静息态功能MRI全脑信号对左侧基底节区脑梗死患者低频振幅的影响

赵 澄，李琼阁，单 艺，张 苗，马青峰，戎冬冬，曹燕翔，卢 洁*

(1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，3.神经内科，北京 100053；2.磁共振成像脑信息学北京市重点实验室，北京 100053)

静息态功能MRI(resting-state functional MRI，rs-fMRI)显示的自发神经元信号，即血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent，BOLD)信号，可反映大脑生理机制[1]。全脑信号为全脑体素水平下的平均信号，通常伴随BOLD信号产生，但全脑信号对于功能MRI(functional MRI，fMRI)研究是否具有生理意义目前存在争议[2]。低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)和分数ALFF(fraction ALFF，fALFF)可用于衡量局部大脑活动[3]。本研究观察rs-fMRI全脑信号对左侧基底节区脑梗死患者ALFF及fALFF的影响。

1 资料与方法

1.1 研究对象 纳入2008年12月—2012年2月21例于首都医科大学宣武医院诊断为左侧基底节区脑梗死的患者(梗死组)，男16例，女5例，年龄35～72岁，平均(49.4±10.1)岁。纳入标准：①首次发病；②右利手；③分别于发病7天内(急性期)[4]及3个月(恢复期)[5]接受MR检查和Fugl-Meyer临床运动评分；④病灶体积<100体素；⑤无其他神经系统病变。同期招募26名健康志愿者作为对照组，男15名，女11名，年龄33～70岁，平均(52.7±8.1)岁。本研究通过医院医学伦理委员会批准[编号：(2008)012]。检查前受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Trio Tim 3.0T MR扫描仪及12通道头部线圈。嘱受检者仰卧，避免思考；固定头部，采集轴位rs-fMRI，参数：TR 3 000 ms，TE 30 ms，FA 90°，层数47，层厚4 mm，矩阵64×64，体素3 mm×3 mm×3 mm；共扫描124个时间点，扫描时间6 min 12 s。

1.3 图像分析 基于DPABI(http://rfmri.org/dpabi)软件[6]对采集的图像进行预处理：①去除前4个时间点；②校正时间层；③头动校正；④标准化；⑤平滑；⑥去线形漂移；⑦协变量回归，包括去除及未去除全脑信号2种；⑧滤波。

基于去除和未去除全脑信号的2种结果计算ALFF/fALFF[2]。通过傅里叶变换将个体脑影像体素时间序列的频率信息转换至功率域，计算给定频率范围内(0.01～0.1 Hz)的低频振幅之和，即ALFF；fALFF为给定频率域中的ALFF占整个可检频率范围内幅度之和的比例。将ALFF与fALFF 度量值转换为z分数，用于统计分析。

1.4 Fugl-Meyer评分 参照文献[7]方法对梗死组急性期及恢复期肢体功能行Fugl-Meyer评分，计算33项任务评分总和，并将评分归一化为0至100分，以定量反映上肢运动功能、平衡、感觉及关节功能。

表2 梗死组患者恢复期与急性期ALFF存在差异的脑区

1.5 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以±s表示计量资料，采用双样本t检验比较组间年龄差异，对梗死组急性期及恢复期的Fugl-Meyer评分行配对t检验；对计数资料行χ2检验。分别于去除和未去除全脑信号2种条件下，采用配对t检验和双样本t检验分析恢复期组间、梗死组不同时期间ALFF/fALFF存在差异的脑区，基于无阈值簇群增强(threshold-free cluster enhancement, TFCE)方法统计ALFF/fALFF结果[8]，并进行FWE校正(随机重排5 000次)。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 基本资料 梗死组与对照组性别(χ2=1.60，P=0.21)、年龄(t=1.77，P=0.18)差异均无统计学意义。梗死组恢复期Fugl-Meyer评分明显高于急性期[(95.92±8.46)分vs(77.02±27.51)分，t=3.01，P<0.01]。

2.2 ALFF与fALFF 未去除全脑信号条件下，梗死组恢复期大脑双侧额上回、后扣带回(posterior cingulate cortex，PCC)和健侧壳核ALFF均明显低于对照组(P均<0.05)，健侧额下回眶部及颞上回颞极ALFF均明显高于对照组(P均<0.05)；梗死组患者恢复期健侧楔叶、颞下回、枕中回ALFF明显高于急性期(P均<0.05)。去除全脑信号条件下，梗死组恢复期健侧额上回、PCC及壳核ALFF明显低于对照组(P均<0.05)，健侧额下回眶部及颞上回ALFF明显高于对照组(P均<0.05)；梗死组恢复期健侧颞下回ALFF明显高于急性期(P<0.05)。见表1、2及图1、2。

表1 梗死组患者恢复期与对照组ALFF存在差异的脑区

图1 梗死组恢复期与对照组ALFF存在差异的脑区 A.未去除全脑信号；B.去除全脑信号

梗死组恢复期与对照组、梗死组内不同分期之间未见fALFF存在显著差异的脑区(P均>0.05)。

3 讨论

本研究于去除和未去除全脑信号2种预处理条件比较左侧基底节区脑梗死组恢复期与急性期以及梗死组与对照组的ALFF/fALFF，发现未去除全脑信号条件下显示ALFF存在差异的脑区更多。未去除全脑信号条件下，梗死组内，相比急性期，恢复期健侧楔叶、颞下回及枕中回ALFF显著升高，而去除全脑信号后仅显示颞下回发生改变。颞叶为高级神经活动的重要脑区之一，参与神经功能调控[9]；楔前叶为默认网络的主要脑区，参与调控感觉运动功能[10]；枕下回位于枕叶，除视觉调控外，还参与语言、注意及记忆等神经功能调控[11]。未去除全脑信号条件下可见健侧颞下回、楔前叶及枕下回神经元ALFF改变，提示随着运动恢复，梗死患者脑功能发生代偿性调节。LIANG等[12]关于缺血性卒中的研究结果同样显示存在楔前叶和枕下回ALFF改变。

图2 梗死组恢复期与急性期比较ALFF存在差异的脑区 A.未去除全脑信号；B.去除全脑信号

额叶和颞叶参与调节高级神经认知及运动功能[13]。本研究发现，未去除全脑信号条件下，相比对照组，梗死组恢复期大脑双侧PCC及额上回ALFF明显下降，而健侧额下回眶部及颞上回明显升高；而去除全脑信号后，仅健侧PCC、额上回、额下回眶部及颞上回可见ALFF下降。上述结果提示，脑梗死致运动功能受损后，功能代偿性机制使主要位于健侧脑区的其他脑区发生调控性激活。FEYDY等[14]通过纵向研究脑卒中患者的运动恢复过程而提出了患侧梗死在运动恢复过程中引起双侧脑皮质功能改变的假说。FU等[15]以任务态fMRI观察基底节区脑卒中患者，发现脑梗死不仅引起病灶周围脑区功能变化，且可影响与之远距脑区的脑功能。本研究进一步验证了FEYDY等[14-15]的假说。基于以上结果，推测rs-fMRI全脑信号能为研究基底节区脑梗死患者脑功能变化提供更多有价值的信息。

全脑信号一般因生理因素而产生，除反映神经元活动信息外，还包括非神经元活动信息如血管搏动、动脉二氧化碳浓度等，能在一定程度上反映生理学信息[16]。有学者[13]认为去除全脑信号可改善功能与结构连接的对应关系，帮助消除非神经元信息的影响。ZHANG等[17]针对特定被试者进行去除全脑信号后的重测信度研究，发现去除全脑信号会降低针对老年人的测试-重测试的可信度。针对多项fMRI指标测试重测信度，发现未去除全脑信号条件下局部一致性可信度降低[18]，而内部功能连接可信度增加[19]。本研究观察基底节区脑梗死患者的ALFF和fALFF，结果显示未去除全脑信号条件下ALFF和fALFF变化的敏感度更高，提示全脑信号可为观察左侧基底节区脑梗死患者神经元自发低频震荡提供更多信息。但有研究[3]认为全脑信号对rs-fMRI的影响可能取决于所涉数据集和观察指标，有待进一步观察。

综上，左侧基底节区脑梗死患者随运动恢复而发生脑皮质功能代偿；未去除全脑信号条件下可显示更多ALFF存在差异的脑区。