脑部磁共振结合静息态fMRI方法在卒中患者认知障碍中的应用

汝 宁，姚明仁，白新苹，王幼萌

安徽医科大学附属阜阳人民医院，安徽 阜阳 236000

突发性脑循环疾病是脑血管疾病中危害性大、发生率高的一类脑部疾病，主要临床表现为脑神经功能缺失、认知功能障碍等[1]。近年来，随着人们生活压力及生活环境变化，卒中发生概率逐年增加[2]。研究发现，卒中患者预后性差，脑损伤比率高达33%[3]。因此，对认知障碍的卒中患者康复研究显得尤为重要。磁共振成像(MRI)是在特定磁场内，原子核通过共振产生的信号经过重建形成图像的一种技术[4]，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是一种可以将高分辨率解剖成像与核示踪血流动态结合起来的高科技术，如可将人脑解剖结构与人脑功能结合，对机体大脑各区域活动清晰呈现[5,6]。静息态一般是指受试者处于放松、静止不动、闭眼、无任何思维活动的状态，大多数功能性核磁共振成像中将其作为基线状态[7]。近10年来，人们研究发现，这种状态是大脑的一种绝对稳定状态，但是大脑仍然进行着神经功能活动，且这种活动在大脑各区间不是孤立存在的，仍呈现出局部同步性[8,9]。目前，少有学者将磁共振成像与静息态fMRI应用到卒中患者损伤诊断中，为进一步探究脑卒中患者脑损伤机制，本研究通过脑部静息态核磁共振对卒中患者脑部进行扫描，并分析卒中患者海马脑区与颞叶皮层、额叶皮层间的连接情况，推测可能的脑损伤机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取我院2018年1月至2020年1月脑卒中患者25例，其中，男性13例，女性12例。同时选取25例健康同龄志愿者作为对照组，其中，男性12例，女性13例。本研究患者均知情同意并获批。纳入标准：符合2010版《中国急性缺血性脑卒中诊治指南2010》[10]中“脑卒中”诊断标准；磁共振成像或CT扫描证实“脑卒中”；患者病情平稳，可以完全配合操作指令；MMSE量表认定脑卒中引起认知障碍；病程为6～10个月；患者年龄为50～70岁；脑卒中病灶位于左侧，患者右手灵活；无精神类或抑郁类症状。排除标准：意识、失语障碍，以及其他健康问题；脑外伤、甲状腺、痴呆等造成患者有认知障碍；患者体内有深静脉置管或金属残留等对磁共振扫描有影响；患者病情严重，无法配合核磁功能扫描；患者有精神类或抑郁类疾病；患者有基础性疾病等；不配合或者无法坚持配合研究的患者。对照组与患者组在性别、年龄、受教育程度方面无统计学差异(P>0.05)。

1.2 方法

采用脑部静息态核磁共振成像对受试者进行扫描。采用MicroMR12-025V/12MHz核磁共振分析仪(上海纽迈电子科技有限公司)。患者组与对照组受试者实验前均禁食1 h后，平卧于检查床，平静匀速呼吸，头脑清醒但不做任何思考。数据采集：解剖定位像，轴位28层，T1加权相采集。磁场强度(0.28±0.05)T；探头线圈直径25 mm；有效样品测量区域：Ø25.4 mm×H35 mm。TR(脉冲重复时间)/TE(回波时间)=3000 ms/5 ms，FOV 240 mm×240 mm，矩阵256×160，层厚5 mm，转角90°。静息态：连续扫描受试者脑部8 min 10 s；高分辨：静息态扫描结束后，连续扫描4 min 10 s。

1.3 统计与分析

磁共振扫描后，通过SPM12软件包(英国伦敦大学神经影像中心开发)和DPARSF2.3软件包(北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室研制)对数据进行预处理获得预处理数据；采用GIFT软件包进行独立成分分析，进行功率计算，保留扫描频率在0.01～0.10 Hz之间的成分；通过best-fit方法选取右侧额顶网络、感觉运动网络和默认模式网络3种模式中成分数据，并进行Fisher-Z转换，得到各受试者的功能连接度图；各独立样本数据进行t检验，并应用右侧额顶网络、感觉运动网络和默认模式网络作为mask，结果根据蒙特卡罗模拟迭代进行1000次簇校正，其中右侧额顶网络大于30个体素，感觉运动网络大于31个体素，默认模式网络大于36个体素；当P<0.05，表示差异显著；当P<0.01，表示差异极显著。

2 结果

2.1 右侧海马区功能核磁共振结果

与对照组相比，患者组右侧海马与左右侧额中回、左侧额下回和左侧前扣带回的连接减少，右侧海马与左侧颞上中回、双侧丘脑的连接增加。见表1。

表1 两组受试者右侧海马区功能核磁共振结果

2.2 左侧海马区功能核磁共振结果

与对照组相比，左侧海马与左侧颞额中回、右侧颞额上回、右侧额下回的连接减少；左侧海马与右侧顶下回连接增加。见表2。

表2 两组受试者左侧海马区功能核磁共振结果

3 讨论

研究表明，卒中患者脑部会出现不同程度受损，造成执行功能障碍和记忆力下降，严重影响患者日常生活和肢体康复[11]。一般认为卒中会损害患者相关关键脑区，导致患者局部脑功能下降，包括功能连接的改变[12]。Wu等[13]研究脑区老化时发现，与年轻组相比，老年组海马区功能下降导致记忆能力下降，该研究与本文结果一致，脑区影响记忆功能。本研究中，我们通过脑部静息态核磁共振对实验者进行扫描，以脑部双侧海马为种子点进行功能连接分析，并通过软件分析两组实验者静息态双侧海马差异。

静息态时受试者处于静止状态，身体不动，也不做思考，但是研究表明，静息态时受试者脑神经功能仍然活动[14]。因此，静息态研究方法经常用来进行认知类实验，该法操作简单、不需要复杂实验设计，对于认知精神疾病患者易于接受。本研究中，由于受试者存在认知功能障碍，配合度低，故选择静息态进行研究。

静息态脑功能连接中常用分析方法是关键脑区的选择，该方法是先选择一个或若干脑区作为种子区，以该区的平均时间序列作为参考序列，将其他脑区与该区的时间序列相关性进行分析[15]。研究表明，人脑记忆功能调控中枢就是海马脑区，与记忆有着非常密切的关系。海马还与皮质及皮质下结构有密切联系，能够形成与额叶联系复杂的神经功能网络，包括前额叶、顶叶、颞叶、海马和丘脑[16,17]。因此，本研究选择海马区作为“种子区”。

研究表明，认知功能障碍患者在静息状态下海马脑网络不足[18]。Wang等[19]研究发现，轻度认知功能障碍患者海马组织与双侧颞叶、右额叶、右侧岛叶的功能连接下降，而与尾状核、左侧PCC等的功能连接增加，这个结果说明认知表现与海马功能连接相关，轻度认知功能障碍与海马功能连接降低有关。另有研究发现，认知功能受损与轻度认知功能障碍脑功能认知受损有关，其中内侧前额叶、海马、后扣带回等均为管理脑区[20,21]。本研究中，与对照组相比，患者组海马脑区与扣带回和额叶的功能连接减少，与前人研究具有一致性。这个结果暗示卒中认知功能障碍患者认知障碍可能是由于海马与皮层间功能连接减少有关。

总之，本研究采用脑部静息态核磁共振对脑卒中认知功能障碍患者和健康对照组进行扫描，以脑部双侧海马为种子点进行功能连接分析，并通过软件分析两组实验者静息态双侧海马差异，结果发现，与对照组相比，患者组右侧海马与右侧额中回、左侧额中回、左侧额下回、左侧前扣带回的连接减少；右侧海马与左侧颞上回、左侧颞中回、双侧丘脑的连接增加；左侧海马与左侧额中回、左侧颞中回、右侧额上回、右侧颞上回、右侧额下回连接减少；左侧海马与右侧顶下回连接增加。本研究结果显示卒中患者海马脑区与颞叶皮层、额叶皮层之间的连接减少，可能是由卒中患者脑损害导致。