基于靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)的慢性疼痛患者腦認(rèn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究

基于靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)的慢性疼痛患者腦認(rèn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究

疼痛是呼吸、脈搏、體溫和血壓的第五生命體征。臨床上分為急性疼痛和慢性疼痛。慢性疼痛是指疼痛時間超過3個月的疼痛。疼痛頻率應(yīng)每周至少一次。伴隨著悲傷和情緒的感覺，可能會伴有現(xiàn)有或潛在的組織損傷。慢性疼痛不但多發(fā)、遷延,而且危害嚴(yán)重,使病人喪失生活、工作能力甚至造成永久性的傷殘影響患者的生存生活質(zhì)量,給本人、家庭、社會造成極大的負(fù)擔(dān).膝骨性關(guān)節(jié)炎(kneeosteoarthritisKOA)是臨床上常見以慢性疼痛為主要癥狀表現(xiàn)的疾病,該病在50歲以上發(fā)病率高達(dá)85%以上,為此選本病為慢性疼痛研究對象.靜息態(tài)指的是受試者閉眼、放松、靜止不動,避免任何有意識思維活動的狀態(tài).在多數(shù)功能磁共振(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)研究中該狀態(tài)被用作基線對照,一系列針對任務(wù)誘導(dǎo)fMRI基線狀態(tài)的血氧依賴(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)信號的研究提示一些腦區(qū)在基線狀態(tài)呈現(xiàn)特征性的激活.大腦在沒有外在刺激的靜息或基線的條件下并不是靜止?fàn)顟B(tài),一些腦區(qū)存在規(guī)律而較強(qiáng)烈的活動[2~6],這些腦區(qū)構(gòu)成腦靜息狀態(tài)的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò).Raichle等提出默認(rèn)狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)(defaultmodenet-work,DMN)的假說,認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)對于靜息狀態(tài)下的腦功能有重要意義,并被Li、Greicius、Buckber等人所證實(shí).研究顯示人腦在靜息狀態(tài)下,后扣帶回區(qū)(posteriorcingulatedcortex,PCC)是活動最強(qiáng)烈的腦區(qū)之一,是傳導(dǎo)痛覺的重要中樞結(jié)構(gòu),是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接的重要節(jié)點(diǎn)[8~10].因此,本課題以PCC為種子點(diǎn),運(yùn)用靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)(resting-statefMRI)研究雙側(cè)KOA患者腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),分析KOA患者相對正常志愿者(性別、年齡均匹配)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)腦功能連接的是否存在特異性改變情況,進(jìn)而為慢性疼痛在診療方面提供可能的客觀依據(jù).1數(shù)據(jù)和方法1.1兩組基本資料比較選擇2010年3月~9月重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科、中西醫(yī)結(jié)合科及社區(qū)募集雙側(cè)KOA患者20例為研究組,選擇正常志愿者20名為對照組.兩組受試者均為右利手,年齡45~65歲,平均年齡為(57.3±5.6)歲,兩組基本資料比較,P>0.05,差異均無統(tǒng)計學(xué)意義,可繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)方面的研究.1.2ade診斷標(biāo)準(zhǔn)采用1995年美國風(fēng)濕病學(xué)會(Americanrheumaticassociation,ARA)診斷標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)患者的臨床表現(xiàn)、體征和影像學(xué)等輔助檢查.1.2.1骨性回血性自動變形的一般資料(1)近1個月大多數(shù)時間有膝痛;(2)X線片示骨贅形成;(3)關(guān)節(jié)液檢查符合骨性關(guān)節(jié)炎;(4)年齡≥40歲;(5)晨僵≤30min;(6)有骨摩擦音.滿足(1)+(2)或(1)+(3)+(5)+(6)或(1)+(4)+(5)+(6)者可診斷膝骨性關(guān)節(jié)炎(KOA).1.2.2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的包含1)符合上述診斷標(biāo)準(zhǔn)的雙側(cè)KOA患者,男女不限,年齡45~65歲;2)簽署《膝骨性關(guān)節(jié)炎科研知情同意書》.1.2.3慢性疾病患者1)肌筋膜勞損、頸椎病、椎間盤突出癥、帶狀皰疹后遺神經(jīng)痛、肩周炎等慢性疼痛患者;2)腦實(shí)質(zhì)病變患者;3)高血壓、糖尿病等慢性疾病;4)認(rèn)知功能障礙,簡易精神狀態(tài)量表(mini-mentalstateexamination,MMSE)評分低于28分者;5)磁共振檢查禁忌者(包括幽閉綜合癥患者);6)拒絕填寫《膝骨性關(guān)節(jié)炎科研知情同意書》.1.3研究方法[12.14]1.3.1顱專用線圈擬音采用美國GE公司的3.0TSigna磁共振成像設(shè)備,掃描使用頭顱專用線圈,以泡沫固定受試者頭部減少頭動,使用橡皮耳塞降低噪音.囑受試者靜息平臥、閉眼、保持清醒,盡量不思考.掃描結(jié)束時詢問被試者是否睡著,若被試者給予肯定或者模糊回答,則應(yīng)排除該被試者.1.3.2腦結(jié)構(gòu)像采集采用梯度回波-平面回波序列(GRE-EPI):TR2000ms,TE40ms,翻轉(zhuǎn)角90°,33層,視野(FOV)(24×24)cm,矩陣64×64,層厚5mm,層距l(xiāng)mm,掃描時間6min.最后采集矢狀位高分辨率腦結(jié)構(gòu)像,掃描參數(shù):TR12ms,TE4.2ms,翻轉(zhuǎn)角15°,249層,視野(FOV)(24×24)cm,層厚1.2mm,層距0mm.1.3.3處理數(shù)據(jù)1.3.3.1圖像預(yù)處理1.3.3.進(jìn)行頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,將靜息態(tài)數(shù)據(jù)中前10個時間點(diǎn)的TR去除,進(jìn)行頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化;去除平移>1mm和(或)轉(zhuǎn)動>1°的數(shù)據(jù),圖像配準(zhǔn),對4mm半高寬做空間平滑以提高圖像信噪比,帶通濾波(0.01Hz<f<0.08Hz),去除線性漂移.1.3.3.3.興趣區(qū)域種子點(diǎn)的選擇對預(yù)處理生成的文件進(jìn)行PCC為種子點(diǎn)的選擇,研究雙膝KOA患者PCC與全腦功能連接情況,其中PCC坐標(biāo)(-2、-51、27).1.3.3.pcc實(shí)驗(yàn)結(jié)果1)利用Rest軟件進(jìn)行,其數(shù)學(xué)過程如下:首先提取PCC時間序列的平均值,然后與大腦其余體素做相互關(guān)系分析,相關(guān)系數(shù)經(jīng)過菲舍爾z值轉(zhuǎn)化,將得到的每個被試的z值進(jìn)行組間的t檢驗(yàn).其中,z=0.165,顯著激活閾值設(shè)為P<0.05,激活體素范圍>5.2)以體素方式確定與PCC表現(xiàn)顯著聯(lián)系的腦區(qū)域后,運(yùn)用SPM8軟件對研究組進(jìn)行單樣本t檢驗(yàn),然后將研究組的圖像與對照組進(jìn)行配對t檢驗(yàn),同時XjView8軟件查看配對后圖像中坐標(biāo)所對應(yīng)腦區(qū)域的具體解剖位置,從而總體反映功能連接的差異性.2結(jié)果2.1靜息態(tài)fmoi數(shù)據(jù)處理研究組和對照組中部分受試者的側(cè)腦室見少許片狀異常信號、部分腦區(qū)的腦溝裂增寬,提示輕度白質(zhì)變性、輕度腦萎縮.靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)均滿足處理要求.2.2研究團(tuán)隊同意的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計單樣本t檢驗(yàn),如圖1所示.2.3對照組同意字段的變化圖雙樣本t檢驗(yàn),如圖2所示.2.4對照組的腦區(qū)域發(fā)生了顯著變化P<0.05,如表1所示.3fmori治療慢性疼痛的臨床效果功能磁共振成像(fMRI)是目前研究活體腦功能的重要手段之一,通過磁共振信號反映腦血氧飽和度及血流量的變化,間接反映神經(jīng)元的能量消耗,在一定程度上反映神經(jīng)元的活動情況.在腦功能研究方面的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的時間和空間分辨率,沒有放射性,患者沒有輻射的擔(dān)心,可重復(fù)性強(qiáng).fMRI中靜息態(tài)fMRI相對任務(wù)驅(qū)動fMR檢查有特定的優(yōu)勢,可減少外來干擾因素的影響,無需執(zhí)行特定功能任務(wù),可消除組間任務(wù)表現(xiàn)力和努力程度性的差異;從整合角度研究全腦各功能區(qū)之間的相關(guān)性,尤其適用于因功能損害而無法執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的臨床研究,已逐漸成為該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn).靜息態(tài)fMRI檢測的結(jié)果需要較為復(fù)雜的后處理才能較好地呈現(xiàn)出來,其后處理方法較多,通常先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識來選擇種子點(diǎn),如海馬、PCC等,然后提取該種子點(diǎn)的時間序列,與其它種子點(diǎn)或全腦其它各體素的時間序列進(jìn)行相關(guān)分析,評估腦功能區(qū)之間是否存在顯著性連接以及連接的強(qiáng)度.本實(shí)驗(yàn)研究選PCC為種子點(diǎn),觀察KOA患者相對正常人腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的改變情況.KOA患者的主觀感受主要是慢性疼痛,因此,該研究主要針對觀察慢性疼痛的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)改變.腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性可以進(jìn)一步分層為正相關(guān)和負(fù)相關(guān),研究中發(fā)現(xiàn)相對正常受試者,KOA患者存在異常腦功能連接,主要表現(xiàn)為后扣帶回呈明顯負(fù)激活,邊緣葉、腦島呈正激活.我們所觀察到的慢性疼痛導(dǎo)致腦區(qū)變化及變化程度,一定程度上證實(shí)“慢性疼痛是一類疾病”的觀點(diǎn),為診斷和治療疼痛提供功能影像方面的依據(jù).因此,關(guān)于慢性疼痛治療,我們認(rèn)為,在基本疼痛的治療基礎(chǔ)上,還必須強(qiáng)化神經(jīng)腦組織保護(hù)和對患者在疼痛認(rèn)知、記憶方面的治療,更加強(qiáng)調(diào)臨床治療的療程化,以達(dá)到fMRI的“治愈”.疼痛中樞是由多個腦區(qū)相互作用的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,痛覺由疼痛中樞的多種復(fù)雜腦活動引起