偏头痛是神经内科常见病，其临床表现为周期性发作，一侧或两侧搏动性头痛，可伴有畏光畏声、恶心呕吐等症状，女性好发，且常与月经期有关。在中国偏头痛年患病率是9.3%^[1]。根据全球疾病负担研究表明，偏头痛是全球第5位致残性疾病，其发病率高，反复发作，严重影响患者的工作和生活^[2]。针刺治疗偏头痛具有疗效确切、无明显不良反应等优势，在国内外受到了广泛认同^[3-5]。然而针刺治疗偏头痛的中枢效应机制仍不明确，功能磁共振作为一种无创性的脑成像技术，近年来越来越多的应用于针刺机制和神经科疾病的研究领域。

图论理论是一种数学工具，神经科学家将其引入大尺度脑网络分析领域，用以更好地分析复杂脑网络。脑网络也具有小世界网络的特性，表现为具有较高的聚类系数和较短的特征路径长度。大尺度脑网络的图论分析方法通常需要根据先验模板进行划分，采用不同先验模板对脑区划分不同，可能对结果产生影响，而先验模板的选择并无统一标准。度中心度（DC）是一种基于全脑体素水平的图论分析方法，通过计算节点与全脑其他体素存在显著功能连接数量以评估节点在全脑联通中的重要性，是一种无需先验假设的脑功能连接分析方法^[6-7]。本研究采用基于体素的DC分析方法和大尺度脑网络的图论分析方法，探讨无先兆偏头痛患者全脑功能连接和拓扑学指标的变化，并分析针刺干预对脑功能网络的影响。

1 资料与方法 1.1 研究对象

纳入2018年4月—2019年10月在东直门医院神经内科门诊确诊的无先兆偏头痛患者20例，其中女18例，男2例，年龄（29.05±7.10）岁。同时按照年龄、性别因素个体匹配健康受试者20例。

1.2 病例选择

诊断标准：依据“头痛疾患的国际分类”（ICHD-Ⅱ）中无先兆偏头痛的诊断标准。纳入标准：符合诊断标准；年龄18~55岁；右利手（根据中国人利手量表，至少前6项都习用右手）；近3个月平均头痛发作频率每月2~6次；偏头痛病史1年以上。排除标准：偏头痛首次发作在50岁以后；合并头外伤史、继发性头痛、紧张型头痛等患者；近4周服用预防偏头痛的药物；近3个月服用精神类药物；近2周服用血管活性药物；核磁共振成像（MRI）检查禁忌者；在MRI扫描中发现严重的头颅解剖结构不对称或有明确病变的。所有纳入的健康受试者均无器质性疾病，否认偏头痛家族史或其他神经系统功能障碍的相关疾病。本研究通过东直门医院伦理委员会审核（伦理编号DZMEC-KY-2017-82），所有受试者均签署知情同意书。

1.3 研究方法 1.3.1 试验方案

针刺方案根据偏头痛针刺指南^[8]确定，所有患者均取穴丝竹空、太阳、率谷、风池、合谷、外关、阳陵泉、太冲、足临泣。局部腧穴取患侧，远端腧穴取双侧，平补平泻手法，轻度刺激，捻转角度＜90°，频率为60次/min，平补平泻。得气后留针30 min，每周3次，连续4周。针刺操作均由同一位针灸医师完成。

1.3.2 扫描参数

采用东直门医院核磁室德国西门子3.0T超导磁共振扫描仪。所有受试者均在休息平静后进行8 min 10 s的静息态功能成像和4 min 10 s的T1结构像扫描，受试者保持闭眼清醒的状态。其中无先兆偏头痛患者于针刺疗程前后各进行1次磁共振扫描，健康受试者不接受干预，只进行1次磁共振扫描。结构像扫描参数为：重复时间（TR）：1 900 ms，回波时间（TE）：2.53 ms，扫描野（FOV）：250 mm×250 mm，矩阵：256×256，层厚为1 mm，层数176层。功能像的扫描参数为：TR：2 000 ms，TE：30 ms，FOV：225 mm×225 mm，矩阵：64×64，翻转角为90°，层厚3.5 mm。

1.3.3 图像处理及统计学方法

1）预处理：采用gretna软件对原始MRI数据进行预处理。将医学数字成像和通信（DICOM）格式转换为NIFITI格式；去除前5个时间点；时间层校正；头动校正，对于头动平移 > 3 mm头动旋转 > 3°的被试剔除，计算每个被试每个扫描时点的相对头动平均值，并让所有扫描时点图像向其对齐；使用DARTEL模板进行配准，体素大小为3 mm×3 mm×3 mm；去线性滤波；不平滑，不回归全脑信号；去除协变量，如脑白质及脑脊液信号，Friston24头动参数；低频滤波，保留0.01~0.08 Hz的信号；异常时间点检测，计算各被试的平均逐帧位移量（FD），去除FD > 0.5 mm的时间点，并去除此时间点前面一个及后面两个时间点。

2）DC计算：将预处理结果使用restplus进行全脑DC图计算，DC是一个体素与全脑其他所有体素间的时间序列相关性。选择阈值为0.25，即相关系数大于0.25的体素纳入最后统计分析，并进行DC的平滑，平滑核为6×6×6，最后进行均值标准化。将结果通过SPM12进行统计分析，以年龄和性别为协变量，异常脑区DC值与病程、头痛频率等临床指标进行多元线性回归分析，多重比较校正选择团块水平的FDR校正，并将结果通过xjView做图展示。

3）网络构建及图论指标计算：使用gretna对预处理后的功能磁共振图像依据解剖自动标记法（AAL）90图谱构建功能连接矩阵并计算拓扑学指标。AAL90图谱将大脑划分为90个区，每个脑区视为一个网络节点，提取90个脑区内所有体素的平均时间序列，计算两两节点间平均时间序列的皮尔逊相关系数，并记作边，共有C902条，每个被试可得到90×90的相关系数矩阵，并对矩阵进行Fisher Z变换。稀疏度（S）的定义是网络中实际连边数与可能的最大连边数之比，反映了网络中连接的疏密情况。人脑功能网络本质是稀疏的，当小世界指数（σ） > 1时表明该网络具有小世界特性，为保证全脑90×90网络的全连通，按gretna公式稀疏度下限取0.05，先按照常规选择0.05 < S < 0.50，步长0.05的情况下计算无先兆偏头痛患者和健康受试者能保证σ > 1.1的稀疏度，确定最终0.05 < S < 0.35，步长0.05，并计算无先兆偏头痛患者和健康受试者的拓扑学指标，主要包括全局指标和节点指标：聚类系数（Cp）、特征路径长度（Lp）、全局效率（Eg）、局部效率（Eloc）、节点效率（nodeefficiency）。使用gretna对以上拓扑学指标进行统计分析，计算曲线下面积，无先兆偏头痛患者和健康受试者数据进行独立样本t检验，无先兆偏头痛患者针刺前后数据进行配对样本t检验，节点指标涉及多次比较进行错误发现率（FDR）多重比较校正。结果通过gretna作图工具包展示。

2 结果 2.1 临床基本资料

功能磁共振的临床研究不同于一般的临床研究，样本量计算方法不同。在研究针刺机理脑功能成像样本量的文献中，强调在试验组样本同质性较高的情况下，16~32例的样本量范围即可保证足够的统计学效力^[9]，并结合既往文献[10-11]，试验组样本量在20例左右，故本研究共纳入无先兆偏头痛患者、健康受试者各20例，在数据预处理时发现1例无先兆偏头痛患者在第2次磁共振扫描时最大头动 > 3 mm，故剔除，最终纳入分析无先兆偏头痛患者19例和健康受试者20例，两组在年龄、性别等方面差异无统计学意义。见表 1。

无先兆偏头痛患者经12次针刺治疗，头痛频率无显著变化（P＞0.05）。治疗前近4周发作次数为（3.79±2.02）次，治疗后（3.32±2.91）次，视觉模拟评分法（VAS）评分显著降低（P＜0.05）。见表 2。

2.2 无先兆偏头痛患者和健康受试者基于全脑体素的DC分析

无先兆偏头痛患者DC降低的脑区主要是左侧辅助运动区、边缘叶、额内侧回、左侧扣带回中部，无DC增高的脑区。见图 1。异常脑区的峰值点坐标和团块大小具体见表 3。无先兆偏头痛患者针刺前后基于全脑体素的DC分析，DC增高或降低的脑区均未通过FDR校正。多元回归分析结果表明，无先兆偏头痛患者脑区DC值与病程、头痛频率、头痛程度等临床指标没有相关性（体素水平P < 0.001，团块水平FDR校正P > 0.05，无存活的团块）。

2.3 无先兆偏头痛患者和健康受试者大尺度脑网络拓扑学指标比较

在全局属性方面，本研究中无先兆偏头痛患者和健康受试者在稀疏度0.05~0.35范围内均具有小世界属性，然而无先兆偏头痛患者的小世界网络属性改变。与健康受试者相比，无先兆偏头痛患者的aCp（Cp的曲线下面积）和aEloc（Eloc的曲线下面积）明显下降（P < 0.05），无先兆偏头痛患者的aLp、aσ、aEg同样较健康受试者下降，但差异不显著。无先兆偏头痛患者针刺前与针刺后相比较，虽然aCp、aEloc、aσ、aEg有所上升，但差异不显著。在节点的拓扑属性方面，无先兆偏头痛患者分别与健康受试者、针刺后相比，未发现任何节点指标通过FDR校正。见表 4，图 2、3。

3 讨论

无先兆偏头痛是一种常见的慢性神经血管性头痛，本病的发生与遗传与环境等因素有关，但发病机制目前尚未明确。西医对此病的机制研究集中在血管源学说、神经源学说、三叉神经血管学说、神经递质学说等方面。现有的治疗方法无法根治本病，但通过积极的预防性治疗可以减少头痛发作频率、减轻发作程度，缓解伴发症状，从而提高生活质量，避免药物过度使用性头痛和慢性头痛引发的相关心理疾患。常用的药物有钙离子拮抗剂如盐酸氟桂利嗪、β受体阻滞剂如美托洛尔、抗抑郁药如阿米替林、降钙素基因相关肽或其受体单克隆抗体类、吉泮类等。无先兆偏头痛属于中医“头风病”的范畴，《诸病源候论·头面风候》中载有“诸面风者，是体虚，诸阳经脉为风所乘也”，提出腠理开、阳气发泄并受风后可致头风病。《证治准绳·头痛》记载“浅而近者，名头痛，其痛卒然而至，易于解散速安也；深而远者为头风，其痛作止不常，愈后遇触复发也”，这是对头风与头痛进行鉴别。

针刺治疗是安全绿色疗法，国内外研究显示针刺预防性治疗偏头痛的近远期疗效优于或相当于西药，且较西药安全性更高、不良反应少。

针刺是预防偏头痛发作及急性期快速止痛的有效方法，其作用机制一直是学者关注的热点问题。偏头痛发病多认为是少阳经络不和，故针刺取穴多选用手足少阳经上的腧穴，中医认为针刺可以起到调节气血、疏利少阳的作用。本研究针刺选穴上，以头部的局部取穴为主结合肘膝关节以下的五腧穴，丝竹空是手三阳三焦经的腧穴，可疏风清热清利头目，太阳虽属经外奇穴，但其位于少阳经的循行部位，常用于各种少阳经病证的辅助治疗，也是治疗各型头痛的常用腧穴。风池、率谷位于足少阳胆经，配合太阳具有祛风止痛之功。远端取穴选用合谷配太冲开四关，调节全身气血运行。外关、足临泣均是八脉交会穴，外关隶属手少阳三焦经又通阳维脉，足临泣属足少阳胆经又通带脉，两者相配常用于治疗头面五官病症。阳陵泉也属足少阳胆经，又是筋会，是治疗足少阳体表循行部位病变的重要腧穴。近年来功能磁共振因其具有无创性，较高的时间和空间维度，能揭示脑功能的变化，广泛应用于神经科学领域^[12]。目前应用图论理论结合功能磁共振发现，诸多精神神经科疾病如精神分裂症、阿尔兹海默病、脑梗死等的患者存在脑网络的拓扑参数异常，如聚类系数和特征路径长度等，有学者提出这些异常可作为辅助诊断疾病的脑影像学标志^[13-14]。而基于功能磁共振的偏头痛研究发现，偏头痛的慢性反复发作会导致大脑功能和结构网络发生重组^[15-17]。本研究基于功能磁共振技术和图论理论，以指南的针刺组穴进行疗程干预，对针刺治疗无先兆偏头痛的脑功能机制进行了探讨。

本研究结果表明，与健康受试者比较，无先兆偏头痛患者左辅助运动区，边缘叶，额内侧回，左扣带回中部的DC下降，这表明上述区域信息传递能力下降。而上述脑区多是与既往研究中疼痛矩阵高度重合。“疼痛矩阵”包括前额部皮层、额眶皮层、扣带皮层、丘脑、岛叶、躯体感觉皮层和运动感觉辅助区等的大脑皮层和皮层下区域^[17]。有研究者建议，把前扣带皮层、运动皮层、前运动皮层和辅助运动区形成一个模块，以响应疼痛感觉信息的选择和生成^[17-18]。Yu等^[19]研究发现偏头痛患者在右侧前扣带回、前额叶、眶额皮层和辅助运动皮层等区域局部一致性显著降低。扣带回属边缘系统一部分，与感觉、情绪、认知有关，在内侧痛觉通路中有重要作用^[20]。边缘叶在结构和功能上与大脑皮层及皮层下杏仁核、下丘脑等密切相关，接收躯体感觉信息和情绪处理。额内侧回属于额叶内侧面的前区，该部位分区多，功能复杂，与高级认知活动、情绪情感和运动有关^[21]。这些脑区的DC值下降考虑与无先兆偏头痛患者长期反复发作的头痛，使其脑内疼痛信息感知和处理通路存在异常改变有关。王小东等^[22]发现，早期偏头痛组在丘脑、颞上回、内侧额叶脑回、边缘叶、中央后回、中央前回、旁中央小叶脑区全脑网络节点度中心度差异存在统计学意义。Zhang等^[23]发现无先兆偏头痛患者在初级躯体感觉皮层和右侧前运动皮层的局部区域一致性（ReHo）、低频振幅（ALFF）和DC值显著降低。以上研究发现与本研究结果具有较好的一致性，均是疼痛感觉和信息处理相关脑区出现脑功能异常改变，推测这些度中心性下降的脑区可能扰乱疼痛处理加工和调节的通路，导致患者对疼痛的慢性适应和耐受。

本研究还发现，在较大的稀疏度范围内，两组均具有小世界属性，这说明无先兆偏头痛患者的全脑信息处理仍相对高效节能，但无先兆偏头痛患者拓扑属性尤其是网络的全局指标发生改变，具体表现在聚类系数和局部效率显著下降。小世界属性具体而言，就是脑区内连接更密集，脑区间连接相对稀疏，这代表了人脑的功能分离与功能整合两个原则，可以实现以低能耗的代价在不同脑区间相对高效的传递信息，保证全局效率和局部效率都相对较高，从而实现对外界信息的获取和处理。聚类系数是图论理论中一个重要的参数，用于评估网络的集团化程度，它下降表示脑区信息传递泛化且效率异常偏低。聚类系数和局部效率均用于衡量脑网络处理局部信息的能力。本研究中，聚类系数显著下降表示特定脑区对特定信息的整合处理能力降低，同时发现无先兆偏头痛患者局部效率、小世界指数下降，均说明无先兆偏头痛患者存在脑区内传递效率的下降，这可能与患者头痛反复发作导致大脑主动减少对疼痛刺激的响应有关。

既往研究发现^[24]，慢性偏头痛患者脑功能网络的聚类系数、特征路径长度较健康人降低，但全局效率、局部效率上升，提示患者的脑功能网络局部信息的处理能力下降，对外界风险的抗打击能力降低，这与本研究发现部分一致。而其他关于偏头痛患者白质结构网络的图论研究则有不一样的发现，Liu等^[25]发现偏头痛患者的表现出异常的全局拓扑结构，主要是较高的聚类系数，并且根据这些异常的拓扑参数可以高精度预测区分健康人和偏头痛患者，Silvestro等^[26]在偏头痛患者中同样观察到更高的局部网络效率、全局网络效率和聚类系数，而吴康等^[27]观察到无先兆偏头痛患者较健康对照小世界属性值及网络全局效率值差异无显著改变。本研究中无先兆偏头痛患者脑功能网络聚类系数和局部效率显著降低，推测可能是头痛的反复发作，使疼痛处理相关的脑区过度疲劳，大脑慢性脱敏适应，反而损害脑网络局部信息的处理能力，造成脑功能重塑，而脑白质结构网络的图论研究结果并不能对应脑功能网络的图论结果。

以上两种分析方法均指向了无先兆偏头痛患者局部脑区的重要性或是局部效率下降，这两种算法结果具有较好的一致性，侧面也说明了无先兆偏头痛患者脑功能网络全局具有较好的稳健性，全局网络弹性较好。针刺后较针刺前并未见到DC值出现显著差异的脑区，然而针刺能够使无先兆偏头痛患者显著下降的聚类系数和局部效率上升，虽然变化不具有统计学差异，但是针刺后患者的聚类系数和局部效率更接近健康对照人群，也反映了针刺对患者脑功能网络的调节。针刺前后未见显著差异考虑可能与针刺治疗疗程不够、随访时间短有关，也可能与偏头痛患者较健康人脑网络改变有限有关。

本研究尚有不足之处，首先是样本量偏小，其次未对无先兆偏头痛患者进行病程和头痛严重程度的分组，最后，偏头痛是反复发作的慢性疾病，1个月的针刺治疗和观察可能不足以观察到患者脑网络的变化。因此，今后需要扩大样本量以确保结果的可重复性，进行不同病程、头痛严重程度的分层比较，并结合更长的随访周期和多模态磁共振的分析方法，为偏头痛的脑影像学研究提供更客观的数据支持。