基于静息态功能磁共振的三叉神经痛患者低频振幅研究

颜剑豪，汪天悦，李 盟，黎 超，夏丽坤，尹 毅，詹文峰，江桂华

（广东省第二人民医院影像科，广东 广州 510317）

基于静息态功能磁共振的三叉神经痛患者低频振幅研究

颜剑豪，汪天悦，李 盟，黎 超，夏丽坤，尹 毅，詹文峰，江桂华

（广东省第二人民医院影像科，广东 广州 510317）

目的：探究三叉神经痛（TN）患者静息状态下全脑范围内的局部功能活动变化。方法：基于30例TN和20例正常被试静息态功能磁共振数据，运用低频振幅（ALFF）数据分析方法，采用双样本t检验统计比较两组被试低频振幅差异。结果：与正常对照组相比，TN患者在左侧颞下回、左侧梭状回的ALFF值降低，左侧眶内额上回、左侧补充运动脑区增高。结论：ALFF分析揭示了TN患者存在的局部脑区异常活动，这些异常可能与患者对疼痛的认知及情感处理有关。

三叉神经痛；磁共振成像

三叉神经痛（Trigeminal neuralgia，TN）是一种在临床中常见的以面部三叉神经区域反复发作的触电样、剧烈疼痛为特点的慢性神经性疼痛[1]。作为一种常见疾病，TN的发病机制尚不明确，传统的观念认为，TN的发生与三叉神经区域供血血管扩张造成的机械刺激有关。然而，近年来，研究者发现，部分TN患者并不存在明显的神经血管的冲突[2]，另一方面，部分（25%～49%）经磁共振成像检测存在神经血管冲突的被试却没有出现TN症状[3]。因此，中枢论学者认为，持续外周因子刺激可能促发或维持三叉神经系统的中枢神经改变，从而导致了TN[4]。目前，外周及中枢这两种观点并无定论，TN患者是否存在特定的中枢易化？

作为一种可无创性观察脑内自发神经活动变化的先进的磁共振技术，基于血氧水平依赖的静息态功能磁共振技术 （Rest blood oxygenation level-dependent functional MRI，r-BOLD-fMRI）为我们无创性探究TN患者潜在的自发性神经活动的异常提供了良好平台，目前，该技术已经在抑郁症、帕金森、失眠等神经精神相关疾病的中枢神经相关改变中得到广泛应用。为此，本研究拟基于静息态功能磁共振技术，结合低频振幅（Amplitude low-frequency fluctuation，ALFF）数据处理方法，对比正常对照组及TN患者，深入探究TN患者脑内局部功能异常，为理解TN提供进一步影像学证据。

1 资料与方法

1.1 研究对象

本研究经过广东省第二人民医院伦理委员会批准。每位被试均已签署知情同意书。本研究中，共收集来自广东省第二人民医院神经内、外科TN患者32例，通过社区征集正常对照组23例。

TN患者组入组标准：①经神经内外科医生诊断符合TN临床诊断标准；②常规MRI T1、T2序列检查颅内未见明显异常信号；③无严重的机体、精神疾病，或脑外伤、手术病史；④无药物依赖病史；⑤右利手；⑥年龄在18～50岁之间；⑦无磁共振扫描禁忌症。

正常对照组：性别、年龄、教育年限与实验组相匹配，入组标准：①无TN症状；②无严重的器质性及精神疾病；③无药物依赖史；④无MRI扫描禁忌；⑤右利手。TN患者组2例、正常对照组3例被试因头动被排除。最后，实验组患者入组30例（平均年龄（40.93±9.379）岁），正常对照组入组 20 例（平均年龄（38.57±7.947）岁），详见表 1。

表1 TN组和对照组人口统计学信息

1.2 MRI数据的扫描与处理

1.2.1 数据扫描

本实验静息态功能磁共振数据收集使用广东省第二人民医院影像科飞利浦1.5T双梯度磁共振成像系统 （Achieva，Philips）。16通道神经血管线圈（NV coil）进行信号接收，为了保证仪器的稳定，在每一次扫描前均进行数据稳定性的测试。数据扫描过程中，每位被试均保持仰卧，采用泡沫垫固定以减少不自主头动，并保持闭眼、清醒状态，避免结构性思维。静息态数据扫描前，每位被试均需进行常规磁共振序列扫描，并排除颅内器质性病变。在静息态数据扫描收集完成后，需询问被试者配合情况。

静息态数据扫描使用梯度回波EPI序列，具体采集参数如下：回波时间 （TE）=50 ms，重复时间（TR）=2000ms，翻转角度=90°，FOV=224mm×224mm，矩阵=64×64，总容积=160，22个横断层面，层间距为0.8 mm，层厚 4 mm，体素大小 3.5 mm×3.5 mm×4 mm。总共扫描240个动态。

1.2.2 数据处理

磁共振数据后处理采用MATLAB工具箱来处理 （Data processing assistantforresting-state，DPARSF）。该工具箱是基于软件（REST）和统计参数图软件功能（SPM8）组成。数据预处理步骤：①去除开始的10个时间点，此10个时间点用于患者的适应和磁场的稳定；②进行时间差校正（Slice timing）；③头动校正（Realignment），剔除扫描过程中头动超过1.0 mm或1.0°的被试；④标准化处理（Normalization），将头动校正后的数据标准化到MNI模板（重采样分辨率为3 mm×3 mm×3 mm）；⑤根据高斯随机场理论以半高宽（FWHM）为8 mm的平滑核进行空间平滑。⑥考虑低频或者高频噪声，我们用0.01～0.08 Hz频率宽度对数据进行滤波处理。⑦对数据进行去协变量，协变量包括脑脊液信号、脑白质信号、全脑信号以及6个头动参数。

ALFF计算过程与以往报道一致[5]，包括：对全脑每个体素的时间序列进行快速傅立叶变换，将时域转为频域功率谱，功率谱的峰下面积被视为信号能量，此面积值的平方根代表该信号振荡的幅度，提取0.01～0.08 Hz频率内的振荡幅度，得到的即为ALFF。为了达到标准化的目的，我们将每个体素的ALFF值都除以全脑的平均ALFF值。这时，得到的ALFF值用于后续的统计分析。

1.3 统计分析

采用两独立样本t检验（SPSS 13.0软件），比较两组被试年龄、受教育程度、差异（P＜0.05），采用方差检验比较两组性别组成差异。两组被试ALFF值采用两独立样本t检验（SPSS 13.0）进行统计（P＜0.01，双尾）。 采用 Alphasim 进行多重校正（AFNI）。

2 结果

经统计，TN患者组和健康对照组在年龄、教育年限、性别组成无显著差异。与正常对照组相比，TN患者组存在多个脑区的ALFF异常，其中左侧颞下回、左侧梭状回的ALFF值降低（P＜0.01），左侧眶内额上回、左侧补充运动脑区ALFF值的增高 （P＜0.01）（表 2，图 1）。

表2 与对照组相比TN患者ALFF异常的脑区

3 讨论

近年来关于慢性疼痛[6-8]的研究让人们认识到，长期疼痛刺激可促使中枢神经系统疼痛相关脑区皮层发生病理性重构，我们的前期研究也证明TN患者在前扣带回、颞叶、额叶、梭状回，中央前后回等区域灰质体积减小[9]。为进一步探究TN患者自发神经元活动异常，本研究基于静息态功能磁共振技术，结合ALFF分析方法，探讨了TN患者与正常控制组间脑区局部功能活动异常。

r-BOLD-fMRI是在被试保持闭眼、放松、清醒的状态下，基于氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的不同磁场性质，获得脑内不同强度的信号无创性脑功能检测技术[10]。这些不同的信号可能代表更客观、更精细、更直接脑区功能活动强弱，已成为研究活体人脑功能的一个重要手段。ALFF是对全脑的信号强度进行傅立叶变换转化为频域功率谱，功率谱下的面积可视为信号的能量，然后对其开方，即代表该信号震荡的幅度，即BOLD信号变化强度，可用于观察被试者脑内局部功能活动强弱[11]。研究结果显示，TN患者存在多个脑区的ALFF异常，包括左侧颞下回、左侧梭状回、左侧眶内额上回、左侧补充运动脑区。

我们发现TN组在左侧梭状回也出现功能的减弱。根据以往的文献报道，当使用电击短暂刺激时，被试者在急性疼痛发作当时左侧梭状回、海马、初级次级视觉环路、至楔叶、楔前叶活动性增强[12]。梭状回与分类识别功能有关，通过与多个脑区的连接进行功能整合[13]，研究者推测这些脑区活动的异常增强，可能与TN患者反复发作性触电样疼痛时，患者对相似感受进行检索有关。本实验中患者数据采集在疼痛发生间隙，出现的左侧梭状回活动减弱，可能是患者在非疼痛时期相应脑区高度激活后的疲劳及代偿抑制活动有关。且在上述研究中，研究者还观察到这些脑区的活动性与被试者疼痛反应的等级成明显的负相关性[13]，特别是在左侧梭状回，这也可能提示患者存在某种自我稳态调节。在我们的前期研究中同样发现患者在左侧梭状回的体积减小[9]，进一步证明TN患者在左侧梭状回的神经改变。同时，我们观察到左侧颞下回活动性减弱。颞叶参与情绪的感知任务，是评估、整合和预测与情绪有明显关联的疼痛二次加工区[14]。本研究中观察到的颞下回活动性减低可能与TN患者因长期的疼痛引发患者的负面情绪有关。

图1 三叉神经痛患者和正常对照组间ALFF值存在显著差异的区域。其中暖色（冷色）区域代表ALFF值增加（减少）。Figure 1. The regions show significant abnormal activity in TN patients.The warm color(left frontal med orb and left sup motor area)represent increased activity;the cold color(left temporal inf，left fusiform)represent decreased activity.

结果显示，TN患者在左侧眶内额上回活动性增强。眶内额上回属于边缘系统，主要参与大脑的认知与执行任务[15-16]。同时，前额叶被认为在慢性疼痛的进展过程中起着重要作用，形态学研究表明，TN患者前额叶灰质体积的减小与患者患病时间呈负相关[17]。本研究发现的额叶功能的异常，进一步提示了其在慢性疼痛中的作用，笔者认为，这可能与疼痛的处理、认知、情感整合有关，因此本实验中出现的眶内额上回的活动升高可能与慢性疼痛或慢性疼痛发展中的感情构成危险因素有关。

本研究中存在一定的局限性，首先，本研究病例组中TN患者中部分经药物治疗，因此未能排除药物对实验结果的影响。其次，本研究属于横断研究，不能确定患者脑内局部功能变化与TN因果关系，这需要后续进一步纵向研究。总之，本研究采用ALFF分析方法，发现TN患者在左侧颞下回、左侧梭状回、左侧眶内额上回、左侧补充运动脑区存在功能的异常，这种局部功能分化的异常可能与患者对疼痛的认知及潜在情绪异常有关。

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Amplitude low-frequency oscillation abnormalities in trigeminal neuralgia patients

YAN Jian-hao,WANG Tian-yue,LI Meng,LI Chao,XIA Li-kun,YIN Yi,ZHAN Wen-feng,JIANG Gui-hua
(Department of Medical Imaging,the Second Hospital of Guangdong Province,Guangzhou 510317,China)

Objective:To explore the regional spontaneous activity changes in the whole brain of trigeminal neuralgia(TN)patients using resting-state fMRI.Methods:Resting-state fMRI datasets of 30 TN patients and 20 healthy controls were acquired.The amplitude low-frequency fluctuation(ALFF)and independent-sample t-test were used to compare the brain activity abnormalities between these two groups.Results:In TN patients,we found decreased ALFF in the left superior temporal gyrus and left fusiform,as well as an increased ALFF in the left frontal med orb and left sup motor area.Conclusion:Our results demonstrated the spontaneous activity change underlying TNP,and these abnormalities may contribute to the cognization and emotion of the pain.

Trigeminal neuralgia;Magnetic resonance imaging

R745.11；R445.2

A

1008－1062（2017）05－0318－03

2016-06-24；

2016-08-31

颜剑豪（1977-），男，广东广州人，副主任医师。 E-mail：yanjianhao@163.com

江桂华，广东省第二人民医院影像科，510317。E-mail：jiangguihua177@163.com

2016年广东省中医药常规科研项目立项资助课题（20161008）。