王琴，熊妍希*，張自力，敖鋒，李勝，李艷紅，陳光斌

作者單位：1.十堰市人民醫(yī)院（湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院）放射影像中心，十堰 442099；2.十堰市人民醫(yī)院（湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院）放射影像研究所，十堰 442099；3.十堰市人民醫(yī)院（湖北醫(yī)藥學(xué)院附屬人民醫(yī)院） 呼吸疾病中心，十堰 442099

0 前言

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructive sleep apnea hypopnea syndrome, OSAHS）存在著不同程度的腦功能異常[1]，可進(jìn)一步發(fā)展為認(rèn)知功能障礙[2-3]，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量、威脅其生命安全[4]。因此，早期識別OSAHS 腦功能損害、探索其神經(jīng)病理機(jī)制并針對病因進(jìn)行早期預(yù)防及精準(zhǔn)治療均是亟待解決的難題。靜息態(tài)功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging,rs-fMRI）及其先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法為OSAHS 神經(jīng)影像學(xué)的研究開辟了新道路[5]。目前僅有少數(shù)研究者運(yùn)用rs-fMRI 來研究OSAHS 的腦功能狀態(tài)。其中，局部一致性（regional homogeneity, ReHo）分析主要反映腦神經(jīng)元的自發(fā)活動一致性的變化[6]。分?jǐn)?shù)低頻振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF）分析主要體現(xiàn)腦神經(jīng)元的活動強(qiáng)度。而迄今為止，鮮少有學(xué)者將ReHo 和fALFF 兩種分析方法聯(lián)合運(yùn)用于OSAHS的腦功能異常研究中。因此，本研究選擇ReHo 、fALFF分析分別從活動一致性及活動幅度兩個方面來探究OSAHS 患者的腦功能異常。研究方法兼具全面性及創(chuàng)新性。有研究表明[7]，患者性別、左右利手均會影響其腦功能狀態(tài)。因此，我們只納入了男性、右利手的OSAHS 患者及志愿者以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 研究對象

前瞻性納入2019 年9 月至2020 年12 月在十堰市人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科經(jīng)過多導(dǎo)睡眠監(jiān)測（polysomnography, PSG）初次診斷為OSAHS 的男性患者30 例作為OSAHS 組。選取同時段經(jīng)PSG 監(jiān)測為睡眠正常、而其他基本情況與OSAHS組相似的志愿者30例為正常對照（normal control, NC）組。

OSAHS組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）右利手；（2）男性；（3）30～60 歲；（4）符合OSAHS 診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]。NC 組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）右利手；（2）男性；（3）30～60 歲；（4）呼吸暫停低通氣指數(shù)（apnea hypopnea index, AHI）＜5次/h。

OSAHS組和NC組的排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）其他睡眠疾??；（2）嚴(yán)重的心腦血管及呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病等病史；（3）神經(jīng)或精神系統(tǒng)疾??；（4）酗酒；（5）MRI 掃描禁忌證者。

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，經(jīng)十堰市人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號：syrmyy2021-017），受試者均簽署了知情同意書，系自愿參與。

1.2 PSG監(jiān)測

受試者在進(jìn)行PSG 監(jiān)測前均需完成愛潑沃斯嗜睡量表（Epworth Sleepiness Scale, ESS）量表和蒙特利爾認(rèn)知評估量表（Montreal Cognitive Assessment,MoCA）評分，評估白天嗜睡及認(rèn)知功能改變情況。采用Alice 5 LE 睡眠系統(tǒng)，PSG 監(jiān)測時間≥7 h，記錄AHI、微覺醒指數(shù)（arousal index, AI）、氧減指數(shù)（oxygen desaturation index, ODI）、最低血氧飽和度（arterial oxygen saturation, SaO2）、平均SaO2、SaO2＜90%百分比等指標(biāo)。

1.3 MRI數(shù)據(jù)采集

采用德國西門子3.0 T 磁共振儀（MAGNETOM Skyra 3.0 T, Siemens AG, Germany）進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。首先，叮囑受試者閉目保持清醒但盡量不思考，進(jìn)行常規(guī)平掃，以排除有腦實(shí)質(zhì)性病變的受試者。接著，采集靜息態(tài)下全腦血氧水平依賴（blood oxygen level dependent, BOLD）數(shù)據(jù)。BOLD 序列掃描參數(shù)如下：TR 2000 ms,TE 122 ms,翻轉(zhuǎn)角90°,層數(shù)30，層厚4.0 mm，間距1.2 mm，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣64×64。共得到240 個時間點(diǎn)，掃描時間為8 min 6 s。最后，采集3D-T1WI 序列用以空間定位，3D-T1WI 序列掃描參數(shù)如下：TR 1900 ms，TE 2.26 ms，翻 轉(zhuǎn) 角9°，間 距0 mm，F(xiàn)OV 250 mm×250 mm, 矩陣256×256，總層數(shù)176，掃描時間為5 min 14 s。

1.4 BOLD數(shù)據(jù)預(yù)處理

首先，對平掃圖像進(jìn)行判讀以排除大腦實(shí)質(zhì)性病變對結(jié)果的影響，其次，采用MRIcro（www.MRIcro.com）和MRIcron（www.MRIcron.com）軟件包對BOLD數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，去除不合格的數(shù)據(jù)。最后基于MATLAB 2014a（MathWorks, Natick, MA, USA）平 臺，采 用RESTplus version 1.24（http://www.restfmri.net）軟件包進(jìn)行預(yù)處理，具體步驟如下。

（1）轉(zhuǎn)換格式：將從PACS 上拷貝下來的DICOM 格式轉(zhuǎn)換為NIfTI格式；

（2）去除時間點(diǎn)：去除前10 個時間點(diǎn)的BLOD數(shù)據(jù)；

（3）時間層校正：將一個重復(fù)時間內(nèi)采集的圖像校正到同一時間點(diǎn)上；

（4）頭動校正：采用弗里斯頓頭部運(yùn)動參數(shù)來校正頭部運(yùn)動的影響，受試者三維最大位移（x、y、z）超過3 mm及三維旋轉(zhuǎn)角度大于3°的圖像被剔除；

（5）將BOLD 圖像通過線性變換3D 解剖圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，并重新分割腦脊液及灰、白質(zhì)；

（6）空間標(biāo)準(zhǔn)化：將功能性MRI 圖像空間標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）標(biāo)準(zhǔn)空間；

（7）去除線性漂移及協(xié)變量：對每個時間序列進(jìn)行線性趨化效應(yīng)，去除其他因素對BOLD信號的干擾；

（8）低頻濾波：為降低低頻漂移和高頻生理呼吸噪聲，對每個體素進(jìn)行去低頻濾波。

1.5 基于體素水平的計算

利用RESTplus 軟件對ReHo 值及fALFF 值進(jìn)行計算。單個體素與其周圍26體素時間序列的肯德爾和諧系數(shù)即為該體素的ReHo 值。使用DPARSF 軟件包（http://www.restfmri.net）對濾波后的時間序列進(jìn)行快速傅里葉變換，得到其功率譜，求得單個體素的fALFF 值。為減少個體差異，對全腦ReHo 值及fALFF 值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化得到標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo 圖、fALFF 圖用以統(tǒng)計學(xué)分析。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

采用IBM SPSS 25.0 軟件將兩組的基本資料進(jìn)行比較。根據(jù)數(shù)據(jù)分布類型選擇兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或秩和檢驗(yàn)，P＜0.05 認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。利用SPM 12 軟件對兩組標(biāo)準(zhǔn)化的ReHo 圖、fALFF 圖進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。經(jīng)SPM 12 進(jìn)行統(tǒng)計推斷后，記錄差異有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)的大小及其MNI坐標(biāo)，以體素水平P＜0.001、團(tuán)塊≥40 體素經(jīng)Alphasim 校正，被認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，由RESTplus軟件將結(jié)果進(jìn)行呈現(xiàn)。

2 結(jié)果

2.1 臨床基本資料的結(jié)果

本研究納入OSAHS 組、NC 組受試各30 例，均為男性、右利手。其中，兩組的年齡、受教育年限差異無統(tǒng)計學(xué)意義；兩組的BMI、AHI、AI、ODI、最低SaO2、平均SaO2、SaO2＜90%的百分比、ESS 評分、MoCA 評分差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，詳見表1。

表1 OSAHS組及NC組臨床基本資料比較

2.2 ReHo分析結(jié)果

與NC 組相比，OSAHS 組的ReHo 值、fALFF 值差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001，Alphasim 校正）：ReHo值增加的腦區(qū)有左側(cè)腦橋（t=3.94，P＜0.001）、左側(cè)小腦前葉（t=4.68，P＜0.001）、右側(cè)小腦前葉（t=4.94，P＜0.001）。全腦無明顯ReHo值減低的腦區(qū)，詳見圖1。

圖1 OSAHS 組與NC 組ReHo 值發(fā)生變化的腦區(qū)。

2.3 fALFF分析結(jié)果

與NC組相比，fALFF值增高的腦區(qū)有左側(cè)小腦后葉（t=6.20,P＜0.001），左側(cè)顳上回（t=5.49,P＜0.001），左側(cè)梭狀回（t=4.39，P＜0.001），fALFF 值減低的腦區(qū)有左側(cè)中央旁小葉（t=-4.12,P＜0.001），詳見圖2。

圖2 OSAHS 組與NC 組fALFF 值發(fā)生變化的腦區(qū)。黃色為fALFF 值升高的腦區(qū)，藍(lán)色為fALFF 值降低的腦區(qū)。OSAHS：阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征；NC：正常對照；ReHo：局部一致性；fALFF：分?jǐn)?shù)低頻振幅。

3 討論

本研究采用ReHo 分析和fALFF 分析兩種方法來探索了OSAHS 患者與正常人之間的腦功能差異。目前國內(nèi)外僅有少數(shù)研究者運(yùn)用rs-fMRI來研究OSAHS的腦功能狀態(tài)，且現(xiàn)有研究[9]多采用ReHo和低頻振幅（amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF）來研究，鮮少采用fALFF 來研究OSAHS 的腦功能狀態(tài)。而fALFF 是一種在ALFF 基礎(chǔ)上改良得到的新算法，它將低頻段（0.01～0.08 Hz）信號的功率譜除以整個頻段（0～0.25 Hz）上信號的功率譜，可有效消減ALFF 中生理性噪聲，準(zhǔn)確度相對更高[5]。fALFF 目前廣泛應(yīng)用于原發(fā)性失眠[10]、抑郁癥[11-12]，雙相情感障礙[12]、精神分裂癥[13]以及焦慮性帕金森病[14]的腦功能的研究中，僅有少數(shù)研究將fALFF 應(yīng)用于評估OSAHS 的治療效果[15-16]。本研究將ReHo 和fALFF 兩種聯(lián)合運(yùn)用于OSAHS的腦功能研究中，不僅具有一定創(chuàng)新性，同時保證了該研究的相對準(zhǔn)確性。本研究首次發(fā)現(xiàn)，OSAHS 患者存在多個ReHo 值增高的腦區(qū)且全腦未見明顯ReHo 值減低的腦區(qū)，OSHAS 患者fALFF值發(fā)生變化的腦區(qū)均位于左側(cè)大腦半球。為探索OSAHS 患者認(rèn)知障礙的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制提供了新方法、新視角及新線索。

3.1 ReHo分析

本研究發(fā)現(xiàn)，與NC 組相比，OSAHS 組ReHo 值增高的腦區(qū)有左側(cè)腦橋、雙側(cè)小腦前葉，全腦未見明顯ReHo值降低的腦區(qū)。我們的研究首次發(fā)現(xiàn)，OSAHS患者多個腦區(qū)神經(jīng)元的活動一致性增高且全腦未見活動一致性減低的腦區(qū)。同時，本研究還將OSAHS患者與NC 組的兩組的臨床基本資料進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)OSAHS組的BMI值明顯高于NC組，表明肥胖的人更易患OSAHS，與既往的報道[17-19]相符。另外，OSAHS 組與NC 組的AHI、AI、ODI、最低SaO2、平均SaO2、SaO2＜90%的百分比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。有學(xué)者認(rèn)為，缺氧、睡眠不足或睡眠效率低下可能是OSAHS患者腦功能損害的基礎(chǔ)[20-21]。我們亦發(fā)現(xiàn)OSAHS 組與NC 組的ESS 評分、MoCA 評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義。由此推測，OSAHS 患者某些腦區(qū)ReHo 值的增高可能與其認(rèn)知功能損害及白日嗜睡有關(guān)，但通過相關(guān)性分析，并未發(fā)現(xiàn)增高腦區(qū)的ReHo 值與ESS 評分、MoCA 評分之間存在顯著相關(guān)性。因此，仍需進(jìn)一步探究其內(nèi)在聯(lián)系。之前的研究表明[22-23],OSAHS 患者存在多個腦區(qū)的ReHo 值的減低，且某些特定腦區(qū)的減低的ReHo 值與患者的認(rèn)知功能之間存在相關(guān)性。LI 等[24]指出，特定腦區(qū)減低的ReHo 值與OSAHS 患者M(jìn)oCA 評分、ESS評分以及AHI存在相關(guān)性。SHU等[23]研究發(fā)現(xiàn)，OSAHS患者的MoCA評分與睡眠效率呈顯著的正相關(guān)。這有助于理解OSAHS患者認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)影像機(jī)制，并可作為鑒別OSAHS 是否伴發(fā)認(rèn)知功能障礙的潛在生物標(biāo)記物。另有學(xué)者指出[22-23,25]，某些特定腦區(qū)異常的ReHo值可作為評估OSAHS 神經(jīng)元損傷的潛在的生物標(biāo)記物，并推測OSAHS患者長期睡眠不足以及睡眠效率低下可能是造成其認(rèn)知損害的原因。而本研究結(jié)果與先前存在差異性，推測可能是我們沒有對患者進(jìn)行病情分度，從而干擾了研究結(jié)果。

3.2 fALFF分析

本研究發(fā)現(xiàn)，與NC 組相比，OSAHS 組fALFF 值增高的腦區(qū)有左側(cè)小腦后葉、左側(cè)顳上回、左側(cè)梭狀回，減低的腦區(qū)有左側(cè)中央旁小葉。由前述可見，fALFF 值發(fā)生變化的腦區(qū)均位于左側(cè)大腦半球，有學(xué)者[26]認(rèn)為OSAHS 患者兩側(cè)大腦半球功能重排可能是其腦功能損傷的原因，本研究中fALFF值發(fā)生改變的腦區(qū)多數(shù)發(fā)生左側(cè)大腦半球，很有可能是OSAHS患者左、右側(cè)大腦半球功能重排的體現(xiàn)。

SANTARNECCHI 等[26]的研究表明，OSAHS 患者的中央前回和中央后回之間的內(nèi)在聯(lián)系增強(qiáng)，作者認(rèn)為這種增強(qiáng)可能與睡眠相關(guān)肌肉組織的高活性有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為[4,27]，睡眠期間肌張力、覺醒閾值和回路增益等因素可驅(qū)動阻塞性呼吸暫停和呼吸減弱。此外，還有研究指出[28-29]，中央自主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域的fALFF值與OSAHS的認(rèn)知障礙可能存在聯(lián)系。本研究發(fā)現(xiàn)，OSAHS患者左側(cè)中央旁小葉的fALFF值減低，說明該腦區(qū)神經(jīng)元的活動幅度減低，腦功能可能受損，從而影響相關(guān)肌肉組織的活動，導(dǎo)致睡眠障礙，進(jìn)一步支持了之前的研究結(jié)果，為探索OSAHS 認(rèn)知障礙的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制提供了新的線索。此外，本研究中，OSAHS組fALFF值增高的腦區(qū)有左側(cè)小腦后葉、左側(cè)顳上回、左側(cè)梭狀回，提示這些腦區(qū)出現(xiàn)了功能代償，但關(guān)于具體作用機(jī)制，仍需進(jìn)一步研究探索。

本研究采用ReHo 和fALFF 方法對男性O(shè)SAHS 患者的腦功能進(jìn)行了研究。經(jīng)探索發(fā)現(xiàn)，與正常人比，OSAHS 患者的多個腦區(qū)的活動一致性、活動幅度均有所改變。OSAHS 患者的部分腦區(qū)的ReHo 增高，fALFF發(fā)生變化的腦區(qū)多集中于左側(cè)大腦半球。有研究表明[16,24,30]，OSAHS 患 者 治 療 后ReHo 值 及fALFF 值 均 會發(fā)生改變，說明OSAHS 腦功能損害存在可逆性的可能，強(qiáng)調(diào)了早識別、早治療的重要性，并推測特定腦區(qū)異常的ReHo 值及fALFF 值可作為評估OSAHS 神經(jīng)元損傷的潛在的生物標(biāo)記物。因此，rs-fMRI 在OSAHS 的科學(xué)研究及指導(dǎo)臨床治療中都具有良好的應(yīng)用前景。

3.3 局限性

本研究僅納入了男性患者及志愿者，且只采用了ReHo、fALFF兩種方法比較了兩者腦功能之間的差異，未探究處于不同病程的OSAHS 患者的腦功能情況。將來應(yīng)納入女性患者及志愿者，并聯(lián)合多種方法、以病情分度為亞組進(jìn)行綜合分析，以闡明其潛在的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制。

4 結(jié)論

OSAHS 患者的多個腦區(qū)的腦神經(jīng)元局部活動一致性、活動幅度均有所改變。OSAHS 患者的部分腦區(qū)的ReHo增高，fALFF發(fā)生變化的腦區(qū)多集中于左側(cè)大腦半球。rs-fMRI 為探索OSAHS 患者認(rèn)知障礙的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制、尋找其腦神經(jīng)元損傷的潛在生物標(biāo)記提供了新方法、新視角及新線索。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：王琴、陳光斌、張自力、敖鋒、李勝、李艷紅、熊妍希參與選題和設(shè)計，參與資料的分析與解釋，撰寫論文并對其學(xué)術(shù)內(nèi)容的重要方面進(jìn)行了關(guān)鍵修改，對最終要發(fā)表的論文版本進(jìn)行了全面的審閱和把關(guān)，并最終同意該文發(fā)表，同意對研究工作各方面的誠信問題負(fù)責(zé)；其中熊妍希獲得了十堰市科技局2019年度引導(dǎo)性科研項目的資助。