基于静息态功能磁共振的急性甲亢肌病度中心性研究

匡雅琪 黄雪梅 李馨 黄振兴 叶伟 卢德成 周嘉 罗佐杰

广西医科大学第一附属医院1内分泌科，2放射科（南宁530021）

急性甲亢肌病（acute thyrotoxic myopathy，ATM），亦称为急性甲亢脑病，是甲亢较少见但严重的并发症。患者除一般甲亢症状外，如出现吞咽困难、饮水呛咳、发音困难、呼吸困难、咽反射减弱或者消失等延髓麻痹症状，并排除其他可致延髓麻痹的疾病后即可诊断为该病［1］。该病起病隐匿，病势凶险，可与甲亢危象并存，引起呼吸肌麻痹时可见呼吸困难，甚或呼吸衰竭，危及生命［2］。除上述延髓麻痹症状外，ATM 患者也存在明显的甲状腺毒症［1，3］，既往大量研究［4-6］表明，延髓麻痹或甲状腺激素的亢进可以导致大脑局部脑区的异常功能性变化。因此，探究急性甲亢肌病所导致的大脑脑区的异常活动是十分必要的。静息态功能磁共振（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）技术是一种新的研究人脑功能的方法，具有无创、重复性强、易定位、时间和空间分辨率高的特点［7］，已广泛应用于帕金森［8］、阿尔兹海默症［9］等多种疾病。其中，度中心性（degree centrality，DC）反映了每个脑区或体素与大脑其余脑区即时功能连接的数量，可以用作评估全脑网络中区域的重要性分布［10］。对比其他的网络中心性指标，DC具有更高的可靠性和更少的变异［11］。目前，国内外对于探讨ATM 患者大脑脑区DC 变化的研究甚少，对ATM 这一疾病的发病及发展进程认识不足，因此，本研究首次应用基于体素的DC 技术分析ATM 患者的静息态脑功能网络属性的改变，并分析该改变与ATM 临床症状的关联，从而进一步研究ATM 的发病机制，为ATM 的早期诊断提供研究基础和理论意义。

1 对象与方法

1.1 研究对象选取2018年1月至2019年6月在广西医科大学第一附属医院内分泌科初诊且未行治疗的16 例ATM 患者（男3 例，女13 例）临床资料，年龄16 ～67 岁，平均（36.25 ± 12.80）岁。选择同期选入的年龄及性别匹配的健康志愿者16 例（男3 例，女13 例）为对照组，年龄18 ～34 岁，平均（26.31 ± 4.00）岁。纳入标准：（1）结合患者临床症状及相关实验室检查结果，符合ATM 诊断标准的患者；（2）急性甲亢肌病症状评分法［12］（acute thyrotoxic myopathy symptoms evaluation，ATMSE）＞3 分；（3）获得患者及其法定监护人的知情同意；（4）汉族；（5）右利手。排除标准：（1）精神状况不稳定或既往有精神病病史的患者；（2）既往吸毒或酗酒者；（3）有严重的心脏、肝脏、肾脏或其他器官损害者；（4）由其他疾病引起的甲状腺功能异常者；（5）孕妇或哺乳期妇女；（6）有MRI 检查禁忌证者。所有被试均签署了本实验知情同意书，且通过了广西医科大学伦理委员会的审核批准。

1.2 研究方法

1.2.1 临床症状评估本课题组通过总结多年ATM 临床经验，于2013年首次提出评估ATM 延髓麻痹的症状评分系统［12］ATMSE，若评分结果＞3分，则认为患者存在延髓麻痹症状。询问患者一般状况并采集临床资料，包括性别、年龄、甲状腺疾病病史、精神疾病家族史及临床表现等。所有受试对象均在行头颅功能磁共振扫描当日进行ATMSE 评估，且空腹采取其肘静脉血标本，测定FT3、FT4、TSH 及TGAb 值（正常值范围：FT3：3.60 ～6.00 pmol/L；FT4：7.86 ～14.41 pmol/L；TSH：0.34 ～5.65 mIU/L；TGAb：＜30%）。

1.2.2 数据采集MRI 扫描均采用带有高分辨率8 通道头线圈的飞利浦3.0T MRI 扫描仪（Philips Achieva 3.0T，the Netherlands）。 在开始扫描之前，告知被试所有注意事项和禁忌症。对所有被试者先进行常规轴面T1WI 及T2WI 扫描，以排除颅内器质性病变，进而进行解剖及功能像的扫描。

功能像扫描采用梯度回波单次激发回波平面成像（echo planar imaging，EPI）序列，具体参数如下：共扫描31 层，每层厚5 mm，回波时间（echo time，TE）=30 ms，重复时间（repetition time；TR）=2 000 ms，翻转角（flip angle，FA）=90°，视野（field of view，FOV）=220 mm×220 mm，矩阵=64×64，体素大小=3.44 mm×3.44 mm×5 mm。每个被试扫描过程至少耗时374 s，且包含240个连续时间点。

1.2.3 rs-fMRI 数据处理采用restplus 软件（http：//www.restfmri.net）在MATLAB R2013b 平 台上进行数据的预处理。首先去除前10 个时间点图像，对剩余的170 个时间点的数据进行时间层校正及头动校正，并且使用标准EPI 模板进行空间标准化，然后对其进行去线性漂移、低频滤波（0.01 ～0.08 Hz），最后将白质和脑脊液、6 个方向头动参数以及全脑信号等全部无关信号通过回归去除。

对上述经过预处理后的数据采用SPM12 软件（https：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）进行DC 值的计算。提取每个体素血样饱和水平（blood oxygen level dependent，BOLD）的时间序列，将其与大脑内所有其他体素进行相关性分析，对于相关系数大于0.2 的体素进行DC 计算，将每个体素的DC 值进行Fisher-Z 变换，从而得到每个被试大脑灰质DC值的Z 分图像。最后使用8 mm × 8 mm × 8 mm 的半高全宽（full width at half maximum，FWHM）高斯核对图像进行空间平滑，平滑后的图像才可用于统计学分析。

1.3 统计学方法临床资料采用SPSS 17（SPSS，Chicago，IL，USA）软件进行分析。正态分布数据采用均数±标准差，非正态分布数据使用中位数M（P25，P75）表示，组间比较使用t检验，计数资料的分析采用χ2检验，以P＜0.05 为差异用统计学意义。采用SPM12 软件分析ATM 患者组及正常对照组的DC 值差异，两组间比较使用两样本t检验（P＜0.001，FWE 校正）。最后将DC 值分别与血清FT3、FT4值以及ATMSE 评分结果进行Person 相关性分析，P＜0.05 则认为存在相关性。

2 结果

2.1 临床资料ATM 患者组和正常对照组的临床资料见表1。经χ2检验，两组性别分布差异无统计学意义（χ2=0.00，P=1.00）；经独立样本t检验，两组年龄及受教育程度差异也无统计学意义（t=1.461，P=0.153；t=-1.529，P=0.137）。

2.2 DC 结果与正常对照组相比较，ATM 患者组无DC 值上升的脑区，而在左侧运动辅助区及背外侧额上回的DC 值明显降低，差异有明显统计学意义（P＜0.001，FWE 校正），异常脑区可见表2、图1。

2.3 相关性分析对ATM 患者进行临床特征评 分，其ATMSE 分值与血清FT3、FT4值呈正相关（r= 0.603，P= 0.013；r= 0.590，P= 0.016，图2）。ATM 组异常活动脑区DC 值与患者首次发病年龄呈正相关（r= 0.514，P= 0.041，图3），并且与血清TGAb 值呈负相关（r=-0.532，P= 0.034，图3）。而与血清FT3、FT4及ATMSE 评分无相关性（P＞0.05）。

表1 ATM 患者组和正常对照组的临床资料Tab.1 The clinical data of patients with ATM and healthy controls ±s>，M（P25，P75）

表1 ATM 患者组和正常对照组的临床资料Tab.1 The clinical data of patients with ATM and healthy controls ±s>，M（P25，P75）

注：BMI=体质量指数；FT3=游离三碘甲腺原氨酸；FT4=游离甲状腺素；TGAb=抗甲状腺球蛋白抗体；ATMSE=急性甲亢肌病症状评分法

项目年龄（岁）性别（男：女）受教育年限（年）BMI（kg/m2）FT3（pmol/L）FT4（pmol/L）TGAb（%）病程（月）ATMSE ATM患者组（n=16）36.25±12.80 3：13 13.13±4.13 20.88±2.62 26.37（6.89 ～65.94）48.64（16.59 ～75.32）17.59（2.78 ～73.02）1.19±0.74 10.25±3.57正常对照组（n=16）26.31±4.00 3：13 18.19±2.23 19.91±2.51 4.90（3.96 ～5.67）10.62（7.99 ～14.20）9.23（2.77 ～22.19）--P值0.154 1.000 0.137 0.290＜0.001＜0.001 0.145-

表2 ATM 患者组与正常对照组相比DC 值异常的脑区Tab.2 Regions showing differences in DC values between groups

表3 ATM 患者异常脑区的DC 值与临床资料之间的相关性（r 值）Tab.3 Correlation analysis between the DC values and clinical data of ATM patients

3 讨论

DC 的计算可以基于体素水平上描述单个体素传递信息至其他脑区的能力，从而衡量某个指定体素在整个大脑区域中的重要性［13］。目前为止，本实验是首次应用DC 技术分析急性甲亢肌病与正常对照组的脑功能网络连接属性差异的研究。本研究发现ATM 患者左侧补充运动区及背外侧额上回的DC 值明显降低，提示对比正常对照组，ATM 患者上述脑区存在异常功能性活动，导致其与大脑其他区域连接性明显减少，其信息传递能力也显著下降。

额上回位于前额叶上部，主要包括BA（Brodmann Area）6、8、9 和32 区［14］，其中，补充运动区位于Brodmann 6 区的内侧［15］，Brodmann 6 区主要参与运动控制过程［16］。既往研究曾基于解剖连接模式将额上回分割为前内侧、背外侧及后部这3 个亚区，并且额上回后部亚区的位置与部分补充运动区一致，且极其接近Brodmann 6 区的后部［17］。亦有研究表明利用弥散张量成像技术（diffusion tensor imaging，DTI）可发现额上回后部亚区与丘脑、中央前回、中扣带等参与机体感觉运动及语言相关的脑区存在解剖连接［18］。提示补充运动区参与包括语言在内的运动控制。本研究发现ATM 患者左侧补充运动区DC 值明显降低，表示ATM 患者较正常对照组其补充运动区与大脑其余脑区的功能连接性降低。ATM 患者常存在不同程度的构音障碍、声音嘶哑［1］和进行性四肢无力，伴肌纤维不自主震颤［19］，上述症状的出现考虑与大脑补充运动区的异常功能性变化有关。背外侧额上回与外侧前额叶皮质之间存在相互连接［20］，共同协调参与工作记忆［21］、情景记忆［22］、注意［23］等各种各样的认知执行功能，ATM 患者临床症状存在异质性，少数可出现语言错乱、计算力下降、幻觉等认知功能受损，甚至出现椎体束和皮质延髓束功能障碍［24］，本研究发现背外侧额上回的DC 值降低，提示背外侧额上回在ATM患者的临床症状中扮演着重要角色。

图1 ATM 患者组DC 值下降的脑区（P＜0.001，FWE校正）Fig.1 The brain regions of decreased DC values in patients with ATM

图2 ATMSE 与血清FT3、FT4值的相关性分析Fig.2 Correlation analysis between the ATMSE scores and the serum FT3，FT4 values

图3 脑区DC 值与临床资料的相关性分析Fig.3 Correlation analysis between the DC values of the left supplementary motor area and the dorsolateral superior frontal gyrus in patients with ATM and the clinical symptoms

ATM患者存在明显的甲状腺毒症，临床上多表现为甲状腺激素（thyroid hormone，THs）的亢进。THs 升高会破坏基础代谢并改变线粒体的呼吸频率，调节活性氧（ROS）的产生，并且通过多种途径调节神经元抗氧化机制［25-26］，而氧化应激的不平衡会对神经小体造成严重损害［27］。此外，背外侧额上回及补充运动区均位于大脑额叶皮层，额叶皮质-纹状体回路的功能活动主要受多巴胺能的神经调节信号影响［21］，THs 可以加速脑多巴胺的代谢［28］，推测上述作用机制可能在一定程度上影响补充运动区及背外侧额上回的功能，导致其DC值降低，从而表现出ATM 相应的临床症状。

此外，本研究还发现ATMSE 评分结果与血清FT3、FT4值存在正相关，即甲状腺功能越亢进，ATM 患者相关临床症状表现越严重。本研究入组ATM 患者大多继发于弥漫性甲状腺毒症，即Graves 病，存在THs 和甲状腺自身免疫性抗体（包括TGAb）增高。本研究结果表明背外侧额上回及补充运动区DC 值与发病年龄呈正相关，与血清TGAb 值呈负相关。即发病年龄越小、血清TGAb水平越高，DC 值越小，背外侧额上回及补充运动区功能恢复越差；反之，DC 上升值越大，上述脑区功能恢复越显著。既往研究发现TGAb 水平升高会导致运动控制及认知能力的障碍［29］，亦有文献指出额叶皮层神经的最终发育成熟过程处于青少年时期，易受多种环境因素的影响。提示ATMSE评分、年龄及血清TGAb 在临床上描述ATM 严重程度有参考意义。

然而，本研究尚存在一些不足之处。由于ATM 发病少见，导致入组样本量较少，研究结果不免受到实验误差的影响。有文献指出低样本量会减少脑功能磁共振研究的复制性［30］，并且随着样本量的增加，研究的可重复性、统计检验力以及结果的准确性都有较大提升［31］，这在一定程度上解释了ATM 患者异常脑区DC 值与血清FT3、FT4以及ATMSE 评分结果无明显相关性的原因，今后将继续增加样本量以进一步分析ATM 患者脑区异常变化及其发病机制。

综上所述，本研究首次应用静息态功能磁共振DC 指标探讨ATM 患者脑功能网络的变化，发现背外侧额上回及补充运动区是ATM 患者发生异常功能性变化的脑区，提示ATM 患者相关临床症状与脑功能改变之间的相关性，表明脑功能的改变是ATM 疾病发生及发展的重要因素。以后可以探讨经过治疗后ATM 患者的脑功能变化情况，从而进一步验证本研究的结果以及为ATM 的诊治提供新的理论依据和实验基础。