床癥狀的加重，代償活動逐漸增加，但這種重塑作用是有限的，隨著病程的演變損傷超出人腦適應(yīng)范圍就會引起相應(yīng)的結(jié)構(gòu)損傷。

3.2 MS-SSCI功能異常腦區(qū)FA、ADC值比較

分別以右側(cè)海馬、左側(cè)額中回、左側(cè)后扣帶回、右側(cè)枕中回為感興趣區(qū)，通過測量對于脫髓鞘及軸索損傷敏感的DTI相關(guān)參數(shù)進(jìn)一步探討MSSSCI腦功能異常區(qū)的潛在病理機(jī)制及與臨床參數(shù)的相關(guān)性。本組結(jié)果顯示，MS-SSCI組與健康對照組相比，右側(cè)海馬FA值減低，ADC值升高，與以往文獻(xiàn)報道一致[15]，病理學(xué)研究已經(jīng)證實MS患者海馬區(qū)存在脫髓鞘改變[16]，表明MS-SSCI右側(cè)海馬區(qū)可能發(fā)生了隱匿性損傷，DTI對此比較敏感。FA值是反映水分子運動方向性的指標(biāo)，可以說明纖維束內(nèi)細(xì)胞排列的一致性和結(jié)構(gòu)完整性，F(xiàn)A值的減低可能與細(xì)胞內(nèi)外水分異常及部分區(qū)域代償性改變發(fā)生軸索損傷有關(guān)。ADC反映水分子平均擴(kuò)散幅度，某些病理條件下組織結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，使水分子通透性發(fā)生改變，最終導(dǎo)致ADC值發(fā)生變化[17]。有研究表明，MS損傷范圍遠(yuǎn)大于常規(guī)MRI顯示病灶范圍，病理損傷主要包括皮質(zhì)損傷、灰質(zhì)萎縮、看似正常腦白質(zhì)區(qū)損傷、看似正常腦灰質(zhì)區(qū)損傷[18]。右側(cè)海馬FA值減低，ADC值升高，表明這些區(qū)域可能發(fā)生髓鞘完整性及樹突、軸突數(shù)量的改變。此外，反應(yīng)性小膠質(zhì)細(xì)胞增生也可影響水分子擴(kuò)散，進(jìn)而使FA值、ADC值發(fā)生變化。MS-SSCI常規(guī)MRI檢查無腦部可視病灶，且本組研究結(jié)果表明，與對照組相比，MS-SSCI右側(cè)海馬DTI參數(shù)差異雖然有統(tǒng)計意義，但無明顯統(tǒng)計學(xué)意義。因此，MS-SSCI右側(cè)海馬是否發(fā)生髓鞘完整性破壞等病理變化尚需進(jìn)一步加大樣本量縱向隨訪研究。與對照組相比，MS-SSCI組左側(cè)額中回、左側(cè)后扣帶回、右側(cè)枕中回有ALFF值變化，F(xiàn)A值、ADC值差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義，這表明腦功能改變可能獨立于結(jié)構(gòu)改變，提示功能改變可能比結(jié)構(gòu)變化更加敏感。

相關(guān)性研究表明，MS-SSCI右側(cè)海馬FA值、ADC值與臨床殘疾狀況無明顯相關(guān)性，這可能與MS-SSCI組無常規(guī)MRI可視病灶，右側(cè)海馬DTI參數(shù)異?？赡苡纱鷥斝愿淖円鹩嘘P(guān)。因此，推測MS-SSCI結(jié)構(gòu)改變可能由脊髓病變或由腦區(qū)間代償性改變引起，且結(jié)構(gòu)改變與臨床殘疾狀況間是相互獨立的。

總之，本組研究聯(lián)合應(yīng)用RS-fMRI和纖維追蹤技術(shù)成功顯示MS-SSCI部分腦區(qū)存在結(jié)構(gòu)和功能異常，可能與脊髓損傷或常規(guī)MRI不能顯示的隱匿性腦損傷有關(guān)。不同病程階段也可能導(dǎo)致MS-SSCI腦功能發(fā)生改變，因此，今后研究可加大樣本量縱向隨訪研究進(jìn)一步揭示該疾病的病理機(jī)制。

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