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1、(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 单位代码： 10369 2014届同等学力申请硕士学位论文基于局部一致性算法的周围性面瘫针刺治疗静息态磁共振成像研究THE STUDY OF RESTING-STATE FMRI BASED ON REGIONAL HOMOGENEITY IN PERIPHERAL FACIAL PARALYSIS BEFORE AND AFTER ACUPUNCTURE TREATMENT学 科 专 业 中西医结合临床 研 究 方 向 脑功能成像 导 师 李传富 主任医师 硕 士 生 刘 军 平 论文完成单位 安徽中医药大学 目录中文摘要1ABSTRACT
2、5英文缩略词表9前言12材料与方法151研究对象152 器材和设备183 实验步骤194 实验设计与数据采集205 静息态fMRI数据处理216 局部一致性(Regionalhomogeneity, ReHo)分析237统计学分析24结果251 组内分析结果252 组间分析结果31讨论421 传统医学对周围性面瘫的认识422现代医学对周围性面瘫的认识432.1对该病病因病机的认识432.2周围性面瘫的诊断和分型442.3周围性面瘫的影像学检查453对针灸治疗周围性面瘫的认识453.1现代医家对针灸治疗该病的认识453.2周围性面瘫及针灸治疗机制的既往fMRI研究464fMRI在该项研究机制中的
3、运用474.1Bold-fMRI技术的原理474.2Bold-fMRI成像技术的特点和优势484.3静息态功能性磁共振（resting-state fMRI）494.4 静息态fMRI技术分析方法的选择505针刺治疗周围性面瘫患者不同病程脑功能影像的分析525.1面瘫患者静息态脑功能默认网络的存在525.2静息状态下针刺治疗面瘫患者大脑皮层的功能重组53结论63问题与展望64参考文献66附录一知情同意书76附录二 脑功能磁共振研究信息采集表79综述80攻读硕士期间已发表和录用的论文92个人简介93致谢94中文摘要目的 以周围性面瘫患者为载体, 功能磁共振成像为技术手段，利用局部一致性分析方法，
4、研究在静息状态下周围性面瘫患者临床针刺治疗不同病程状态下的脑区局部一致性（ReHo）变化特点，探讨针刺治疗周围性面瘫的可能中枢整合机制。方法（1） 选取实验组47人，按病程（duration data,DD）及House-Brackmann面瘫分级分为面瘫早期未治疗组、面瘫针刺治疗后期组、面瘫针刺治疗治愈组（以下简称面瘫早期组、后期组及治愈组），在静息状态下进行Bold-fMRI检查；嘱受试者在整个扫描过程中，全身尤其是头部保持静止，并尽可能避免心理活动, fMRI的主要参数为：TR/TE/FA 3000ms/30ms/90，FOV 192mm 192 mm，SL 3.0 mm，层间距0.75
5、 mm，分辨率6464，每3.0秒可获得间隔为0.75mm的覆盖全脑的36层图像；实验数据采用AFNI软件分析处理，采用局部一致性(ReHo)方法分析静息状态下的Bold-fMRI数据，采用单样本t检验组内分析及Monte Carlo模拟阈值校正方法得出组内分析结果(P=0.005, 0.05)，对周围性面瘫患者不同病程状态下（面瘫早期组、后期组及治愈组）的脑区局部一致性（ReHo）进行分析； （2） 选取健康志愿者32人，在静息状态下进行Bold-fMRI检查；扫描参数与周围性面瘫患者相同；实验数据采用AFNI软件分析处理，采用局部一致性(ReHo)方法分析静息状态下的Bold-fMRI数据
6、，采用单样本t检验组内分析及Monte Carlo模拟阈值校正方法得出组内分析结果(P=0.005, 0.05)，对健康对照者脑区局部一致性（ReHo）进行分析。（3） 周围性面瘫患者临床针刺治疗不同病程状态（面瘫早期组、后期组及治愈组）与健康对照者之间的全脑局部一致性（ReHo）进行对比研究，采用两样本t检验进行组间分析及Monte Carlo模拟阈值校正方法确定ReHo存在显著性差异的脑区，得出组间分析结果(P=0.005, 0.05)，探究静息态下周围性面瘫患者临床针刺治疗不同病程状态下脑区局部一致性（ReHo）的变化。结果（1） 静息态fMRI数据的组内分析（p=0.005，0.05）
7、结果显示面瘫早期组、后期组及治愈组局部一致性（ReHo）增强的脑区广泛，与健康对照组相似，且主要位于后扣带回及相邻的楔前叶和前额叶，与静息状态默认模式网络（DMN）一致。（2） 组间对比分析（p0.005，0.05）得出周围性面瘫临床针刺治疗不同病程状态（面瘫早期组、后期组及治愈组）与健康对照组的分析结果，组间分析经过Monte Carlo多重比较阈值校正（p=0.005，0.05）显示有显著性差异，表现为：1) 面瘫早期组比健康对照组Reho增高的脑区：右侧额上回、右侧额中回、右侧额下回、右侧前扣带回、左侧楔前叶、左侧后扣带回、左侧颞上回 ；面瘫早期组比健康对照组Reho降低的脑区：右侧颞下
8、回。2) 面瘫后期组比健康对照组Reho增强的脑区：左侧SII、左侧颞上回、左侧额上回、左侧中央旁小叶、左侧楔叶、左侧楔前叶、左侧后扣带回、右侧额下回；面瘫后期组比健康对照组Reho降低的脑区：无。3) 面瘫治愈组比健康对照组Reho增强的脑区：左侧楔前叶、左侧梭状回、左侧钩回；面瘫治愈组比健康对照组Reho降低的脑区：无。结论（1） 面瘫早期组ReHo增高的区域分布在左右大脑半球，但到了面瘫后期组，ReHo增高的区域分布集中在左侧大脑半球，治愈组的ReHo异常区域减少，但仍然分布在左侧大脑半球，治疗前后存在着一个动态的变化过程，提示了左侧大脑半球的代偿作用；（2） 周围性面瘫患者临床针刺治疗
9、不同病程状态（面瘫早期组、后期组及治愈组）脑区的ReHo明显增高，与健康志愿者相比有显著差异，且多位于运动前区（额上回、额中回）、辅助运动区（中央旁小叶），默认模式网络（楔前叶、PCC）、ACC、SII、楔叶及颞上回，仅在面瘫早期组右侧颞下回ReHo减低，治愈组与健康志愿者有显著差异的脑区明显减少；（3） 大脑皮层运动前区（PMA）、辅助运动区(SMA)很可能是周围性面瘫患者静息状态下脑功能重组及代偿的关键区域,也是针刺治疗周围性面瘫患者重要的调制和关键代偿区域。（4） 静息状态下周围性面瘫患者脑区也同样存在默认模式网络（DMN），并存在异常，针刺诱导默认模式网络发生改变，可能也是针刺治疗周围
10、性面瘫的内在机制之一；（5） 周围性面瘫患者针刺治疗可能是通过同侧大脑半球的代偿、运动前区及辅助运动区的激活，以及其它脑区神经元的活动来协同整合完成的。关键词 周围性面瘫；功能性磁共振成像，局部一致性；针刺；脑ABSTRACTObjective:To analyze the changes of regional homogeneity by puncturing at the acupoints on the involved meridian and explore the central mechanisms of patients with peripheral facial para
11、lysis.Methods:(1) According to the course of the disease(durationdata, DD) and House-Brackmann paralysis grading for facial paralysis, the study performed on 47 right-handed left side peripheral facial paralysis, whom were divided into the early group, the later group and the recovered group(part of
12、 the patients participated inMRI scan many times). The functional data were acquired in the resting state. Keeping resting state in the experiment, particularly the head. The functional data were acquired by a GRE-EPI sequence (TR/TE/FA=3000ms/30ms/90, SL 3.0mm, spacing 0.75mm, FOV 192mm x 192mm, re
13、solution 64 x 64). Images were processed using the AFNI software program and themethod of ReHo was used to analyze theBold-fMRI datain the resting state. One sample t-test group analysis and threshold correction with Monte Carlo simulation for the results of the group analysis. The level of signific
14、ance was thresholded at P 0.005 and 0.05. The ReHo map ofperipheral facial paralysis patients in the different pathological stages was analyzed.(2) The study was performed on 32 right-handed healthy adult volunteers. The functional data were acquired in the resting state. Thescanningparameters were
15、the same as the patients withperipheral facial paralysis. Images were processed using the AFNI software program and themethod of ReHo was used to analyze theBold-fMRI datain the resting state. One sample t-test group analysis and threshold correction with Monte Carlo simulation for the results of th
16、e group analysis. The level of significance was thresholded at P 0.005 and 0.05. The ReHo map of the normal group was analyzed.(3) To compare the difference of ReHo between healthy adult volunteers and left-peripheral facial paralysis in the different pathological stages (the early group, the later
17、group and the recovered group) before and after acupuncture treatment, two sample t-test group analysis for the different brain areas and threshold correction with Monte Carlo simulation. The level of significance was thresholded at P 0.005 and 0.05 for the group-compared analysis. The change of the
18、 ReHo map of peripheral facial paralysis patients before and after acupuncture treatment was analyzed.Results: (1) The group analysis of left side peripheral facial paralyses with resting state fMRI data showed in the early group, the later group and the recovered group the ReHo of the brain area in
19、creased widely, similar to the normal group, and mainly located in the posterior cingulate, precuneus and the prefrontal cortex, which is consistent with the Default Mode Network (DMN);(2) To compared left-peripheral facial paralysis in the different pathological stages (the early group, the later g
20、roup and the recovered group) with the normal group, it had remarkable difference after threshold correction with Monte Carlo simulation（p=0.01, 0.05）. List as follows:1) Group comparison between the early group and the normal group: The brain areas of increased Reho were found in right superior fon
21、tal gyrus, right superior medial gyrus, right inferior fontal gyrus, right anterior cingulate, left precuneus, left posterior cingulate, left superior temporal gyrus and the brain areas of decreased Reho were found in right inferior temporal Gyrus;2) Group comparison between the later group and the
22、normal group: The brain areas of increased Reho were found in left SII, left superior temporal gyrus, left superior frontal gyrus, left paracentral lobule, left cuneus, left precuneus, right inferior frontal gyrus, left posterior cingulate; and the brain areas of decreased Reho were none ;3) Group c
23、omparison between the recovered group and the normal group: The brain areas of increased Reho were found in left precuneus, left fusiform gyrus, left uncus; and the brain areas of decreased Reho were none.Conclusions:(1) In the early group of facial paralysis, the brain areas of increased Reho was d
24、istributedineachleafof two sides cerebrumhemisphere, then in the later group, the brain areas of increased Reho was mainly distributed in the left cerebrumhemisphere, in the recovered group,the abnormal brain areas of Reho decreased, while still in the leftcerebrumhemisphere. The dynamic process of
25、change before and after acupuncture treatment, suggested thecompensatoryof the left cerebrumhemisphere. (2) The ReHo of facial paralysis in the different pathological stages (the early group, the later group and the recovered group) increased significantly, and mainly located in PMA(superior frontal
26、 gyrus,middle frontal gyrus), SMA(paracentral lobule), DMN(precuneus,PCC), ACC, SII, cuneus, superior temporal gyrus, only in the early group, the ReHomap in the right inferior temporal gyrusdecreased, the significant differences in the group comparison between the recovered group and the normal gro
27、up significantly reduced, which was of great clinical significance;(3) The brain areas of the premotor cortex(PMA), supplementary motor area(SMA) is likely to be the key areaof compensatory andbrainfunctional reorganization inpatients with peripheral facial paralysis inthe resting state, andmaybe th
28、e important modulationand the keycompensatory region in the acupuncture treatment.(4) There is abnormal default mode network（DMN）in the brain areas of peripheral facial paralysis patience, the changesinduced by acupuncture,may also be the intrinsic mechanism of the acupuncture treatment.(5) Treatmen
29、t of peripheral facial paralysiswithacupuncturemay becompleted through the compensatory ofthe ipsilateral cerebral hemisphere,the activation of the premotor cortexandthe supplementary motor area, andotherregions of the brainneuronsto collaborativeintegration.Keyword peripheral facial paralysis; fMRI
30、; ReHo; acupuncture; cerebrum英文缩略词表（Abbreviation and acronyms）AC-PCAnterior Commissure-Posterior Commissure 前后联合线AFNIAnalysis of Functional NeuroImages功能性神经影像分析ALFFAmplitude of Low Frequency Fluctuation 低频振幅BoldBlood Oxygen Level Dependent 血氧水平依赖coefcoefficiency 系数CPUCentral Processing Unit 中央处理器CTC
31、omputed Tomography 计算机断层显像2Dtwo dimension 二维3Dthree dimension 三维DTIDiffusion Tensor Imaging 弥散扩散成像DICOMDigital Imaging and Communications in Medicine医学数字成像和通信DMNDefault Mode Network 默认模式网络ep2decho-planner two dimension 平面回波二维成像EPIEcho-planar Imaging 平面回波成像技术FAFlip Angle 翻转角度fMRIfunctional Magnetic R
32、esonance Imaging 功能性磁共振成像FOVField of View 观察视野FWHMFull Width Half Maximum半高全宽HzHertz 赫兹ICAIndependent Component Analysis 独立成分分析jpgJoint Picture Group 图像压缩格式mmmillimeter 毫米msmillisecond 毫秒MRIMagnetic Resonance Imaging磁共振成像PACSPicture Achiving and Communication System 图像存档与传输系统PCPersonal Computer 个人计算
33、机ACCAnterior cingulate cortex 前扣带回PCCPosterior cingulate cortex 后扣带回PETPositron emission tomography 正电子发射体层成像PWIPerfusion Weighted Imaging 灌注加权成像CCCorrelation coefficientSPECTSingle-Photon Emission Computed Tomography单光子发射计算机断层成像rCBFregional Cerebral Blood Flow 局部脑血流量ReHoRegional Homogeneity 局部一致性RO
34、IRegion Of Interest 感兴趣区SESpin echo 自旋回波SLslice 层厚SPMStatistical Parametric Mapping 统计参数图TTesla 特斯拉（场强单位）TETime of Echo 回波时间TITime of Inversion 反转时间TRTime of Repeat 重复时间Tratransverse 横轴位TSEturbo spin echo 快速自旋回波TTTalairach coordinate 标准坐标系T1WIT1-weighted Imaging T1加权图像T2WIT2-weighted Imaging T2加权图像D
35、DDuration Data 持续时间KCCKendalls Coefficient of Concordance 肯德尔和谐系数HBHouse-Brackmann 面神经功能评价HB分级系统VBMVoxel-Based Morphometry基于体素形态学分析PMAPremotor Areas 运动前区SMASupplementary Motor Area运动辅助区前言周围性面瘫，是一种临床常见的自限性疾病，可发生于任何年龄，多发生于一侧，急性起病，其主要特征表现为面部表情肌群运动功能障碍，一侧面部表情肌麻痹，出现口角歪斜，额纹消失，眼裂增宽，闭目不紧，鼻唇沟变浅，鼓腮露气，漱口漏水，不能做
36、皱眉，露齿，鼓颊和噘嘴等动作，给患者带来生活和社交方面的障碍1 , 2，其预后取决于面神经的病变程度及治疗是否及时恰当3，若治疗不及时或方法不当，可留下后遗症，严重影响容貌，降低生活质量。该病的发病机制尚不十分明确，所以没有标准的治疗方法。而传统中医针刺是常用且有效的理想治疗方式，针刺治疗周围性面瘫历史悠久，早在内经屮就有记载，积累了大量的经验，临床上这种治疗方法安全简单，针刺可从整体上对机体进行调节使之处于稳定的状态，其疗效确切，治愈率高4，为广大患者所接受。 尽管针刺治疗面瘫效果显著，也有临床研究报道所证实5，然而针刺治疗周围性面瘫的中枢机制尚不明确，有待研究探索。由于基于解剖成像的常规影
37、像学检查，诸如CT及MRI检查在周围性面瘫中没有明显的阳性表现，随着影像技术的飞速发展，磁共振功能成像技术(functional magnetic resonance imaging, fMRI) 已成为针刺研究一种重要的技术手段，并在周围性面瘫针刺治疗的研究中发挥了越来越重要的作用。神经活动和高分辨率磁共振成像技术相结合，做到了无侵入、无创伤的从形态和功能上探索活体脑高级皮质活动。它是基于在神经元活动的过程中，脑耗氧量和脑血流量变化不一致，而使得局部磁场发生变化，从而间接反映神经元的活动，它依赖于脑的血氧水平的改变，称为血氧水平依赖的fMRI(Blood oxygen level depen
38、dent functional MRI, Bold-fMRI) 6。Bold-fMRI安全方便，成本较低，时空分辨率高，已成为了研究多种神经精神疾病的新方法。Bold -fMRI的研究设计根据扫描时所处的状态分为刺激或任务相关(task-related)和静息状态(resting-state)的fMRI成像。任务态fMRI常被用于周围性面瘫的针刺研究，它是以针刺作为刺激任务进行fMRI研究的7，对面瘫病人进行穴位电针刺的脑fMRI研究，发现了电针刺激左侧合谷穴和左侧地仓穴引起了左侧和右侧多个脑区信号的变化；也有以面部的肌肉运动作为任务来观察研究面瘫治疗过程中的脑功能区变化8；同时，不需要任务刺
39、激的静息态功能连接分析也被应用于面瘫的研究，用于分析脑功能重组在面瘫病人康复中的作用9，Klingner等10通过治疗前后的fMRI对比分析，显示面瘫病人的病程发展变化过程中或者治愈后，fMRI发生变化，说明皮层功能重组在面瘫疾病发生、发展以及治愈过程中有重要作用。既往的静息态fMRI研究8-10多局限在功能连接分析上面，局部一致性（Regional homogeneity，ReHo）分析作为静息态数据处理的一种重要方式，也被用于多种神经精神类疾病的研究，它反映的是局部脑区神经元活动的时间序列的同步性，研究发现疾病患者静息状态下存在许多功能活动异常的脑区。ReHo弥补了功能连接的缺陷，可以从全
40、脑的角度来进行脑功能活动的一致性分析，探讨疾病静息状态下的异常脑区。但目前尚未发现有针对周围性面瘫方面的文献报道。本文研究目的就是通过应用静息状态下的Bold -fMRI技术对周围性面瘫患者临床针刺治疗不同病程状态（面瘫早期组、后期组及治愈组）的脑功能数据进行采集，运用局部一致性（ReHo）分析方法与健康对照组进行比较研究，探讨静息状态下周围性面瘫患者临床针刺治疗不同病程状态下脑功能区的变化，为进一步研究其发病及针刺治疗的中枢机制、疗效评价及随访提供基础研究数据。材料与方法1研究对象1.1 研究对象来源研究对象分实验组（47人）和健康对照组（32人），实验组由左侧和右侧面瘫患者组成，数据处理过
41、程中所有右侧面瘫大脑半球均沿y轴镜像翻转，所以相当于实验组均为左侧面瘫患者(一部分患者多次参与MRI扫描)。面瘫组依病程（duration data , DD）及House-Brackmann面瘫分级分为面瘫早期组（34人，病程级）、面瘫后期组（29人，病程14天且面瘫分级级）及面瘫治愈组（34人，面瘫分级=级），均来自安徽中医药大学第一附属医院病人。面瘫早期组，左侧面瘫19人，右侧面瘫15人，男性20人，女性14人，年龄范围19-70岁；面瘫后期组，左侧面瘫15人，右侧面瘫14人，男性19人，女性10人，年龄范围19-68岁；面瘫治愈组，左侧面瘫14人，右侧面瘫20人，男性18人，女性16人
42、，年龄范围19-66岁。部分患者多次参与MRI扫描，分别是临床针刺治疗前、治疗过程中、恢复后，治疗前获取fMRI数据为患者没有进行任何的针刺治疗，之后，患者接收针刺治疗每星期三次，针刺治疗为半个性化方法，每个患者依个体临床症状不同针灸科医师给予穴位针刺，治疗过程中fMRI扫描大概在针刺治疗后的2-4周，如果恢复比较慢，针刺治疗过程中的这次fMRI扫描会相应推迟，因为患者的顺从性不同，事实上的患者参与的实验次数是不一样的，47例患者，23例患者参与2次，22例患者参与3次，2例患者参与4次。健康对照组（32人），为在校健康大学生、硕士研究生或医院职工，男性13人，女性19人，年龄范围18-54岁
43、，仅参与一次实验。受试者均按一定的纳入标准及排除标准进行筛选，所有对象经标准中文版利手评价表测试均为右利手11。本研究为当地伦理协会批准。实验前所有受试者均签订知情同意书（附录一）。1.2 周围性面瘫的诊断标准(1) 起病急骤，发病之前多受风寒侵袭；(2) 部分患者刚开始出现耳后、耳下及面部的疼痛；一般表现为单侧的面部无表情、面肌不能运动，(3) 口角出现歪斜，或漱口时口角漏水，或吃饭时食物停滞于患侧牙齿之间，做蹙额、皱眉、露齿、鼓颊等动作困难，患侧额纹变浅或消失，鼻唇沟变浅或消失，眼睑难完全闭合；(4) 部分患侧可出现舌前2/3味觉减退或消失、听觉过敏等症；(5) 排除脑血管意外、肿瘤、外伤
44、、格林巴利、中耳炎等疾病。1.3 纳入标准(1) 根据西医诊断标准确诊为面神经麻痹；(2) 病情分级标准第级第级；(3) 年龄在18-70岁之间在左侧周围性面瘫患者、健康志愿者，左侧周围性面瘫患者病程仔2个月以内，男女不限；(4) 饮食规律，无烟、酒或其它不良嗜好，近1个月无任何服药史，睡眠正常，体型适中；(5) 近期（2个月内）未接受过治疗；(6) 实验近期(3个月内)无各类疼痛(包括痛经)，女性志愿者非月经期，妊娠试验阴性；(7) 没有严重的心脏及腹腔脏器等实质性病变，没有先天性疾病及遗传性疾病，没有内分泌及免疫性疾病，没有精神或神经类疾病；(8) 没有服用过精神类药物；(9) 没有心脏起
45、搏器、金属支架、假牙等，没有幽闭恐惧症等禁忌症；(10) 右利手；(11) 常规MRI扫描颅内未见明显异常者；(12) 自愿签署试验知情同意书。1.4 排除标准(1) 未根据西医诊断标准确诊；(2) 中枢性面瘫(脑血管疾病或肿瘤性疾病等所引起的)；(3) 颅脑外伤、腮腺炎症或中耳乳突炎等并发症所引起的周围性面瘫；(4) 桥小脑角肿瘤及格林-巴利等疾病所引起的周围性面瘫；(5) 有精神或神经系统疾病史者；(6) 有精神或神经科药物服用史者；(7) 已接受其它有关治疗，可能影响本研究的效应指标观测者；(8) 有心血管、肝、肾、造血系统等原发性疾病；(9) 女性月经期、妊娠或喃乳期的妇女及过敏体质者
46、；(10) 有MRI检查禁忌证者（心脏起搏器、幽闭恐惧症等）；(11) 非右利手者；(12) 不能配合实验(如拒绝签署知情同意书及不能坚持实验全程等)者。1.5 健康志愿者的纳入标准选取无任何系统性疾病及神经系统症状体征，无神经系统疾病家族史，头部MRI检查正常的健康人作为正常对照组，经中国人利手评定标准评定为右利手。2 器材和设备Siemens Symphony 1.5T MRI全身扫描仪和标准头线圈；专用隔音耳幔；高性能联想台式PC电脑，安装有LINUX系统及windows系统，配置为内存2G，硬盘250G，CPU为Intel 奔腾双核 E2180（2.0GHz），可以顺利处理fMRI数据
47、；移动硬盘、光盘、U盘用于数据传输及储存所有实验均在安徽中医药大学第一附属医院磁共振室完成，fMRI数据后处理均在安徽中医药大学第一附属医院数字化影像技术实验室处理完成。3 实验步骤(1) 所有志愿者均自愿参加全程实验并签署知情同意书（见附录一），符合实验纳入标准。(2) 由于志愿者均为在校健康大学生、研究生或医院职工，对MRI检查无恐惧感，并且实验前让受试者熟悉MR检查设备及环境，详细解释整个扫描及实验过程，减少因期待引起的紧张。(3) 让志愿者更换衣物，休息半小时左右，等到浑身放松后，再进入磁共振扫描间，以保持心理与生理状态稳定。(4) 实验时，志愿者平卧，闭上眼睛，并把耳孔用棉球塞上，再戴上隔音的耳麦，固定头部，尽量保证头部处于静止状态，关上灯，减少光等对眼睛的刺激，以尽可能地消除一切噪音和其它