帕金森病(Parkinson′s Disease, PD)是第二大流行的神经退行性疾病，通常以运动症状为特征，如静息性震颤、僵硬、运动迟缓和姿势不稳等，根据运动障碍可分为震颤型(tremor dominant, TD)和姿势不稳/步态障碍型(postural instability/gait difficulty, PIGD)[1]。PD具有非常强的异质性，不同亚型具有不同的临床过程和预后[2]。探索PIGD和TD亚型之间的差异可能有助于指导个体化治疗和预测预后。但是目前依赖于临床症状、统一帕金森病等级量表评分(unified Parkinson′s Disease Rating Scale, UPDRS)、简易状态评分量表(Mini-Mental State Examination, MMSE)评分乃至化学生物标记物及影像学的PD亚型分型方法仍存在很多缺陷和争议。基于体素的形态学测量(voxel based morphometry, VBM)可以定量分析脑灰质体积(gray matter volume, GMV)[3],在PD运动亚型中的结果并不一致[4],且部分研究结果并未通过校正[5],因此有必要进一步在PIGD和TD之间进行神经解剖学比较。低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation, ALFF)、低频振荡振幅百分比(percent amplitude of fluctuation, PerAF)可以检测血氧水平依赖(blood oxygen levels are dependent, BOLD)信号，从而反映大脑自发活动强度。ALFF在PD等中枢神经系统疾病中被广泛应用，之前的研究表明PIGD与TD之间存在差异，但结果存在矛盾之处[6,7],且近期一项研究使用ALFF并没有发现PIGD与TD之间的差异性[8]。PerAF在研究静息态功能磁共振成像(resting state fMRI,rs-fMRI)异常BOLD信号方面具有良好的可靠性，比其他MRI分析方法更准确[9]。因此，本研究拟采用VBM、ALFF、PerAF探索PD患者不同运动亚型灰质体积及静息状态下脑功能自发活动的改变，并进一步分析这些差异与临床评分的相关性，旨在提供更多PD亚型相关的神经解剖学和局部神经活动的影像学证据。

1、材料与方法

1.病例资料

根据《中国帕金森病的诊断标准(2016版)》诊断标准[10]和PD运动分型标准[1,11],纳入2021年9月至2022年9月期间新疆生产建设兵团医院神经内科收治的56例PD患者，其中男33例，女23例，PIGD型35例，TD型21例。同时，纳入40例性别、年龄、文化程度相匹配的受试者为健康对照组(healthy control, HC)。病例组与对照组的共同排除标准：①脑实质病变；②存在脑部手术史、明显头部外伤史；③其他神经系统疾病、精神疾病对脑结构、功能结果干扰者；④MRI检查禁忌症；⑤图像质量差或头部存在可能影响图像质量的金属异物；⑥非右利手。本研究通过新疆生产建设兵团医院伦理委员会批准(202200701),全体受试者均知情同意。

PD运动亚型主要由UPDRS评分的第二部分和第三部分确定，8项震颤相关评分的平均分与5项运动障碍相关评分的平均分比值≥1.5时为TD型，比值≤1时为PIGD型[1,11]。

2.检查方法

采用Discovery MR 750 3.0T MRI扫描仪采集数据。使用8通道相控阵头颈部联合线圈，用泡沫固定所有受试者的头部，要求保持静止，闭上眼睛，但不要入睡，尽量不要系统地思考。采用高分辨率3D-T1 BRAVO采集结构像，扫描参数：TR 8.2 ms, TE 3.2 ms,翻转角12°,矩阵256×256,视野240 mm×240 mm,层厚1.0 mm,层数172,层间隔0 mm,扫描时间为4 min 22 s。使用BOLD序列采集功能像，扫描参数：TR 2000 ms, TE 35 ms,翻转角90°,矩阵64×64,视野240 mm×240 mm,层厚4.0 mm,层数39,层间隔0 mm,共256个时间点，扫描时间为8 min 32 s。

3.数据处理

所有DICOM图像都被转换为Nifti格式，使用MRIcron软件对运动或其他伪影进行视觉检查。然后基于Matlab R2017a平台使用SPM12的计算解剖学工具箱CAT12进行图像预处理，图像经过偏场校正，组织分割获得GM、白质和脑脊液体积，使用DARTEL算法进行归一化，通过查看质量报告，排除平均分数在B+以下的参与者，最后在SPM12中使用8 mm半峰全宽(FWHM)高斯核对GM图像进行平滑处理。

基于Matlab R2017a平台使用Restplus V1.24工具包进行脑功能数据预处理，包括以下步骤：格式转换，删掉前10个时间点；层面时间校正；头部运动校正；排除运动超过2.5 mm或2.5°的参与者；结构和功能空间配准采用DARTEL配准法，实现标准蒙特利尔神经病学研究所(montreal neurological institute, MNI)空间的转换，采用3 mm体素大小重采样；6 mm FWHM平滑；去线性漂移；回归Friston24头部运动参数、白质和脑脊液信号。然后计算ALFF,带通滤波处理(频段0.01～0.08 Hz)将由于低频漂移或高频生理噪声造成的影响降至最低，计算PerAF。最后所有结果均进行标准化，用于统计学分析。

图1 PIGD组与HC组GMV差异。 

表1三组间人口学和临床资料比较

4.统计学分析

采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。采用K-S检验计量资料正态性，符合正态分布者以均值±标准差表示，不符合者以中位数(四分位数)表示。计量资料中，两组变量的组间比较符合正态分布者采用双样本t检验，不符合者采用MannWhitney U检验；三组变量的组间比较符合正态分布且方差齐者采用单因素方差分析，不符合者采用K-W检验。计数资料的组间比较采用卡方检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

使用DPABI对PIGD、TD和HC三组的GMV进行协方差分析(ANCOVA),将年龄、性别、受教育年限、全脑体积(total intracranial volume, TIV)作为协变量进行控制；三组标准化后的ALFF、PerAF值进行ANCOVA分析，控制年龄、性别、受教育年限，组间两两比较采用两样本Post-Hoc t检验；所有结果采用GFR校正，设置体素P<0.001和集群水平P<0.05。将Post-Hoc t检验有差异的脑区与UPDRS-Ⅱ、UPDRS-Ⅲ、MMSE评分、PIGD评分、TD评分进行相关性分析，两者都为正态使用pearson相关性分析，其中一个为非正态使用spearman相关性分析，采用Bonferroni校正，以P校正<0.0014(0.05/35≈0.0014)为差异有统计学意义。

2、结 果

1.临床资料

PIGD组、TD组、HC组三组患者的年龄、性别、受教育程度差异均无统计学意义(P均>0.05),PIGD组与TD组在病程、UPDRS-Ⅱ、UPDRS-Ⅲ上差异无统计学意义(P均>0.05),PIGD组的H-Y分期大于TD组(P<0.05),PIGD组的MMSE评分小于TD组(P<0.05,表1)。

2.三组间GMV差异

与HC组相比，PIGD组右侧海马、右侧颞极(颞上回)、右侧颞中回及左侧海马旁回的灰质体积明显缩小(表2,图1),差异有统计学意义(P<0.05,GFR校正);TD组与HC组，TD组与PIGD组的灰质体积差异均无统计学意义(P>0.05,GFR校正)。

3.三组间ALFF、PerAF差异

与HC组相比，PIGD组的PerAF值在右侧直回显著降低，在左侧岛盖部额下回显著增加(表3、图2a);与HC组相比，TD组的PerAF值在右侧内侧额上回显著降低(表4,图2b)(P<0.05,GFR校正);TD组与PIGD组间PerAF差异无统计学意义(P>0.05,GFR校正)。

图2 PerAF组间差异。

a)蓝色区域为PIGD组较HC组PerAF降低的脑区，红黄区域为PIGD组较HC组PerAF升高的脑区；b)蓝色区域为TD组较HC组PerAF降低的脑区。

表2 PIGD组与HC组灰质体积的差异脑区

表3 PIGD组与HC组PerAF的差异脑区

表4 TD组与HC组PerAF的差异脑区

图3 PIGD组右侧海马灰质体积与MMSE评分的相关性散点图。 

在ALFF图像中，PIGD组、TD组、HC组三组间差异无统计学意义(P>0.05,GFR校正)。

4.相关性分析

相关性分析结果显示，PIGD患者右侧海马的灰质体积与MMSE评分呈正相关(r=0.541,P=0.001)(图3)。

3、讨 论

PD是一种进行性神经退行性运动障碍疾病，由存在于基底神经节的黑质多巴胺能神经元变

性引起。PD患者的临床症状、基因构成、发病年龄、疾病进展速度和对治疗的反应各不相同[12]。PD患者表现出高度异质性的临床特征及多样性的进展，均表明其具有复杂的微结构改变，涉及黑质纹状体通路以外的多个脑区结构、功能和网络的变化[13]。本研究采用VBM、PerAF方法发现PD患者不同运动亚型存在GMV和脑功能活动的改变，然而，ALFF方法没有发现显著差异。本研究结果提示了一些神经解剖学和功能活动差异，这些差异可能有助于解释PD病PIGD和TD亚型在临床表现上的异质性。

1.PD不同运动亚型GMV差异

本研究结果显示，与HC组相比，PIGD组患者右侧海马、右侧颞极(颞上回)、右侧颞中回及左侧海马旁回的GMV明显缩小，这与之前的研究结果一致。PIGD患者存在与运动、认知、边缘和联想功能相关的区域广泛的灰质萎缩，包括额叶、顶叶、枕叶和颞叶[14],这可能与PIGD患者的皮质中具有更多的路易体形成、淀粉样蛋白沉积有关[15]。海马、海马旁回均属于颞叶，也是边缘系统的重要区域。颞叶在认知功能中起着重要作用，颞区的灰质异常与执行功能、注意力和记忆力受损有关。相关研究发现与HC组和不伴轻度认知障碍的PD患者相比，伴有轻度认知障碍的PD患者在颞上回存在GMV萎缩[16]以及颞叶皮层厚度减少[17]。任基刚等[18]发现PD伴认知障碍患者海马及海马旁回的GMV均明显萎缩。

PIGD患者GMV萎缩可能有助于解释PIGD亚型比TD亚型更严重的临床特征。多项研究显示，PIGD亚型进展更快，对神经系统功能的损害更大，更严重的运动、非运动症状，更差的生活质量；在治疗方面，PIGD亚型对脑深部刺激和左旋多巴反应也更差，预后更差[19,20]。本研究随机纳入的受试者的临床数据也显示出PIGD患者的H-Y分期高于TD患者，PIGD患者非运动症状中的认知评分低于TD患者。并且本研究在相关性分析中发现右侧海马的GMV与MMSE评分呈正相关，进一步肯定了PIGD患者更容易出现认知功能损伤。

2.PD不同运动亚型脑功能自发活动差异

本研究没有发现PIGD组与TD组间ALFF、PerAF的统计学差异，这与候亚男等[7]的研究结果相同，该团队观察了87例PIGD和51例TD患者，没有发现两组间ALFF的统计学差异。他们分析的原因可能是PD患者处于服药阶段进行了临床评估和MRI,此时症状可能较轻，PIGD和TD两种亚型之间的自发大脑活动没有显著差异。本研究中PD患者绝大部分也是在服药后12小时内进行MRI扫描。但该研究并没有探究PD病不同运动亚型与HC之间是否存在异常脑功能活动。本研究使用ALFF没有发现PIGD与HC、TD与HC之间的脑功能差异。然而，通过计算PerAF,发现与HC组相比，PIGD组患者、TD组患者均存在脑功能异常。PerAF是一种新的fMRI分析方法，已被广泛应用于研究具有潜在脑部功能改变的疾病，包括2型糖尿病[21]、晚年抑郁症[22]、牙痛[23]等。PerAF不是在体素水平检测BOLD信号，而是测量每个时间点BOLD波动相对于平均BOLD信号强度的百分比，并在整个时间序列中对这些进行平均，直接表明BOLD信号波动的静息状态，在扫描仪内和扫描仪间均具有更好的重测可靠性[24]。PerAF在度中心性、ALFF和局部一致性方面表现出性能最佳[25]。因此，PerAF方法可能可以提高在发现PD病不同亚型脑功能变化时的灵敏度。本研究结果显示，与HC组相比，PIGD组患者右侧直回的PerAF值显著降低，左侧岛盖部额下回的PerAF值显著增加，TD组患者右侧内侧额上回的PerAF值降低。

本研究发现PIGD与TD均存在额叶功能减低，这与王建伟等[26]的研究结果一致。既往研究显示，TD亚型的异常主要在纹状体/小脑-丘脑-皮层环路的相关脑区，PIGD亚型的异常主要在纹状体-丘脑-皮层环路和视觉网络皮层相关脑区[27]。额叶主要为纹状体-丘脑-皮层环路中前额环路的投射皮层，额叶被认为与许多高级、复杂的认知功能有关[28,29],包括执行功能、注意力、记忆力、语言能力、决策能力、调节社会行为能力等。因此PD不同运动亚型出现前额叶功能损伤与此相符。PIGD患者还显示岛盖部额下回兴奋性的增高，这可能是由于PIGD较TD更容易出现认知功能损害，PIGD患者出现认知功能下降的早期代偿表现途径，通过代偿性兴奋，控制PIGD患者潜在的认知损伤。先前的一项研究也表明，额叶功能活动的增强是PD病的一种代偿或拮抗机制，即随着运动症状的增加，额叶通过增加PD个体的活动来抑制运动症状[30]。

本研究存在以下局限性：首先，样本量较小，尤其是TD亚型，可能导致TD异常不显著；其次，为了获得最佳的图像质量，没有控制患者于检查前12 h停止服用治疗PD相关药物，可能对结果产生一定影响，如未能发现异常改变与PIGD评分、TD评分之间存在相关性，但是即使在“关期”进行扫描，也无法排除长期的左旋多巴药物使用对数据的干扰。因此，未来需要进一步扩大样本量，并且在纵向水平上关注药物对PD不同运动亚型脑结构和功能的影响。

综上所述，本研究发现PIGD与TD患者均存在额叶功能的异常，PIGD患者存在颞叶灰质体积的萎缩，这种异常与认知功能有关，有助于区分PD不同运动亚型。这些差异可以为临床提供PD异质性的神经解剖学和功能学的影像学依据，为个体化治疗和预后观察提供参考。

参考文献:

[3]王帅文,张艳利,苟露斌,等无认知功能障碍帕金森病患者脑皮层体积变化与运动功能的相关性[J]放射学实践,202 1,36(4)-.436-439.

[7]候亚男,张佳荣,陈彪,等帕金森病不同运动分型患者局部脑活动的功能磁共振观察[J].中华医学杂志,2015,95(7):483-488.

[10]中华医学会神经病学分会帕金森病及运动障碍学组,中国医师协会神经内科医师分会帕金森病及运动障碍专业中国帕金森病的诊断标准(2016版)[J].中华神经科杂志,2016. 49(4):268-271.

基金资助:新疆生产建设兵团财政科技计划项目(编号:2020AB024);

文章来源:熊思宁,郭瑞,陈宁等.基于不同运动亚型的帕金森脑灰质体积及自发活动功能的临床研究[J].放射学实践,2023,38(09):1108-1113.DOI:10.13609