肌萎縮側(cè)索硬化癥全腦功能網(wǎng)絡(luò)和腦皮質(zhì)下核團(tuán)體積改變的初步研究.pdf

1、ALS是一種少見的神經(jīng)退行性疾病，特征是上和下運動神經(jīng)元的損失。研究表明ALS進(jìn)展性的損害并不局限在上、下運動神經(jīng)元，還累及包括前額葉、顳葉、頂葉及基底節(jié)區(qū)等多個腦區(qū)，存在諸多的非運動系統(tǒng)癥狀。近年來，ALS錐體外系癥狀成為研究關(guān)注的熱點問題，獲得了不少ALS錐體外系受累的證據(jù)。有研究采用fMRI的技術(shù)和方法，發(fā)現(xiàn)了功能連接明顯減低的區(qū)域在感覺運動網(wǎng)絡(luò)以及有關(guān)認(rèn)知行為的網(wǎng)絡(luò);同時在軀體感覺和其他運動外區(qū)域也有功能連接增加的報道。然而，所

2、有這些報道均采用的是基于獨立成分分析或者種子點途徑的網(wǎng)絡(luò)功能連接分析方法，尚不能充分描述ALS的全腦功能網(wǎng)絡(luò)連接組。同時，在既往ALS結(jié)構(gòu)MRI研究中，大多數(shù)應(yīng)用VBM和SBM技術(shù)的研究都發(fā)現(xiàn)了ALS患者運動皮質(zhì)的灰質(zhì)萎縮和額葉腦區(qū)廣泛的皮質(zhì)變薄，但尚未發(fā)現(xiàn)有專門針對ALS深部核團(tuán)結(jié)構(gòu)的研究報道。
　　近年興起的網(wǎng)絡(luò)圖論分析技術(shù)能夠描述某個節(jié)點與全腦功能網(wǎng)絡(luò)連接組的功能關(guān)系，度中心度(DC)是一個常被使用圖論網(wǎng)絡(luò)測量指標(biāo)，常被用來

3、表征全腦功能網(wǎng)絡(luò)中心性的變化。FSL—FIRST活體MRI體積分析是使用基于標(biāo)準(zhǔn)手動分割圖像模型對皮質(zhì)下核團(tuán)進(jìn)行自動分割的技術(shù)，可用來評估皮質(zhì)下核團(tuán)體積的變化。這些技術(shù)的應(yīng)用為我們提供了觀察和分析ALS神經(jīng)影像機(jī)制的新視角。
　　目的：
　　在本研究擬應(yīng)用體水平的靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)度中心度(DC)分析技術(shù)，探討ALS患者全腦功能網(wǎng)絡(luò)變化，并應(yīng)用FSL—FIRST活體MR體積分析技術(shù)，評估ALS皮質(zhì)下核團(tuán)的體積改變。通過相關(guān)性

4、分析初步探討ALS全腦功能網(wǎng)絡(luò)改變和皮質(zhì)下核團(tuán)體積改變與ALS疾病嚴(yán)重程度的關(guān)系。
　　方法：
　?。ㄒ唬w素水平靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)DC分析
　　1.受試者招募
　　根據(jù)El Escorial診斷標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)招募了43名ALS患者（30名確診/13名可能診斷）和44名性別、年齡相匹配的健康志愿者，均為右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)如下:(1)運動神經(jīng)元病家族史;(2)臨床額顳癡呆診斷;(3)腦外傷、癲癇、精神病及其他神經(jīng)精神病史

5、;(4)明顯呼吸衰竭（用力肺活量小于70）;(5)認(rèn)知功能損害， MoCA評分小于26分為認(rèn)知功能損害。使用ALSFRS-R評估病情的嚴(yán)重程度。所有的受試者均接受常規(guī)MRI檢查，排除了腫瘤、中風(fēng)、腦白質(zhì)病變等顱內(nèi)器質(zhì)性病變，并簽署了知情同意書。
　　2.MRI數(shù)據(jù)采集
　　使用重慶西南醫(yī)院的3.0 T Siemens Trio Tim超導(dǎo)全身MRI掃描儀。靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)采集使用EPI序列進(jìn)行36個層面軸位掃描。3D T

6、1WI高分辨率解剖圖像數(shù)據(jù)通過三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列從矢狀位采集。
　　3.MRI數(shù)據(jù)處理
　　基于MATLAB平臺，在REST1.8軟件和SPM8軟件的框架下，使用DPARSF2.3軟件對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并計算DC。為排除非灰質(zhì)體素干擾相關(guān)，DC的計算在灰質(zhì)概率大于20％的先驗?zāi)０鍍?nèi)進(jìn)行，將預(yù)處理功能數(shù)據(jù)進(jìn)行基于體素的全腦相關(guān)分析;根據(jù)模板內(nèi)每個體素的時間信號與所有其他體素的相關(guān)性，產(chǎn)生的相關(guān)矩陣;通過在r＞0.

7、25閾值，得出一個非直接連接矩陣。每個體素與其它所有體素功能連接的總數(shù)量即為二值DC，每個體素與其它所有體素功能連接的權(quán)重值總和，即為權(quán)重DC。通過每個體素的DC值減去全腦所有體素DC的均值后再除以標(biāo)準(zhǔn)差，對體素水平的DC進(jìn)行z評分值轉(zhuǎn)換以便于統(tǒng)計分析。最后，以帶寬半徑4mm對z評分值圖譜進(jìn)行高斯核平滑。
　　4.統(tǒng)計分析
　　使用REST1.8軟件進(jìn)行兩樣本T檢驗，以比較ALS組與正常對照組的DC指標(biāo)是否存在差異，多重比較

8、校正采用AlphaSim方法，閾值為P＜0.01，體素的計算采用AFNI AlphaSim方法中Monte Carlo simulations進(jìn)行計算，簇體積(clusters)大于18個體素的腦區(qū)設(shè)定為有統(tǒng)計學(xué)差異的腦區(qū)。以每名患者的性別和年齡為協(xié)變量，使用皮爾森相關(guān)（雙側(cè)）分析ALS患者的ALSFRS-R評分與DC變化區(qū)域的z評分值間的相關(guān)性。
　　（二）ALS皮質(zhì)下核團(tuán)的體積分析
　　1.受試者招募
　　根據(jù)修訂

9、El Escorial診斷標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)招募了25名（男17，女8）可能診斷或者明確診斷的散發(fā)ALS患者。排除標(biāo)準(zhǔn):運動神經(jīng)元病家族史、認(rèn)知損害和臨床確診額顳癡呆患者以及其它重要的全身性、精神系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病。使用ALSFRS-R評分評估患者的臨床嚴(yán)重狀態(tài)。從初始癥狀出現(xiàn)至MRI掃描的時間為病程，疾病進(jìn)展率=(48-ALSFRS-R)/病程。25名健康對照從當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)招募，沒有神經(jīng)精神疾病史。所有的受試者均接受常規(guī)MRI檢查，排除了腫瘤、中

10、風(fēng)、腦白質(zhì)病變等顱內(nèi)器質(zhì)性病變，并簽署了知情同意書。
　　2.MRI數(shù)據(jù)采集及處理
　　使用3.0T Siemens Trio Tim超導(dǎo)MRI掃描儀，通過三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列采集標(biāo)準(zhǔn)T1加權(quán)高分辨率解剖圖像數(shù)據(jù)集，以進(jìn)行皮質(zhì)下核團(tuán)的體積分析。使用FSL軟件4.1.5版的FIRST插件1.2版自動分割并計算受試者雙側(cè)大腦半球的皮質(zhì)下區(qū)域的體積，包括雙側(cè)伏隔核、杏仁核、尾狀核、海馬、殼核和丘腦。為了消除個體變異性的影響

11、，使用SIENAX工具從相應(yīng)受試的T1WI高分辨率圖像提取每個受試的總顱內(nèi)體積(TIV)。
　　3.統(tǒng)計分析
　　采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，以每個受試者的年齡、性別、教育程度和TIV為協(xié)變量，采用MANCOVA模型評估皮質(zhì)下核團(tuán)體積。MANCOVA模型定義每組被試為固定因子，14個獨立核團(tuán)（雙側(cè)伏隔核、杏仁核、尾狀核、海馬、殼核和丘腦）為因變量，多重對比校正采用Bonferroni方法進(jìn)行校正，有統(tǒng)計學(xué)意義差異閾

12、值設(shè)定為P＜0.05。以每名患者的性別、年齡和教育程度為協(xié)變量，使用皮爾森相關(guān)（雙側(cè)）分析ALS患者的ALSFRS-R評分與改變核團(tuán)體積間的相關(guān)性。
　　結(jié)果：
　　（一）權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC指標(biāo)的分析表明。與對照組相比較，ALS組的權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC明顯增高的區(qū)域是:左側(cè)小腦后葉、雙側(cè)小腦腳、雙側(cè)枕極(BA18/19)、右側(cè)眶額葉(BA11)和雙側(cè)前額葉(BA8/9)。ALS組與對照組比較，權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC明顯減低的區(qū)域是:雙側(cè)初級運動皮層

13、(BA4/6)、雙側(cè)感覺運動區(qū)(BA3/5)、右側(cè)前額葉(BA45)、左側(cè)楔前葉(BA5)、雙側(cè)外側(cè)顳葉(BA48)、左側(cè)中扣帶皮質(zhì)(BA23)、雙側(cè)視覺處理皮質(zhì)(BA17/18/37)。二值網(wǎng)絡(luò)DC分析的結(jié)果與權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DC分析結(jié)果類似。相關(guān)分析表明: ALS患者右側(cè)枕下回的權(quán)重網(wǎng)絡(luò)（p=0.038，r=-0.342）DCz評分值和二值網(wǎng)絡(luò)(p=0.039，r=-0.0341)DCz評分值均與ALSFRS-R評分呈明顯意義負(fù)相關(guān)。

14、>　　（二）基于FSL—FIRST皮質(zhì)下核團(tuán)體積分析技術(shù)發(fā)現(xiàn):ALS組患者與對照組相比較，ALS組雙側(cè)丘腦（左側(cè)p=0.021，右側(cè)p=0.006）、左側(cè)海馬(p=0.034)和右側(cè)杏仁核(p=0.019)的體積明顯減低。ALS患者的ALSFRS-R評分與改變核團(tuán)體積間沒有明顯意義的相關(guān)性。
　　結(jié)論：
　　體素水平靜息態(tài)圖論功能網(wǎng)絡(luò)DC分析表明:ALS患者腦網(wǎng)絡(luò)DC異常的區(qū)域分別位于多個腦區(qū)，進(jìn)一步印證了ALS是一種多系統(tǒng)