基于功能核磁共振成像技术对NAION患者脑功能变化的研究

史航，郭鹏德，闫晓玲，周剑

非动脉炎性前部缺血性视神经病变（nonanterior ischemic optic neuropathy，NAION）是涉及到视神经损伤的神经退行性疾病，视神经疾病常用的评估方法包括视野检查、光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）、光学相干断层扫描血管成像（optical coherence tomography angiography，OCTA）、荧光素眼底血管造影（fluorescein fundus angiograp，FFA）、视觉诱发电位（visual evoked potentials，VEP）、单光子发射计算机断层成像、正电子发射断层成像等[1]。上述检查方法在监测视神经疾病变化的生物学参数的定量分析方面存在不足，且费用较高。血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygen level dependent-functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）在降低成本的同时对人体损害较小，可以实时反映大脑功能状态的神经影像学检查技术，反映大脑皮质活动的信息。功能核磁可分为静息态和任务态fMRI。fMRI 在特定任务刺激下可应用于大脑中运动语言、及感觉等的功能定位。静息态fMRI 是患者处于平静状态，不思考任何问题，不接受外来刺激，平卧闭目，身心放松，并保持清醒状态时的fMRI，主要分析静息状态下自主活动的脑功能区[2]。大脑低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）值是计算0.01～0.08 Hz频率范围内各体素峰值的平均值来描述该体素的自发神经活动的强弱[3]。静息状态下从能量的角度来反映各体素自发活动水平的高低。ALFF 值增高说明神经元活动增强，ALFF 值减低说明神经元活动降低。静息态fMRI 在视神经病变中的应用鲜见报道。本研究利用静息态fMRI 分别对2 组受试者进行全脑功能分析，探讨NAION 患者BOLD-fMRI的变化特征。

1 对象与方法

1.1 研究对象

纳入2018年1月—2019年1月就诊于北京中医药大学东方医院眼科的NAION 患者20 例作为观察组。同时纳入20例性别、年龄相匹配的同医院同时期体检的健康人作为对照组。观察组20 例（20 只眼），其中男性9例（9只眼），女性11例（11只眼），平均年龄（50.00±8.71）岁；对照组20 例（20 只眼），其中男性11例（11只眼），女性9例（9只眼），平均年龄（50.60±7.87）岁。2 组患者一般资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，并经过医院伦理委员会评审通过，已获得患者知情同意（伦理审核号：JDF-IRB-2017030202）。

1.2 诊断标准

（1）突然发现无痛性视力下降或视野缺损；（2）视野表现为与生理盲点相连的弓形缺损，多数位于鼻侧及以下；（3）弥漫性视盘水肿；（4）存在相对性传入性瞳孔阻滞或视觉诱发电位异常；（5）存在眼局部或系统性危险因素；（6）其他类型的视神经病变[4]。

1.3 纳入标准

（1）符合NAION 诊断标准；（2）年龄范围在18～75 岁；（3）自愿参加本研究并签署知情同意书；（4）能完成核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）检查。

1.4 排除标准

（1）因其他疾病导致的视神经病变患者；（2）肝、肾、心功能异常者。

1.5 研究方法

所有对象入组后，由同一位放射科技师进行fMRI 检查，选用静息态fMRI 的数据处理软件（data processing assistant for resting-state fMRI，DPARSF）进行数据处理及分析，将影像工作站导出的原始图像格式转换为软件可识别的NIfTI文件，将处理后的数据在传统频段（0.01～0.08 Hz）上计算ALFF 指标。将各体素的ALFF 信号值除以全脑体素的ALFF 平均值以减少误差，得到有统计学意义的脑区，定位其具体解剖位置后得到相关图像，计算峰值T，图像中用蓝绿色表示观察组ALFF 值降低，红黄色表示观察组ALFF 值增加，以此来比较NAION 患者和健康人有差异脑区的峰值T 及ALFF 值变化，峰值T 为正值表示ALFF 值升高，峰值T 为负值表示ALFF 值降低。ALFF 值升高说明该脑区功能活动增强，ALFF值减低说明该脑区功能活动减弱。

1.6 观察指标及检测方法

ALFF：采用磁共振扫描仪（德国飞利浦公司，Achieva 3.0T）行头颅fMRI 检查，相控阵头线圈，BOLD-fMRI选择单次激发平面回波成像（echo planar imaging，EPI）序列，参数设置：TR/TE=3000 ms/30 ms，FOV 240 mm×240 mm，FA 90°，NEX 1 次，矩阵 256×256，ST 3 mm，SP 0 mm。

1.7 统计学方法

采用SPSS 20.0对一般资料进行统计分析，符合正态分布的计量资料采用均数±标准差（±s）表示，采用独立样本t检验。计数资料以率（%）表示，采用χ2检验。当P<0.05，认为差异有统计学意义。ALFF指标以统计描述方式进行叙述。

2 结果

2.1 2组初级视觉皮层、右脑岛、额中回ALFF比较

与对照组比较，观察组初级视觉皮层（即布罗德曼17 区）、右脑岛、额中回区域的峰值T 为负值，表明ALFF降低（表1、图1）。

图1 观察组ALFF值较对照组降低的脑区

表1 观察组ALFF值降低脑区统计

2.2 2 组脑桥、舌状回、楔前叶、中央旁小叶区域ALFF比较

与对照组比较，观察组脑桥、舌状回、楔前叶、中央旁小叶区域的峰值T 为正值，表明ALFF 增加（图2、表2）。

图2 观察组ALFF值较对照组增加的脑区

表2 观察组ALFF值增加脑区统计

3 讨论

NAION 是继青光眼后第二种常见的视神经病变，在美国发病率约为（2.3～10.2）/100,000[5]，在美国每年大约有6,000名新发病例[6]，表明NAION 的发病率较高，有相当部分患者病变累及双眼。鉴于其对视力的严重影响，对其研究具有重要意义。有研究[7]发现fMRI在视神经疾病的发病机制及早期诊断等方面有重要的意义。作为较为成熟的医学成像技术，通过与视神经疾病学科的交叉，希望对视神经疾病的诊断和治疗提供很好的依据。

BOLD-fMRI 是基于脱氧血红蛋白的磁敏感效应的MRI 技术。其原理是氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的磁化率不同[8]。MRI 系统采集的图像可以显示激活脑区信号强度的增加，从而获得激活脑区的fMRI图[2]。

人类视觉处理是按照层次化处理模式进行的。视觉认知从视网膜开始，经过外侧膝状体核，投射到视觉皮层，然后辐射到大脑皮层，具有进一步的加工功能[9]。近十年来，BOLD-fMRI 已被用于精确定位和显示活体人脑的视觉皮层V1～V5。同时，也证实了右大脑半球是视皮层的优势半球。V1 区负责处理视觉刺激信息，是参与知觉组织活动的最简单和最早的神经基础。功能定义的V1 区即布罗德曼17 区，可接收来自外侧膝状体的纤维，并终止于灰质皮质的第四层。V2 区是视皮层的第二主视区和视觉接触区的第1 站，可接收来自V1 的前馈连接，并将其发送到V3～V5 区域。V3 区接收来自V1和V2 区域的信号输入，并投射到后顶叶皮质。V4区位于V2区前方，颞下回后部皮质后方，V4区接收V2区输入的前馈信息，并将其输出到颞后下回皮质的连接处。V5区负责处理复杂的视觉运动刺激，并将局部视觉信号整合到物体复杂的整体运动中。其他大脑区域在不同的任务中发挥作用。例如，动能轨道区域主要感知和处理运动物体的边缘信息，而额叶视野负责眼球运动和注意力转移[10]。NAION是指视神经的营养血管发生循环障碍引起的急性视神经和视网膜损害及继发视功能损害的一类疾病[11]。祁佩红[12]采用BOLD-fMRI 技术来探索NAION发生时大脑视皮层的变化，发现NAION患者大脑双侧视皮层激活范围明显减小，且右眼视皮层激活范围减小更明显，原因可能与正常人大脑视皮层多表现为右侧优势有关，当发生病变时以优势侧减少为主，同时还发现NAION 患者大脑视皮层出现异常激活区，该激活区的出现可能是大脑视皮层的一种适应性代偿。因此，在临床检查中可利用BOLD-fMRI 技术检测患者大脑视皮层的变化情况，对NAION 患者进行早期诊断，为后续的治疗提供影像学依据。

静息fMRI 研究静息状态下自主活动的大脑功能区，即默认网络（default mode network，DMN）。DMN 主要包括集中于内侧前额叶皮层的前部子网络，和集中于后部扣带回和楔前叶皮层的后部子网络，主要脑区由前额叶皮层内侧，顶叶皮层内侧，楔前叶，外侧颞顶叶皮层，海马旁回和海马组成[13]。DMN 活动与许多大脑功能呈现负相关，例如视觉、听觉和躯体感觉等。ALFF 算法是一种fMRI的分析技术，根据傅里叶变换计算大脑中每个体素的ALFF，并使用特定范围内的平均振幅来描述体素自发活动的强度，体现了静息状态时局部自发性脑活动的强度和人脑内源性活动的神经生理过程[14]。ALFF 测量方法是反映自发性神经活动强度的有价值的参数[15]。LIU Z 等[16]发现，青光眼患者右侧额叶内侧回的异常活动。HUANG X 等[17]发现，视神经炎患者在额叶内侧回、前带扣回ALFF 值较低，表明视神经炎可能导致DMN 受损。此外，楔前叶在DMN活动中起着关键的作用。1 项在健康受试者中进行的fMRI 研究[18]表明，楔前叶在一系列高度整合的任务中发挥着核心作用，包括视觉空间意象，空间意识和认知。1 项对于晚期原发性开角型青光眼患者的研究报告楔前叶活动显著增加[19]。有报道[20]称，楔前叶后扣带区与左侧下顶叶之间存在强烈的DMN相互作用。

本研究发现NAION 患者楔前叶活动较对照组明显增加，表明NAION 患者的DMN 发生改变。另外，前额叶中间皮层也是DMN 的子系统，本研究观察到NAION患者的双侧额中回的ALFF值低于对照组。这一发现表明，NAION 分发生可能会对额回中有实质性的损害，DMN 功能异常。综上所述，NAION 可能会引起大脑功能网络的异常，当前结果提供了潜在的重要信息，提升了临床医生对NAION的内在神经机制的认知。作为fMRI 的重要特征之一，ALFF 提供了诸多信息有助于理解与NAION 相关的功能重组。将大脑作为一个整体进行检查，而非单独检测单个区域，由此认识到一个区域的损伤可能导致其他大脑区域功能障碍。

本研究结果证实NAION 患者初级视觉皮层区、右脑岛、额中回区域功能明显下降，楔前叶等其他脑区功能活动增强，DMN 功能障碍，这可能利于NAION的早期诊断。