BOLD-fMRI在腦卒中患者觸覺(jué)功能康復(fù)過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

王一托，李功杰，喬鵬崗

（解放軍第307醫(yī)院放射科，北京　100071）

?綜述?

BOLD-fMRI在腦卒中患者觸覺(jué)功能康復(fù)過(guò)程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

王一托，李功杰，喬鵬崗

（解放軍第307醫(yī)院放射科，北京100071）

腦血管意外；磁共振成像

以血氧水平依賴測(cè)量為原理的功能磁共振成像技術(shù)（BOLD-fMRI）是20世紀(jì)90年代在fMRI基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的腦功能成像技術(shù)，由于其具有無(wú)創(chuàng)性以及高空間分辨率的特點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、神經(jīng)內(nèi)、外科學(xué)等領(lǐng)域。Ogawa等［1］首先提出BOLD信號(hào)可以提供正常生理狀態(tài)下大腦實(shí)時(shí)的血氧分布情況，其原理是神經(jīng)元活動(dòng)引起的局部耗氧量和局部腦血流量反應(yīng)性增加程度不匹配所導(dǎo)致的局部磁場(chǎng)性質(zhì)的變化。神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)，局部腦血流量的增加會(huì)使因代謝而生成的具有順磁性效應(yīng)的脫氧血紅蛋白濃度相對(duì)減少，表現(xiàn)出相關(guān)腦區(qū)信號(hào)的增強(qiáng)。因此，通過(guò)合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用BOLD-fMRI技術(shù)可以間接觀察神經(jīng)元的激活以及大腦功能區(qū)的連接情況，是活體研究人腦科學(xué)的有效手段。

腦卒中是腦血液循環(huán)障礙性疾病，可以造成終身殘疾，超過(guò)一半患者的日常生活需要專(zhuān)業(yè)人員的幫助［2］。感覺(jué)障礙是腦卒中后的常見(jiàn)癥狀，發(fā)生率約為60%，卒中患者要想控制他們的站姿需要視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)以及本體感覺(jué)刺激信息的共同傳入［3］，所以，現(xiàn)代康復(fù)不僅要求卒中患者運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)，也要求其淺、深感覺(jué)可以達(dá)到令患者比較滿意的結(jié)果［4］。有證據(jù)表明卒中后康復(fù)病人與其未受累腦區(qū)的代償以及皮質(zhì)重塑有關(guān)［5］，BOLD-fMRI可以作為研究卒中后神經(jīng)重塑機(jī)制、評(píng)價(jià)康復(fù)治療效果的一個(gè)重要手段。

1　觸覺(jué)刺激與對(duì)應(yīng)布羅德曼分區(qū)的關(guān)系

觸覺(jué)是一種全身廣泛分布并且受人體主觀因素影響的復(fù)雜感覺(jué)。人體皮膚表面分布著不同類(lèi)型的觸覺(jué)感受器，在接受觸覺(jué)刺激時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)傳遞到高級(jí)中樞進(jìn)行分析。軀體感覺(jué)中樞是軀體感覺(jué)的最高級(jí)中樞，主要位于大腦皮質(zhì)的中央后回，即第一軀體感覺(jué)區(qū) （Primary somatosensory area，S1）。與此同時(shí)，還存在第二軀體感覺(jué)區(qū)（Second somatosensory area，S2），該區(qū)與第二軀體運(yùn)動(dòng)區(qū)相重疊，包括BA40及BA43的部分皮質(zhì)［6］，主要與雙側(cè)感覺(jué)（以對(duì)側(cè)感覺(jué)為主）有關(guān)［7］。

布羅德曼分區(qū)（Brodmann，BA）是一個(gè)根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)將大腦皮層劃分為一系列解剖區(qū)域的系統(tǒng)，最早由德國(guó)神經(jīng)科醫(yī)生提出。BA包括每個(gè)半球的52個(gè)區(qū)域，其中一些區(qū)域今天已經(jīng)被細(xì)分，例如BA3被分為3a和3b兩個(gè)亞區(qū)等。有學(xué)者根據(jù)研究提出［8］，處理與觸覺(jué)信息有關(guān)的腦區(qū)包括BA3、1、2、BA4，BA5、7，BA40及BA13-16。BA3，1，2（S1）與一般觸覺(jué)、振動(dòng)覺(jué)、溫度覺(jué)、痛覺(jué)的定位以及手指的本體感覺(jué)有關(guān)；BA4（初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層）與振動(dòng)觸覺(jué)頻率的分辨以及手指的本體感覺(jué)有關(guān)；BA5，7（軀體感覺(jué)聯(lián)合皮層）與一般觸覺(jué)的定位有關(guān)；BA40（緣上回）與軀體感覺(jué)空間定位以及一般觸覺(jué)和本體感覺(jué)信息的整合有關(guān)；BA13-16（島葉皮層）可能參與痛覺(jué)及一般觸覺(jué)信息的整合。

2　fMRI中的觸覺(jué)刺激裝置

大多數(shù)與觸覺(jué)刺激相關(guān)的fMRI研究是在3.0T磁共振儀下進(jìn)行的，隨著fMRI技術(shù)的發(fā)展，4.0T、7.0T磁共振儀也被應(yīng)用到了實(shí)驗(yàn)研究當(dāng)中去。如Besle等［9］利用7.0T磁共振儀發(fā)現(xiàn)通過(guò)振動(dòng)觸覺(jué)刺激單側(cè)手的不同手指會(huì)在S1產(chǎn)生激活區(qū)的重疊現(xiàn)象，并且發(fā)現(xiàn)在S1中，亞區(qū)3b比亞區(qū)1重疊區(qū)域明顯減少，推測(cè)前者比后者在分析振動(dòng)觸覺(jué)時(shí)有著更高的特異性。區(qū)別于運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)感覺(jué)功能fMRI實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需求開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)合適的體感刺激裝置。國(guó)外學(xué)者對(duì)觸覺(jué)的研究比較全面，針對(duì)不同刺激手段 （振動(dòng)、氣流、圖案、電流、針刺、激光、溫度等）搭建了多種復(fù)雜的自動(dòng)刺激裝置。國(guó)內(nèi)刺激手段比較簡(jiǎn)單（如針刺穴位、電流、溫度刺激等），且基本上都是人工進(jìn)行［10］。目前，應(yīng)用于感覺(jué)功能的fMRI自動(dòng)刺激裝置面臨的主要問(wèn)題是成熟的刺激手段和商用裝置還相對(duì)較少，標(biāo)準(zhǔn)的刺激模式也還沒(méi)有建立。隨著fMRI研究的不斷深入，對(duì)觸覺(jué)刺激裝置的需求將日益迫切。

3　fMRI在腦卒中后觸覺(jué)功能康復(fù)中的應(yīng)用

腦卒中的BOLD-fMRI研究對(duì)象多為腦卒中慢性恢復(fù)期的患者，這是因?yàn)槟X卒中急性期的BOLD信號(hào)會(huì)受到一些潛在因素的影響，比如此階段血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)（Hemodynamic resPonse function，HRF）因受到腦血流的急劇變化而表現(xiàn)的不穩(wěn)定，腦血管失去對(duì)腦血流量自動(dòng)調(diào)控的功能［11］；同時(shí)，處于急性期的病人很難正確完成事先安排的動(dòng)作，并且可能引入其他無(wú)關(guān)刺激影響腦皮質(zhì)激活的情況。然而，Manganotti等［12］通過(guò) SOHIA（Selection of OPtimal HRF and Image Analysis）的分析方法克服了個(gè)體間HRF的可變性，并通過(guò)被動(dòng)任務(wù)（正中神經(jīng)電刺激）最終得到了卒中急性期（發(fā)病后12～48小時(shí)之內(nèi)）的圖像。正中神經(jīng)電刺激可以使對(duì)照組對(duì)側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)皮層（SMA）、對(duì)側(cè)S1、雙側(cè)S2、雙側(cè)島葉皮層和同側(cè)小腦激活，而腦卒中急性期部分患者雖然存在對(duì)側(cè)S1和雙側(cè)S2激活，但是激活程度比對(duì)照組要低的多，甚至存在S1、S2沒(méi)有激活的情況，只是全腦可見(jiàn)散在的激活區(qū)域。運(yùn)用這種 “個(gè)體化”HRF分析可以在腦卒中急性期的病人中發(fā)現(xiàn)感覺(jué)刺激后BOLD激活信號(hào)的缺失與較差的臨床恢復(fù)密切相關(guān)。

接觸人類(lèi)皮膚的觸覺(jué)分為低頻觸覺(jué)（靜止接觸）和高頻觸覺(jué)（顫動(dòng)和振動(dòng)）［13］。Chung等［14］認(rèn)為，低頻觸覺(jué)信息的傳入存在“平行式”和“連續(xù)式”兩種方式，前者為一側(cè)觸覺(jué)信息可以同時(shí)傳遞到對(duì)側(cè)S1和S2；后者為一側(cè)觸覺(jué)信息先傳遞到對(duì)側(cè)S1，這種經(jīng)過(guò)處理過(guò)的觸覺(jué)信息再通過(guò)S1傳遞到同側(cè)S2，類(lèi)似的，對(duì)側(cè)S2到同側(cè)S2之間也存在著這種觸覺(jué)信息傳遞的過(guò)程。有接近一半的卒中病人在恢復(fù)期會(huì)出現(xiàn)觸覺(jué)分辨力障礙［15］。Borstad等［16］對(duì)10名患有觸覺(jué)分辨力障礙的左側(cè)腦卒中患者進(jìn)行BOLD-fMRI及彌散張量成像（DTI）研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)照組中，對(duì)側(cè)S1、雙側(cè)S2、雙側(cè)中央前回以及雙側(cè)小腦顯著激活；與正常對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組激活峰位于健側(cè)顳上回、S2及健側(cè)小腦，并且發(fā)現(xiàn)頂葉皮層和額葉皮層的激活區(qū)更加的分散，可能提示大腦皮層產(chǎn)生了廣泛的代償作用。雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示頂葉皮層的激活程度與感覺(jué)功能明顯相關(guān)，但是，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)觸覺(jué)分辨力的恢復(fù)程度與患側(cè)S1激活程度具有相關(guān)性。Carey等［17］亦發(fā)現(xiàn)皮層下腦卒中患者患側(cè)S1的激活與對(duì)側(cè)手觸覺(jué)分辨力之間沒(méi)有相關(guān)性。在Borstad的實(shí)驗(yàn)組中，腦皮質(zhì)激活最顯著部位位于左側(cè)楔前葉，且激活的峰值與觸覺(jué)分辨力的大小之間有著很大的聯(lián)系，該研究認(rèn)為，除了S1和S2，楔前葉皮層和丘腦——大腦皮層神經(jīng)連接也參與了卒中后患者觸覺(jué)分辨力障礙的形成，針對(duì)楔前葉的靜息態(tài)功能磁共振研究發(fā)現(xiàn)其功能與感覺(jué)處理相關(guān)腦區(qū)（后頂葉皮層、軀體感覺(jué)皮層、島葉、緣上回、額中回）之間是有聯(lián)系的［18］。

大腦雙側(cè)半球會(huì)根據(jù)處理任務(wù)類(lèi)型的不同表現(xiàn)出不同的激活情況。Van Boven等［19］研究發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的左腦可能更多的參與到對(duì)各種物體形狀的區(qū)分，而右腦更多的參與對(duì)物體的空間位置的辨認(rèn)。因此，在依賴于要求患者指認(rèn)不同物體特點(diǎn)的這類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，左側(cè)和右側(cè)大腦半球本身就可能會(huì)產(chǎn)生不同的激活情況。觸覺(jué)失認(rèn)是腦卒中感覺(jué)障礙的表現(xiàn)之一，通常是因?yàn)橹醒牒蠡亍2、后頂葉皮質(zhì)受到損害而產(chǎn)生的結(jié)果［20］。Notturno等［21］在對(duì)一名丘腦卒中并發(fā)觸覺(jué)失認(rèn)的患者進(jìn)行BOLD-fMRI及DTI研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，在對(duì)健側(cè)手進(jìn)行觸覺(jué)分辨任務(wù)時(shí)，雙側(cè)額葉，同側(cè)額中回、后扣帶回、對(duì)側(cè)中央后回、顳下回、島葉皮層顯著激活，表現(xiàn)為正常的雙側(cè)額-頂葉感覺(jué)信息傳遞網(wǎng)絡(luò)；相比之下，患側(cè)手執(zhí)行任務(wù)時(shí)，只有同側(cè)軀體感覺(jué)皮層、部分枕葉皮層出現(xiàn)激活，反映出患側(cè)手執(zhí)行觸覺(jué)分辨任務(wù)時(shí)相應(yīng)腦區(qū)的激活受到抑制，并局限于單側(cè)大腦半球。

近年來(lái)BOLD-fMRI技術(shù)被越來(lái)越多的應(yīng)用于評(píng)估卒中病人的康復(fù)情況。在評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)方面，大多采用比較不同康復(fù)手段引起不同大腦功能區(qū)激活來(lái)提示其對(duì)卒中后神經(jīng)重塑的調(diào)節(jié)作用，評(píng)價(jià)感覺(jué)功能康復(fù)的研究較少。Carey等［22］對(duì)1例卒中后伴隨觸覺(jué)功能喪失（6月后觸覺(jué)功能康復(fù)）的患者進(jìn)行恢復(fù)期全腦BOLD-fMRI研究中發(fā)現(xiàn)：在卒中后早期（2周內(nèi)）感覺(jué)功能?chē)?yán)重受損的患者沒(méi)有出現(xiàn)神經(jīng)重塑的現(xiàn)象，在卒中后3月患側(cè)S1和雙側(cè)S2被重新激活，提示卒中后軀體感覺(jué)的恢復(fù)與相應(yīng)腦功能區(qū)的重新激活有著明顯的相關(guān)性。在評(píng)價(jià)卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況的實(shí)驗(yàn)中，如果是采用被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)方法，可以間接反映患者本體感覺(jué)及觸覺(jué)功能區(qū)的恢復(fù)情況。Tombari等［23］對(duì)10名單側(cè)皮層下卒中患者進(jìn)行縱向研究發(fā)現(xiàn)，患者分別在卒中后1月、4月、12月執(zhí)行被動(dòng)任務(wù)時(shí)，患側(cè)BA 40、S2隨著患者運(yùn)動(dòng)功能的康復(fù)出現(xiàn)激活增加的現(xiàn)象，可能提示BA 40、S2參與了卒中患者運(yùn)動(dòng)能力恢復(fù)的過(guò)程。

經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，BOLD-fMRI技術(shù)日趨成熟，使我們對(duì)人類(lèi)大腦結(jié)構(gòu)和功能有了嶄新的認(rèn)識(shí)。在對(duì)卒中后功能障礙患者的研究中，由于涉及到感覺(jué)功能康復(fù)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜以及感覺(jué)功能評(píng)價(jià)受患者主觀因素影響過(guò)大，大多數(shù)只是針對(duì)卒中后運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的研究。感覺(jué)功能康復(fù)的研究目前還只是停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，若要發(fā)展到臨床應(yīng)用，還需要大樣本量的臨床縱向研究、合理感覺(jué)功能評(píng)價(jià)量表的制定、標(biāo)準(zhǔn)刺激裝置的建立等。但總體來(lái)說(shuō)，對(duì)于腦卒中患者，利用BOLD-fMRI技術(shù)可以為腦功能區(qū)的重組和皮質(zhì)重塑提供直觀的證據(jù)，并且可以根據(jù)卒中后不同時(shí)期的激活特點(diǎn)制定個(gè)體化治療方案，盡量使患者達(dá)到比較理想的恢復(fù)程度［24］。

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Applications of BOLD-fMRI in tactile functional rehabilitation induced by stroke

WANG Yi-tuo，LI Gong-jie，QIAO Peng-gang
（Department of Radiology，307 Hospital of PLA，Beijing 100071，China）

R743.3；R445.2

B

1008-1062（2015）09-0671-03

2015-01-07；

2015-03-25

王一托（1989-），男，黑龍江齊齊哈爾人，在讀碩士研究生。

喬鵬崗，解放軍第307醫(yī)院放射科，100071。

北京市自然科學(xué)基金（青年基金項(xiàng)目），資助編號(hào)：7144231。