《靜息態(tài)腦功能成像臨床應(yīng)用綜述報告》5200字

靜息態(tài)腦功能成像臨床應(yīng)用綜述報告目錄TOC\o"1-2"\h\u11256靜息態(tài)腦功能成像臨床應(yīng)用綜述報告 1175011靜息態(tài)腦功能性磁共振成像的原理 19162靜息態(tài)腦功能性磁共振成像的研究方法 2115662.1靜息態(tài)腦功能成像局部一致性影像 2146712.2靜息態(tài)腦功能成像低頻振幅影像和低頻振幅分數(shù)影像 3322692.3靜息態(tài)腦功能成像Hurst指數(shù) 3104043靜息態(tài)磁共振腦功能成像技術(shù)的臨床研究 4250494小結(jié) 524828參考文獻 6【摘要】靜息態(tài)fMRI實驗設(shè)計不需要刺激任務(wù)的可成像的內(nèi)源性的BOLD信號變化，使用非設(shè)計任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)處理方法得到圖像的各種參數(shù)，與靜息狀態(tài)腦機制的研究，與腦功能成像及患者的臨床依從性更實用。同時靜息狀態(tài)腦功能成像可作為一種數(shù)據(jù)采集方法，任務(wù)驅(qū)動的數(shù)據(jù)處理方法，在癲癇患者中觀察到神經(jīng)活動，甚至可以刺激腦功能成像數(shù)據(jù)分析任務(wù)設(shè)計，豐富研究內(nèi)容，作為刺激大腦功能的任務(wù)。【關(guān)鍵詞】靜息態(tài)；功能磁共振成像；局部一致性；低頻振幅；Hurst指數(shù)人腦是目前已知的最復(fù)雜、最復(fù)雜的動態(tài)信息處理系統(tǒng)。腦功能磁共振成像（functionalMagneticResonanceImaging，fMRI）是一種新型的高性能非成像介入放射損傷，已廣泛應(yīng)用于腦功能的研究。近年來靜息態(tài)腦功能磁共振成像（resting-statefunctionalMRI，rfMRI）已支付的基礎(chǔ)和臨床研究的神經(jīng)心理學(xué)和神經(jīng)影像學(xué)檢查神經(jīng)系統(tǒng)有了越來越多的關(guān)注。rfMRI開辟了一條新的思路，探索工作機制，在靜息狀態(tài)下腦的規(guī)律，豐富了研究方法和內(nèi)涵的MRI?，F(xiàn)在，對成像的相關(guān)研究現(xiàn)狀進行了總結(jié)如下。1靜息態(tài)腦功能性磁共振成像的原理目前，臨床上普遍使用的功能成像技術(shù)有：磁共振波譜和波譜成像技術(shù)（bloodoxygenationleveldependent，BOLD）、各種彌散加權(quán)磁共振成像技術(shù)（diffusionweightedimaging，DWI），各種灌注加權(quán)磁共振成像技術(shù)（perfusionweightedimaging，PWI）。20世紀90年代后，BOLD（bloodoxygenationleveldependent）磁共振功能成像因其空間分辨率高、時間分辨率高、無輻射損傷等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于腦功能研究中，并可在體內(nèi)反復(fù)檢測。fMRI在腦神經(jīng)活動和血流動力學(xué)反應(yīng)之間的密切關(guān)系的基礎(chǔ)上，神經(jīng)元會導(dǎo)致腦血流量明顯增加，與氧的消耗也增加，但耗氧速率的增加而降低，局部血氧含量的綜合作用而增加，即血紅蛋白含量相對較低，后者光滑的磁性材料，可以產(chǎn)生橫向磁化弛豫時間（T2）縮短效應(yīng)，其含量降低T2加權(quán)圖像（T2WI）引起的信號增強，從而導(dǎo)致T2加權(quán)成像（T2WI）局部神經(jīng)元的興奮性信號增強，另一方面，T2加權(quán)成像（T2WI）信號可以反映ct局部神經(jīng)元活動，基本原理，這是BOLD效應(yīng)的生理基礎(chǔ)[2]。2靜息態(tài)腦功能性磁共振成像的研究方法2.1靜息態(tài)腦功能成像局部一致性影像Zhang等[1]提出的局部一致性（regionalhomogeneity,ReHo）技術(shù)，通過計算鄰近幾個體素之間的肯德爾諧和系數(shù)[1]或Cohen相關(guān)指數(shù)[2]，我們可以觀察腦功能活動的任務(wù)和靜息狀態(tài)，反映局部腦組織的同步活動，用于任務(wù)相關(guān)、靜息狀態(tài)，甚至在藥物和康復(fù)過程中收集的數(shù)據(jù)。但盡管ReHo結(jié)果與正電子發(fā)射計算機斷層顯像（positronemissiontomography，PET）研究結(jié)果一致，大腦的默認網(wǎng)絡(luò)ReHo指數(shù)高于全腦，但在本質(zhì)上，體現(xiàn)了ReHo的體素時間序列之間的相似性，而不是活動強度。MCI患者左頂下小葉ReHo指數(shù)增加是獨一無二的，這表明在MCI患者存在代償機制，AD患者的前額葉皮層、雙側(cè)后扣帶回和楔前葉、左頂葉靜息狀態(tài)腦活性明顯低于正常人，MCI患者，相關(guān)分析也發(fā)現(xiàn)，MCI和AD記憶和其他認知下降ReHo指數(shù)相關(guān)患者的功能，探索性的聚類分析表明，ReHoMCI和AD的診斷準確率為71.4%，這表明ReHo指數(shù)可以作為MCI和AD的鑒別診斷指標[1]。癲癇的實質(zhì)是神經(jīng)元的異常同步放電。ReHo作為同步電活動的相鄰位置像素的指標癲癇評價一定的優(yōu)勢。基于ReHo圖像，在海馬ReHo，丘腦和頂葉顳葉癲癇的增加和小腦后葉的ReHo降低，這是一種可靠的方法類似于腦功能磁共振成像研究[3]，因為ReHo方法簡單易用，不需要的地方進行腦電圖監(jiān)測腦電圖機的掃描，它是更實用。癲癇患者全身強直發(fā)作的皮質(zhì)和皮質(zhì)下在相間，丘腦發(fā)病的雙側(cè)對稱性ReHo改變結(jié)構(gòu)，大腦的默認網(wǎng)絡(luò)ReHo值島葉和大腦區(qū)域與癲癇的持續(xù)時間顯著負相關(guān)，這表明ReHo可能是一個理想的癲癇患者靜息狀態(tài)下腦功能成像的方法[4]。在肝硬化患者的ReHo研究與輕微肝性腦病、楔葉、楔前葉、左側(cè)頂下小葉ReHo降低，左側(cè)海馬旁回、右側(cè)小腦蚓部、小腦前葉增加ReHo、楔葉和楔前葉和相關(guān)數(shù)字符號和實驗結(jié)果的平均ReHo值。采用ReHo方法評估肝性腦病患者可以提供更多的信息[5]。長期吸煙者的總體認知功能和任務(wù)相關(guān)的大腦激活減少了。前額葉的ReHo值降低，與島葉和扣帶回與ReHo法的ReHo值增加[6]。2.2靜息態(tài)腦功能成像低頻振幅影像和低頻振幅分數(shù)影像0.01～0.08Hz信號振蕩的平均強度是由低頻振幅圖像計算出來的，它直接反映神經(jīng)元自發(fā)活動的強度。為了消除側(cè)腦室腦脊液及靜脈竇靜脈血流信號污染腦裂，低頻振蕩信號的振幅分量由0.01~0.08赫茲的平均強度和整個頻帶的信號振蕩之間的比率，而腦脊液及靜脈0.01~0.08Hz的血和靜脈竇也可以表現(xiàn)出低頻振蕩信號強度高，真的不能區(qū)分神經(jīng)元的活性，但在整個頻譜，腦脊液，0.01~0.08赫茲頻段的信號強度的血和靜脈竇很小，只占這一點的使用比例，可以是一個很好的信息和腦脊液神經(jīng)元交流在真正的血竇性和噪聲信號的分離的靜脈。Zhu等[7]低頻振幅的方法，觀察海馬硬化顳葉癲癇患者的大腦邊緣系統(tǒng)，包括海馬、杏仁核、扣帶回和1體感皮層和顳葉皮層等腦皮層的活動強度增加，包括前扣帶回和內(nèi)側(cè)額葉腦默認網(wǎng)絡(luò)的腦功能活動減少對癲癇病灶與相鄰結(jié)構(gòu)的腦功能活動抑制異常傳播代表活動的強度，尤其是大腦默認網(wǎng)絡(luò)活性的抑制作用。2.3靜息態(tài)腦功能成像Hurst指數(shù)分數(shù)高斯噪聲（FractionalGaussionNoise,fGn）它是一種應(yīng)用廣泛的統(tǒng)計分形模型。它也是一類1／f噪聲，非常簡單。其性質(zhì)主要由Hurst指數(shù)（h）決定。當(dāng)h＜0.5時，序列是短相關(guān)的；h＝0.5時，序列是長程依賴的；h＝0.5時，序列為高斯白噪聲。fMRIBOLD信號可以描述的是。當(dāng)體素位于腦脊液或腦脊液中時，時間序列的Hurst指數(shù)一般小于0.5。當(dāng)體素位于灰質(zhì)皮層時，Hurst指數(shù)大于0.5[8]。赫斯特指數(shù)與冪指數(shù)和分形維數(shù)等自相似行為有函數(shù)關(guān)系[9]。赫斯特指數(shù)的變化可能與某些疾病有關(guān)。比如Maxim等[5]結(jié)果發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病患者在某些腦區(qū)的Hurst指數(shù)明顯高于正常對照組。無論是激活大腦的任務(wù)還是非激活的腦區(qū)，He等[10]發(fā)現(xiàn)冪律指數(shù)在任務(wù)中顯著低于靜息態(tài)。Lai等[11]對與自閉癥相關(guān)的腦區(qū)的研究表明，自閉癥患者的赫斯特指數(shù)顯著低于正常人。Sokunbi等[12]通過Cyberball任務(wù)設(shè)計的fMRI實驗表明，精神分裂癥患者全腦平均Hurst指數(shù)低于正常人。除了直接測量體素時間序列的性質(zhì)外，赫斯特指數(shù)也可以用來研究網(wǎng)絡(luò)。Wei等[12]通過Cyberball任務(wù)設(shè)計的fMRI實驗表明，精神分裂癥患者全腦平均Hurst指數(shù)明顯低于正常人。除了直接測量體素時間序列的性質(zhì)外，赫斯特指數(shù)也可以用來研究網(wǎng)絡(luò)。比如Hahn等[14]采用赫斯特指數(shù)對正常人的人格特征進行研究。Gentili等[12]結(jié)果表明，部分腦區(qū)的Hurst指數(shù)與社交焦慮量表呈正相關(guān)，說明社交焦慮程度對腦的自發(fā)活動有影響。而Pellé等[15]利用空間正則化方法，將基于小波變換的Hurst指數(shù)單變量估計推廣到多變量情況下，較好地預(yù)測了感知學(xué)習(xí)任務(wù)的類型。以上研究表明，Hurst指數(shù)能夠有效地描述功能磁共振成像信號的特征，但對fMRI信號的Hurst指數(shù)的基本性質(zhì)仍缺乏研究。3靜息態(tài)磁共振腦功能成像技術(shù)的臨床研究目前靜息態(tài)磁共振成像（fMRI）的臨床研究人員使用不同的分析方法來發(fā)展肝性腦病、缺血性腦卒中、阿爾茨海默氏癥（alzheimerdisease，AD）、注意缺陷多動綜合征（ADHD）、輕度認知功能障礙（mildcognitiveimpairment，MCI）、帕金森綜合征、癲癇、抑郁癥、精神分裂癥患者康復(fù)治療后，對運動功能網(wǎng)絡(luò)連接和中醫(yī)針灸進行了研究。Petrella等[16]用老年人的大腦默認網(wǎng)絡(luò)圖像正常認知功能模板的獨立分量分析方法，獲得MCI和AD患者合適的分數(shù)，發(fā)現(xiàn)正常人配合得分最高，MCI患者中，AD患者的最低基線擬合評分和認知功能量表在對MCI癡呆模型轉(zhuǎn)化的預(yù)測診斷具有顯著的相關(guān)性，確定穩(wěn)定與不穩(wěn)定的MCI，預(yù)測不同的轉(zhuǎn)換率，靜息態(tài)fMRI臨床成功。全面強直痙攣發(fā)作與皮質(zhì)和皮質(zhì)下在相間，丘腦發(fā)病的雙側(cè)對稱性ReHo改變結(jié)構(gòu)的患者，大腦的默認網(wǎng)絡(luò)ReHo值島葉和大腦區(qū)域與癲癇病程顯著負相關(guān)，這表明ReHo可能在癲癇患者腦功能成像方法的理想休息狀態(tài)[17]。Zhang等[18]采用獨立成分分析法對肝性腦病患者和正常對照組的腦默認網(wǎng)絡(luò)進行分析。發(fā)現(xiàn)肝性腦病患者右額葉中回與左側(cè)扣帶回之間的功能聯(lián)系減少，靜脈血氨水平與左側(cè)腦回默認網(wǎng)絡(luò)參數(shù)圖呈負相關(guān)。朱一芳等[19]觀察周圍性面癱與靜息態(tài)功能磁共振成像功能的變化，發(fā)現(xiàn)增強靜息功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能的變化，左側(cè)外周面癱患者表現(xiàn)為同側(cè)大腦半球面部初級感覺運動皮層和初級運動皮層和腦連接。功能連通性增強的腦區(qū)主要分布在感覺運動區(qū)和運動相關(guān)腦區(qū)，這可能與面癱患者的面部功能代償功能有關(guān)。馮曉榮等[20]研究抑郁癥患者治療前后患者成像的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個月后，顳葉、右額葉、右前扣帶回、后扣帶皮層、雙側(cè)背外側(cè)額葉、雙側(cè)楔前葉和右枕葉的信號增加，均能恢復(fù)到正常信號水平。說明抑郁癥患者的腦功能異常改變是可逆的。靜息狀態(tài)腦功能磁共振成像可作為抗抑郁藥療效的指標。針刺腦功能成像近年來成為研究熱點。成像廣泛應(yīng)用于針刺手法，針刺穴位特異性、兼容性等方面。葉泳松等[21]應(yīng)用靜息態(tài)腦功能磁共振成像（fMRI）技術(shù)探討平衡針的中樞機制。針刺后額葉皮層、顳葉、扣帶回、基底神經(jīng)節(jié)等相關(guān)腦區(qū)的功能連接增加，這些腦區(qū)與平衡針刺鎮(zhèn)痛的調(diào)節(jié)功能密切相關(guān)。徐春生等[22]個體差異的功能磁共振成像針刺穴位的影響研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，針刺腦激活區(qū)在不同個體之間存在顯著的個體差異，這種個體差異可能影響針刺腦功能成像的相關(guān)研究結(jié)果。趙斌等[23]觀察靜息態(tài)功能連接針刺合谷誘導(dǎo)的變化，發(fā)現(xiàn)針刺合谷可誘導(dǎo)大腦默認模式網(wǎng)絡(luò)，變化的移動網(wǎng)絡(luò)，面部感覺，Hegu和顏面部有著密切的聯(lián)系，驗證“臉嘴閉”的中醫(yī)理論。熊杰等[24]為探討針刺治療急性腦梗死的作用機制，我們發(fā)現(xiàn)針刺后左頂葉和右枕葉有正激活，左側(cè)運動區(qū)有負激活。針刺后，健康人陽性激活雙側(cè)頂葉雙側(cè)額葉、枕葉、負激活，表明在Neiguan穴對fMRI腦功能成像在生理和病理狀態(tài)的不同影響。鐘治平等[25]方法對12例老年健康志愿者采用腹針、補腎填髓法，應(yīng)用靜息腦功能磁共振成像研究腹針中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用機制。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)顳上回、雙側(cè)額葉、雙側(cè)上小葉、右梭、右前扣帶回、右前楔、右后中央腦回和雙側(cè)海馬之間的功能連接增強。提示“補腎填髓”針刺后，大腦皮層與記憶、認知、情緒、情緒及雙側(cè)海馬的功能聯(lián)系增強。腹針能改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整體功能狀態(tài)。Qin等[26]利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法，以扣帶回為動態(tài)觀察點，驗證針刺是否能誘導(dǎo)靜息狀態(tài)下相應(yīng)腦網(wǎng)絡(luò)的活動。結(jié)果發(fā)現(xiàn)針刺視覺相關(guān)穴位（光明穴和昆侖點）和非視覺相關(guān)穴位（AC插頭）可以反應(yīng)回之間的扣帶回后部的視覺和視覺相關(guān)穴位針刺相關(guān)網(wǎng)絡(luò)具有一致性的功能延遲扣除的大腦造成的濃度分布，可能針灸機制效果。4小結(jié)總之，fRMI研究，我們注意到，在靜息狀態(tài)下，大量在人類大腦中的神經(jīng)元仍然活躍，并構(gòu)成一個默認功能網(wǎng)絡(luò)由特定腦區(qū)的動態(tài)平衡狀態(tài)，在網(wǎng)絡(luò)和任務(wù)激活，這種不平衡可能與異常解釋病人的行為。靜息狀態(tài)下的功能磁共振成像研究還處于初始階段，如受試者的限制，所選的靜息狀態(tài)的大膽的測量和多個腦區(qū)與接觸端什么因素仍然是一個有爭議的話題，在臨床應(yīng)用中，還需要有更高的分辨率和成像技術(shù)更高的信噪比。然而，隨著研究水平的提高、成像技術(shù)的進步和新的數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的出現(xiàn)，靜息態(tài)功能磁共振在認知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域?qū)⒂行碌耐黄坪瓦M展。參考文獻ZhangZ,LiuY,JiangT,etal.AlteredspontaneousactivityinAlzheimer'sdiseaseandmildcognitiveimpairmentrevealedbyRegionalHomogeneity[J].Neuroimage,2012,59:1429-1440.LiuD,YanC,RenJ,etal.Usingcoherencetomeasureregionalhomogeneityofresting-stateFMRIsignal[J]．FrontSystNeurosci,2010,4:24.ChengWL,QianZY,ZhangZQ.FMRIstudyoftemporallobeepilepsyusingReHoanalysis[J]．ActaBiophysSin,2008,24:460-466.ZhongY,LuG,ZhangZ,etal.Alteredregionalsynchronizationinepilepticpatientswithgeneralizedtonic-clonicseizures[J]．EpilepsyRes,2011,97:83-91.ChenHJ,ZhuXQ,YangM,etal.Changesintheregionalhomogeneityofresting-statebrainactivityinminimalhepaticencephalopathy[J]．NeurosciLett,2012,507:5-9.ZhuJG,LuGM,ZhongY.ApplicationoftheEEG-fMRIapproachofamplitudeoflowfrequency-fluctuationtotemporallobeepilepsy[J]．JClinRadiol,2009,28:297-301.MAXIMV,SENDURL,FADILINJ,etal.Fractionalgaussiannoise,functionalMRIandAlzheimer'sdisease[J].Neuroimage,2005,25(1):141-158.RUBIND,FEKETET,MUJICA-PARODILR.OptimizingcomplexitymeasuresforFMRIdata:algorithm,artifact,andsensitivity[J].PLoSOne,2013,8(5):e63448.HEBJ.Scale-freepropertiesofthefunctionalmagneticresonanceimagingsignalduringrestandtask[J].JNeurosci,2011,31(39):13786-13795.LAIMC,LOMBARDOMV,CHAKRABARTIB,etal.Ashifttorandomnessofbrainoscillationsinpeoplewithautism[J].BiolPsychiatry,2010,68(12):1092-1099.SOKUNBIMO,GRADINVB,WAITERGD,etal.NonlinearcomplexityanalysisofbrainFMRIsignalsinschizophrenia[J].PLoSOne,2014,9(5):e95146.WEIM,QINJ,YANR,etal.IdentifyingmajordepressivedisorderusingHurstexponentofresting-statebrainnetworks[J].PsychiatryRes,2013,214(3):306-312.HAHNT,DRESLERT,EHLISAC,etal.RandomnessofrestingstatebrainoscillationsencodesGray'spersonalitytrait[J].Neuroimage,2012,59(2):1842-1845.GENTILIC,VANELLON,CRISTEAI,etal.Pronenesstosocialanxietymodulatesneuralcomplexityintheabsenceofexposure:arestingstatefMRIstudyusingHurstexponent[J].PsychiatryRes,2015,232(2):135-144.PELLéH,CIUCIUP,RAHIMM,etal.MultivariateHurstexponentestimationinfMRI.Applicationtobraindecodingofperceptuallearning[C].Prague,CzechRepublic:IEEEInternationalSymposiumonBiomedicalImaging,2016.10PetrellaJR，SheldonFC，PrinceSE，etal.Defaultmodenetworkconnectivityinstablevsprogressivemildcognitiveimpairment.Neurology，2011，76：511～51711