基于体素形态计量学揭示眼眶骨折患者皮质异常及其视觉认知机制

《Scientific Reports》：Detection of abnormal cortex in patients with orbital fractures

本研究针对眼眶骨折(OF)患者的中枢神经系统影响机制不明问题，通过体素形态计量学(VBM)技术开展脑结构异常分析。发现患者右侧颞上回、岛叶等脑区灰质(GM)及右侧海马旁回白质(WM)体积显著降低（P<0.05），ROC曲线显示这些变化对OF的诊断效能显著（AUC最高达0.974）。该研究首次揭示OF可能通过神经炎症与轴突运输障碍引发脑结构重组，为评估创伤后神经系统损伤提供了新型影像学生物标志物。

　　

当面部遭遇外力撞击时，眼眶骨骼如同精巧的力学支架般可能发生断裂。据统计，眼眶骨折中约48%发生于眶底，患者常出现复视、眼球内陷等症状，甚至伴随视神经损伤。传统观点认为这类损伤的影响局限于局部，但近年研究发现，创伤可能引发大脑视觉通路乃至高级认知区域的连锁反应——例如视神经损伤后，外侧膝状体(dLGN)和初级视觉皮层(V1)会出现神经元凋亡，而三叉神经损伤可能通过丘脑向多个皮层区域投射痛觉信号。然而，眼眶骨折与大脑结构改变的确切关联始终缺乏系统证据。

为解开这一谜题，上海交通大学医学院附属第一医院的研究团队在《Scientific Reports》发表论文，首次采用体素形态计量学(Voxel-Based Morphometry, VBM)技术对20名眼眶骨折患者和20名健康对照者进行脑结构分析。通过3T磁共振成像(MRI)采集高分辨率T1加权图像，利用VBM8工具箱进行灰质(Gray Matter, GM)和白质(White Matter, WM)分割，并通过高斯随机场(GRF)理论进行多重比较校正（体素水平P<0.01，簇水平P<0.05）。

研究方法概要

研究纳入经影像学确诊的眼眶骨折患者（受伤后2-4周接受扫描），排除神经系统疾病及其他合并症。采用基于微分同胚解剖注册的DARTEL算法进行图像配准，最后通过受试者工作特征(ROC)曲线分析脑区体积变化的诊断效能。

灰质与白质差异

研究发现患者组在三个簇区呈现GM体积下降：簇1涵盖右侧颞上回、颞中回、岛叶及眶额回（BA84区）；簇2涉及左侧颞上回和眶额回（BA81区）；簇3包含双侧前扣带回与副扣带回（图1，表2）。这些区域与视觉信息整合、疼痛处理和情绪调节密切相关。

WM分析显示，患者右侧海马旁回（BA40区）和左侧颞极（BA39区）体积显著降低（图2，表3）。这些区域参与记忆编码与听觉处理，其损伤可能解释部分患者出现的认知功能异常。

诊断效能验证

ROC曲线分析表明，簇1的GM体积变化对OF的区分效能最高（AUC=0.939），而左侧颞极WM的AUC更达0.974（图4，6）。这种高敏感度提示脑结构指标可能成为评估创伤后神经损伤的新型生物标志物。

结论与启示

本研究通过VBM技术首次揭示眼眶骨折患者存在广泛的脑结构重组：前扣带回和岛叶的GM减少可能关联创伤后情绪调节障碍，颞叶与海马旁回的变化则暗示记忆-听觉通路受损。这些发现为解释患者出现的非局部症状（如认知下降、感觉异常）提供了神经解剖学依据。未来研究可结合表面形态学分析(Surface-Based Morphometry, SBM)技术，并纳入眼动功能等临床指标，进一步明确创伤与脑功能改变的因果链条。