中醫藥臨床療效研究中多模態fMRI 的應用

王建軍，鄭浩濤，華 駿，周流暢，劉立瑾，林松俊，蔡浩斌，虢周科

（廣州中醫藥大學第四臨床醫學院 廣東省深圳市中醫院，廣東 深圳 518033）

fMRI 技術是認知神經科學領域的前沿影像技術［1］，能從整體水平對人腦進行信息的定位，并反映“整合”和“分離”的信息連接模式，符合中醫藥“整體觀念”的學術范式。fMRI 技術應用到中醫藥臨床研究中，是中西醫結合創新研究的新方向。王永炎院士曾探討將fMRI 技術運用于中醫藥臨床療效研究的方法學［2］。隨著腦科學的發展和高場強MRI 的普及，越來越多的臨床研究應用不同模態的fMRI 技術表征中醫藥的臨床療效［3-4］，取得了可喜成果。本文從fMRI 技術層面系統報道該領域的研究現狀、問題及前景。

1 資料與方法

1.1 資料來源與檢索方法 資料來源為PubMed、EMbase、中國生物醫學文獻數據庫（CBM）、中國期刊全文數據庫（CNKI）、維普數據庫（VIP）、醫學萬方數據庫。文獻檢索語種為中文和英文，中文檢索詞包括但不限于：“中醫”、“中藥”、“辨證”、“fMRI”、“功能磁共振”、“低頻振蕩振幅”等，英語檢索詞包括但不限于“Chinese Medicine”、“Chinese herbs”、“formula”、“syndrome differentiation”、“ReHo”、“ALFF”、“fMRI”、“BOLD”。檢索時間均為建庫至2018 年12 月。對于內容基本相符或可進一步進行引文追蹤的文章，下載原文進一步篩選，直至獲得與納入、排除標準相符合的所有文章。

1.2 文獻納入與排除標準

1.2.1 納入標準 ①自建庫至2018 年國內外公開數據庫收錄的關于中醫藥臨床療效的fMRI 研究文獻。②fMRI 以BOLD、DTI 或MRS 為主要掃描序列。

1.2.2 排除標準 ①文獻中未涉及fMRI 掃描序列，如僅使用T1WI；②文獻不以中醫藥臨床療效為主要研究內容，僅在論述中提及；③文獻以穴位、經絡或針灸為主要干預手段；④文獻數據完整性及準確性差；⑤文獻來源于簡訊、會議摘要、聲明、通知、廣告等；⑥一稿多投或重復（此類文章僅統計發表時間最早的一篇，如學位論文與期刊論文重復，則以期刊論文為準）。

1.3 文獻篩選、提取及質量評價 根據檢索策略檢索出相關文獻，由2 名評價員獨立篩選文獻和提取資料，剔除不符合條件及重復的研究。2 人交叉核對，如遇分歧則通過討論或交由第3 位具有高級職稱的研究者決定，缺乏的資料盡量與作者聯系予以補充。資料提取內容主要包括：受試者基本信息、研究類型、研究對象的基本特征、干預措施、掃描序列及關鍵參數、效應指標及主要研究結論。由統一培訓的評價員根據改良的JADAD 評分法進行評分（1～3 分視為低質量，4～7 分為高質量研究）。

1.4 統計學方法 采用定性分析策略綜合評價fMRI技術運用于中醫藥臨床療效研究的現狀。

2 結果

2.1 文獻檢索情況 共檢索到中文文獻3 938 篇，英文文獻133 篇，排除重復423 篇，標題與摘要篩查后排除明顯與研究主題無關的文獻共3 256 篇，根據納入及排除標準全文篩查后排除246 篇，得到與中醫藥相關的fMRI 研究文獻共146 篇，逐一閱讀原文，納入研究對象為人或動物，干預方法為中藥湯劑、中藥膠囊等中醫藥臨床療效的fMRI 文獻47 篇。其中，中文期刊論文22 篇，學位論文19 篇，英文SCI論文6 篇。

2.2 納入文獻的基本特征 該領域最早的文獻發表于2005 年，并一直保持2 篇/年的增長態勢，自2015年開始該領域的文獻呈爆發式增長，其中2017 年達到高峰，為10 篇（圖1）。從所涉及的疾病來看，研究對象主要集中在神經精神疾病，其中15 篇研究認知障礙、8 篇研究腦血管病、5 篇研究情感疾病、4 篇研究運動障礙、3 篇研究多發性硬化及研究頸內動脈狹窄、卒中后抑郁、肌萎縮側索硬化各1 篇。少數研究則涉及其他系統疾病，如5 篇研究腸易激綜合征，另外研究健康飛行員、前部缺血性視神經病變、小兒厭食癥及慢性疲勞綜合征文獻各1 篇。所涉及的干預方式主要是中藥湯劑和中成藥，11 篇研究使用安慰劑對照，其余均與西藥對照或空白對照。從所使用影像模態看（表1），27 篇（57.45%）文獻使用BOLD模態（其中14 篇使用靜息態的研究設計，13 篇使用任務態的研究設計），13 篇（27.66%）使用MRS 模態，4 篇（8.51%）使用DTI 模態，2 篇（4.26%）同時使用BOLD 序列和DTI 序列，1 篇（2.13%）使用MRS 和DTI 技術。

圖1 納入文獻發表年份頻次分布圖

表1 fMRI 模態及統計參數頻數分布 篇（%）

2.3 靜息態BOLD 靜息態和任務態是基于BOLD序列的2 種基本研究范式，數據驅動和理論驅動是2種基本的數據分析方法［5］。低頻振蕩振幅主要根據腦區的低頻振蕩信號來反映神經活動的強弱［6］，局部一致性（ReHo）理論認為具有相同功能的局部腦區內部不同提速時間序列具有相似性，且這種相似性因疾病的影響而發生改變［7］。此類分析技術可刻畫疾病帶來的局部腦區功能變化，是rs-fMRI 研究最常用的分析技術。

基于ROI 進行種子點的選擇是基于先驗理論的研究范式。本研究納入文獻中5 篇［8-12］使用了基于ROI 的功能連接來研究中醫藥臨床療效，因其關注點不同，所選擇的ROI 也不同。2 篇關于帕金森病的研究［10-11］關注基底節區相關功能網絡改變，2 篇關于認知障礙疾病研究［9，12］關注前扣帶回PCC 相關功能網絡改變，另1 篇關于腦梗死的研究［8］關注運動皮層與小腦之間的功能連接。值得注意的是，一篇來自學位論文的研究［12］提示，治療后的2 組間后扣帶回功能網絡連接組間差異無統計學意義。

獨立成分分析（ICA）是一種典型的數據驅動分析技術。5 篇文獻［4，13-16］使用該分析技術研究功能子網絡的組間差異，其中4篇［4，13-14，16］聚焦于默認網絡（DMN），而另一篇［15］基于ICA 還分析了額頂網絡及突顯網絡等功能自網絡。其中1 篇學位論文［16］提示，治療后2 組DMN 組間差異無統計學意義，筆者考慮2 組在基線的腦功能連接差異有統計學意義，而治療后這種差異的消失可能與中藥組的療效有關。

ReHo、低頻振幅及比率低頻振幅也是rs-fMRI 常用的數據驅動分析方法，但與ICA 和ROI-FC 分析不同，這類指標反映的是疾病造成的局部腦區功能變化。本研究中4 篇文獻［17-20］采用上述分析技術，其中3 篇［17-19］研究抑郁癥，1 篇［20］研究輕度認知障礙，結果均提示中藥組和西藥組在局部腦區不同的神經反應模式。

2.4 任務態BOLD 組塊設計和事件相關設計是最常見的fMRI 任務設計。納入的文獻中，僅1 篇［21］使用事件相關設計，余12 篇［22-33］使用組塊設計。其中5篇以腸易激綜合征為研究內容［22-26］，采集了直腸氣囊擴張刺激后相應的激活區變化幅度、面積及曲線等指標，但這些研究均集中在2005—2008 年，以后未見類似研究設計。2 篇關于認知障礙的文獻［27-28］使用了stoop 任務，2 篇關于認知障礙的文獻［29-30］使用了n-back 工作記憶任務，1 篇關于健康飛行員的文獻［31］使用了氣球模擬風險任務，1 篇關于中風后肢體運動功能的文獻［32］使用了五指對掌的研究任務，另一篇關于小兒厭食癥的文獻［33］分析了口服葡萄糖的研究任務下丘腦的信號響應變化。所有的任務態MRI 研究均與臨床療效進行相關性分析，為臨床療效提供影像學證據。

2.51H-MRS MRS 技術是檢測活體組織能量代謝、生化改變及化合物定量分析的一種無創性影像技術。該技術在效應指標選取上較統一，13 篇文獻均通過設置ROI，測定局部腦區的N-乙酰天門冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、膽堿（Cho）及乳酸（Lac）含量，并計算其比值。納入文獻中，6 篇關于認知障礙的文獻［3，34-38］和1篇關于卒中后抑郁的文獻［39］關注額葉及海馬區的生化改變，其中黃侃［39］定義前額葉ROI 大小為20 mm×20 mm×20 mm，海馬區ROI 為15 mm×15 mm×15 mm，預掃描自動勻場要求半高全寬≤6，水抑制在98%以上；孫前明［38］采用多體素序列采集海馬及后扣帶區域波譜，體素大小為100 mm2，未分析波譜曲線的選取標準；譚子虎等［3，35］限定在12：00-14：00 進行掃描，以排除生物節律干擾，但與其他3篇文獻［34，36-37］相同，均未分析ROI 大小及波譜曲線的選取標準。1 篇關于慢性疲勞綜合征的文獻［40］選取雙側海馬區作為ROI，波譜曲線的選取標準為半高全寬＜15，水抑制＞95%，未定義ROI 大小。2 篇關于腦梗死的文獻［41-42］則關注梗死灶、周圍區和（或）病灶對側鏡像區Cho/Cr、NAA/Cr 和Lac/Cr 比值，其中吳明華等［42］定義ROI 的大小為8 mm×8 mm×8 mm，未分析波譜曲線的選取標準，而張金鳳等［41］未分析ROI 的大小及波譜曲線的選取標準；1 篇關于多發性硬化的文獻［43］選取病灶實質區域和病杜對側正常白質區域作為ROI 分析各代謝產物的峰值和比值，大小為10 mm×10 mm×11 mm，未分析波譜曲線的選取標準；1 篇關于頸動脈狹窄的文獻［44］選擇較大的半卵圓中心作為ROI，大小為16 mm×16 mm×20 mm，未分析波譜曲線的選取標準；1 篇關于帕金森病的文獻［45］以雙側黑質對稱部位作為ROI，大小為1.5 cm×1.0 cm×2.0 cm，波譜曲線的選取標準為半高全寬＜13，水抑制＞99%。

2.6 DTI DTI 是在DWI 基礎上發展起來的腦功能成像技術，是一項顯示組織內微觀結構的新型成像技術［46］。本研究納入的文獻中共4 篇使用了該技術，且其檢測指標較統一，均通過定義ROI 的方式檢測所關注的局部腦區部分各向異性（FA）、平均擴散率（MD）、相對各向異性（RA）及ADC 值。1 篇關于肌萎縮側索硬化癥的文獻［47］計算了FA 值，擴散敏感梯度方向為23 個，共定義6 個ROI，面積15～30 mm2；1篇關于前部缺血性視神經病變的文獻［48］計算了FA、MD、RA 值，擴散敏感梯度方向為64 個，共定義6 個ROI，大小約5 個像素；1 篇關于腦梗死的文獻［49］在梗死中心區及對側鏡像區選取ROI，測量FA 值、ADC值，并分別計算了rFA（病灶/鏡像區FA 值）和rADC（病灶/鏡像區ADC 值），擴散敏感梯度方向為30 個，未定義ROI 大??；另一篇針對多發性硬化的文獻［50］計算了FA 和ADC 值，擴散敏感梯度方向為64 個，共定義6 個ROI，大小約5 個像素。

2.7 BOLD、DTI 及MRS 聯合運用 在納入的文獻中，3 篇聯合使用了不同的fMRI 模態。其中1 篇［51］以腦梗死為研究對象，同時使用了BOLD 和DTI 序列研究針藥結合的臨床療效，僅報道了激活頻率、激活體積及FA、ADC 值等研究指標，未報道擴散敏感梯度方向數。一篇針對中風病的研究［52］同時采用BOLD 與DTI 序列，在BOLD 序列中報道了ReHo 值，在DTI 中以皮層下錐體束走行多個腦區作為ROI，分析其FA/MD 值的組間差異，并在DTI 數據處理的基礎上重建擴散張量纖維示蹤圖（DTT 圖）進行組間比較，但未報道ROI 大小及擴散敏感梯度方向數，值得注意的是，在相關性研究中，FA 值與中西醫量表評分變化無相關性，僅MD 值與部分臨床特征有相關性，且未報道ReHo 與臨床特征的相關性研究結果。另一篇關于多發性硬化的文獻［53］同時采用DTI與MRS 序列，在MRS 中選取病灶實質區域和病杜對側正常白質區域作為ROI 分析各代謝產物的峰值和比值，定義ROI 大小為10 mm×10 mm×11 mm，未報道波譜曲線的選取標準；在DTI 中采用了同樣部位及大小的ROI，并檢測其FA 值及ADC 值，未報道擴散敏感梯度方向數。

3 討論

BOLD 信號是一種由神經活動引起的血氧水平依賴信號，可間接反映神經活動的強弱［54］。本研究納入的文獻中，BOLD 模態占比超過了50%，是中醫藥臨床療效研究領域主流的功能神經影像技術。靜息態fMRI 和任務態fMRI 在中醫藥領域均得到充分地應用。相比之下，靜息態僅需在安靜、休息狀態下進行掃描，而任務態則需受試者在掃描過程中完成特定的任務或接受特定的刺激，因此增加了研究的難度與時間成本。從發表文獻來看，任務態的研究多在師范類院校完成或有心理學背景的專業人員參與，進一步支持了這個研究現狀。在靜息態中，目前研究多集中在局部腦區功能和環路異常2 個層面，更進一步的研究是基于全腦網絡的研究，代表性方法為基于拓撲理論的小世界屬性研究，但納入的文獻中未發現此類研究，未來可進一步深入拓展。理論驅動和數據驅動的數據處理方式均得到運用，但后者能有效避免先驗理論的影響，符合中醫藥前期相關研究不足、多靶點療效未知的現狀，可進一步拓寬研究的廣度與深度。

DTI 與MRS 可分別檢測腦內微觀結構損害和神經化合物變化，反映了疾病不同維度特征，為疾病神經機制研究有效的研究工具。盡管本研究納入的所有DTI 研究均聚焦于具有器質性損害的神經科疾病，但與MRS 相同，2 種MRI 模態均可廣泛用于其他非器質性的神經精神科疾病。與BOLD 多樣的效應指標不同，DTI 與MRS 研究的效應指標較為統一，但在不同的研究中效應指標具有較高的異質性，主要表現在：①由于研究需求及不同疾病關注焦點的差異，不同研究所限定的ROI 部位、大小存在差異；②不同研究的掃描關鍵參數不同或未規范報道，如擴散敏感梯度方向數、波譜曲線的選取標準。這些影像異質性限制了不同研究中結果的可比性，需今后進一步規范提高。

綜上所述，中醫藥臨床療效的fMRI 研究呈爆發態勢，不同的fMRI 模態均已得到較多應用，陰性結果值得引起重視。數據驅動的分析方式為中醫藥未知的多靶點療效研究提供技術平臺，多種影像模態的效應指標融合與節點-環路-網絡的靶點融合，提供了不同維度的功能影像學信息，值得加強研究的深度與廣度，以更好地探討中醫藥臨床療效的中樞影像機制。