独立成分分析法与VBM分析法探测MS-SSCI视觉网络的变化

　　单纯脊髓受累型多发性硬化患者（multiple scle-rosis patients with simple spinal cord involvement,MS-SSCI）是指患者在常规影像上仅有脊髓病灶而无脑内可视病灶的一类多发性硬化（multiple sclerosis,MS）。研究[1]报道，MS患者整个病程中均可发生大脑萎缩。静息态功能磁共振成像（resting-state func-tional magnetic resonance imaging,RS-fMRI）显 示MS患者的默认网络和运动网络存在功能连接（func-tional connectivity,FC）改变，而对视觉网络的研究较少[2-3],因此MS-SSCI的视觉网络功能和结构是否存在异常尚不清楚。本组研究旨在联合独立成分分析法（independent component analysis,ICA）及基于体素的形态学（voxel-based morphology,VBM）方法探测MS-SSCI视觉网络的变化，并探讨其与临床扩展残疾状态量表（expanded disability states scale,EDSS）评分、病程的关系，为早期诊断MS-SSCI提供影像学依据。

　　1 资料与方法

　　1.1一般资料

　　收集2013年1月-2014年12月在本院接受诊治的MS-SSCI共19例（MS-SSCI组），其中男6例，女13例，年龄18~60岁，平 均 （39.8±13.2）岁，EDSS为0.5~7.5分，中位数为2分，病程12~192个月，平均（66.3±5.0）个月，其中3例存在视物模糊或复视，其中1例合并视神经炎且VEP显示视神经通路电活动差。所有MS-SSCI均由神经科医师进行EDSS评分，得分0.5~7.5分，中位数为2分。

　　入选条件：①所有MS-SSCI满足2010年McDonald临床诊断标准[4]:≥2次临床发作及≥2个脊髓病灶的客观临床证据或有1个脊髓病灶的客观临床证据及1次先前发作的合理证据；②不满足2006年Winger-chuk等[5]制定的NMO诊断标准；③常规MR检查无脑部可视的MS病灶且脑内无明确梗死、肿瘤等异常。

　　另选18名年龄、性别相匹配的健康者作为对照组，其中男6名，女12名，年龄19~58岁，平 均 （40.1±12.8）岁。入选标准：均无神经精神、神经系统疾病史，所有受试者均为右利手。本研究得到重庆医科大学附属第一医院生物医学伦理委员会批准。所有受试者均签署知情同意书。

　　1.2数据收集

　　所有受试者均接受脑部和脊髓MR扫描，采用GE Signa HDxt 3.0T MR系统，8通道头颈联合线圈。受试者在安静的状态下保持不动，闭目，但不能入睡。由2位有经验的放射科医生确认受试者在常规MR扫描无脑内可视病灶。

　　脑部MRI序 列 及 参 数：常 规 轴 位T1WI（TR250ms,TE 2.86 ms）、T2WI（TR 3600 ms,TE120ms）、液体衰减反转恢复（fluid-attenuated inver-sion recovery,FLAIR）序 列 （TR 8000 ms,TE120ms），层厚均为5.0mm,层数为20层；轴位BOLD功能序列（TR 2000ms,TE 30ms,翻转角90°,矩阵64×64,层 厚4.0 mm,间 隔0,33层，体 素 尺 寸3.75mm×3.75mm×4.00mm）；轴位三维快速扰相梯度回波序列3DT1WI（TR 8300ms,TE 3.3ms,翻转角12°,矩阵256×256,层厚1.0 mm,层厚0,156层），所有序列扫描范围均为自颅顶至枕骨大孔。脊髓MRI:T1WI（TR 500 ms,TE 12 ms）、矢状位T2WI（TR 2200ms,TE 110ms）、轴位T2WI（TR 2200ms,TE 110ms）。

　　1.3数据预处理

　　1.3.1功 能 数 据 预 处 理采 用 基 于MATLAB7.9（R2010a）平台的DPARSF2.1（）软件对功能数据进行处理，去除前10个时间点数，以 达 到 磁 场 均 匀。然 后 进 行 时 间 及 头 动 校 正，3mm×3mm×3mm重采样进行空间标准化。根据fMRI中记录的头部移动（每个受试者在x、y、z轴方向上最大移动范围为1mm,每个轴向旋转<1°）进行剔除，然后进行空间平滑（全宽半高高斯核为6mm）,将平滑后的四维数据用MRIcroN转化成三维空间数据及一维时间序列，再将三维数据导入ICA软件（MI-CA_beta1.22）分析，选择30个成分，重复100次，选出视觉网络成分（视觉网络主要包括距状沟双侧、舌回、楔前叶、枕叶及额叶[6]），得出视觉网络FC值。

　　1.3.2结构数据预处理采用DPARSF2.1软件对3DT1WI数据进行预处理，原始数据转化格式、图像分割，用统计参数图（statistical parametric mapping,SPM8）软件对脑灰质进行空间平滑。

　　1.4统计学分析

　　1.4.1功能 数 据 统 计 分 析功 能 数 据 采 用SPM8软件 ,分 别 观 察 各 组 视 觉 网 络 的FC图 ,每 组 采 用AlphaSim校正（P<0.05,rmm=5,体素>228,体积>6156mm3），得到2组校正后视觉网络的FC图。用双样本t检验探测2组间视觉网络FC值的差异，经AlphaSim校正（P<0.01,rmm=5,体素>40,体积>1080mm3）后得出2组间有差异的脑区。最后，采用SPSS 17.0软件对MS-SSCI组差异区域的FC值、EDSS评分及病程行Pearson相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

　　1.4.2结构数据统计分析采用北京师范大学认知神经科学及学习国家重点实验室开发的REST_V1.9软件，导入预处理平滑后的数据，对2组FC有差异脑区的结构数据进行提取，再使用SPSS 17.0软件行统计分析（双样本t检验），将有差异脑区的结构数据与EDSS评分及病程行Pearson相关性分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

　　2 结果

　　2.1脊髓病变常规

　　MR影像特征19例患者均为单纯脊髓受累型，病灶累及下颈髓（10/19,52.63%）和上胸髓（9/19,42.11%），以累及1~2个节段最多见（14/19,73.68%），累及<1个节段及>2个节段分别为5.26%（1/19）、21.06%（4/19）。所有病灶均为长T1长T2信号。

　　2.2视觉网络

　　FC图及与临床数据的相关性用ICA的方法，挑选出视觉网络。静息状态下，MS-SSCI组激活的脑区主要为：距状沟附近枕叶、双侧小脑、颞叶、额上回、额中回；对照组激活的脑区主要为：枕叶、双侧小脑、颞叶、舌回、海马、海马旁回、额叶、中央前回、中央后回（图1）.VEP显示视神经通路电活动差患者的FC图激活区主要位于枕叶、额叶、楔叶、小脑，MNI空间的峰值坐标位于左侧枕中回（-18,-102,6）.

　　与对照组相比，MS-SSCI组左侧小脑6区FC值明显减低，左侧枕中回、右侧楔叶、左侧楔前叶、左侧额中回FC值明显升高（P<0.01,体素大小>40）（表1、图2）.MS-SSCI视 觉 网 络FC差 异 脑 区FC值 与EDSS、病程行相关性分析，结果显示右侧楔叶FC值与病程呈正相关（r=0.507,P=0.027），其他脑区FC值与EDSS、病程均无相关性（图3）.
　　
　　2.3 FC有差异脑区及全脑体积与临床数据的相关性与对照组相比，MS-SSCI组全脑体积差异无统计学意义（t=-0.549,P>0.05），右侧楔叶、左侧楔前叶体积明显减小，差异有统计学意义（P<0.01）；其余脑区的体积无差异无统计学意义（P>0.05）。

　　将MS-SSCI组FC1关分析，左侧额中回与左侧枕中回、左侧小脑6区、左侧楔前叶有明显相关性 （r=0.773、P<0.001,r=0.970、P<0.001,r=0.687,P=0.001），左侧楔前叶与左 侧 小 脑6区 有 明 显 相 关 性 （r=0.970,P <0.001）。与对照组相比，MS-SSCI组FC有差异脑区的体积与EDSS、病程均无明显相关性（P>0.05）。

　　3 讨论

　　MS-SSCI是指病灶单纯发生于脊髓而无颅内可视病灶的一类MS,但其可随病程发展也可合并脑内可视病灶。研究[7]表明，MS患者脑部病灶可引起结构和功能改变。本组研究旨在联合采用结构和fMR的方法探测MS-SSCI视觉网络的改变。

　　3.1 MS-SSCI视觉网络FC异常脑区研究[2,8]发现小脑可通过小脑-丘脑-皮层环路与额顶叶皮层相互作用而参与认知。左侧小脑6区位于左侧小脑蚓部，参与空间认知执行功能、感觉运动任务、情感处理、语言工作记忆等复杂功能[9].本研究发现，与对照组相比，MS-SSCI左侧小脑6区FC值明显减低，表明MS-SS-CI在空间认知、感觉运动等方面存在一定损伤。

　　额叶皮层大部是接受多通道的感觉信息，汇通各个功能特异区神经活动的联合区。本研究显示MS-SSCI组额中回激活增强，提示额叶联合区视觉传入代偿性增加。神经解剖学认为，包括舌回、楔叶、楔前叶在内的双侧枕叶及顶枕联合脑区，属于视觉联合皮层和视觉中枢，负责视觉信息的传入、整合和感知[10].

　　本研究结果表明MS-SSCI组对视觉信息的感知、传入、加工方面也存在一定代偿。

　　Tomasi等[11]的研究发现，右侧楔叶是全脑网络的重要枢纽之一，参与物体特征性识别的视觉信息整合。以往的研究[2,8,12]也表明楔前叶与视空间等感知觉加工、情景记忆提取以及自我意识有关，本研究显示MS-SSCI组左侧楔前叶功能连接明显升高，表明视觉网络有一定的代偿，与桂绍高等[2]的研究结果一致。

　　本组1例患者合并有视神经炎，且VEP显示视神经通路电活动差，FC图激活区主要位于枕叶、额叶、楔叶、小脑。

　　Dachsel等[13]的研究表明，MS合并球后视神经炎患者的VEP明显较对照组差，可能与视神经病变史有关。本组另外2例出现视力下降的患者，未合并视神经病变，提示其视力下降与视觉网络的异常有关。

　　MS-SSCI右侧楔叶FC值与病程呈正相关，表明MS-SSCI右侧楔叶神经活动仍处于代偿期，随着病程的增加，代偿活动逐渐增加。该结果也进一步表明右侧楔叶在视觉网络中的重要性。

　　3.2 MS-SSCI功能连接改变脑区的体积FC值的增加通常被认为是对结构损害的代偿[12,14],形态学研究表明大脑功能改变常伴随大脑相关区域的萎缩。本研究对2组FC有差异脑区的体积进行对比，结果显示MS-SSCI组较对照组全脑体积无明显萎缩，但右侧楔叶、左侧楔前叶体积明显萎缩，其余FC有差异脑区体积无明显的差异，这从结构上揭示MS-SSCI视觉网络受损，也说明脑功能的改变可以独立于结构改变，FC异常的脑区不一定有结构异常。本组结果显示右侧楔叶、左侧楔前叶FC增强，表明该区域可能存在持续的神经重塑以限制结构损伤引起的认知障碍。

　　本研究MS-SSCI组视觉网络有差异脑区的体积与EDSS评分及病程均无明显相关性，可能是因为样本量较小或由于临床评分可能与脊髓病变相关，而本研究仅评价的是 颅内视觉网 络的脑区与评分的相关性。

　　进一步研究发现，MS-SSCI组左侧额中回与左侧枕中回、左侧小脑6区、左侧楔前叶体积有明显相关性，左侧楔前叶与左侧小脑6区体积亦有明显相关性。

　　提示这些脑区不仅在功能连接上有相关，而且在体积上也有相关性。这些脑区在功能和结构上发生相关性改变，病变可同时或相继累积这些区域。但这些区域功能及结构的改变是否存在因果关系，还需进一步研究。

　　本研究局限性：只选择视觉网络作为研究对象，未分析其他网络的改变；而其他网络对视觉网络功能和结构的改变是否有影响，还有待进一步随访研究。

　　总之，本组研究联合应用RS-fMRI和VBM的方法显示MS-SSCI视觉网络存在功能和结构异常，进而证实了MS-SSCI视觉网络存在隐匿性损害。