带状疱疹后神经痛病人静息态镜像同伦功能连接研究*

洪顺达 顾丽丽 刘佳琦 黄 青 周福庆 何来昌 姜 建△ 张达颖

(1 南昌大学第一附属医院影像科，南昌 330006；2 南昌大学第一附属医院疼痛科，南昌 330006)

带状疱疹后神经痛(postherpetic neuralgia, PHN)是带状疱疹皮肤损害愈合后，受累区域出现持续疼痛超过3个月以上的一种慢性神经病理性疼痛，严重的影响病人的生活质量，带来了经济及医疗负担，因此，对其机制展开研究以进一步指导治疗显的尤为重要[1,2]。PHN病人可以存在各种各样的神经病理性表现，这与周围神经系统的不可逆损害有关[1～3]，PHN的周围神经机制较为明确，然而其中枢神经机制目前尚不明确。近来一些神经影像方面研究[4～6]表明PHN病人可能存在脑结构和功能的改变，包括双侧岛叶和颞上回的结构损害[4]，还有脑区功能的异常活化包括涉及情感反应区，感觉辨别区（丘脑、SI、SII、岛叶和前扣带回），情绪控制区[5,6]；然而，脑结构和功能神经影像对于PHN的中枢神经系统的研究依然有限。

磁共振技术作为一种无创的方法已经用于发现脑功能模式的改变，为探究PHN的潜在的神经病理机制提供了新的途径。研究已经表明两大脑半球间同伦连接是脑功能构架的基本原理，是整合认知、行为、意识这些脑功能的基础[7]。体素-镜像同伦连接(voxel-mirrored homotopic connectivity, VMHC)是基于体素的内源性功能连接(intrinsic functional connectivity, iFC)数据处理方法，是用来描述左右大脑半球相同起源的神经元内源性自发活动高度相似性的方法[7]。这个方法不同于局部活性强度分析（低频振幅）、局部连接分析、全脑连接分析，因为VMHC值在两大脑半球连接分离的特定模式下能反映两大脑半球间的沟通和协调功能与疾病病理生理状况有关[8,9]。已有一些报道表明在轴索损伤[10]、精神分裂症、自闭症、可卡因成瘾等疾病中存在同伦连接的异常改变。本研究首次采用VMHC方法分析PHN病人的同伦连接功能改变，而VMHC的改变可能会对PHN病人的脑网络连接有影响意义。了解PHN病人的同伦连接功能改变为探讨PHN的中枢神经机制提供依据，同时也为进一步的PHN治疗提供理论基础。

方 法

1.一般资料

所有受试者本人和（或）家属均知情同意并签名。所有受试者均无MR检查的禁忌证。本研究获得南昌大学第一附属医院医学研究伦理委员会批准，伦理编号(2017)医研伦审第（71）号。

（1）PHN组：由南昌大学第一附属医院疼痛科两名医生共同诊断的PHN病人18例，均为右利手，根据国际疼痛学会的标准，临床诊断标准是带状疱疹皮损愈合后持续疼痛大于3个月（93±168天）。病人从疼痛发生到MRI检查的平均病程是116.78±25.96天。病人年龄46～72岁。所有病人都诊断明确，疱疹主要分布在单侧胸背部，其中疼痛在左侧身体的有10例，右侧的有8例。所有病人都接受疼痛模拟评分(visual analog scale, VAS)，且评分都在7分以上，从没有疼痛到最高强度疼痛范围为0～10分。在MR扫描前评估VAS评分。所有病人都没有其他的疼痛干扰，治疗PHN前进行MR扫描，均除外其他神经系统病变，既往无脑血管病及其他神经系统疾病史，无明显脑外伤及神经系统手术史。

（2）HCs组：从社会招募与PHN病人性别、年龄相匹配的健康志愿者18名，均为右利手，年龄从45～ 70岁，既往无神经疾病及精神科疾病史，无严重心、肝、肾脏疾病。

2.MR检查方法

使用德国Siemens Trio Tim 3.0T超导MR扫描仪及8通道相控阵头正交线圈采集数据。rs-MRI扫描采用T2梯度回波序列：TR 2000 ms，TE 30 ms，反转角90°，FOV 220 mm ×220 mm，矩阵 64×64，30层横断面间隔扫描，层厚4.0 mm，层间距1.2 mm，扫描240个时间点。三维高分辨率T1结构MRI扫描采用磁化准备快速梯度回波成像序列：TR 1900 ms，TE 2.26 ms，反转角9°，FOV 215 mm ×230 mm，矩阵 240×256，176层矢状位扫描，层厚1.0 mm；rs-MRI扫描期间，病人保持闭目，尽量不要思考，避免睡着。2组均行常规T1WI及T2WI以除外脑部实质性病变。

3.静息态数据预处理

在Matlab 7.14.0 (Math Work, Natick, MA, USA)平台上使用静息态fMRI数据处理和图像分析工具包(Data Processing & Analysis of Brain Imaging DPABI2.1)进行图像预处理[10]。具体过程包括DICOM格式转换、剔除前10个时点、层间时间校正、头动校正，将头动平移＞ 2 mm和（或）转动＞ 2°的数据剔除，将高分辨率T1结构图像配准到标准蒙特利尔空间，用DARTEL分割算法在T1结构像上分隔脑白质、脑灰质及脑脊液。分隔结果用于更进一步的结构分析。将图像配准到标准蒙特利尔空间，并重新采样为3 mm各向同性体素，最后对图像数据进行空间平滑，再使用滤波(0.01～0.08 Hz)并去线性漂移，减少低频漂移和高频的生理噪声。最后，使用线性回归去除协变量（头动、全脑、脑脊液、脑白质信号）。为了减少头动可能带来的噪音，将frame-wise displacement (FD)作为被试的头动参数，以Van Dijk提及的FD标准，将平均FD超过2.5个标准差以外的被试剔除。

4.VMHC分析

VMHC通过DPABI工具包执行[10]，提取受试者经预处理并配准到标准蒙特利尔空间脑半球内每个体素时间序列，并计算其和对侧镜像体素之间的Pearson相关系数(VMHC值)[7]。用Fisherz-转换改善正态分布，得出的结果用于VMHC组间分析。

5.统计分析

（1）人口资料统计：应用SPSS 22.0软件对受试者临床资料进行统计描述和分析，计数资料以例数表示，计量资料以均值±标准差表示（符合正态分布）；两组被试计量资料采用两独立样本t检验。P＜ 0.05为差异具有统计学意义。

（2）基于体素的VMHC组间分析：比较PHN组和HCs组VMHC值之间的差异。VMHC的组间比较运用两独立样本t检验，以年龄、性别、FD值为协变量，P值的设定根据高斯随机场原理(gaussian random field, GRF),即体素水平P＜ 0.01，簇水平P＜ 0.05。因为FD值会影响rs-fMRI的iFC分析[11]，因此在VMHC的组间比较中，把FD值作为一个协变量。

（3）VAS评分与脑功能的关联：为了探索病人VMHC值的改变是否与VAS评分关联，我们将上述显著差异脑区的平均标准化VMHC值与VAS评分做Pearson相关分析（P＜ 0.05）。

（4）组间差异脑区VMHC的ROC曲线分析：假设PHN组和HCs组存在差异脑区，那么差异脑区的VMHC值可能可用于区别PHN病人和正常受试者，为了证实这种可能性。我们提取差异脑区的VMHC平均值，然后运用ROC曲线分析。

结 果

1.人口统计学及临床特点

人口统计学和临床资料见表1，18例PHN病人（11例男性，7例女性；平均年龄59.67±8.41）和18例健康志愿者（11例男性，7例女性；平均年龄38.50±7.51），PHN病人组平均VAS评分为6.61分，病程平均为116.78天，如表1所示两组年龄、性别、FD值均无统计学差异。

表1 受试者资料 (n = 18,±SD)Table 1 Participant information (n = 18,±SD)

表1 受试者资料 (n = 18,±SD)Table 1 Participant information (n = 18,±SD)

Clinical in form ation PHN HCs t检验（P值）t-test (P-values)年龄（岁）Age (years)临床信息59.67±8.41 59.27±7.74 0.144 (0.886)性别（男/女）Sex (male/female)11/7 11/7 0.000 (＞ 0.99)FDvox, mm 0.056±0.043 0.060±0.035 -0.281 (0.780)VAS 6.611±1.470 0.167±0.383 17.98 (0.000**)病程（天）Disease duration (days)116.78±25.96 无 无

2.PHN组和HCs组VMHC的组间差异分析

与HCs组对比，PHN病人组VMHC显著下降的脑区是背外侧前额叶(DLPFC)和楔前叶和后扣带回(PCUN/PCC)（控制年龄性别协变量，GRF校正，体素水平P＜ 0.01，簇水平P＜ 0.05，见图1和表2），但是未发现VMHC显著升高的脑区。

图1 与HCs组对比，PHN病人VMHC的改变蓝色显示对比HCs组，PHN病人组VMHC明显下降的脑区，基于GRF矫正(体素水平*P ＜ 0.01，簇水平#P ＜ 0.05.DLPFC，背外侧前额叶；PCUN/PCC，楔前叶/后扣带回）Fig.1 Altered voxel-mirrored homotopic connectivity (VMHC) in patients with postherpetic neuralgia (PHN) compared to healthy controls (HCs).(Notes: The blue colors indicate regions with lower VMHC, which were decreased in patients with PHN in comparison to HCs, as shown after GRF theory correction, with a voxel level of *P ＜ 0.01 and a cluster level of #P ＜ 0.05).

表2 PHN组与HCs组VMHC值的组间差异Table 2 Group differences in VMHC between patients with PHN and HCs

3.PHN病人组VMHC值和临床参数(VAS)的相关分析

PHN组的PCUN/PCC的VMHC值与VAS评分呈正相关（R= 0.651；P= 0.006，见图2）。

图2 病人组PCUN/PCC脑区的VMHC值与VAS评分呈显著正相关CC, connectivity coefficient 连接率；VMHC，voxel-mirrored homotopic connectivity（体素-镜像同伦连通性）；VAS，visual analogue scale 视觉模拟评分；DLPFC，背外侧前额叶；PCUN/PCC，楔前叶/后扣带回Fig.2 A significant positive correlation was observed between the VMHC in the PCUN/PCC and the VAS in the patient group

4.组间差异脑区VMHC的ROC曲线分析

组间VMHC明显不同的脑区是DLPFC和PCUN/PCC，表明这两个脑区的VMHC值可能可用于区别PHN病人和正常受试者，ROC曲线分析显示这两个脑区的VMHC值的ROC曲线下面积分别是DLPFC 0.898、PCUN/PCC 0.923（见图3）。

图3 差异脑区的VMHC值的ROC曲线分析作为鉴别PHN病人和健康对照的一种潜在的方法ROC, receiver operating characteristic 受试者工作特征曲线；VMHC，voxel-mirrored homotopic connectivity（体素-镜像同伦连通性）； DLPFC，背外侧前额叶；PCUN/PCC，楔前叶/后扣带回Fig.3 ROC analysis of VMHC in the altered regions as a potential means to differentiate between patients with PHN and healthy subjects

讨 论

本研究中PHN病人存在同伦连接功能减弱，同伦连接减弱的脑区包括DLPFC和PCUN/PCC；而且DLPFC和PCUN/PCC的VMHC值显著下降，而这可能用于鉴别PHN病人和正常受试者。

本研究结果证实PHN病人的内源性功能连接改变。首先，本组发现PHN病人组PCUN/PCC的VMHC下降，PCUN/PCC相关iFC网络功能连接的破坏。而PCUN/PCC是后部默认网络（default-mode network, DMN）的功能中心，包括涉及自我感觉，整合来自记忆和感知的上行信息[12]。疼痛的活化与前中部扣带回相关[13]，也与PCC相关[14]。慢性疼痛病人PCUN/PCC相关性iFC研究表明，DMN损坏可能是病人认知和行为障碍的基础[15]。本研究发现PCUN/PCC的同伦连通性下降，iFC网络中的部分DMN（默认网络前部）存在损坏，而且PCUN/PCC的VMHC值和VAS存在正相关；这些结果表明PHN病人的PCUN/PCC损害可能与疼痛相关性损害（悲伤的认知经历）有关。

本研究还发现DLPFC的VMHC值显著下降，DLPFC是整合大脑接收的刺激相互作用的背侧通路的终点，这一过程包括一系列的高级功能（执行功能、启动计划、组织和管理），DLPFC的活化与认知决策的制定相关，包括疼痛的评估和反应决策，是完成皮层到皮层通路的调制器[16]。最近的非侵入性的脑刺激相关研究表明两大脑半球DLPFC连通性对疼痛的忍耐力的影响[17]，这些研究也支持DLPFC在左右大脑半球疼痛处理过程中的重要作用[18]。DLPFC白质微结构的异常为认识连通性破坏提供了结构基础[4]。通过疼痛治疗后iFC部分修复，表明DLPFC参与认知功能，也支持慢性疼痛中DLPFC连通性损害的观点[19]。本研究中DLPFC的VMHC下降意味着两大脑半球间的共济失调，也为PHN的功能构架断裂假说提供证据。

PHN病人明确的病理学特征包括周围轴突丧失和感觉神经损伤。有学者提出假说：潜在感染水痘-带状疱疹病毒的大鼠因为神经元功能的改变导致疼痛，而神经元功能的改变是因为存在病毒感染，而这可能适用于PHN疼痛[20]。那么，病毒感染可能影响两大脑半球的协调性从而导致PHN相关的VMHC值下降，但是这个假说有待进一步验证。VMHC值在PHN组和对照的差异可能作为有效的诊断依据，DLPFC和PCUN/PCC的VMHC值利用敏感性72.2%和特异性100%为临界值可以准确的区别这两个组，用于鉴别PHN病人和正常受试者。

但是，当前的研究还有一些局限性和不足，首先，本研究发现了PHN组和HCs组两大脑半球间功能连接的差异，我们运用的是相对小的样本量，因此需要更大的样本量进一步验证。其次，我们发现DLPFC和PCUN/PCC同伦连接的下降，涉及执行控制处理相关的脑区，但是我们没有做认知任务来研究神经影像结果与认知能力之间的关系，在下一步的研究中需要考虑以及研究这种相关性。

在本研究中，发现DLPFC和PCUN/PCC同伦连通性的下降。而且在PCUN/PCC中的VMHC值的下降与VAS评分呈正相关，但是DLPFC中的VMHC值下降与VAS评分无明显相关性，因为DLPFC是情感和情绪控制区，VMHC值下降可能是由于PHN病人情感和情绪的困扰引起的，因此DLPFC中的VMHC值下降与VAS评分无明显相关性是可以理解的[21]，因而下一步我们会研究反映情绪情感状态的量表评分与功能磁共振数据之间的相关性。

本研究发现了PHN病人两大脑半球同伦功能的改变，提出了一个重要的新方法为更好的理解PHN病人脑功能构架断裂提供进一步的信息。对PHN的中枢神经机制有了更进一步的理解。