0 引言

       原发性闭角型青光眼（primary angle-closure glaucoma, PACG）是一种慢性进行性视神经病变，以视神经和视网膜神经纤维层受损为特征的视觉系统损伤疾病，其初期患者自觉症状不明显，发作期通常表现为眼压升高、眼部疼痛、虹视、周围或中央视力进行性丧失，如不及时进行治疗，会导致永久性失明^[1]，已成为世界范围内不可逆性致盲的首要原因^[2]。目前对于PACG的诊断是结合视野功能评估和视路结构评估来实现的，用标准的自动视野测量评估患者的视野缺损情况，通过光学相干断层扫描（optical coherence tomography, OCT）和椎间盘断层扫描（共聚焦激光扫描断层扫描）量化视网膜神经纤维层（retinal nerve fiber layer, RNFL）厚度变化，以评估视神经乳头（optic nerve head, ONH）部位的结构变化，用超声生物显微镜（ultrasound biomicroscopy, UBM）来揭示房角闭合的情况^{[3, 4]}。目前的青光眼治疗目的在于降低眼内压（intraocular pressure, IOP）以防止进行性视力、视野丧失，然而尚无治疗方法可以逆转已经发生的视觉系统损伤，大部分患者尽管接受了相应治疗但仍丧失视力及视野。因此，早期的诊断和更精确地量化疾病进展对于限制PACG损伤和改善患者预后至关重要^[5]。目前PACG的神经病理机制仍未确定，有研究表明在PACG的临床症状出现之前，眼睛和大脑的其他结构可能存在早期变化^{[6, 7]}。

       静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependent, BOLD）的分析方法是一种广泛使用的神经影像学技术，低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF）和分数低频波动振幅（fractional of amplitude low-frequency fluctuation, fALFF）算法目前被广泛应用于探讨青光眼等眼科疾病视觉功能及非视觉功能脑区自发神经活动异常^{[8, 9, 10]}，其原理是计算在一段短时间内偏离正常基线的低频BOLD信号的平均振幅，来反映单个时间间隔内自发的大脑活动强度，较高的ALFF值表明局部脑功能区的神经活动较强^{[11, 12, 13]}。近年来，学者们提出了百分比波动振幅（percent amplitude of fluctuation, PerAF）的概念，即计算每个时间点的平均BOLD信号值波动相对于基线的百分比，并对整个时间序列进行平均。相比于ALFF和fALFF，PerAF能够最大可能地消除扫描环境的干扰对全脑自发活动信号的影响，提供单个体素水平的标准化，具有更好的重测可靠性及敏感性^{[14, 15]}。目前研究人员已经将此方法用来研究视网膜脱离、单眼失明患者和新生血管性青光眼患者的大脑神经活动^{[16, 17, 18]}。然而由于PerAF方法最近才被提出，目前尚未有对PACG脑自发活动变化的相关研究。基于此背景，本研究采用磁共振扫描方法，应用PerAF脑功能指标，旨在探索PACG患者的脑活动变化，揭示其大脑中枢神经系统的改变，为PACG患者的诊疗提供客观的影像学证据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       前瞻性选取2022年3月至2023年3月就诊于江西省人民医院红谷滩院区眼科的PACG患者作为研究对象。患者组符合《中国原发性闭角型青光眼诊治方案专家共识（2019年）》^[19]中的诊断标准：（1）双眼眼内压>21 mmHg；（2）具有前房浅，房角狭窄等闭角型青光眼体征；（3）眼底检查视盘改变C/D>0.6；（4）青光眼典型视野缺损（旁中心暗点、弓形暗点、鼻侧阶梯状视野缺损、扇形视野缺损、管状视野等）；（5）无其他眼部疾病及其他基础疾病；（6）无磁共振检查禁忌证。

       同时招募性别、年龄和受教育时间相匹配的健康志愿者作为健康对照（healthy control, HC），HC组纳入标准：（1）无眼部疾病；（2）裸眼或矫正视力>1.0；（3）无神经系统疾病及其他基础疾病；（4）无磁共振检查禁忌证。

       所有受试者排除标准：（1）开角型青光眼、正常眼压性青光眼、高眼压症、继发性青光眼；（2）有精神疾病、脑外伤史者；（3）有眼科手术史者；（4）有幽闭恐惧症或无法适应磁共振扫描环境者；（5）临床资料不全者。

       根据纳入、排除标准，最终共计31名患者被纳入PACG组，所有患者年龄45~70（50.96±4.85）岁，其中男21例，女10例；31名健康志愿者作为HC组，年龄45~70（50.82±6.76）岁，其中男21例，女10例。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经江西省人民医院临床试验伦理委员会批准，批准文号：20212BAB216058，所有受试者均自愿参与本研究并签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 fMRI数据采集

       在江西省人民医院红谷滩院区磁共振检查室由同一名影像专业医师（6年以上工作经验的主治医师）进行数据采集，使用德国Siemens Trio Tim 3.0 T MRI扫描系统及八通道头部线圈进行受试者大脑rs-fMRI数据采集。受试者取仰卧位，戴耳塞以降低扫描噪声，取海绵垫固定头部，扫描全脑。扫描参数为：（1）用常规轴位T1-VIBE序列排除颅脑病变，重复时间8.5 ms，回波时间3.3 ms，厚度1.0 mm，无层间隔，矩阵256×256，视野240 mm×240 mm，翻转角12°，采集全脑次数1次，信号平均次数为1，获取大脑影像图片，排除全脑实质性病变，扫描时间3 min；（2）用平面梯度序列获取静息态功能成像数据，重复时间2 000.0 ms，回波时间25.0 ms，厚度3.0 mm，层间隔1.2 mm，矩阵64×64，视野240 mm×240 mm，翻转角90°，扫描时间8 min，获取240幅全脑功能性图片。在扫描过程中，指示受试者闭上眼睛，保持静止，并在保持清醒的同时平静地呼吸。

1.2.2 图像数据预处理

       MRIcro（www.MRIcro.com）软件用于对数据进行排序，并识别和排除不完整或有缺陷的数据。处理其余数据，包括空间标准化、头部移动校正、切片时间和使用DPARSFA（Data Processing Assistant For Resting-State f MRI Advanced Edition;http：//rfmri.org/DPABI）的数字图像格式转换。线性回归用于消除诸如源自白质的信号等因素的影响。由于头部过度运动可能对fMRI序列产生重大影响，因此头部运动>3 mm的参与者和数据被排除在外。在数据预处理基础之上，利用RESTplus V1.4（http：/www.restfmri.net）工具计算PerAF值，具体过程为：首先，通过计算每个体素的时间信号强度相对于该体素平均信号强度的波动幅度百分比，获取每个体素的PerAF值；然后，将每个体素的PerAF值除以全脑所有体素PerAF值的平均值进行均一化处理，获得每个体素对应的标准化PerAF值。

1.3 统计学分析

       采用SPSS 26.0软件，对两组受试者的性别采用卡方检验，年龄、受教育时间及最佳矫正视力（BCVA）比较采用两独立样本t检验。以均数±标准差表示符合正态分布的计量资料，用频数表示计数资料，检验标准为:α=0.05。在MATLAB2013b（mathworks, natick, ma, usa）平台运行DPABI软件（Data Processing Assistant For Resting-State f MRI Advanced Edition;http: //rfmri.org/DPABI），采用单样本t检验和两独立样本t检验分别用于比较两组受试者组内和组间的PerAF值分布差异。使用高斯随机场（Gaussian random field, GRF）对统计结果进行多重比较校正，设置体素水平阈值P<0.001，团簇水平阈值P<0.05，得到PerAF差异有显著统计学意义的脑区，同时提取差异脑区内的PerAF信号值。采用BrainNet Viewer（http: //www.nitrc.org/projects/bnv）软件进行分析结果图形化，同时记录蒙特利尔神经研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）标准脑模板上有明显统计学意义脑区的具体解剖位置、团簇体素数量等信息。

2 结果

2.1 PACG与HC组一般临床资料分析

       PACG与HC组的性别、年龄、受教育时间及临床特征差异无统计学意义（P>0.05），但右眼（P<0.001）、左眼（P<0.001）的矫正视力差异有统计学意义（表1）。

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表1  PACG组和HC组的临床资料比较
Tab. 1  Comparison of clinical data between the PACG group and the HC group

2.2 PACG与HC组PerAF结果与差异脑区

       本研究结果显示，与HC组比较，PACG组在左侧额上回背外侧、眶部，双侧额中回，右侧额下回三角部；左侧缘上回、顶下缘角回，右侧顶上回、中央后回，中央旁小叶；右侧颞中回；左侧舌回；左侧前扣带和旁扣带脑回、补充运动区以及右侧小脑7b区的PerAF值均显著降低（图1、图2、表2）。这些结果表明，PACG患者在静息状态下多个大脑区域的功能失调，提示中枢神经系统的功能可能与PACG患者疾病的发生和发展密切相关，为进一步探索大脑中枢神经系统在PACG的病理生理机制提供了新的思路和方向。

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图1  平均PreAF值在PACG组（1A）和HC组（1B）的空间分布情况。红色表示此脑区PreAF值较高，蓝色表示此脑区PreAF值较低。PreAF：百分比波动振幅；PACG：原发性闭角型青光眼；HC：健康对照。
Fig. 1  Spatial distribution of mean PreAF values in PACG group (1A) and HC group (1B). Red colour indicates higher PreAF values in this brain region, and blue colour indicates lower PreAF values in this brain region. PreAF: percent amplitude of fluctuation; PACG: primary angle-closure glaucoma; HC: healthy controls.

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图2  PACG 组与 HC 组 PerAF 值组间差异有统计学意义脑区及其三维示意图。2A：差异脑区；2B：差异脑区三维示意图；2C：小脑区域差异脑区三维示意图。PreAF：百分比波动振幅；PACG：原发性闭角型青光眼；HC：健康对照。
Fig. 2  Statistically different brain regions between PerAF values of PACG and HC groups and three-dimensional (3D) schematic. 2A: Differential brain regions; 2B: 3D schematic of differential brain regions; 2C: 3D schematic of differential brain regions of cerebellar regions. PreAF: percent amplitude of fluctuation; PACG: primary angle-closure glaucoma; HC: healthy controls.

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表2  PACG组PerAF值显著低于HC组的脑区
Tab. 2  Brain regions with significantly lower PerAF values in the PACG group than in the HC group

3 讨论

       本次研究使用基于rs-fMRI的PerAF方法来增加对PACG的理解，了解大脑功能在PACG患者中的适应方式，发现PACG患者不同脑区的异常脑功能活动。结果显示在静息状态下PACG患者左侧额上回背外侧、眶部，双侧额中回，右侧额下回三角部；左侧缘上回、顶下缘角回，右侧顶上回、中央后回，中央旁小叶；右侧颞中回；左侧舌回；左侧前扣带和旁扣带脑回、补充运动区以及右侧小脑7b区的PerAF值均显著降低。本研究为进一步理解PACG患者大脑功能损害提供方法。

3.1 额叶区PerAF信号下降

       本研究显示，PACG患者组受试者额叶的左侧额上回背外侧、眶部，双侧额中回，右侧额下回三角部区域PerAF信号下降。额叶主要支持更高层次的认知过程，包括执行技能和工作记忆^{[20, 21]}，额叶皮层相关的高阶大脑功能的紊乱是患者认知障碍的主要原因^[22]。研究结果表明，认知障碍与眼部疾病之间存在潜在关联，尤其是青光眼与阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）之间，青光眼患者可能会面临较高的患AD的风险^{[23, 24]}。并且，青光眼的病变进展引起患者视野进行性下降，导致患者认知能力下降。这表明，认知功能障碍的筛查和监测对于评估青光眼背景下的视野缺损、视力下降具有重要意义^{[23, 25]}。位于大脑额叶的腹侧视觉通路是眼球运动跟踪的重要区域，该区域的信号降低可能与PACG患者的额叶功能障碍以及视觉刺激的减少有关。因此，PACG患者额叶脑功能的异常变化和大脑额中回的PerAF信号值的可以作为PACG严重程度的参考指标。

3.2 顶叶区PerAF信号下降

       顶叶分为腹侧面（包括顶内沟的腹侧面、缘上回和角回）和背侧面（顶内沟的背侧面以及顶上小叶），参与背侧视觉通路构成，主要与视觉空间、感觉、记忆等功能密切相关^{[26, 27]}。除视力视野损伤外，青光眼患者的立体视觉、双眼融合功能也有不同程度的受损，有研究发现顶叶信号激活下降或消失是立体视觉障碍的神经机制之一^{[28, 29, 30, 31]}，顶叶的结构和功能异常与精神和语言功能障碍密切相关。本研究PACG患者组顶叶左侧缘上回、顶下缘角回，右侧顶上回，中央后回以及中央旁小叶PerAF信号下降，可能提示青光眼患者立体视觉障碍与顶叶视觉脑区出现损伤及代偿相关。

3.3 颞叶区PerAF信号下降

       位于大脑颞叶的颞中回参与视觉腹侧通路组成，在视觉色彩感知、视觉记忆、形状识别、社会认知、语义处理、情绪调节等各种大脑功能中起着至关重要的作用^{[32, 33, 34]}。有研究表明，青光眼患者和眼高压患者对于可见光谱短波长部分的颜色辨别敏感度降低，蓝黄色色觉缺陷与青光眼的周边变化之间存在正相关关系^[35]，早期青光眼在尚未出现视野损害之前就已有蓝黄色分辨能力的障碍，蓝/黄视野检查法对于青光眼的诊断具有重要意义^[36]。与上述研究一致，本研究结果显示颞中回PerAF值减低，这与PACG患者视觉空间敏感性降低的临床症状相对应。

3.4 枕叶区及小脑PerAF信号下降

       枕叶舌回是初级视觉皮层的一部分，它将视觉信号通过腹侧及背侧视觉通路传递至高级视觉皮层区域^{[37, 38, 39]}，PACG患者枕叶舌回PerAF值降低提示初级视皮层在疾病发展过程中可能发生了代偿。边缘系统主要参与情感表达、记忆和躯体运动控制等活动，其中的一个关键区域是扣带皮层^{[38, 40]}。本研究中PACG患者左侧前扣带和旁扣带脑回PerAF值降低，也证实了PACG患者边缘系统的异常可能与患者长期处于负面情绪有关，PACG患者存在情绪认知调节路径受损。

       本研究还发现右侧小脑下部7b区域活动减少，但左侧对应区域活动无明显变化。这一结果部分证实了不同的小脑亚区在不同的内在连接网络中扮演不同角色的观点^{[41, 42, 43]}。

3.5 结果的必然性、偶然性及临床意义分析

       本研究结果的必然性来源于本研究使用fMRI系统的稳定性能、高质量的数据、PerAF技术的合理性，以及合理的数据处理和统计分析。rs-fMRl作为一项无需执行任何任务，操作简便，对脑功能信号结果的影响小的影像学新技术已经被广泛应用于检测患者大脑自发性神经活动，其在研究PACG患者全脑功能的改变也得到了越来越多的关注。本研究严格遵守被试者纳入与排除标准，以尽可能地降低临床数据的异质性。本研究的偶然性在于被试数量、质量以及个体差异因素的限制可能对实验结果产生一定的影响。

       本研究创新性地使用PerAF对PACG患者脑功能活动改变进行研究，为青光眼是一种广泛的脑部改变疾病这一论点增添了新的证据。通过使用PerAF技术，我们可以更好地理解眼部疾病和大脑之间的关联，这对于理解大脑的运作机制、认知功能以及不同功能网络之间的相互作用具有重要意义。

3.6 局限性与未来研究方向

       本研究存在一定的局限性。首先，纳入样本量较小，PACG患者的入选标准单一，可能会在一定程度上影响大脑功能活动改变结果；其次，受试者会受到扫描仪环境以及生理噪声的影响，可能会引起压力和焦虑，从而改变大脑的激活，特别是对患者组来说，扫描仪环境可能对fMRI结果产生不良影响；此外，PACG患者疾病程度不同，可能影响fMRI结果的同质性。未来的研究首先要拓展样本数量，针对不同病程的青光眼患者进行分组研究，提高结果的准确率及可解释性；其次考虑将本研究方法与其他影像学、人工智能、生物标志物等进行结合，进一步提高原发性青光眼诊断和治疗的精确性及效果。

4 结论

       综上所述，神经功能的变化对探索PACG的潜在发病机制具有重要意义，本研究使用基于rs-fMRI技术的PerAF方法观察PACG患者的自发神经活动，并探索大脑区域的异常神经活动。这一发现可能表明PACG患者视觉功能障碍和情绪认知相关的神经机制，为进一步揭示PACG患者的大脑自发性神经功能改变、深入探究其视觉传导通路的改变提供神经影像学参考。