维吾尔族终末期肾病患者脑局部一致性及功能连接改变

田序伟，阿迪力·阿布来提，邱 娅，邹 科，邹小广

(喀什地区第一人民医院影像中心，新疆 喀什 844000)

新疆喀什地区是维吾尔族聚居区之一，终末期肾病(end stage renal disease,ESRD)，即肾小球滤过率小于15 ml/(min×1.73 m2)或慢性肾衰竭发展至需接受持续性肾功能替代治疗的肾病[1],发病率较高[2-4]。ESRD进展过程中可发生多种神经系统并发症，以抽象思维和执行功能受损最明显[5]。随着应用静息态血氧水平依赖功能MRI(blood oxygen level-dependent functional MRI,BOLD-fMRI)观察脑神经的自发活动及脑功能连接(functional connectivity,FC)的相关研究逐步成熟，有学者[6-7]提出将脑局部一致性(regional homogeneity,ReHo)用于衡量特定脑区多种神经活动的同步性，以加深对于大脑功能复杂性的理解。本研究采用BOLD-fMRI，基于脑区ReHo及种子点FC方法观察维吾尔族ESRD患者脑局部一致性及FC的变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2019年6月—2020年1月喀什地区第一人民医院26例维吾尔族ESRD患者(试验组)，男16例，女10例。纳入标准：①维吾尔族，长期居住于喀什；②年龄17～60岁；③确诊ESRD，且持续性血液透析(简称血透)半年以上。排除标准：①神经精神心理疾病；②严重神经系统疾病；③其他系统严重疾病；④急性感染；⑤滥用药物、吸烟、酗酒史；⑥长期服用铝制剂；⑦MR检查禁忌证。同时招募21名同区域长期居住维吾尔族健康志愿者，男7名，女14名。MR检查前以蒙特利尔认知量表(Montreal cognitive assessment，MoCA)对患者进行认知功能评估。本研究获院伦理委员会批准[批准号：(2020)快审研第(17)号]，检查前受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Aera 1.5T MR扫描仪，20通道头部磁共振射频线圈，行头部扫描。BOLD-fMRI：采用梯度回波-平面回波(gradient-recalled echo-planar imaging，GRE-EPI)序列，TR 2 790 ms，TE 45 ms，矩阵64×64，层厚4.2 mm，层间距7 mm，翻转角90°，全脑轴位隔层扫描35层，210个时间点。以T1磁化准备快速梯度回波(T1 magnetization prepared rapid gradient echo，T1-MPRAGE)序列采集结构像，TR 2 530 ms，TE 1.94 ms，矩阵256×256，翻转角7°，正中矢状位扫描192层，层厚1 mm。

1.3 图像处理及分析 基于Matlab(2013b)平台，采用SPM和DPABI软件[8]对BOLD-fMRI数据进行预处理：①去除前10个时间点的数据；②以中间层第35层为参照层进行时间层校正；③头动校正，以头动平动不超过3 mm且转动不超过3°为标准，剔除超标准数据，生成平均功能像，计算相应头动参数逐帧位移指标(frame-wise displacement Jenkinson,FD-Jenkinson)；④配准，将每三维T1WI配准至平均功能像；⑤分割，按照统一分割算法将配准后三维T1WI分割成灰质、白质和脑脊液；⑥标准化，基于分割算法中的标准化参数矩阵信息，将平均功能像标准化到蒙特利尔神经学院(Montreal neurological institute,MNI)标准空间模板，重采样体素3 mm×3 mm×3 mm的数据；⑦去除协变量，包括随扫描进展的线性趋势、基于Friston 24模型的24个头动参数、平均白质、脑脊液信号等协变量。

数据分析：①ReHo，对经过标准化的数据进行滤波(频段0.01～0.10 Hz)后，采用肯德尔系数计算每个体素与相邻26个体素间的一致性，生成ReHo图，并以半宽全高为4 mm的高斯核对其进行空间平滑；②基于种子点的FC，首先以半高宽为4 mm的各向同性高斯核对标准化数据进行空间平滑，之后对经过平滑的数据进行滤波(频段0.01～0.1 Hz)；以组间ReHo差异有统计学意义的脑区为种子点，采用Pearson相关计算所选种子点时间序列与全脑各体素的FC情况，获得FC图；应用Fisherrtoztransfer对FC图进行z转换。

采用DPABI软件中的双样本t检验比较组间ReHo及FC图，以FD-Jenkinson为协变量[9]，获得相应统计t图，并以高斯自由场矫正方式(体素水平P<0.01，团块水平P<0.05)对统计t图进行矫正，获得组间ReHo和FC差异存在统计学意义脑区的图像，并根据自动解剖标签-90(anatomical automatic labeling,AAL-90)模板得出报告。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料以±s表示，比较采用t检验。采用χ2检验比较计数资料。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

剔除超出头动标准者后，试验组及对照组分别纳入23例ESRD患者及20名志愿者。试验组男14例、女9例，年龄16～60岁，平均(37.4±11.0)岁；病程3～120个月，中位病程7个月；血透持续时间3～72个月，中位血透持续时间5个月。对照组男7名，女13名，年龄16～60岁，平均(35.2±6.1)岁。

2.1 组间一般资料及头动参数比较 组间性别、年龄、MoCA评分及FD-Jenkinson差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。

表1 ESRD患者与一般资料及头动参数比较

2.2 组间ReHo比较 与对照组相比，试验组右侧小脑CrusⅡ和左侧楔前叶ReHo显著下降，见图1和表2。

图1 试验组与对照组ReHo差异具有统计学意义的脑区(蓝色区域) (L表示大脑左半球，R表示大脑右半球)

2.3 组间基于右侧小脑CrusⅡ及左侧楔前叶种子点的FC比较 以右侧小脑CrusⅡ为种子点的FC显示，相比对照组，试验组右侧小脑CrusⅡ种子点与左颞中回和右颞上回的FC显著下降(表2和图2A)；以左侧楔前叶为种子点的FC显示，试验组左侧楔前叶种子点与右侧楔前叶、左中扣带回的FC均低于对照组(表2和图2B)。

表2 试验组与对照组ReHo及种子点FC差异具有统计学意义的脑区

图2 组间基于种子点FC差异具有统计学意义的脑区(蓝色区域) A.以右侧小脑CrusⅡ为种子点；B.以左侧楔前叶为种子点 (红色区域为FC种子点，L表示大脑左半球，R表示大脑右半球)

3 讨论

目前对于 ESRD患者出现认知障碍的神经机制尚不明确，脑功能连接破坏及自发性脑活动降低可能是导致ESRD认知障碍的原因[10-12]。部分ESRD患者认知功能异常较为突出，表现为注意力、记忆力、执行能力及智力下降[13]。新疆汉族与维吾尔族健康正常人脑MRI测量径线无明显差异[14]。本研究对比维吾尔族健康人群与ESRD患者的脑局部自发活动及FC差异，发现组间性别、年龄、MoCA评分和头动参数差异均无统计学意义，提示本结果受外在因素影响较小，结果准确率较高。

ReHo可直接观察局部脑区神经活动的时间同步性，间接反映大脑神经活动以及脑神经网络连接的细微变化[15-16]。既往研究[17-18]发现ESRD患者双侧颞上回及颞前叶、左顶下叶等脑区ReHo减低。小脑与大脑之间存在丰富的神经网络连接；小脑除参与精确调控运动外，还参与调控学习记忆、情感等高级脑功能[19]。本研究发现ESRD患者右侧小脑CrusⅡ和左侧楔前叶ReHo较对照组下降，且右侧小脑CrusⅡ种子点与左颞中回和右颞上回的FC均显著下降，而ESRD患者认知功能表现与健康正常人无明显差异，提示fMRI是检测ESRD潜在认知功能损害早期脑功能改变的有效方法，小脑活动与FC异常为ESRD认知障碍的潜在神经机制。

ZHENG等[20]发现接受血液透析的ESRD患者主要发生于额叶的脑皮质和皮质下网络连接广泛减弱与其认知功能损害有关，而其内侧前额叶与左、右侧楔前叶的FC随认知功能受损程度加重而下降。楔前叶主要负责认知功能，涉及情景记忆、视空间、自我相关信息处理及元认知、意识等过程；后扣带回主要监控感觉和立体定位及记忆作用。本研究基于左侧楔前叶的种子点进行观察，发现ESRD患者左侧楔前叶种子点与右侧楔前叶、中扣带回及后扣带回的FC均低于对照组，提示ESRE患者脑神经功能损伤早于其认知行为改变。

综上所述，维吾尔族ESRD患者右侧小脑CrusⅡ和左侧楔前叶ReHo及其与颞中回、颞上回、右侧楔前叶、中扣带回和后扣带回的FC均下降，对评估及治疗ESRD具有一定价值。本研究的主要不足之处在于样本量少，有待扩大样本量进一步研究。