椎间盘源性下腰痛患者静息态fMRI 局部一致性研究

胡 兰

（1.电子科技大学医院清水河校区影像科，四川 成都 611731；2.川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637000）

椎间盘源性下腰痛（discogenic low back pain，DLBP）是慢性下腰痛的常见原因，占慢性腰痛的26%～42%［1］，给患者带来极大的痛苦和经济负担［2］。既往研究［3-5］提供了慢性疼痛患者存在广泛的大脑功能、结构改变的证据，但具体的神经病理机制仍不清楚，且针对DLBP 中枢机制的研究较少。本研究以DLBP 患者为研究对象，采用静息态fMRI（resting state fMRI，rs-fMRI）局部一致性（regional homogeneity，ReHo）分析方法，探讨DLBP 的中枢神经机制，并对ROI 的ReHo 值改变与病程、疼痛程度行相关分析，以期为治疗方案的选择提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017 年6—12 月在川北医学院附属医院诊治的25 例DLBP 患者（DLBP 组），其中男13 例，女12 例；年龄26～72 岁，平均（51.32±11.63）岁。纳入标准：①符合DLBP 的诊断标准［1］，即持续或间断发生的慢性下腰部疼痛，伴或不伴下肢疼痛，病程＞6 个月；查体无感觉、运动障碍体征；除外腰椎滑脱、腰椎管狭窄等导致的腰痛；MRI T2WI 示椎间盘低信号，伴或不伴纤维环后部高信号区；椎间盘造影诱发痛与平时疼痛类似或一致，并有相邻节段的阴性对照。②右利手。③MRI 检查前1 周内未使用镇痛、激素类药物。④无严重心、肝、肾等疾病。⑤无精神或神经系统疾病。排除标准：①有明确的神经根受压、腰椎不稳定等导致腰痛的疾病；②有神经、精神系统疾病；③MRI 检查禁忌证。DLBP 组采集病史，并采用疼痛视觉模拟量表（visual analogue pain scales，VAS）对患者疼痛强度评分。

募集20 例与DLBP 组性别、年龄及利手匹配的健康志愿者作为对照组，其中男10 例，女10 例；年龄24～69 岁，平均（52.25±9.75）岁。本研究经伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE 3.0 T MRI 扫描仪及32 通道头部相控阵线圈。受试者在扫描过程中保持清醒、放松、静止、闭眼。rs-fMRI 采用GRE-EPI 序列，扫描参数：TR/TE 2 000 ms/30 ms，层厚4.0 mm，无间隔，扫描层数33 层，FOV 24 cm×24 cm，NEX 1，矩阵64×64，翻转角90°，总采集240 个时间点，扫描时间8 min 10 s。

1.3 数据处理 基于Matlab R2012a 使用DPARSFA 进行静息态数据预处理及ReHo 计算，预处理包括：去除前10 个时间点数据、时间校正、头动校正（去除平移＞1.5 mm、转动＞1.5°的数据）、回归协变量、空间标准化、采用0.01～0.08 Hz 带宽低频滤波。采用DPARSF 软件行ReHo 分析，计算给定体素和相邻26 个体素时间序列变化的一致性，一致性用肯德尔和谐系数作为衡量指标，即ReHo 值。得到的ReHo 图用4 mm×4 mm×4 mm 全宽半高高斯核做空间平滑处理。

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0 软件分析2 组基本资料，计量资料以±s 表示，行两独立样本t 检验，定性资料行χ2检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

应用REST 进行统计学分析。2 组组内比较采用单样本t 检验，组间比较行两独立样本t 检验，得到有差异脑区。最后将有差异的脑区作为ROI，用REST 中的REST Image Calculator 制作出DLBP 组每个受试者在两独立样本t 检验结果上的ReHo 图，再与DLBP 组的病程、VAS 评分行相关分析。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 2 组年龄、性别差异均无统计学意义（均P＞0.05）；DLBP 组病程为（46.36±65.94）个月，VAS 评分为（6.48±1.33）分。

2.2 ReHo 值改变 DLBP 组和对照组的组内统计图显示的ReHo 脑图主要为额叶、前扣带回、后扣带回、楔前叶、海马等脑区（图1，2，P＜0.05，Cluster Size：307，Alphasim 校正）。

与对照组相比，DLBP 组ReHo 值显著升高的脑区有右侧背外侧额上回、右侧内侧额上回及眶部额中回、前扣带回、右侧岛叶、右侧颞上回、左侧枕中回；ReHo 值降低的脑区有右侧楔前叶、后扣带回、左侧颞中回、左侧枕下回、双侧小脑后叶、右侧小脑扁桃体、右侧中央后回、右侧舌回及梭状回（均P＜0.05，Cluster Size：40，Alphasim 校正）（表1，图3）。

表1 DLBP 组和对照组ReHo 值有差异的脑区

图1 椎间盘源性下腰痛（DLBP）组局部一致性（ReHo）值组内比较ReHo 图（单样本t 检验，P＜0.05）图2 对照组ReHo 值组内比较ReHo 图（单样本t 检验，P＜0.05）图3 DLBP 组和对照组ReHo 值有差异的脑区（轴位图），右侧为t 值的色度条，红黄色区域表示DLBP 组较对照组ReHo 值升高的脑区（P＜0.05），蓝色区域表示DLBP 组较对照组ReHo 值降低的脑区（P＜0.05）

2.3 ROI 的ReHo 值与病程、VAS 评分相关性分析DLBP 组右侧额中回ReHo 值的增加与病程呈负相关（r=-0.577，P＜0.05）；DLBP 组差异脑区ReHo 值与VAS 评分间尚未发现显著相关性（P＞0.05）。

3 讨论

ReHo 最早由Zang 等［6］提出，这种方法检测给定体素与其相邻体素时间序列的相似性，反映局部脑区神经元活动的协调性。ReHo 值升高或降低反映局部脑区自发活动一致性升高或降低，提示局部脑区同步性活动的产生和调控机制可能存在异常。Jiang等［7］提出ReHo 作为局部或短距离连接的测量方式，可反映皮层功能的分化及整合程度等。

3.1 ReHo 值升高的脑区 前额叶参与痛觉的空间认知和记忆、情感整合等［8］。相关研究［9］表明，左侧前额叶多与积极感情有关，而右侧前额叶多与负性感情及退缩有关。本研究发现，右侧背外侧额上回、内侧额上回及眶部额中回ReHo 值显著升高，表明这些脑区自发活动一致性增强，可能与慢性疼痛相关的负性情绪及回避反应的产生增加有关。中脑导水管周围灰质接受前额叶皮层的下行纤维，前额叶皮层的活动性增强可导致疼痛效应的易化或抑制［10］。因此，前额叶皮层活动性改变可能通过易化或抑制疼痛效应对慢性疼痛病理状态的建立、维持发挥作用。本研究发现右侧额中回ReHo 值的增加与病程呈负相关。研究［11］表明，慢性疼痛患者随病程发展，各项认知功能有不同程度的损伤，而额叶功能在认知损害发生过程中有重要代偿作用。DLBP 患者右侧额中回ReHo 值升高与病程呈负相关，说明右侧额叶局部脑组织活动的协调性随病程延长而减低，推测可能与额叶在认知损害过程中的代偿功能减低有关，但需更多研究验证。

DLBP 患者ReHo 值显著升高的脑区还有前扣带回和岛叶。相关研究［12-13］表明，前扣带回参与疼痛情绪信息的编码与疼痛调制。DLBP 患者前扣带回ReHo 值显著升高，可能与疼痛状态下前扣带回对疼痛的调制及止痛作用激活有关。岛叶与疼痛预期有密切关系，对非伤害性刺激如嗅味觉等也有反应［14］。梁豪文等［15-16］研究发现，带状疱疹后遗神经痛患者右侧脑岛ReHo、低频振荡幅度（ALEF）信号均较急性期患者增强，与本研究结果吻合。右脑岛叶ReHo 值显著升高可能是慢性疼痛患者需整合大量与疼痛相关或不相关的信息。

3.2 ReHo 值降低的脑区 本研究中右侧楔前叶和后扣带回ReHo 值明显降低。楔前叶和后扣带回是静息态下大脑活动的关键区域［17］。在关于抑郁症的研究［18］中发现楔前叶与后扣带回的异常，提示其异常可能是导致整个默认状态网络功能异常的关键，并在抑郁症的发生、发展中起重要作用。楔前叶和后扣带回ReHo 值异常降低对慢性疼痛患者治疗方案的选择和调整可能有一定的指导作用，如对部分慢性疼痛患者，重视其负面情绪的调节可能是治疗的重要环节。

本研究中DLBP 患者双侧小脑后叶ReHo 值显著降低。小脑主要功能是运动控制，但已有研究［19-20］发现，小脑通过运动、情感控制对疼痛刺激作出反应参与疼痛的发病机制。张川等［21］研究发现，腰椎间盘突出症患者小脑后叶ALEF 值较对照组显著降低，说明小脑自发神经活动出现减低，与本研究结果相似，在一定程度上支持了小脑参与疼痛的中枢机制这一观点。

本研究发现中央后回ReHo 值降低，中央后回主要参与辨别疼痛的位置、强度、空间时间累积等。在不同的慢性疼痛相关研究［22］中，中央后回ReHo 值的改变不尽相同，扩大样本量进一步研究可能得出更贴近实际的结论。同时可对研究对象的焦虑抑郁状态等进行评价，并进行分层研究。

综上所述，DLBP 患者存在多个脑区ReHo 值升高或降低的双向变化，涉及疼痛感觉、情绪、认知及默认网络的重要集散点等，可能导致机体对疼痛相关的感觉、记忆等信息的加工整合减低，且DLBP 可能与患者的负性情绪产生增多、疼痛调节失衡相关。