基于rs-fMRI技术探讨艾灸原发性痛经患者热敏态关元穴即时脑效应研究*

熊俊，徐绍忠，周星辰，谢洪武，项洁

（江西中医药大学附属医院，江西 南昌 330006）

原发性痛经（primary dysmenorrhea,PD）是一种非炎症非器质性痛症，表现为女性经期前后周期性的痛感觉和痛情绪。研究显示，PD影响50%～90%的女性[1]，超过四分之一的女性因经痛而缺勤[2]。因西药副作用明显，且机制尚未探明，因此安全有效的中医针灸疗法备受青睐。艾灸是针灸领域最为安全、舒适的疗法，逐渐成为患者的首要选择。

热敏灸是基于穴位敏化理论而创新的一种艾灸新疗法[3]。最新疾病谱显示，PD是热敏灸能够单独干预并取得良好疗效的优势病种[4]。PD热敏态穴位中，以关元穴研究最多，且热敏态激发效率高[5]。单穴使用即可显示理想疗效[6]。痛感觉和痛情绪是PD患者的典型表现和最常见的主诉。这种主诉与热敏灸感的生动描述，必然是大脑对传入信号高度整合的结果。因此开展脑科学研究有利于真正意义上揭示穴位-脑效应的本质。

静息态功能磁共振（resting-state functional Magnetic Resonance Imaging,rs-fMRI）其以非创伤性、零辐射及高空间分辨率[7]成为当代针灸学科研究的有效新手段，能客观可视化的观察大脑的中枢功能调控。局部一致性（Regional Homogeneity,ReHo）和功能连接（functional connection,FC）是rs-fMRI最常用的两种数据分析方法。前者代表脑区局部功能活动的一致性，反映局部脑区时间序列的同步性。后者代表脑区与脑区之间的功能连接强度，可反映感兴趣区（Region Of Interest,ROI）与全脑网络化功能的时程相关性[8]。

因此，本研究计算ReHo值以检测区域内大脑功能活动的一致性，找出显著差异的脑区，并以最为显著差异的脑区团块峰值坐标划定ROI，计算其与全脑网络FC，以期揭示艾灸PD患者热敏态关元穴的中枢响应特征。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集江西中医药大学附属医院针灸科门诊PD患者18例。采集基线资料（年龄、体重、身高等），要求均为右利手。所有受试者均可在关元穴[9]探查出热敏灸感。

1.2 诊断标准

①西医诊断标准参照加拿大妇产科学院（SOGC）在2017年制定的《原发性痛经临床指南》[10]。女性在经期或者月经期前后，产生周期性小腹部疼痛症状，或者痛及腰骶部，甚则疼痛剧烈导致晕厥。②中医诊断标准参照2002年发布的《中药新药临床研究指导原则》[11]中的痛经篇。妇女大多数与于来月经前或来月经数小时后发生小腹部的疼痛症状，伴随症状可有眩晕、头痛、腹泻、呕吐、恶心、疲乏等，偶可出现昏厥或体温上升，导致影响患者的生活和工作。通过B超和其他妇科方面检查，除外生殖器官显著的器质性病理改变。

1.3 纳入标准

①符合中、西医原发性痛经的诊断标准及证型标准；病程≥6个月。②年龄18～35岁未育妇女；月经规律（28±7天）；右利手。③过去2个月内未服用药物或其他方法治疗。④意识、行为正常，言语清晰能正确表达灸感。⑤所有受试者均可在关元穴探查出热敏灸感。

1.4 排除标准

①经期紊乱，无法推测治疗时间者。②有心脑血管疾病，或诊断不符合要求者。③艾灸部位出现表皮破损、溃烂等不能使用热敏灸疗法者。④据判断，易因其他因素脱落者。⑤磁共振检测规定的禁止情况。

1.5 剔除，脱落，终止标准

①剔除标准：依从性差，配合不佳者。②脱落标准：自动放弃者。③终止标准：出现不良事件者。

1.6 医学伦理

本研究已被江西中医药大学附属医院伦理委员会批准，伦理审查号：JZFYKYLL20200420005。

1.7 方法

1.7.1 穴位探查与艾灸材料

①需要对合格受试者采用灸感法探查关元穴的功能状态。具体操作参照陈日新著的《热敏灸实用读本》[12]。②本实验统一采用磁共振室可安全使用的无烟艾灸条。具体规格为￠22mm×120mm。

1.7.2 选穴依据及定位

①选穴依据：依据既往研究指出[9]，原发性痛经患者关元（80.00%）、子宫（73.33%）、次髎（38.33%）、三阴交（31.67%）等是高频次运用的穴位。可见关元穴是热敏高发穴区。②腧穴定位：依据普通高等教育中医药类“十三五”规划教材《经络腧穴学》中的相关标准取穴。关元穴：位于下腹部前正中线上，脐中下3寸[13]。

1.7.3 仪器设备

①GE3.0T超导型磁共振成像仪（Discovery750，GE，美国）；②移动硬盘、光盘用于数据传输及数据贮存；③Mircro软件、SPSS26.0统计软件、SPM12及其操作平台；④高性能电脑，配置为内存16G，硬盘512G+4T机械硬盘，CPU为Intel酷睿i7-12700，操作系统：Windows 10/Ubuntu Linux 16.04双系统，可以顺利处理MRI数据。

1.7.4 扫描过程

首先进行结构像扫描，时间6分钟。艾灸前进行功能像扫描，时间6分钟。然后对入组患者关元穴进行艾灸。当受试者出现热敏化灸感并持续艾灸10分钟时，进行灸感功能像扫描。其中，结构像扫描序列为：梯度回波序列3D-T1W1。TR/TE为7.90 ms/3.06 ms。翻转角度（FA）取15°。层数为249层。层厚1.2 mm。层间距1 mm。扫描视野（FOV）240×240 mm2。矩阵大小512×512。分辨率1 mm。扫描范围涵盖全脑。静息态功能像扫描序列为：平面回波成像（echo-planar imaging,EPI）序列。TR/TE为2000 ms/40ms。扫描层数为40层。层厚3.0mm。体素大小（voxel size）3.75×3.75×3mm。扫描视野(FOV)240×240 mm2，矩阵大小64×64。扫描时间为6min。

1.7.5 数据预处理

先用MRIcro核查原始数据，祛除伪影严重和缺失巨大的数据。然后应用Matlab 2013进行数据格式转换（DICOM to NIFTI）、去除时间点（Remove First Time Point）、时间校正（Slice Timing）、头动校正（Realign）、图像配准（Coregister）、空间标准化（Normalize）、空间平滑（Smooth）、去线性漂移（Detrend）、滤波（Filter）等预处理。

1.7.6 局部一致性分析（ReHo）分析

应用Restplus计算出ReHo值。运用SPM12软件，对ReHo值进行配对t检验。利用xjview95获取相应图像，并报告定位系统坐标（MNI），和AAL脑区。簇块体积阈值（Cluster）≥85个体素，单体素阈值P＜0.05的结果定义为具有显著差异的脑区。通过BrainNet获取全脑三维图。

1.7.7 功能连接分析（FC）

基于ReHo值显著差异的脑区团块峰值坐标划定10mm半径范围作为ROI，并应用Restplus计算出FC值。SPM12进行配对t检验、xjview95获取相应图像、BrainNet获取全脑三维图。簇块体积阈值（Cluster）≥85个体素，单体素阈值P＜0.05的结果定义为具有显著差异的脑区。

2 结果

2.1 基线资料

年龄（22.52±3.43）岁、体重（51.28±6.27）KG、身高（161.22±6.51）CM；CMSS平 均 疼痛积分（12.65±1.32）；VAS评分（6.64±1.55）；平均病程（5.17±5.33）年；关元穴[9]热敏灸感主要表现为透热78%、扩热82%、传热34%；均为右利手。

2.2 常规头颅磁共振结构像

研究对象均为青年女性，常规结构像扫描均未见异常信号。

2.3 ReHo值显著差异的脑区（P＜0.05，体素≥85）（如表1、表2、图1）

图1 艾灸热敏态关元穴前后ReHo值显著差异的脑区

表1 艾灸热敏态关元穴前后ReHo值显著增强的脑区

表2 艾灸热敏态关元穴前后ReHo值显著减弱的脑区

（1）ReHo显著增强的脑区集中在8个团块

团块1分布主要有右侧颞上回、右侧颞中回、右侧颞极：颞上回；团块2分布主要有左侧颞极：颞上回、左侧颞中回、左侧角回、左侧三角部额下回；团块3分布主要有左侧海马、左侧海马旁回；团块4分布主要有右侧尾状核、右侧脑岛；团块5分布主要有右侧角回、右侧颞中回、右侧缘上回；团块6分布主要有右侧额中回、左侧额中回、右侧背外侧额上回；团块7分布主要有左侧枕中回；团块8分布主要有右侧中央前回、右侧中央后回、右侧中央沟盖。其中ReHo分布范围最大的是团块6，有1413个体素量；ReHo分布范围最小的是团块7，有126个体素量。不同团块，ReHo值最大的是右侧额中回，体素量237，其次为左侧额中回，体素量220。不同团块，脑区体素占比最大的是左侧枕中回，达95%。

（2）ReHo显著降低的脑区集中在2个团块

团块1分布主要有左侧中央前回、左侧中央后回；团块2分布主要有左侧内侧和旁扣带脑回、右侧内侧和旁扣带脑回、左侧补充运动区。其中减弱最强的是左侧中央前回，其次是左侧内侧和旁扣带脑回。其中ReHo分布范围最大的是团块1，有345个体素量；ReHo分布范围最小的是团块2，有167个体素量。不同团块，ReHo值最大的是左侧中央前回，体素量146，其次为左侧中央后回，体素量99。不同团块，脑区体素占比最大的是左侧中央前回，达41%。

2.4 以ReHo值差异最大的脑区作为ROI进行全脑FC分析结果（P＜0.05，体素≥85）（如表3、表4、图2所示）

图2 ReHo值最大差异脑区（团块6）与全脑功能连接（FC）显著差异的脑区

表3 ReHo值最大差异脑区（团块6）与全脑功能连接（FC）显著增强的脑区

表4 ReHo值最大差异脑区（团块6）与全脑功能连接（FC）显著减弱的脑区

（1）FC显著增强的脑区集中在2个团块

团块1分布主要有右侧角回；团块2主要有左侧顶上回、左侧顶下缘角回。其中FC分布范围最大的是团块1，有522个体素量；FC分布范围最小的是团块2，有390个体素量。不同团块，FC值最大的是右侧角回，体素量207，其次为左侧顶上回，体素量122。不同团块，脑区体素占比最大的是右侧角回，39.66%。

（2）FC显著降低的脑区集中在10个团块

团块1分布主要有右侧颞中回、右侧颞下回；团块2分布主要有左侧颞中回、左侧颞下回；团块3分布主要有左侧颞中回；团块4分布主要有左侧尾状核；团块5分布主要有左侧额中回；团块6分布主要有右侧尾状核、；团块7分布主要有右侧中央前回、右侧中央后回；团块8分布主要有左侧内侧额上回；团块9分布主要有左侧补充运动区；团块10分布主要有右侧楔前叶、右侧中央后回。其中FC分布范围最大的是团块9，有1193个体素量；FC分布范围最小的是团块3，有97个体素量。不同团块，FC值最大的是左侧补充运动区，体素量308，其次为左侧额中回，体素量243。不同团块，脑区体素占比最大的是左侧颞中回，达73.20%。

3 讨论

PD患者主要表现为周期性的痛感觉和痛情绪，而热敏灸是能单独干预且取得良好疗效的干预措施。课题组认为，痛感觉、痛情绪及热敏灸感的生动描述，必然是大脑对传入信号高度整合的结果。rs-fMRI技术能够客观、科学的揭示艾灸镇痛中枢效应，近年来相关研究也不断涌现。Gui[14]应用rs-fMRI技术的低频振幅（ALFF）为结局指标对PD患者进行脑功能分析，发现默认网络、感觉运动网络和与疼痛相关的皮层下核是镇痛的关键脑网络。Yu[15]则应用了该技术的功能连接强度（FCD）为结局指标，同样也发现默认网络和感觉运动网络是镇痛调控的关键网络，此外，该研究还发现中央执行网络和海马体也起到了关键作用。可见，rs-fMRI技术是观察PD患者脑功能特征的有效手段。

本研究发现，艾灸PD患者热敏态关元穴Re-Ho值以正激活为主，其中体素量最大的是右侧额中回，其次为左侧额中回，二者均分布在6号团块，属于前额叶（PFC）。进而以6号团块峰值坐标划定10mm半径作为种子点与全脑FC分析可见，艾灸刺激后，FC值以抑制为主。显著差异的脑区主要分布在角回、顶叶颞叶、额中回等，这些均属于默认网络的主要组成部分。

3.1 艾灸PD患者热敏态关元穴前额叶（PFC）的ReHo协调作用增强

前额叶（PFC）前额叶主司高级精神活动和随意运动[16]，在大脑感觉传导和情感传导中起主导作用[17]。有研究发现PD患者主要累及的脑区就是PFC皮层[18]。刘军莲[19]也发现PD患者痛经产生及调节与PFC的ReHo值增高相关。有趣的是，另一项研究直接经颅直流电刺激PFC，可有效改善PD患者症状[20]。本研究结果显示，右侧额中回和左侧额中回在ReHo值表现为一致性显著增强，与中枢镇痛通路高度一致。因此，本结果可能提供了进一步的证据支持艾灸PD患者热敏态穴位能高效激活PFC,从而发挥中枢即刻镇痛效应。

3.2 艾灸PD患者热敏态关元穴PFC-DMN的FC强度的低连接性

默认网络（DMN）位于大脑的内侧和外侧顶叶、角回、内侧前额叶、内侧和外侧颞叶皮质，主司功能障碍与慢性疼痛调节[21]。该功能网络表现为静息态呈激活状态，但有刺激时却呈抑制状态[22]。本研究显示显著差异的脑区主要分布在角回、顶叶颞叶、额中回等，这些均属于DMN的主要组成部分，恰与刺激的负调节吻合。因此，本结果证实了PFC-DMN的功能连接改变极有可能是镇痛起效的重要中枢机制。类似的结果，Liu[23]也得到了论证。另有研究指出，PD患者因长期周期性慢性疼痛导致了PFC皮层和DMN表现出不适应的低连接性[24]，该特征在未受外界刺激时已经发生了改变。该观点或可进一步说明，人体自身调节本身已有一定的镇痛调节功能，而该功能始终离不开PFC-DMN的低连接性调节作用。

综上，艾灸PD患者热敏态关元穴，即刻效应显著，脑区局部一致性协调以正激活为主要表现，其中PFC很可能在镇痛感觉和镇痛情绪起关键作用。PFC-DMN功能连接改变可能是镇痛起效的重要中枢机制。但本次研究重点关注艾灸热敏态穴位的即刻效应，并不能直观判断此疗法的临床疗效。后续应继续给予受试者连续疗程的热敏灸治疗，将治疗后的脑效应数据进行对比，以更好的佐证热敏灸“灸效”的中枢机制。本次研究是从脑功能的角度探讨艾灸PD患者的脑效应，今后应结合VBM（脑结构）、ASL（脑血流）、MRS（脑代谢）等角度，全方位多模态的探索其中枢机制。