采用静息态功能磁共振研究先天性重度感音神经性耳聋患儿相关脑区的ALFF值.doc

采用静息态功能磁共振研究先天性重度感音神经性耳聋患儿相关脑区的ALFF值 650磁共振成像2019年第10卷第9期Chin JMagn ResonImaging,2019,Vol10,No9.cjmri.临床研究|Clinical Articles采用静息态功能磁共振研究先天性重度感音神经性耳聋患儿相关脑区的ALFF值刘梦秋，刘婕，刘影*摘要?目的?采用静息态功能磁共振研究04岁的双侧先天性重度感音神经性耳聋患儿全脑振幅低频波动(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)值的变化情况。 材料与方法?纳入04岁双侧先天性重度感音神经性耳聋患儿25例，正常听力组20名，以2岁为大脑发育的关键期分为4组02岁耳聋患儿16例，02岁对照组9名；24岁耳聋患儿9例，24岁对照组11名。 采用GE3.0T磁共振成像仪对耳聋组和正常组进行静息态功能磁共振扫描，采用ALFF分析静息态功能磁共振数据。 结果?02岁耳聋患儿与02岁正常被试的ALFF相比ALFF值升高脑区有左侧楔前叶、右侧额上回、右侧枕中回、右侧顶上小叶，ALFF值降低的脑区有左侧颞上回、左侧额下回，24岁耳聋患儿与24岁正常被试的ALFF相比ALFF值升高的脑区有左侧前扣带回、左侧颞下回。 ALFF值降低的脑区有左侧额下回、左侧颞上回。 24岁耳聋患儿和02岁耳聋患儿的ALFF相比ALFF值升高的脑区有左侧颞上回、左侧额下回、岛叶，ALFF值降低的脑区有右侧内侧额回、左侧颞下回。 结论?04岁的先天性重度感音神经性耳聋患儿听觉、语言等相关脑区可能发生了功能重塑，功能磁共振能对人工耳蜗术前评估及预后的判断提供一定的帮助。 关键词静息态；低频振幅；先天性感音神经性耳聋；磁共振成像Investigating the changes of ALFF ofhearing relatedcortex of infants withsensorineural hearing loss byusing fMRILIUMengqiu,LIU Jie,LIU Ying*Department ofRadiology,the FirstAffiliated Hospitalof Universityof Scienceand Technologyof China(Anhui ProvincialHospital),Hefei230001,China*Correspondence to:Liu Y,E-mail:felice828126.Received27Feb2019,Aepted23June2019ACKNOWLEDGMENTS Thisarticle issupported bythe AnhuiProvince PublicWelfare TechnologyApplication ResearchLinkage ProjectFund ofxx(No.1704f0804003).Abstract Objective:To studythechanges oflow frequency amplitude(ALFF)in hearing related brainregions of children withbilateral congenitalsevere sensorineuraldeafness(BCSSD)using resting-state functionalmagic resonance imaging(rs-fMRI).Materials andMethods:Twenty-five children(04years old)with BCSSDwere recruitedin thisstudy andthey weredivided intotwo groups:16“younger”children withages below2years oldand9“older”children withages above2years old.Twenty age-matched healthychildren(9in the“younger”group and11in the“older”group)were alsorecruited ascontrols.All rs-fMRI scanswere performedon a3.0T GEscanner(discovery750w).Data wereanalyzed toproduce ALFF values indifferent brainregions.Results:In the“younger”group,patients with BCSSD hadhigher ALFF values pared to healthy controls in left anteriorcuneiform lobe,right superiorfrontal gyrus,right middleoipital gyrus and rightparietal lobule.Patients alsoshowed lower ALFF values inleft superior temporal gyrusand left inferiorfrontal gyrus.In the“older”group,patients withBCSSD hadhigher ALFF values inleft anteriorcingulate gyrusand leftinfratemporal gyrus.On thecontrary,lower ALFFvalues werefound inleft inferiorfrontal gyrusand leftsuperior temporalgyrus inpatients,pared tohealthycontrols.Comparisons werealso performedwithin thepatient group,our resultsshowed that“younger”patients hadhigher ALFFvalues inleftsuperiortemporalgyrus,left inferiorfrontal gyrusand insula,and hadlowerALFFvaluesinright medialfrontal gyrusandleftinferior temporalgyrus,paredto“older”patients.Conclusions:The resultsin thisstudy indicatethat functionalremodeling mayour in the auditorysensory cortex ofchildren withBCSSD.Functional magic resonanceimagingcan beused asa potentialtool toassist preoperativeevaluation andprognosis judgementof cochlear implants.Key wordsresting state;lowfrequencyamplitude;congenital sensorineuraldeafness;magicresonanceimaging基金项目安徽省xx年公益性技术应用研究联动计划项目基金(编号1704f0804003)中国科学技术大学附属第一医院(安徽省立医院)，合肥230001通信作者刘影，E-mailfelice828126.2019-02-27接受日期2019-06-23R445.2；R764.4ADOI:10.1xx/issn.1674-8034.2019.09.003Cite thisarticle as:Liu MQ,Liu J,Liu Y.Investigating thechangesof ALFF ofhearingrelatedcortexofinfants withsensorineural hearingloss byusing fMRI.Chin JMagn ResonImaging,2019,10 (9):650-654.本文引用格式刘梦秋,刘婕,刘影.采用静息态功能磁共振研究先天性重度感音神经性耳聋患儿相关脑区的ALFF值.磁共振成像,2019,10 (9):650-654.651磁共振成像2019年第10卷第9期Chin JMagn ResonImaging,2019,Vol10,No9.cjmri.临床研究|Clinical Articles大约有16新生儿出生时患有中度至重度感音神经性听力缺失，早期听力缺失可能影响听觉、语言和视觉发育的功能，许多研究发现耳聋患者的听觉皮层可以通过非听觉刺激，如视觉、语言和振动来激活。 然而，耳聋导致语言等功能的变化机制需要进一步证据来支持，长期听力剥夺后听力相关脑区存在跨模式重组1。 先天性内耳畸形是儿童感音神经性耳聋(sensorine-ural hearingloss，SNHL)的重要病因，然而70%80%的先天SNHL的内耳影像学表现未见明显异常，20%30%的患儿可见骨性内耳畸形2。 动物模型的研究已经证明，幼年时期是听觉皮层发育的关键期3。 皮层刺激不足或无刺激在可塑性的敏感时期，可能导致听觉和语言发育障碍。 晚期植入人工耳蜗会使患儿的口语和语言能力受到影响。 振幅低频波动(amplitude oflow-frequency fluctuation，ALFF)是反映神经生理学的一个指标，本研究将通过比较失聪患儿和正常受试者的ALFF值来研究先天性重度感音神经性耳聋患儿因听觉剥夺而引起的脑区内在功能的变化。 1材料与方法1.1研究对象(收集和去除被试的标准)实验组 (1)选取出生后3d及42d未通过听觉脑干反应(auditory brainstem response，ABR)听力筛查的双侧先天性重度感音神经性耳聋患儿。 所有婴幼儿的听觉脑干反应测试结果均大于90db，表明严重的感音神经性听力损失。 (2)聋儿MRI检查年龄为0个月至4岁。 (3)除去各种中枢神经系统疾病，如脑白质发育不全、神经皮肤综合征、肿瘤、外伤、感染、癫痫等。 (4)以往没有耳部的手术史。 (5)以往没有服用过耳毒性药物的病史。 对照组 (1)患儿由于其他原因需做头颅磁共振扫描的检查，而后通过影像学手段查明头部并无异常； (2)所有对照组听力检查结果均为正常； (3)对照组年龄性别均与实验组匹配。 按照纳入及剔除标准，自xx年8月至2018年9月在我院共收集年龄04岁的双侧先天性极重度感音神经性耳聋婴幼儿共25例，其中02岁有16例，24岁9例；男13例，女12例，平均年龄(2.000.17)岁。 对照组有20例，其中02岁共9例，24岁有11例。 其中男有9例，女有11例，年龄为04岁，平均年龄(2.000.46)岁。 依据大脑发育的关键时期(2岁)来分组，全部受试者检查前知情同意书由被试者父母签署，所有检查均由医院伦理委员会批准。 1.2实验前准备由于被试者年龄较小不能配合，在MRI检查前，所有婴儿口服10%水合氯醛，每公斤0.6ml，最大不超过80ml。 待被试者熟睡后，检查前平卧于磁共振检查床上，头部用海绵垫固定，避免头动产生运动伪影。 扫描过程中无任何任务需执行，让被试者安静地躺在检查床上。 所有被试者均用MRI专用防噪音耳塞塞住外耳道，以减少噪音对被试者的干扰，并能保护被试者的听力。 1.3实验数据采集及后处理方法所有受试者均在GE3.0T磁共振扫描仪Discovery750W上进行扫描，详细的MRI序列包括首先，获取全脑T1WI和T2WI的横断面图像。 功能扫描成像采用血氧水平对比BOLD序列，详细参数为TR2000ms，TE30ms，反转角90，FOV240mm240mm，层厚4mm，间隔0mm，层数为33层，矩阵6464，248帧，共计8480幅，扫描时间为8min16s，无缝隙覆盖整个大脑。 最后，采集矢状位3D结构像T1-3DBRAVO序列。 参数设置如下TR2000ms，TE3.2ms，矩阵256256，FOV256mm256mm，层厚1mm，间隔0mm，层数设为168层，反转角度9，激励次数为1次，扫描用时为4min27s。 运用脑功能成像数据分析软件AFNI软件对图像进行后处理，先对每个被试的功能磁共振图像数据进行格式转换，即将保存在PACS系统中的DI格式的图像文件转换为AFNI数据处理需要的nii格式；去除最开始的10个时间点以排除干扰，进行头动校正，剔除三维平移大于1mm和旋转角度大于1的数据。 对功能像数据进行重采样，将图像配准到标准空间上，然后对图像进行去线性漂移，减少诸多因素而造成的受试者图像数据偏离生理基线的程度；随后进行频域滤波以去除生理噪音。 1.4统计学分析组间分析02岁耳聋患儿和24岁耳聋患儿与其相应的正常对照组、24岁耳聋患儿和02岁耳聋患儿分别进行组间比较分析(3dttest)，3dttest是AFNI软件里的一个命令。 得出两组之间的统计学差异，最后对组间分析结果进行MonteCarlo阈值校正，P0.005，计算出0.01的最小数据簇大小(cluster size)，得出ALFF值存在差异的脑区，统计并记录存在差异脑区以及信号类型。 2结果具体结果见表13和图13。 652磁共振成像2019年第10卷第9期Chin JMagn ResonImaging,2019,Vol10,No9.cjmri.临床研究|Clinical Articles图1?02岁耳聋患儿与02岁正常被试的ALFF相比的组间分析结果?图2?24岁耳聋患儿与24岁正常被试的ALFF相比的组间分析结果图3?24岁耳聋患儿和02岁耳聋患者ALFF相比的组间分析结果Fig.1?Comparison of ALFFvalues between“younger”(02years old)patients andage-matched healthycontrols.The averageddifference mapswere displayedon astandard braintemplate.Fig.2?Comparison ofALFFvalues between“older”(24years old)patients andage-matched healthycontrols.The averageddifference mapswere displayedon astandard braintemplate.Fig.3?Comparison ofALFFvalues between“older”(24years old)and“younger”(02years old)patients.The averageddifference mapwere displayedon astandard braintemplate.123表102岁耳聋患儿与02岁正常被试的ALFF相比的组分析结果Tab.1Group parisonsofALFFvaluesbetween“younger”(02years old)patients andage-matched healthycontrols脑区半球MNI坐标体素Z值x yz颞上回 (22)左-506-187-4.78额下回左-521417105-3.92楔前叶 (7)左-5-6355373.74额上回 (10)右2256-6324.38颞上回 (41)左-55-321865-3.97枕中回 (19)右31-795443.81顶上小叶 (7)右29-6851464.40注ALFF值升高的脑区有左侧楔前叶(布德曼7区)、右侧额上回(布德曼10区)、右侧枕中回、右侧顶上小叶，ALFF值降低的脑区有左侧颞上回(布德曼22区)、左侧额下回、左侧颞上回(布德曼41区)。 结果经过蒙卡校正，其中P0.005，cluster=31表224岁耳聋患儿与24岁正常被试的ALFF相比的组分析结果Tab.2Group parisonsofALFFvaluesbetween“older”(24years old)patients andage-matched healthycontrols脑区半球MNI坐标体素Z值x yz前扣带回 (32)左-33421593.91颞下回左-53-3-36384.64颞上回左-56-17343-4.71额下回左-44301085-4.89注ALFF值升高的脑区有左侧前扣带回、左侧颞下回，ALFF值降低的脑区有左侧颞上回、左侧额下回。 结果经过蒙卡校正，其中P0.005，cluster=31表324岁耳聋患儿和02岁耳聋患者的ALFF相比的组分析结果Tab.3Group parisonsofALFFvaluesbetween“older”(24years old)and“younger”(02years old)patients脑区半球MNI坐标体素Z值x yz内侧额回 (11)右349-2677-4.55颞上回左-54-21483.94颞下回左-51-2-3431-4.34额下回左-531731463.78岛叶 (13)左-38-226334.56注ALFF值升高的脑区有左侧颞上回、左侧额下回、岛叶(布德曼13区)；ALFF值降低的脑区有右侧内侧额回(布德曼11区)、左侧颞下回。 结果经过蒙卡校正，其中P0.005，cluster=313讨论3.1镇静状态下fMRl用于评价先天性感音聋儿听觉及语言相关脑区的可行性本研究中由于患儿及被试者年龄较小，不能配合检查，需要在服用睡眠药物的情况下来研究相关脑区的ALFF值的改变。 低频振荡信号在镇静状态下是否存在尚未明确，但目前已有一系列研究证实BOLD低频振荡信号存在于广泛的生理条件下，如清醒、麻醉状态的成人、轻度睡眠状态下、儿童及昏迷情况下4-5。 有学者指出婴儿大脑在睡眠情况下有五种特殊的静息态网络，包括初级视觉皮层、双侧听觉皮层、双侧感觉运动区和默认脑网络，种种研究都表明镇静睡眠情况下仍存在ALFF信号6。 因此镇静状态下对聋儿听觉及语言相关脑区的ALFF研究是可行的。 653磁共振成像2019年第10卷第9期Chin JMagn ResonImaging,2019,Vol10,No9.cjmri.临床研究|Clinical Articles3.2听觉、语言脑区解剖及功能学定位听觉脑区包括初级听觉脑区(BA41区，颗粒型脑区)、次级听觉脑区(BA42区)及听觉联合区(BA22区)。 语言相关脑区包括双侧额中回、Broca区、Wernicke区。 Broca区即左侧额下回后部(BA 44、45区)，Broca区在语言生成过程中具有多重功能，包括语音加工、高水平的语义加工、句子和谈话水平的加工，Wemicke区即左侧颞上回、颞中回后部、缘上回和角回。 Holland等6对儿童群体的研究发现，随着年龄的增长，语言功能脑区优势化半球不断地向左侧发展，并且在语言发育时期左侧大脑半球受损时，语言处理功能转向右侧半球。 因此，在大脑发育的早期阶段还无法说明语言功能是否完全存在偏侧化。 所以本研究选择左侧语言相关脑区与右侧镜像语言相关脑区，即双侧额中回、额下回、颞上回、颞中回、缘上回、角回来作为04岁聋儿的语言相关脑区。 3.3耳聋组与正常组组间比较ALFF值变化本研究结果提示镇静睡眠状态下耳聋组与之对应的正常听力组之间的比较ALFF值主要在听觉、语言处理相关的大脑区域下降。 先前的文献也报道了严重的感音神经性听力损失的患者可能在语言和学习能力方面存在问题7-8。 另外，在本研究中，发现02岁的聋儿组较相对应的正常听力组在右侧顶上小叶、左侧楔前叶(BA7)、右侧额上回(BA10)、右侧枕中回的ALFF值增加，24岁耳聋组较相对应的正常组比较在前扣带回(BA32)、左侧颞下回ALFF值增加，布德曼7区属于体感联合皮层，和空间定位有关，右侧顶上小叶也与空间定位有关。 而布德曼10区为联合皮质区，参与前额叶皮质的整合功能。 这表明与听力正常组相比，聋儿组的空间定向能力和躯体运动感觉增强。 之前已有研究发现，在聋人身上，追踪物体和定向的能力得到了增强9-10。 而右侧枕中回、左侧颞下回主要负责视觉信息的处理，提示在听力障碍的情况下会使视力能力增强11。 另一项研究也表明，听觉剥夺后可以代偿使视觉能力增强，同时，在没有听觉刺激的情况下，视觉皮层对重组或神经可塑性更为敏感12-13，行为研究也表明聋人有更好的视觉能力14。 本实验结果显示耳聋组左侧楔前叶、前扣带回、左侧颞下回ALFF值高于正常组，扣带回被认为是边缘叶的一部分，它的作用包括情绪的生成和协调、学习和记忆，上述3种作用的整合深深影响我们行为的原因和后果15。 它们都构成“默认网络”，因此可以推断听力障碍的病人的默认网络也许有了功能重塑。 3.4耳聋组间的ALFF值的分析Lonsbury-Martin等5研究表明，与正常听力者相比，年龄较小的耳聋患儿听觉皮层与相关脑区葡萄糖代谢较低，而这种低水平葡萄糖代谢则提示听皮质功能的可恢复性，并推测听皮质相对低水平葡萄糖代谢的缺失反映的是听皮质功能脑区被其他的认知功能脑区所取代，也提示听皮质功能的难恢复性及较差的语言认知能力。 本研究中，24岁患儿与02岁患儿组间比较左侧颞上回及左侧额下回ALFF值升高，左侧颞下回ALFF值降低，提示随着耳聋持续时间的延长，听觉皮质及语言相关脑区的ALFF值逐渐升高，视觉相关脑区ALFF值降低，即发生不同程度的功能重组。 由于听觉中枢的发育存在关键期，通常的观点认为先天性耳聋患儿人工耳蜗植入越早越好，但关键的年龄节点是多少，目前尚不明确16。 由此，说明2岁后较2岁前听觉等相关脑区可能发生功能重组，进一步提示2岁后进行耳蜗移植，可能由于听觉及语言脑区发生较明显的功能重组而影响听力康复效果，推测这也是越早植入人工耳蜗效果越好的原因。 3.5小结与展望镇静状态下，与相应对照组相比，不同年龄段感音聋儿听觉及语言相关脑区ALFF值降低，视觉脑区、感觉系统相关脑区及默认网络ALFF值升高，说明耳聋患儿听觉、语言等相关脑区发生了功能重组，且随着耳聋持续时间延长，听觉及语言相关脑区ALFF值升高，推测2岁后进行耳蜗移植，会由于听觉及语言脑区发生功能重组而影响听力康复效果。 本研究的主要局限性是样本量较小，此外，耳蜗植入后对聋儿语言恢复的情况的临床资料尚未跟进。 植入人工耳蜗后对聋儿相关听觉和语言脑区功能的影响在未来的研究中值得探究。 利益冲突无。 参考文献?References1Tan L,Chen Y,Maloney TC,et al.Combined analysisof sMRIand fMRIimaging dataprovides auratedisease markersfor hearingimpairment.NeuroImage Clin,xx,3:416-428.2Shi JB,Sun BC.The innerear malformationdiagnosed byhigh-resolution putedtomography forits classificationin sensorineural hearingloss.J AudiolSpeech pathol,xx,25 (3):257-260.施剑斌,孙宝春.感音神经性聋患者内耳高分辨率CT检查内耳畸形的分类.听力学及言语疾病杂志,xx,25 (3):257-260.3Fu M,Zuo Y.Experience-dependent structuralplasticity inthe cortex.Trends Neurosci,xx,34 (3):177-187.4Stephan KE,Hilgetag CC,Burns GA,et al.Computational analysisof functionalconectivity betweenareas ofprimate cerebralcortex.Philos654磁共振成像2019年第10卷第9期Chin JMagn ResonImaging,2019,Vol10,No9.cjmri.临床研究|Clinical ArticlesTransR SocLond BBiol Sci,2000,355 (1393):111-126.5Lonsbury-Martin BL,Martin GK,Coats AC.Chapter47:The physiologyof theauditory andvestibular systems.Ballenger JJ,ed.Diseases of the Nose,Throat,Ear,Head andNeck.13th ed.Philadelphia:Lea andFebiger,1985:952-954.6Holland SK,Plante E,Weber ByarsA,et a1.Normal fMRIbrain activationpattems in children performinga verbgeneration task.Neuroimage,xx,14 (4):837-843.7Chilosi AM,Comparini A,Scusa MF,et al.Neurodevelopmental disordersin childrenwith severeto profoundsensorineuralhearingloss:a clinicalstudy.Dev MedChild Neurol,xx,52 (9):856-862.8Fortnum HM,Marshall DH,Summerf ield AQ,et al.Epidemiology ofthe UKpopulation ofhearing-impaired children,including characteristicsof thosewith andwithout cochlearimplantsaudiology,aetiology,orbidity andaff luence.Int JAudiol,xx,41 (3):170-179.9Lee DS,Lee JS,Oh SH,et al.Cross-modal plasticityand cochlearimplants.Nature,xx,409 (6817):149-150.10Dye MW,Baril DE,Bavelier D.Which aspects of visual attention arechanged bydeafness?The caseoftheattentional worktest.Neuropsychologia,xx,45 (8):1801-1811.11Hauser PC,Dye MW,Boutla M,et al.Deafness andvisual enumeration:not allaspectsofattention aremodif ied bydeafness.Brain Res,xx,1153 (1):178-187.12Surowiecki VN,Sarant J,Maruff P,et al.Cognitive processinginchildrenusing cochlearimplants:the relationshipbetween visualmemory,attention,and executivefunctions anddeveloping languageskills.Ann OtolRhinol LaryngolSuppl,xx,189:119-126.13Bavelier D,Tomann A,Hutton C,et al.Visual attentionto theperiphery isenhanced in congenitally 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