【摘要】 輕型創(chuàng)傷性腦損傷（mTBI），通常稱為腦震蕩，是最常見的神經系統(tǒng)疾病之一，其大腦功能紊亂的機制仍不清楚。目前對mTBI的診斷在很大程度上依賴于患者主觀的臨床癥狀，而這些癥狀往往不可靠和/或非特異性。功能性磁共振成像（fMRI）應用于mTBI的評估，彌補了傳統(tǒng)結構影像學檢查在mTBI影像學診斷中的局限性，可提供客觀影像學依據，使理解mTBI發(fā)病機制中神經網絡及腦區(qū)之間的相互作用成為可能。任務態(tài)fMRI和靜息態(tài)fMRI從不同角度深入了解mTBI后神經病理學改變，可更準確地定位受損腦功能區(qū)，從而全面評估顱腦損傷的嚴重程度，大大提高mTBI的早期診斷準確性，并在預后評估中發(fā)揮重要作用。

【關鍵詞】 功能性磁共振成像 腦震蕩 輕型創(chuàng)傷性腦損傷

Application Progress of Functional Magnetic Resonance Imaging in the Diagnosis of Mild Traumatic Brain Injury/GAN Xi， CAO Guanbai， LIU Chuling. //Medical Innovation of China， 2023， 20（26）： -188

[Abstract] Mild traumatic brain injury （mTBI）， commonly known as concussion， is one of the most common neurological disorders， and the mechanisms of brain dysfunction remain unclear. At present， the diagnosis of mTBI depends largely on patients' subjective clinical symptoms， which are often unreliable and/or non-specific. The application of functional magnetic resonance imaging （fMRI） in the evaluation of mTBI makes up for the limitations of traditional structural imaging in the imaging diagnosis of mTBI， provides an objective imaging basis， and makes it possible to understand the interaction between neural network and brain regions in the pathogenesis of mTBI. Task-based fMRI and resting-state fMRI can deeply understand the neuropathological changes after mTBI from different angles， which can more accurately locate the damaged brain functional area， so as to comprehensively evaluate the severity of traumatic brain injury， greatly improve the accuracy of early diagnosis of mTBI， and play an important role in prognosis assessment.

[Key words] fMRI Concussion mTBI

First-author's address： Jiulongpo District People's Hospital of Chongqing， Chongqing 400051， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2023.26.043

全世界每年有多達5 000萬人遭遇創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）[1]，其中90%以上的TBI可被歸類為輕型創(chuàng)傷性腦損傷（mTBI）[2]，mTBI通常稱為腦震蕩，患者可出現(xiàn)以下一種或多種癥狀：短暫意識喪失，時間小于30 min；創(chuàng)傷后失憶，持續(xù)時間小于24 h；精神狀態(tài)改變或局灶性神經功能缺損。常規(guī)檢查如CT、MRI、腦電圖等可能顯示正常。雖然大多數mTBI患者可完全康復，但部分患者可能在受傷后數月，甚至數年仍有mTBI后癥狀，如頭痛、頭暈、疲勞、記憶障礙、認知缺陷、抑郁或自殺等[1]。因此，應及時做出準確診斷，確定mTBI各種影響因素，以制訂有效的個性化康復措施，最終達到康復的目的。目前對mTBI的診斷在很大程度上依賴于患者主觀的臨床癥狀[3]，這些癥狀往往不可靠和/或非特異性。為了盡量避免主觀性的影響，客觀的輔助檢查尤為重要。

神經成像方法如CT掃描和常規(guī)MRI掃描（T1加權和T2加權）在mTBI診斷方面效果不佳[4]。功能性磁共振成像（fMRI）應用于mTBI的評估，彌補了傳統(tǒng)結構影像學檢查在mTBI影像學診斷中的局限性，其可提供客觀影像學依據，顯示出較好前景[5]。在fMRI檢查過程中根據是否給予受試者刺激可將fMRI分為任務態(tài)fMRI及靜息態(tài)fMRI，二者各有優(yōu)缺點。本文就fMRI在mTBI診斷研究中的應用進展進行綜述。

1 任務態(tài)fMRI

目前在mTBI研究領域，血氧水平依賴（BOLD）-fMRI為應用最廣泛的功能性影像學技術，通過提取脫氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白之間的MR信號強度差異，并使用梯度回波序列進行監(jiān)測。任務態(tài)fMRI通過完成特定的實驗任務來激活相應的大腦區(qū)域，基于神經元對刺激反應的激活和大腦區(qū)域代謝需求的增加，從而導致局部血流的變化，這些變化被記錄為掃描期間的BOLD信號強度變化，通過檢測和比較BOLD信號強度評估腦功能。在任務態(tài)fMRI研究中，通常將安靜狀態(tài)定義為大腦的“基線”狀態(tài)，當大腦受到外界刺激或執(zhí)行任務時，神經元被激活，任務態(tài)fMRI有利于提取與刺激直接相關腦區(qū)激活的信息。大多數研究者在mTBI診斷中使用事件相關設計的任務態(tài)fMRI作為研究手段，工作記憶任務由于其易于在掃描儀中呈現(xiàn)，以及對大腦活動變化的高度敏感等優(yōu)點，已被廣泛應用于任務態(tài)fMRI研究中。其任務包括空間導航任務、Flanker任務、注意力轉移測試和視覺跟蹤眼球運動測試等。

患者持續(xù)性mTBI后癥狀的神經生理學變化機制目前尚不完全清楚，關于mTBI患者的任務態(tài)fMRI改變，目前研究結果并不完全相同。Holmes等[5]研究表明，mTBI患者與健康對照組比較，在執(zhí)行認知任務時，BOLD信號強度發(fā)生改變。Khetani等[6]進行了一項前瞻性對列研究，研究對象為受傷后1個月的mTBI兒童，比較受傷后1個月有持續(xù)性mTBI后癥狀兒童60例、典型恢復期兒童30例和健康對照組兒童17例的任務態(tài)fMRI，平均年齡為14.2歲，男童44%。主要觀察指標是在執(zhí)行視覺空間工作記憶任務時BOLD-fMRI信號強度的改變。結果顯示有持續(xù)性mTBI后癥狀兒童的后扣帶回和楔前葉的信號強度較典型恢復兒童減弱，腦皮質信號強度的差異反應mTBI對神經生物學的影響。

任務態(tài)fMRI已用于研究mTBI的神經解剖學和腦功能變化的關系。Cook等[7]進行的一項Meta分析，共納入了174例mTBI患者和139例健康對照者，比較mTBI患者與健康對照組的腦不同區(qū)域的信號強度。結果顯示，根據右側額中回信號減弱能將mTBI患者與健康對照者區(qū)分開來。大多數研究在任務執(zhí)行期間產生混合信號模式，即某些區(qū)域信號增強，而在其他區(qū)域信號減弱，提示mTBI患者大腦相關結構可能存在自發(fā)性代償重組調節(jié)，信號增強可被視為代償機制，以克服損傷區(qū)域的功能缺陷。有研究表明mTBI患者在執(zhí)行任務期間信號增強或減弱，也可能是由于對任務的認知要求。在執(zhí)行任務期間，mTBI患者fMRI信號增強主要區(qū)域是頂葉[8]、枕葉[5]、額葉、顳中回和扣帶回[8]。信號減弱特別是默認模式網絡（DMN）涉及左、右楔前葉[8]，右背外側前額葉、左背外側前額葉和內側前額葉皮質區(qū)[8]。上述大多數研究是在mTBI亞急性期（傷后lt;1年）的患者中進行的。mTBI患者與健康對照組相比，工作記憶任務的活躍程度與背外側前額葉皮質信號增強有關，該區(qū)域皮質已被證實是工作記憶網絡的主要組成部分之一。在mTBI患者中高達1/3的患者在執(zhí)行任務功能時前額葉皮質活躍程度降低，神經心理學評估表現(xiàn)出認知缺陷[9]。Zhang等[10]對納入的7項研究，共314例mTBI受試者進行Meta分析結果表明，與健康受試者相比，mTBI患者左角回、左枕葉、左中腦、右角回、左額島葉和右額下回信號增強。而右背外側前額葉、左背外側前額葉、右額中回、右后扣帶回、左顳上回、左額中回、右楔前葉、右頂下回、胼胝體和右額極區(qū)域信號減弱。進一步綜合分析表明，背外側前額葉皮質信號減弱是區(qū)分mTBI患者和健康對照組的主要腦區(qū)，認知缺陷可能與背外側前額葉皮質信號減弱有關，mTBI后前額葉皮質信號異常程度可能影響基本的認知過程，這可能是由于參與控制注意力的神經網絡集合能力下降所致。Holmes等[5]研究發(fā)現(xiàn)，背外側前額葉皮質激活與海馬旁區(qū)域的參與有關，在空間工作記憶中，海馬-背外側前額葉皮質傳入通路在任務相關空間信息更新中起關鍵作用，并對符號數字編碼任務至關重要[11]，這些發(fā)現(xiàn)在動物模型的研究中已經確定。

在mTBI異常信號模式中，楔前葉、頂上小葉涉及執(zhí)行工作記憶任務和空間導航任務。楔前葉與工作記憶相關，信號隨著任務負荷的增加而增加。通常右頂葉皮質損傷的患者表現(xiàn)出空間記憶力下降。Holmes等[5]在一項使用空間導航任務對小兒mTBI患者進行任務態(tài)fMRI研究顯示：癥狀輕組和癥狀重組與健康對照組之間表現(xiàn)出差異，癥狀重組與癥狀輕組相比，信號增強在額葉和枕葉皮質更明顯，并提出mTBI患者可能存在與任務相關大腦信號強度改變的獨特癥狀依賴性模式。

盡管任務態(tài)fMRI有其局限性，如程序復雜耗時，需要任務開發(fā)及患者需要學習執(zhí)行的任務，掃描時間長、成本高及需要附加設備等，但這些不足之處鼓勵研究人員為mTBI不斷更新任務態(tài)fMRI診斷方法。任務態(tài)fMRI應用于mTBI患者，盡管其結果多種多樣，但仍然是診斷mTBI和預測預后的有效工具[12]。

2 靜息態(tài)fMRI

在清醒、安靜及不受任何外界干擾的狀態(tài)下對受試者進行的fMRI檢查稱為靜息態(tài)fMRI，靜息態(tài)fMRI與任務態(tài)fMRI類似，是基于BOLD信號波動的測量來檢查不同空間區(qū)域之間的同步激活，以識別靜息態(tài)網絡（RSNs）。靜息態(tài)fMRI與任務態(tài)fMRI相比，研究人員是在受試者沒有接受額外任務的靜息狀態(tài)下研究人腦的自發(fā)活動，受試者在掃描前不需要執(zhí)行任何應該學習的任務，也不需要額外的設備，因此，更簡單、更容易。近年來，在mTBI受試者中使用靜息態(tài)fMRI研究超過任務態(tài)fMRI研究，成為mTBI診斷最有前景的方法之一。

DMN是mTBI研究中的主要RSNs之一。DMN可能與記憶鞏固、工作記憶、情緒控制和認知功能之間的相互作用有關[13]。大多數研究表明，mTBI患者DMN的網絡連接性增強[14]，而另外一些研究注意到網絡連接性下降[15]。因為mTBI的后果之一似乎是DMN和任務正激活網絡（TPN）之間連接中斷。通過DMN和TPN并行研究發(fā)現(xiàn)，它們之間相互作用的改變可能導致長期記憶力下降[16]。同樣，已經證明在DMN和執(zhí)行控制網絡（ECN）之間起平衡作用的突顯網絡（SN）可能會因mTBI而受損[17]。SN損傷導致網絡內功能失衡可能會影響認知控制，特別是認知、行為和情緒自我調節(jié)能力降低。Shafi等[18]的一項研究強調了mTBI患者SN和額頂葉網絡連接性的改變。同時，研究人員注意到mTBI患者運動、視覺和聽覺網絡變化與腦震蕩后綜合征有關[15]，視覺和聽覺網絡對光和噪聲刺激敏感性增加。大多數使用靜息態(tài)fMRI對mTBI的研究顯示網絡連接性改變與腦震蕩后綜合征、認知缺陷和情緒癥狀之間存在正相關。此外，mTBI后急性期網絡連接性異常被認為是隨后認知缺陷的預測指標[19]。Madhavan等[20]在對mTBI患者靜息態(tài)fMRI的縱向研究中發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，mTBI組的DMN連接性增強，縱向連接性變化成為預測mTBI恢復曲線和臨床預后的潛在生物標志物。然而，在D'Souza等[15]的研究中，mTBI組7 d內的靜息態(tài)fMRI結果顯示DMN連接性減弱，這表明網絡連接性與mTBI后癥狀嚴重程度之間存在負相關。mTBI后6個月的隨訪研究表明，如網絡連接性增加，則mTBI后癥狀的嚴重程度將有所改善。此外，Zhang等[21]關于急性mTBI后額葉白質高信號（WMH）對DMN連接性影響的研究發(fā)現(xiàn)：額葉WMH體積與DMN連接性呈負相關，與創(chuàng)傷后癥狀呈正相關，這表明WMH可能是急性期mTBI診斷和預后的有效生物標記物。需要注意的是，mTBI后RSNs相互作用的改變可能導致長期預后不良。在與激活相關的TRN和DMN的平行研究中，DMN和TPN之間相互作用的改變可能導致長期記憶鞏固下降[16]。Li等[22]研究發(fā)現(xiàn)：mTBI無創(chuàng)傷后頭痛患者顯示出4種網絡相互作用的改變，即SN-感覺運動網絡（SMN）和視覺網絡（VN）-DMN的相互作用減少；SN-執(zhí)行控制網絡（ECN）和SMN-DMN的相互作用增加。此外，mTBI伴隨著其他RSNs，如感覺運動、視覺、聽覺和背側注意網絡的變化[23]，這些網絡的變化被認為與腦震蕩后綜合征的臨床癥狀有關。綜合mTBI患者靜息態(tài)fMRI研究顯示，網絡連接性的變化與腦震蕩后綜合征的多種臨床癥狀之間存在正相關。受傷后急性期的連接性變化被認為是隨后認知缺陷的預測因素[24]。此外，Sun等[25]以mTBI患者的靜息狀態(tài)功能連接性為基礎，研究發(fā)現(xiàn)了腦網絡拓撲結構的變化。動態(tài)功能網絡連接（dFNC）可用于確定mTBI最佳網絡功能連接狀態(tài)，并顯示出作為mTBI生物標志物重要潛力[19]。

靜息態(tài)fMRI在mTBI研究中顯示大腦的功能變化，并且有可能預測之后的認知能力。然而，復雜的后處理程序是目前尚未應用于臨床的主要因素，盡管靜息態(tài)fMRI檢測mTBI后功能改變的敏感性高，但特異性不足。

3 小結

許多神經成像技術已應用于mTBI的研究，fMRI技術可直接觀察相應腦區(qū)神經功能改變，提供更多的客觀證據。通過任務態(tài)fMRI和靜息態(tài)fMRI，可確定mTBI患者腦功能改變受影響的區(qū)域。從認知角度來看，mTBI可能導致執(zhí)行力、記憶力、注意力及學習能力下降，所有這些異?？梢酝ㄟ^大腦受影響區(qū)域功能下降來解釋。任務態(tài)fMRI和靜息態(tài)fMRI有助于從不同角度深入了解mTBI后神經病理學改變，可更準確地定位受損腦功能區(qū)，從而全面評估顱腦損傷的嚴重程度，大大提高mTBI的早期診斷準確性，并在預后評估中發(fā)揮重要作用，使臨床醫(yī)生對mTBI做出綜合診斷。但目前fMRI技術在臨床中的應用尚不完善，價格昂貴且耗時長，難以在日常臨床工作中常規(guī)使用，因此，需要進一步研究和標準化診斷程序。

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