基于低频振幅方法的连枷臂综合征患者静息态功能磁共振成像研究

位珊珊， 李 娇, 商秀丽

连枷臂综合征(flail arm syndrome,FAS)是一种缓慢进行性加重的运动神经元病，主要临床特点是患者肌肉萎缩无力,局限于上肢,主要存在于上臂近端和肩带区，呈肩膀下垂，手臂、前臂双手内旋的特殊姿势。1998年Hu等[1]发现并描述这一组临床症状，其病因及发病机制目前尚不明确，生存期约5～10 y。肌萎缩性侧索硬化症(amyotrophic lateral sclerosis，ALS)是运动神经元病(motor neuron disease，MND)最常见的一种亚型，以累及上、下运动神经元为特征的一种病因不明的致命性的神经退行性疾病[2,3]，诊断缺乏特异性的生物学标志，临床诊断依赖于临床及电生理。ALS病情进展迅速，多数患者通常在3 y内进展为呼吸衰竭并死亡[4]。

目前认为FAS是ALS的一种良性变异型[5]，异质性是FAS与ALS相比没有明显的上运动神经元受累征象[6,7]。目前FAS的诊疗原则遵循ALS，缺乏有效治疗手段。综合国内外不同样本大小的临床研究表明FAS约占ALS的8%～10%[8,9]，与经典ALS比较，FAS生存期较长，呼吸功能受累较晚，早期诊断和早期干预治疗对FAS患者至关重要。近年来，脑成像技术越来越多的被用于ALS研究中，揭示了ALS患者脑结构、功能的异常。

目前国内尚无公开发表的FAS患者的功能磁共振成像(fMRI)研究。因此本研究拟采用静息态fMRI低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)[10]的分析方法从脑代谢活动强度的角度来进一步探讨静息状态下FAS患者运动障碍与脑区之间的联系，为探讨静息状态下FAS患者脑活动的神经机制提供理论依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 招募自2015年1月-2018年5月中国医科大学附属第一医院神经内科门诊或住院的FAS患者10名，FAS入组标准：(1)所有受试者均由同一名运动神经元病专家进行评估，符合2000年修订版EI-Escorial标准临床拟诊或确诊的诊断[11]要点：①临床上显著的上肢下运动神经元体征，体征符合进行性发展的趋势，并且以上肢近端肌无力和肌肉萎缩为特征；②在病程中可以出现下肢的病理反射或深反射活跃，但不能有上肢的肌张力增高或者肌阵挛；③在上肢下运动神经元体征出现12个月以内不能出现临床上明显的下肢或者球部的下运动神经元体征；所有病例均有完整的临床诊断资料和随访记录。(2)所有患者均为右利手。(3)根据实验室和电生理检查结果排除其他疾病。(4)除外有ALS家族史、其它神经精神疾病史、中毒、酒精及其它物质依赖史、存在MRI检查禁忌及头部MRI发现占位性病变、脑积水等疾病的患者。同时招募10名年龄、性别和受教育水平与病例组匹配的社区中老年健康志愿者作为对照组。本研究经中国医科大学附属第一医院伦理委员会批准。所有受试者入组前均被详细告知并取得本人或家属知情同意并签署知情同意书。

1.2 数据采集

1.2.1 采集基线数据 采集受试者的年龄、性别、教育程度、病程、首发症状部位、修订版ALS功能分级量表(revised ALS Functional Rating Scale，ALSFRS-R)评分得分。

1.2.2 影像数据采集 采用GE Signa 3.0T超导磁共振扫描仪。扫描由同一名操作熟练的放射科技师进行操作。解剖像采用三维快速扰相梯度翻转恢复序列(3D-SPGR)：重复时间(TR)=7.1 ms，回波时间(TE)=3.2 ms，层数=172，翻转角(FA)=15°，视野(FOV)=240 mm×240 mm，矩阵=256×256，层厚=1.8 mm，层间隔=0，扫描时间约8 min。所有受试者在扫描过程中平躺在检查床上，用海绵固定头部将头动控制到最小，并被告知在扫描时闭眼放轻松但不要睡着，且要尽量保持头部静止。

1.3 MRI数据处理分析

1.3.1 图像预处理 基于Matlab2017a软件环境下使用DPABI_V3.0 (http://rfmri.Org/DPABI)中的静息态数据处理助手(DPARSFA)[12]对图像进行预处理。首先将每名被试者的前10个时间点的数据去除，以排除最初磁场转换的不稳定及被试者适应阶段的干扰，时间校正、头动校正(将头动参数任意方向上大于3 mm或旋转角度大于2的被试剔除)、利用EPI模板对所有受试fMRI图像进行标准化(设置体素大小重采样为3 mm×3 mm×3 mm)、高斯平滑(6 mm的半高全宽)、去线性漂移、滤波(0.01～0.08 Hz频率范围，以减少低频线性漂移和生理噪音的影响)。计算频率为0.01～0.08 Hz范围内的低频振幅。去线性漂移及滤波后，采用默认全脑mask(维度=61×73×61)的信号强度的时间序列进行傅立叶变换，得到每个体素内0.01～0.08 Hz之间的平均值即ALFF[10]，将每个体素的ALFF值除以全脑均值得到mALFF脑图后进入统计分析。

2 结 果

2.1 两组被试人口学资料分析 FAS患者组与对照组在年龄、受教育年限方面均无统计学差异(P﹥0.05)(见表1)。

2.2 ALFF结果 全脑组间t检验显示，与正常对照组相比，FAS组在双侧楔前叶、左侧楔叶、后扣带回、枕上回、颞中回、枕中回、角回、顶下缘角回脑区均出现ALFF值的低于正常对照组；结果中没有发现FAS组ALFF增高的脑区(P<0.05，AlphaSim校正，voxels>52)(见表2、图1)。

2.3 FAS组ALFF与临床症状严重程度的相关性分析结果 以有显著性差异的ALFF脑区作为ROI，提取每个区域的ALFF值与ALSFRS-R分数进行相关性分析，结果分析有显著性差异的脑区的ALFF值与ALSFRS-R得分无显著性相关(r=0.142，P=0.726)。

表1 FAS组与正常对照组人口学资料及病情资料

注：性别差异采用卡方检验；年龄和教育程度采用独立样本t检验；P﹤0.05差异有统计学意义。FAS患者组与对照组在年龄、受教育年限方面均无统计学差异

表2 FAS组较正常对照组ALFF值显著改变的脑区信息

注：X、Y、Z为MNI坐标轴(mm)，MNI为蒙特利尔神经研究所人脑坐标；t值为显著性检验值(P<0.05，AlphaSim校正，voxels>52)

图1 FAS组较正常对照组ALFF值显著改变的脑区。右侧不同的颜色条带对应不同的t值，暖色系条带代表低频振荡振幅(ALFF)值增加，冷色系条带代表ALFF值减低。左侧MNI模板上的蓝色表示FAS组比对照组低频振幅明显减弱的脑区示意图

3 讨 论

静息状态下大脑各个脑区神经元均存在自发性神经活动产生低频振荡信号[12]，即BOLD信号。ALFF增加反映脑神经自发活动增加，减低代表脑神经自发活动减低，ALFF结果图可以较好地对全脑各区域的活动情况进行观察。FAS患者肢体活动受限，不能配合完成相应任务，故任务态fMRI不能很好地反映患者相应脑功能改变。静息态fMRI只需受试者平躺，保持闭眼或睁眼的清醒状态即可，对FAS患者尤为适合。本研究中,与正常对照组相比较，FAS组在双侧楔前叶、左侧楔叶、后扣带回、枕上回、颞中回、枕中回、角回、顶下缘角回脑区均出现ALFF值的低于正常对照组；但没有发现FAS组ALFF增高的脑区。ALFF明显减低的脑区的ALFF值与ALS功能分级量(ALSFRS-R)总分无相关性。

国内学者Luo等[13]在RS-fMRI中发现，和健康对照组相比,ALS患者存在运动外区域功能改变，如视觉皮质、额叶、枕下叶及中央后回出现ALFF值升高。但在本研究发现FAS组在双侧楔前叶、楔叶、后扣带回、枕上回、颞中回、枕中回、角回、顶下缘角回脑区出现ALFF值减低。结果显示这些部位的脑神经自发活动降低，表明FAS患者出现多个脑区受损，属于弥漫性脑疾病。本研究中FAS组多个脑区ALFF减低，推测可能与皮质神经元受损有关，可能处于失代偿期。有研究发现右侧海马旁回的ALFF值增加与ALS进展率呈正相关，可将右侧海马旁回的ALFF值作为监测肌萎缩侧索硬化进展的潜在标志物[14]。但在本研究中发现右侧海马旁回ALFF与正常对照组相比无明显差别，提示FAS与ALS在海马旁回区域可能有不同的致病机制。在我们的研究中，FAS组ALFF减低的脑区集中出现在左侧半球，这可能与患者多以右侧肢体起病相关，具体原因尚需做进一步研究。

已有研究表明大脑中存在多个低频振荡网络，其中默认网络(Default Mode Network,DMN)是一个大脑系统，它包含的脑区有内侧前额叶皮质、后扣带回以及邻近的楔前叶(PCC/Precuneus),双侧角回,双侧外侧颞叶,双侧海马[15]，其中后扣带回是DMN中最关键的位置[16,17]。DMN脑区的活动性与监测人体内外环境、多种高级认知功能的维持有着密切关系[18]。本研究发现FAS患者在双侧楔前叶、角回、楔叶，ALFF值明显低于正常对照组，提示这些部位的脑神经自发活动减低。研究结果中ALFF减低的脑区包括了DMN的重要脑区后扣带回以及邻近的楔前叶、角回及楔叶，默认网络脑区ALFF减低可能与FAS患者的认知功能可能受损有关，也可能与患者疾病过程中长期的负性情绪偏向有关。

本研究尚具有一定的局限性，由于FAS发病率低，入组标准严格样本量少，可能对最终试验结果的统计准确性造成一定影响。在今后的研究中，扩大样本量有助于在临床量表评价的基础上为FAS的诊断提供新的影像学依据。

综上所述，本研究采用基于ALFF分析的静息态fMRI方法，对FAS引起的BOLD改变进行观察，发现ALFF异常变化的区域主要集中在双侧楔前叶、楔叶、后扣带回、枕上回、颞中回、枕中回、角回、顶下缘角回脑区。与既往已有的ALS研究相比有很大不同，提示FAS可能是独立的疾病实体。FAS患者ALFF值的异常变化可能源于异常的神经元活动，而这些神经元活动异常可能是FAS患者神经病理机制的基础。