應(yīng)偉峰 陳 穹 張 瑩劉慧黎 侯羽宇 葉 飛翁慧超

上海市徐匯區(qū)大華醫(yī)院放射科(上海 200237)

肌肉萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis， ALS)是以漸進(jìn)性上、下神經(jīng)元共同受累為主要特征的罕見(jiàn)病，過(guò)去認(rèn)為ALS僅累及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，最近10余年有一些研究發(fā)現(xiàn)ALS可伴有認(rèn)知和行為障礙、額顳葉癡呆、感覺(jué)神經(jīng)損傷等[1-3]。而感覺(jué)神經(jīng)損傷可能是ALS患者短期生存的預(yù)測(cè)因素之一[4-5]，這些臨床研究過(guò)去主要集中在激活區(qū)體積(體素)、部位，感覺(jué)神經(jīng)激活區(qū)體積與部位個(gè)體差異較大，所以研究結(jié)果不甚統(tǒng)一[6-7]。實(shí)際上目前為止ALS的診斷標(biāo)準(zhǔn)未將感覺(jué)神經(jīng)損害納入。此次研究的血氧水平依賴(blood oxygen level-dependent，BOLD)功能fMRI(functional magnetic resonance imaging，fMRI)時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線(time-intensity curve，TIC)運(yùn)用在ALS患者神經(jīng)損害檢測(cè)是一種創(chuàng)新性的方法，且ALS對(duì)神經(jīng)損傷的分析主要為靜息態(tài)fMRI[8]，主動(dòng)刺激后收集ALS患者感覺(jué)神經(jīng)損傷方面的BOLD分析報(bào)道也少見(jiàn)，本次研究通過(guò)主動(dòng)刺激腓腸神經(jīng)感受區(qū)后，采集大腦的BOLD時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線數(shù)據(jù)，分析ALS患者的感覺(jué)中樞反饋情況與健康對(duì)照組的差異，以驗(yàn)證此方法的有效性及尋找ALS患者存在感覺(jué)神經(jīng)損害的證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料前瞻性搜集我院2019年1月至2020年12月經(jīng)臨床確診、病程2年內(nèi)(平均15個(gè)月)的16例ALS患者 (ALS組)，其中男9 名，女7名，年齡43～78歲，平均年齡(56.38±8.76)歲。

納入標(biāo)準(zhǔn)：均符合世界神經(jīng)病學(xué)聯(lián)盟提出的E1 Escorial修訂版診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]。排除標(biāo)準(zhǔn)：有藥物或酒精依賴病史、精神疾病史者；有其他神經(jīng)系統(tǒng)病變者；有激素及化療藥物應(yīng)用史者；有MRI禁忌證者。并選擇同一時(shí)期性別、年齡與ALS組相匹配的16名健康志愿者為對(duì)照組，男9名，女7名，年齡43～77歲，平均年齡(56.25±8.51)歲，納入標(biāo)準(zhǔn)：無(wú)神經(jīng)系統(tǒng)及相關(guān)慢性疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：有MRI禁忌證者，一年內(nèi)服用過(guò)影響神經(jīng)系統(tǒng)的藥物者。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)：20180926)，所有受試者均知情同意，均為右利足。

1.2 儀器與方法使用聯(lián)影uMR560 1.5T MR掃描儀，6通道頭線圈。采用平面回波(echo planar imaging，EPI)血氧水平依賴功能成像(blood oxygen level-dependent，BOLD)序列，掃描范圍頭頂至枕骨大孔，使用平面回波(echo planar imaging，EPI)血氧水平依賴序列采集大腦的BOLD圖像：層厚3.5mm，層間距0mm，F(xiàn)OV 23×23cm，矩陣256×256，TE 30ms，TR 3000ms，翻轉(zhuǎn)角90°，持續(xù)掃描249s，含掃描次數(shù)80次(3s/次)，每10次掃描為一個(gè)周期，分8個(gè)掃描周期；試驗(yàn)采用組塊設(shè)計(jì)，包含靜止-刺激-靜止-刺激-靜止-刺激-靜止-刺激8個(gè)組塊，每個(gè)組塊一一對(duì)應(yīng)前述8個(gè)掃描周期，每個(gè)周期30s，在每個(gè)刺激周期內(nèi)由經(jīng)過(guò)系統(tǒng)訓(xùn)練的同一名醫(yī)師持續(xù)規(guī)律、均勻的使用鈍頭竹簽刺激受試者右側(cè)腓腸神經(jīng)感受區(qū)(右小腿中下1/3處后側(cè)皮膚)30次(刺激頻率1次/s)，刺激強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)為皮膚凹陷5mm。

1.3 圖像處理與分析圖像處理軟件：uWS-MR聯(lián)合神經(jīng),版本：SW001.003(R003)。首先進(jìn)行運(yùn)動(dòng)校正，然后在原始空間內(nèi)按20/80次為間隔進(jìn)行計(jì)算，血氧飽和度偽彩閾值P＜0.05，由放射科具有豐富神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷經(jīng)驗(yàn)的2名主治醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立對(duì)大腦血氧飽和度反饋區(qū)進(jìn)行感興趣區(qū)(ROI)勾勒，計(jì)算2名醫(yī)師記錄ROI的信號(hào)強(qiáng)度平均值(mean signal intensity，SImean)，選擇最高平均信號(hào)強(qiáng)度ROI(以下簡(jiǎn)稱最高反饋區(qū))，軟件自動(dòng)生成此ROI時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線TIC及SImean、信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(standard deviations，SD)。

由前述2名主治醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)估，意見(jiàn)不一致時(shí)相互協(xié)商后達(dá)成共識(shí)。(1)比較ALS與對(duì)照組最高平均信號(hào)強(qiáng)度BOLD激活區(qū)(以下簡(jiǎn)稱最高激活區(qū))分布差異；(2)以TIC圖表X軸為基準(zhǔn)，將最高激活區(qū)TIC曲線分成上升型(斜率≥10°)、水平型(斜率在±10°之間)、下降型(斜率≤-10°)三種類型，對(duì)比ALS組與對(duì)照組內(nèi)最高激活區(qū)各TIC類型所占比例的差異；(3)對(duì)比ALS組與對(duì)照組TIC的SImean、SD的差異。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 23.0統(tǒng)計(jì)軟件，符合正態(tài)分布計(jì)量資料以(±s)表示，計(jì)數(shù)資料以例或百分比表示；兩組間最高激活區(qū)分布差異、各TIC類型所占比例比較采用皮爾遜χ2檢驗(yàn)；采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)對(duì)比兩組TIC的SImean、SD差異；P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 ALS組、對(duì)照組BOLD最高激活區(qū)分布情況差異最高激活區(qū)位于常規(guī)感覺(jué)中樞左頂葉以外區(qū)域：ALS組＞對(duì)照組(P均＜0.05，表1)。

表1 ALS組、對(duì)照組BOLD最高激活區(qū)分布情況(例)

2.2 ALS組、對(duì)照組BOLD最高激活區(qū)TIC曲線類型分布情況及比較ALS組最高激活區(qū)上升型TIC多見(jiàn)，對(duì)照組水平型TIC多見(jiàn)，(P均＜0.05，表2)。

表2 ALS組、對(duì)照組BOLD最高激活區(qū)TIC類型分布情況及比較(例)

2.3 ALS組與對(duì)照組TIC的最高激活區(qū)SImean差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.058)，TIC的最高激活區(qū)SD：ALS組＞對(duì)照組(P＜0.05，表3)。

表3 ALS組、對(duì)照組BOLD最高激活區(qū)TIC的SImean、SD差異

3 討 論

ALS為罕見(jiàn)病，主要累及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，國(guó)外對(duì)ALS小鼠實(shí)驗(yàn)研究后認(rèn)為存在感覺(jué)神經(jīng)損害的現(xiàn)象[10]，也有一些ALS患者研究找到感覺(jué)神經(jīng)損害的蛛絲馬跡[11-13]，當(dāng)然也有ALS不存在感覺(jué)神經(jīng)損害的相反觀點(diǎn)[14]，鑒于結(jié)果差異較大，可能主要與檢測(cè)或研究方法、標(biāo)準(zhǔn)不夠統(tǒng)一有關(guān)。腦部功能MRI成像技術(shù)研究和應(yīng)用廣泛[15-16]，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有較多關(guān)于BOLD、DTI等f(wàn)MRI應(yīng)用于ALS的研究[7-8,17]，其中部分研究表明，MRI功能成像大腦激活區(qū)體積與部位個(gè)體差異較大[6-7]，所以結(jié)果有待進(jìn)一步商榷，實(shí)際上本組數(shù)據(jù)也表明ALS感覺(jué)神經(jīng)最高激活區(qū)分布各異，雖然大部分分布在符合感覺(jué)中樞的左側(cè)頂葉中央后回，也有不少分布在其他部位如左額葉等甚至對(duì)側(cè)大腦半球(圖3A)。另外本研究及其他研究表明，極少數(shù)健康人群感覺(jué)神經(jīng)反饋部位也不在相應(yīng)感覺(jué)中樞[18](圖4A)，但是本次ALS組中這種情況明顯多見(jiàn)(表1)，也顯示了ALS存在明顯多于健康對(duì)照組的感覺(jué)反饋中樞分布紊亂現(xiàn)象。

BOLD對(duì)氧分壓的變化較敏感[19]，有國(guó)內(nèi)學(xué)者應(yīng)用BOLD及其TIC研究不同嗅覺(jué)刺激后的反饋、正常胎盤(pán)和植入胎盤(pán)的氧合功能[20-21]。本研究嘗試運(yùn)用BOLD-fMRI的時(shí)間信號(hào)曲線(TIC)可以較好的避開(kāi)激活體積、部位差異較大所致結(jié)果差異明顯等缺點(diǎn)，希望可以較為客觀的表述研究結(jié)果。另外，研究證實(shí)ALS運(yùn)動(dòng)神經(jīng)損害大多起始于下肢[22]，所以本研究選擇刺激下肢腓腸神經(jīng)感受區(qū)，期待可以找到相關(guān)感覺(jué)神經(jīng)損害的證據(jù)。本研究此次研究結(jié)果表明持續(xù)刺激腓腸神經(jīng)分布區(qū)后大腦BOLD激活區(qū)被發(fā)現(xiàn)TIC主要有三種類型：上升型、水平型、下降型。ALS組上升型TIC多見(jiàn)(表2、圖1B、圖3B)，健康對(duì)照組水平型TIC多見(jiàn)(圖2B、圖4B)； 在SImean方面，ALS組信號(hào)強(qiáng)度SI＞對(duì)照組，但兩組間差異無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.058)；而 ALS組信號(hào)強(qiáng)度SD＞對(duì)照組(P＜0.05，表3)。

圖1 男，57歲，確診ALS 1年，紅色為激活區(qū)，綠色為雜波(下同)；圖1A：左頂葉紅中帶黃的最高激活區(qū)勾勒(箭頭)；圖1B：最高激活區(qū)BOLD的上升型TIC(斜率≥10°)；TIC的SImean為1085，可見(jiàn)持續(xù)約20s時(shí)間的波幅明顯擴(kuò)大(箭頭)，SD為157。

圖2 男，57歲 健康志愿者；圖2A：左頂葉最高激活區(qū)勾勒(箭頭)；圖2B：最高激活區(qū)BOLD的水平型TIC(斜率在±10°之間)，SImean為787，SD為19。

圖3 女，61歲，確診ALS 1年半，可以看到紅色激活區(qū)明顯代償性增多；圖3A：最高激活區(qū)位于非相應(yīng)感覺(jué)中樞的右頂葉近枕葉交界處(箭頭)；圖3B：最高激活區(qū)BOLD的上升型TIC，TIC的SImean為1128，可見(jiàn)持續(xù)約15s時(shí)間的波幅明顯擴(kuò)大(箭頭)，SD為59。

圖4 女，61歲，健康志愿者；圖4A：右頂葉最高激活區(qū)勾勒(箭頭)；圖4B：最高激活區(qū)BOLD的水平型TIC，SImean為910，SD為35。

一項(xiàng)正中神經(jīng)、尺神經(jīng)電生理研究發(fā)現(xiàn)脊髓運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元對(duì)聯(lián)合輸入的反應(yīng)在ALS中特別增強(qiáng)，他們認(rèn)為脊髓網(wǎng)絡(luò)特性可能補(bǔ)償傳入輸入的抑制導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元超興奮性，而超興奮性可能導(dǎo)致興奮性毒性[5]。有些電生理研究表明ALS患者存在感覺(jué)皮層過(guò)度興奮的現(xiàn)象，被認(rèn)為這可能是患者短生存期的預(yù)測(cè)因素[4,23]。本組ALS上升型TIC多見(jiàn)，表明由于持續(xù)刺激腓腸神經(jīng)分布區(qū)后大部分ALS患者大腦相關(guān)感覺(jué)中樞區(qū)域血氧飽和度也漸進(jìn)性上升，代表患者對(duì)痛覺(jué)的反饋逐步加重，與ALS不同，對(duì)照組大部分患者腓腸神經(jīng)分布區(qū)持續(xù)受刺激后大腦相關(guān)感覺(jué)中樞保持較為穩(wěn)定的血氧飽和度，代表這部分志愿者對(duì)痛覺(jué)的反饋較為恒定；而且對(duì)照組與ALS的平均信號(hào)強(qiáng)度(SImean)相仿，但是標(biāo)準(zhǔn)差(SD)有差異，分析這些數(shù)據(jù)及本組所有TIC圖，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)ALS在受刺激之初痛覺(jué)反饋接近對(duì)照組，在隨后的時(shí)間推移中ALS組痛覺(jué)反饋逐漸超過(guò)對(duì)照組，且部分ALS受刺激反饋過(guò)程中波動(dòng)幅度(SD)會(huì)出現(xiàn)短暫的約15～20秒的增大(圖1B、圖3B)；另外，本次研究還發(fā)現(xiàn)部分ALS患者感覺(jué)激活區(qū)多于對(duì)照組的現(xiàn)象，且病程越長(zhǎng)者越明顯(圖3A)，這些印證了前述研究者認(rèn)為ALS可能存在感覺(jué)神經(jīng)異常興奮的假設(shè)，當(dāng)然，也驗(yàn)證了ALS感覺(jué)神經(jīng)可能存在損害現(xiàn)象。本次研究存在缺陷一：與大多數(shù)國(guó)內(nèi)外ALS研究相似，樣本量較少。缺陷二：由于輔助刺激設(shè)備含有金屬無(wú)法進(jìn)入MRI室而采用經(jīng)過(guò)系統(tǒng)刺激標(biāo)準(zhǔn)訓(xùn)練后的同一名醫(yī)師刺激，其強(qiáng)度及頻率仍然存在輕微差異等因素導(dǎo)致研究結(jié)果可能具有一定的偏倚，期待未來(lái)可以進(jìn)一步完善此類研究。

綜上所述，刺激腓腸神經(jīng)后采集大腦BOLD-fMRI時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線類型和信號(hào)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差是潛在評(píng)估ALS感覺(jué)神經(jīng)損害的手段之一，與對(duì)照組不同的大腦BOLD激活區(qū)上升型時(shí)間信號(hào)強(qiáng)度曲線類型可能可以作為在ALS存在感覺(jué)神經(jīng)損害的證據(jù)。