功能磁共振成像对单侧放射冠梗死患者脑功能康复的影响

功能磁共振成像对单侧放射冠梗死患者脑功能康复的影响

中风是一种常见的疾病，其主要临床表现为运动障碍。中风后瘫痪患者的运动功能评估是一个值得深入研究的问题。迄今国际上对卒中功能障碍的评价尚无统一标准,每种方法都有所侧重,还没有一个完善、精确的评价法,多数是运动模式的评价表。本研究以功能磁共振为成像手段,从大脑运动传导通路的损伤程度及与运动相关的脑部激活区的表现评价卒中患者的运动功能康复水平,探讨不同患者运动激活区的变化与患者临床康复评分的相关性。1对象和方法1.1入选和排除标准自2007年11月至2008年5月北京天坛医院神经内科12例缺血性卒中患者纳入研究范围,男4例,女8例,年龄38-71岁,平均56±11岁,入院时有严重的肢体运动功能障碍(表1)。入选标准:(1)初次发病;(2)MRI示缺血性脑梗死,部位位于单侧放射冠(左侧或右侧);(3)所有患者均为右利手;(4)磁共振脑血管成像(magneticresonanceangiography,MRA)显示无明显颅内大血管狭窄;(5)意识清楚且能够配合操作者完成运动任务;(6)无明显连带运动。同时选取5例正常右利手正常志愿者为对照组,男2例,女3例,年龄43-63岁,平均55±9岁,头颅MRI及MRA均显示正常,均无神经、精神病史及外伤史。1.2研究方法与设计采用SiemensTim3.0T超导磁共振扫描仪,标准正交头颅线圈,先行常规扫描,扫描序列包括T1WI,T2WI,快速液体衰减反转恢复(Fluid-AttenuatedInversionRecovery,FLAIR),MRA及T1WI解剖像(对脑组织的容积扫描,层数为256,层厚为1mm)。然后行功能检查,功能序列采用单激发平面回波扫描序列(single-shotecho-planarimaging,EPI),扫描参数包括:TR:3s,TE:30ms,measurement:80;成像野(fieldofview,FOV):240mm×240mm;扫描过程中嘱患者患侧手做主动运动,对无法完成主动运动的患者做被动对指运动,健侧手做主动对指运动。试验采用Block设计,为静息-运动-静息-运动-静息-运动-静息-运动,每个Block持续30s,共8个Block。扫描过程中,患者头部位置固定,闭上双眼,肘部伸直,双手平放于扫描台上,利用操作者的口令配合运动-静息交替过程。在接受检查前,患者均接受了训练,以配合完成运动任务。手指运动采用拇指与其余4指顺序对指,在手指主动运动过程中,受试者精神集中于运动的手指,尽量排除杂念,对指幅度及两个手指按压力度尽量大,手对指的频率控制在约1Hz,其余部位保持放松状态不动,包括肘部和手腕。被动运动时,操作者手持患者拇指与其余4指顺序对指,用力按压后分开,分开时手指要伸平,被动任务均由同一操作者完成。扫描时,操作者在扫描间内观察患者完成任务的情况及在此过程中有无明显连带运动。扫描结束后记录患者患侧上肢的运动功能评分(Fugl-Meyer评分,F-M评分)。1.3激活图的生成所采集的功能原始数据采用SPM2处理,在MATLAB6.5.1(MatrixLaboratory,矩阵实验室)环境下运行,将数据格式转换、头动校正、与标准模板配准、图像平滑等预处理,同时将扫描患者的三维解剖像与标准模板匹配;参数图处理过程中采用t检验,取P<0.001,取10个体素作为有效激活体素。得出的统计参数图行感兴趣区(RegionOfInterest,ROI)分析,选定大脑半球、第一躯体运动区(M1区,主要位于中央前回和中央旁小叶)、初级感觉运动区(SMC区,包括M1区和中央后回部分)、辅助运动区(supplementarymotorarea,SMA)作为感兴趣区,分别计算ROI的激活体素数目,并计算偏侧化指数(lateralityindex,LI):C:指对侧半球ROI的激活体积;I:指同侧半球ROI的激活体积采用SPM2中的单侧t检验分析,将卒中组分为左手运动组(5例)及右手运动组(7例),选择P<0.001,选取15个体素作为有效激活体素,生成激活图像,同时对对照组采取同样的分析处理方式,对生成的激活图进行功能区定位。在观察卒中组与对照组之间差异时采取SPM2中的双侧t检验,分别观察两组之间激活区域的差异,选取P<0.001,为了更多的显示两组之间有差异的激活区,故取5个体素作为有效激活体素,进行功能区定位。1.4差异比较方法卒中组与对照组之间和卒中组内主动运动与被动运动之间的LI差异性比较采用两样本秩和检验;卒中组LI与F-M评分之间的相关性采用Pearson相关分析。采用SPSS11.5进行数据分析,双侧检验,P<0.05认为差异有统计学意义。2结果2.1确保半小额额前区域及铋叶右手运动时卒中组较对照组过度激活区域包括同侧SMC、对侧小脑半球、额前区域(包括额上回、额中回、额下回)及颞叶;左手运动时卒中组较对照组过度激活区域包括同侧SMC、同侧顶上小叶、同侧额中回及颞叶,正常激活的同侧小脑半球在卒中组未见激活(表2)。2.2卒中组与运动任务相关的脑区需要激活点双侧大脑半球、SMC、M1区LI在卒中组与对照组之间的差异有统计学意义(表3);卒中组双侧大脑半球、SMC、M1区LI与上肢F-M评分之间的相关性无统计学意义(表4,5)。卒中组与运动任务相关的脑区最强激活点因人而异,其中有7例位于中央前回,4例位于中央后回,1例位于右侧颞叶,对照组最强激活点均位于中央前回。将卒中组分为两组:最强激活点位于中央前回组(PRE组)和最强激活点位于中央后回组(POS组),结果显示PRE组F-M评分较POS组有增加的趋势,但二者之间的差异无统计学意义(P>0.05)。还有1例最强激活点位于右颞上回的患者,其F-M评分在纳入研究的病例中最低。两样本秩和检验分析半球、SMC及M1区的LI在主动运动与被动运动之间的差异无统计学意义(表7)。3讨论3.1运动功能已有研究表明卒中后患手运动不仅激活对侧运动传导通路,同侧运动传导通路也有不同程度的激活,尤其表现为SMC激活体积的扩大和移位。另外也有一些非运动区的激活。我们也得出类似的结论。患手运动时,健侧半球(患手同侧半球)有明显激活,其区域甚至大于对侧半球的激活区;而对照组中没有发现运动肢体同侧半球的激活(图1,2)。单个样本分析患者与受试者脑区激活部位在其本人结构像上的匹配图也显示与组分析同样的结果(图3,4)。Cramer等将LI指数应用于功能磁共振当中,并将这种偏侧化现象量化。其计算方法为LI=(C-I)/(C+I),C指对侧半球ROI的激活体积,I指同侧半球ROI的激活体积。LI最大值为+1,最小值为-1。LI值越大表明运动肢体受对侧半球支配的趋势越强,LI值越小表明运动肢体受同侧半球支配的趋势越强,正常人ROI的LI值明显大于卒中患者(图5,6),说明卒中患者患侧肢体受对侧半球支配的能力较正常人减弱,这与以往的研究的结论相一致。我们的目的是分析这种功能区的变化及LI的差异能否反应患者的运动康复水平。Seitz等对恢复期的卒中患者横向研究发现,尽管所有的卒中患者表现为运动前区的激活,并且与发病时相比运动功能有了明显的好转,但功能数据和运动评分之间没有显著相关性。Cao等的研究发现,运动缺陷的程度和运动肢体同侧半球的SM1区的激活体积之间没有显著相关性。二者研究中可能存在一些影响因素,比如如何保证不同卒中患者之间运动任务执行情况的一致性,包括患者的主动运动与被动运动(在本研究中主动运动与被动运动之间在LI方面没有明显差异)、运动的频率、力度、试验过程中的心理作用等,最终导致激活部位与激活体积的差异,因此将激活的体积作为评价指标欠妥当。LI并没有反应病变侧半球或者对侧半球的激活水平,而是体现了双侧半球的优势支配情况,其计算依赖于激活体素的数量,而体素的数量又是以显著性差异的标准为基础,虽然不同试验研究的显著性标准不同,但结论却是相似的。本研究中半球、SMC、M1区的LI与F-M评分均未发现明显相关性。这与国内一些研究结论不一致。陈自谦等对急性期缺血性卒中患者研究表明,LI与患者运动水平呈明显正相关。该研究与本研究结论不一致的原因可能在LI计算方式和康复评分的选择上。其选取整个大脑半球作为ROI计算LI,该计算方式欠精确,因为卒中后大脑半球激活部位除运动区外还有其他广泛区域,且容易受心理等因素的影响,即使在正常人大脑半球的LI之间亦有较大差异,本研究中也证实正常人半球的LI个体差异最大(图6)。另外该研究中选取肌力作为运动康复的指标,其等级分布较粗糙,在反应运动水平时不甚准确,而F-M评分被认为是应用最广、研究也最多的一种指标,具有较高的有效性和可靠性。本研究纳入的病例多数位于卒中早期,卒中早期偏侧化的出现说明患者运动功能区中心与正常人相比发生移位,这可能是卒中之后的一种适应性变化,或者是在亚急性期这一短暂时间内的各个脑区对患侧肢体运动而做出的适应性反应,也可能是由于卒中早期的连带运动造成的,而这种轻微的连带运动在试验过程中不容易被发现。人的大脑是一个复杂的网络,网络中的每一个控制节点都与周围区域有着复杂的联系,因为不同患者之间个体差异较大,包括病变部位、大小以及患者自身的特异性,这些差异可能会造成卒中后不同患者整个大脑网络控制节点的变化,最终导致激活区的差异,这种短时间内的反应尚不能说是运动功能区的完全代偿反映。如果对同一个患者的运动康复过程进行纵向研究,可能会减少个体差异的影响,得到较为可靠的结论。本研究旨在分析脑部激活区的偏侧化程度与运动评分的关系,没有涉及到病人的康复治疗情况,因此纳入的病例中梗死时间有一定差异,大多数为亚急性期,也有慢性期病人。其中有1例梗死时间为6个月病人,病变位于左侧放射冠,发病时患者右侧肢体运动障碍,经过6个月的康复后,对病人行功能磁共振扫描,此时其运动功能已完全恢复(上肢F-M评分为66分),脑区激活模式与正常对照组极为相似(主要激活点集中于左侧中央前回和右侧小脑半球),这可能提示:激活模式趋向于正常的患者,其运动功能的恢复程度可能较好。国外也有一些纵向研究发现,随着运动功能的逐步康复,激活部位逐渐局限于患侧大脑半球的SMC,并且双侧大脑半球的激活的体积也相应减少,但研究的病例数相对较少。国内也有一些类似研究发现,随着时间推移,激活区域逐渐局限化,但这些研究并没有与临床运动评分进行相关分析研究。因此,将功能成像与临床紧密结合,并对多个病人纵向观察是下一步研究的重点。3.2不同条件刺激点的信号分析中央前回是运动指令的主要发出者,Mima等通过脑电图(Electroencephalogram,EEG)研究皮层下卒中患者,表明与肌肉的直接功能联系来自于对侧运动皮层。因此,最强激活的部位可能体现出该部位对肢体运动较强的控制能力。Nick等提出,病变一侧的M1区显然是卒中康复的重要基础,患者病变一侧M1区激活的越少,其恢复的趋势越差。本研究发现,卒中组在运动和静息两个不同的条件刺激下,脑区信号之间的差异最大的区域因人而异,部分患者位于对侧中央前回,部分位于对侧中央后回及其他区域,而在正常对照组中,该激活区域均位于对侧中央前回。不同条件刺激下信号差异最大的区域可能反应在执行该任务时大脑皮层最强的激活点,同时也表明运动传导束与该激活部位之间的连接完整。本研究将卒中组按照最强激活点的不同分为PRE组和POS组。PRE组SMC及M1区LI明显大于POS组,并且其对应的康复评分的平均值也较高。这表明,最强激活点位于中央前回的患者体现出较强的对侧半球支配患侧肢体运动的能力,且该侧肢体的康复程度较好;而最强激活点位于中央后回的患者,更有双侧半球共同支配患侧肢体运动的趋势,且该侧肢体康复程度较差;从运动评