静息态fMRI技术观察肝性脑病患者双侧苍白球与全脑网络连接的改变研究*

任宏伟，高志华

肝性脑病（hepatic encephalopathy，HE）是以代谢紊乱为特征的中枢神经系统功能失调综合征，其临床表现相对复杂、多变，主要有认知功能减退、行为改变和肝昏迷[1，2]。临床上，按照临床症状进一步划分为轻微型肝性脑病（minimal hepatic encephalopathy，MHE）和明显肝性脑病（overt hepatic encephalopathy，OHE），前者无精神或意识障碍的临床症状，但通过定量神经心理测验或脑电图等检查可发现异常，且易于发展成为症状型HE，后者临床症状明显。近年来，静息态血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level-dependent functional MRI，BOLD-fMRI）以其无创和简单易行的优势在神经精神疾病评价中得到了广泛的应用[3]，其中功能连接法运用得最多，能够在空间上反映脑区的时间相关性，是评价HE患者脑功能的重要手段[4-6]。本文采用种子体素相关性脑功能网络连接法分析了HE患者静息状态下双侧苍白球区域与全脑功能网络连接情况，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 2015年2月～2017年6月武汉科技大学附属天佑医院诊治的OHE患者28例，男15例，女13例；年龄45～63岁，平均年龄为（53.6±9.8）岁；MHE患者30例，男16例，女14例；年龄42～66岁，平均年龄为（54.8±11.2）岁。HE符合临床诊断标准，MHE经A型数字连接试验（number connection test A，NCT-A）、数字符号测试（digit symbol test，DST）和神经心理学测试诊断[7]。排除标准：（1）因肿瘤、脑卒中、脑外伤等导致的精神障碍或服用精神类药物；（2）存在MR检查禁忌证或头振动幅度较大者。另选同期入选检查的30例健康人作为正常健康人，男性16例，女性14例；年龄48～65岁，平均年龄为（55.2±8.8）岁。

1.2 MR扫描 使用荷兰Philips Achieva Interval 3.0T MR扫描仪进行成像数据采集。扫描前，嘱受试者闭眼、安静，放松休息、保持清醒状态，避免吞咽动作，尽量保持头部静止，并用海绵垫固定其头部。采用梯度回波（GRE-EPI）序列。具体参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，反转角 90°，矩阵 64×64，视野240 mm×240 mm，每次采集180个时间点。采用DPARSFA软件预处理fMRI数据，去除前10个时间点。相关参数设置：头动校正、时间层校正、空间标准化（3 mm×3 mm×3 mm），接着利用高斯核函数加以平滑，全宽半高值=8 mm，去线性漂移，将6个头动参数、全脑平均信号、脑白质平均信号、脑脊液信号作为协变量进行回归，低频滤波处理信号（0.01～0.08 Hz）。在自动解剖标记模板（automated anatomical labeling，AAL）上找到双侧苍白球区域作为种子点。采用Pearson相关性检验分析每个双侧苍白球与全脑每个区域的相关程度，接着对r值进行Fisher Z变换，计算出接近正态分布的Z值，计算公式：z=0.5×log[（1+r）/（1-r）]，所求数值为脑区两个点间的连接强度。

1.3 统计学处理 应用SPSS 13.0统计学软件，计量资料以（±s）表示，采用单因素方差分析，组间比较采用F检验，两组血氨水平的比较采用t检验，计数资料采用卡方检验，各组间脑网络连接的差异采用F检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组一般临床资料和神经心理学量表测试结果比较 三组间性别和年龄差异均无统计学意义（P均＞0.05），而三组NCT-A和DST评分结果间比较有统计学差异（F=72.585，F=41.694，P均 ＜0.001）；OHE组血氨水平、NCT-A和DST评分结果与MHE组比，差异有统计学意义（P＜0.001，表 1）。

表1 各组年龄性别、血氨和神经心理学量表测试结果 [%，（±s）]比较

表1 各组年龄性别、血氨和神经心理学量表测试结果 [%，（±s）]比较

例数 男性 年龄（岁） 血氨（μmol/L） NCT-A DST OHE 28 15（53.5） 53.6±9.8 110.1±56.8 64.1±11.9 30.2±8.5 MHE 30 16（53.3） 54.8±11.2 22.4±8.3 73.3±11.5 25.5±6.6健康人 30 16（53.3） 55.2±8.8 - 42.3±6.5 42.6±7.3 F/t/x2 0.12 0.21 8.367 72.585 41.694 P 0.81 0.819 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.2 三组左侧苍白球与全脑功能网络连接情况比较 经方差分析结果显示，三组左侧苍白球与全脑网络连接存在差异的脑区主要分布在左侧尾状核、颞叶、顶叶，也见于部分额叶和枕叶。与健康人比，OHE组有4个脑区间的功能连接减弱，有4个脑区间的功能连接增强（图1）；与健康人比，MHE组有3个脑区间的功能连接减弱，未发现连接增强的脑区（图2）；与MHE组比，OHE组有2个脑区间的功能连接减弱，有2个脑区间的功能连接增强（图 3，表 2）。

2.3 三组间右侧苍白球与全脑功能网络连接情况比较 经方差分析结果显示，三组右侧苍白球与全脑网络连接存在差异的脑区主要分布在右侧尾状核、颞叶、额叶。与健康人比，OHE组有3个脑区间的功能连接减弱，有2个脑区间的功能连接增强（图1）；与健康人比，MHE组有3个脑区间的功能连接减弱，未发现连接增强的脑区（图2）；与MHE组比，OHE组有2个脑区间的功能连接减弱，有1个脑区间的功能连接增强（图3，表3）。

表2 三组间左侧苍白球与全脑功能网络连接情况比较

表3 三组间右侧苍白球与全脑功能网络连接情况比较

图1 OHE患者颅脑MRI表现 显示与健康人比存在差异的脑网络连接区域

图2 MHE患者颅脑MRI表现 显示与健康人比存在脑网络连接差异的脑区

图3 OHE患者颅脑MRI表现 显示与MHE组比存在脑网络连接差异的脑区

3 讨论

种子体素相关性分析作为无创分析脑功能的手段，是按照经验知识进-步划定所分析疾病的有关脑区，以此作为种子区，接着对种子区与其他区域相关系数进行计算，以分析两者间功能连接的强度，现如今在神经病理机制的研究中得到了广泛的应用。对HE患者的磁共振成像数据分析发现双侧基底核区有锰蓄积，而且能在T1WI上可以看到逐步增加苍白球区域的高信号[8]。仅仅依赖于神经心理学的试验进行诊断是有局限性的，无法对潜在的病理学改变进行分析。而在神经心理学试验的基础上，通过MRI和磁共振波谱（MRS）检测手段能更清楚地了解HE的发病机制。

本研究应用基于体素的相关分析探讨HE患者双侧苍白球区域与全脑的功能网络连接状况，结果显示大部分HE患者有苍白球与全脑网络连接障碍，病变多集中在额叶、顶叶和颞叶。有国外学者对HE患者行正电子计算机断层（PET）扫描并分析相关数据，发现其脑血流量及葡萄糖代谢率发生重新分布。OHE患者左侧苍白球与右侧梭状回之间连接下降，梭状回位于视觉联合皮层中底面，其主要功能是情绪感知，考虑到HE患者的情绪失常或许与梭状回有密切的联系。而且，梭状回还负责物体次级分类的识别，而枕下回和枕上回的主要功能包括处理视觉信息。OHE组右侧梭状回、右侧枕下回和左侧苍白球的功能连接改变以及MHE组右侧枕上回与左侧苍白球的功能连接的改变，可能与HE患者视觉通路损伤有关联。楔前叶位于头顶叶内侧部分，相关研究显示其与一些高水平的认知功能存在密切联系，例如参与情景记忆提取和视空间信息整合等各个方面。本研究OHE组较MHE组在右侧楔前叶与左侧苍白球之间功能连接改变更明显，可能与HE患者的情景记忆障碍和自我相关的信息处理有一定的关联。额叶作为大脑发育中最高级的部分，位于大脑的前部，额上回、额中回和左中央前回均是其主要的脑回，参与执行、记忆、情绪等功能。通过对HE患者的影像学观察分析，该脑区与苍白球有减弱的脑网络连接，推测HE患者记忆功能和执行功能受到了损害。

在以右侧苍白球为种子点的基于体素的相关分析结果发现，OHE组较健康人在额叶多个区域包括左侧岛盖部额下回、右侧三角部额下回和右侧额中回的连接减弱，提示OHE患者额叶区域功能出现了失调。与健康人比较，MHE组没有发现显著连接增强的脑区，提示MHE患者可能有脑功能的异常，然而与OHE组比较，该组患者其他脑区的代偿功能相对更弱。角回作为大脑后部一个重要的联合区，如果右侧角回受到了损害，则会影响注意力、视觉整合，而且难以理解文字符号的意义。

基底节区域与神经通路例如精神运动行为、情绪、认知等有着密切的联系。研究认为，基底神经节与许多皮质区之间存在复杂的神经元连接，皮质-基底核-丘脑环路的破坏可能影响HE患者的神经认知功能。本文以双侧苍白球作为种子点的基于体素相关分析，结果显示HE患者皮层区域与苍白球功能网络存在广泛的异常，而且功能连接以总体减弱为主。