腦卒中患者康復(fù)治療前后皮質(zhì)脊髓束的磁共振彌散張量成像研究①

凌晴，林麗萍，胡世紅，何嬙，許佳

腦卒中患者康復(fù)治療前后皮質(zhì)脊髓束的磁共振彌散張量成像研究①

凌晴1a，林麗萍1b，胡世紅1a，何嬙1a，許佳1a

目的探討腦卒中患者康復(fù)治療前后皮質(zhì)脊髓束修復(fù)與運動功能改變的相關(guān)性。方法選擇病程4～8周、病變部位為內(nèi)囊基底節(jié)區(qū)，且皮質(zhì)脊髓束受累的腦卒中偏癱患者15例，分別于康復(fù)前和康復(fù)3個月后行磁共振彌散張量成像(DTI)檢查，從大腦腳、內(nèi)囊后肢、放射冠區(qū)3個層面，測量病變同側(cè)皮質(zhì)脊髓束和病變對側(cè)相應(yīng)腦組織的部分各向異性值(FA)，計算FA比值(rFA)及FA不對稱性(FAasy)。同時對偏癱肢體進行簡化Fugl-Meyer運動功能評定(FMA)。治療前后FA、rFA、FAasy差值與FMA差值進行相關(guān)性分析。結(jié)果治療后，患者FMA評分較治療前明顯提高(P＜0.01)。治療前后病灶側(cè)FA值均較對側(cè)相應(yīng)腦組織降低。放射冠層面病灶側(cè)FA、rFA、FAasy治療前后有顯著性差異(P＜0.05)；大腦腳和內(nèi)囊層面各參數(shù)治療前后無顯著性差異。治療前后放射冠層面DTI各參數(shù)差值與FMA差值間無明顯相關(guān)性。結(jié)論DTI可用于評估腦卒中后皮質(zhì)脊髓束損傷及修復(fù)，以放射冠層面皮質(zhì)脊髓束的DTI參數(shù)最有意義。

腦卒中；運動功能；彌散張量成像；皮質(zhì)脊髓束；康復(fù)

[本文著錄格式]凌晴，林麗萍，胡世紅，等.腦卒中患者康復(fù)治療前后皮質(zhì)脊髓束的磁共振彌散張量成像研究[J].中國康復(fù)理論與實踐,2015,21(5):509-513.

CITED AS:Ling Q,Lin LP,Hu SH,et al.Corticospinal tract repairment associated with rehabilitation in stroke patients:a diffusion tensor imaging study[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(5):509-513.

腦卒中為神經(jīng)系統(tǒng)常見病、多發(fā)病，致殘率高，常遺留不同程度的運動功能障礙，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。腦卒中后運動功能障礙與病灶的面積、部位以及運動神經(jīng)傳導(dǎo)束的完整性有密切聯(lián)系。常規(guī)CT和 MRI檢查在顯示病灶與神經(jīng)纖維束的空間位置關(guān)系和受損范圍方面有一定局限性，彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技術(shù)是唯一可在活體顯示腦白質(zhì)纖維束的無創(chuàng)性成像技術(shù)，能從影像學(xué)角度對神經(jīng)纖

維的損害程度進行定量分析，為評估腦卒中后運動功能障礙程度提供較為可靠的可視化依據(jù)。

以往多項研究表明，腦卒中后神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)的完整性與運動功能損傷密切相關(guān)[1-4]。故本研究著重探討腦卒中偏癱患者康復(fù)治療前后皮質(zhì)脊髓束(corticalspinal tract,CST)損傷的DTI應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2013年3月～2014年10月本院康復(fù)科收治的腦卒中患者15例。其中男性10例，女性5例；年齡31～69歲，平均(54.1±11.3)歲；腦出血6例，腦梗死9例；病程(34.6±13.5)d。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①病程4～8周；②初次發(fā)?。虎蹎蝹?cè)病灶，病灶位于內(nèi)囊基底節(jié)區(qū)，累及CST而無皮層受累；④年齡30～69歲；⑤無認知障礙；⑥無MRI禁忌證。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①生命體征不平穩(wěn)或者重要器官衰竭；②四肢癱瘓；③嚴(yán)重認知功能障礙；④既往曾患其他腦部疾病或有腦部手術(shù)史；⑤惡性腫瘤史。

所有患者都接受DTI檢查。本研究經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者在參加課題之前均簽署知情同意書。

1.2 方法

所有患者入組后均進行規(guī)范康復(fù)治療3個月，每次2～3 h，每天1次，每周5 d。內(nèi)容綜合物理療法(PT)和作業(yè)療法(OT)，包括偏癱肢體抗痙攣體位擺放，關(guān)節(jié)活動度訓(xùn)練，肌力訓(xùn)練，姿勢控制和平衡協(xié)調(diào)功能訓(xùn)練，翻身、臥坐、坐站等體位轉(zhuǎn)移技術(shù)訓(xùn)練，步行訓(xùn)練，日常生活活動訓(xùn)練，精細活動訓(xùn)練等，以及神經(jīng)肌肉電刺激等治療。運用神經(jīng)發(fā)育促進技術(shù)促進偏癱肢體運動功能恢復(fù)，同時注重肌張力變化，防治肌痙攣，改善姿勢控制和運動控制，誘發(fā)分離運動，促進正常運動模式。

1.3 運動功能評定方法

康復(fù)治療前后對所有受試者偏癱肢體采用簡化Fugl-Meyer評定(simple Fugl-Meyer Assessment,FMA)進行評定。

1.4 DTI檢查

受試者在康復(fù)治療前后行磁共振DTI檢查。采用GE Signa 1.5 T超導(dǎo)型磁共振成像儀，8通道頭顱線圈。常規(guī)MR檢查包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR及軸位、矢狀位、冠狀位T1WI。DTI參數(shù):SE-EPI序列，TR 8000 ms，TE 97.7～98.3 ms，層厚5.0 mm，層間隔0 mm，矩陣128×130，視野24×24 cm，激勵次數(shù)1，b=0 s/mm2和1000 s/mm2，15個彌散敏感梯度方向。

采用GE工作站FUNCTOOL軟件對DTI數(shù)據(jù)進行后處理，重建部分各向異性(fractional anisotropy,FA)圖，分別在大腦腳、內(nèi)囊后肢及放射冠3個層面病灶同側(cè)繪出感興趣區(qū)(region of interest,ROI)[5]。ROI面積約為26 mm2。利用FUNCTOOL軟件的對稱軸，結(jié)合手動調(diào)節(jié)，確定病灶側(cè)和對側(cè)ROI位置，包括病灶同側(cè)大腦腳、內(nèi)囊后肢、放射冠區(qū)(圖1)，以及對側(cè)對稱部位相應(yīng)面積區(qū)域。測量各區(qū)域FA值，每個區(qū)域重復(fù)測量3次，取平均值。計算得出FA比值(rFA)和FA不對稱性(FAasymmetry,FAasy)：

rFA=病灶側(cè)FA/對側(cè)FA

FAasy=(對側(cè)FA-病灶側(cè)FA)/(對側(cè)FA+病灶側(cè)FA)

rFA范圍0～1，其值越低，提示CST的損傷程度越高[6]；FAasy范圍0～1，其值越大，意味著偏側(cè)性越大，CST的損傷程度越高[7]。

以大腦腳ROI為種子，根據(jù)大腦白質(zhì)纖維束解剖，利用彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography,DTT)軟件，重建雙側(cè)CST。

圖1 各層面FA圖

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行處理?？祻?fù)治療前后FMA評分的比較采用配對t檢驗，CST不同層面FA、rFA和FAasy的比較均采用配對t檢驗；放射冠層面治療前后DTI各參數(shù)差值與FMA評分差值之間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)性分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 FMA

治療前FMA評分(37.36±24.61)，治療后(60.93± 25.64)，較治療前顯著改善(t=-6.572,P＜0.001)。

2.2 雙側(cè)FA值比較

腦卒中患者治療前后病灶側(cè)各層面FA值均較對側(cè)相應(yīng)腦組織顯著降低(P＜0.001)。見表1。

表1 治療前后各層面病灶側(cè)與對側(cè)FA值比較(n=15)

2.3 病灶側(cè)FA值、rFA、FAasy比較

治療后放射冠層面病灶側(cè)FA值和rFA均較治療前增加，F(xiàn)Aasy較治療前降低(P＜0.05)；內(nèi)囊層面、大腦腳層面DTI各參數(shù)治療前后無顯著性差異(P＞0.05)。見表2～表4。

表2 治療前后病灶側(cè)FA值比較(n=15)

圖2 治療前后DTT圖像

3 討論

CST是與運動功能最為相關(guān)的神經(jīng)纖維，是運動功能的主要傳導(dǎo)通路，也是影響運動功能預(yù)后的主要結(jié)構(gòu)。腦卒中病灶累及CST從而導(dǎo)致不同程度的偏側(cè)肢體運動功能障礙。DTI是目前唯一可在活體顯示腦白質(zhì)纖維束的無創(chuàng)性成像方法，可顯示病灶側(cè)CST的損傷程度，纖維束的紆曲、受壓、變形，以及病灶與纖維束的關(guān)系。

FA值被廣泛用于評估腦卒中患者腦白質(zhì)纖維的完整性。研究表明，F(xiàn)A值的大小與髓鞘的完整性、

表3 治療前后rFA比較(n=15)

表4 治療前后FAasy比較(n=15)

2.4 相關(guān)性分析

放射冠層面治療前后FA(r=0.431,P=0.124)、rFA (r=0.429,P=0.126)、FAasy(r=-0.370,P=0.193)差值與FMA差值之間無明顯相關(guān)性(P＞0.05)。

2.5 DTT

治療前CST部分或完全中斷，治療后CST的白質(zhì)纖維較前增加。見圖2。

纖維致密性及平行性有密切關(guān)系，能夠反映白質(zhì)纖維是否完整；FA值越大，神經(jīng)傳導(dǎo)能力越強，F(xiàn)A值可用于評價神經(jīng)功能的損傷[8-9]。

以往文獻大多通過研究腦卒中病灶局部FA值來評估CST的損傷，不能完整反映CST受損后病變情況。本研究把CST分為放射冠區(qū)、內(nèi)囊后肢、大腦腳3個層面進行研究，結(jié)合FMA評分，以期充分了解康復(fù)治療前后不同層面CST損傷修復(fù)程度，以及與運動功能恢復(fù)之間的相關(guān)性。

根據(jù)不同層面病灶同側(cè)和對側(cè)FA值，計算rFA和FAasy，是評價神經(jīng)纖維完整性的重要參數(shù)[10]。近年來，國外報道中多采用rFA和FAasy作為指標(biāo)評價CST的完整性[11-12]。

國內(nèi)張曉鈺等對24例中老年單側(cè)急性腦梗死患者發(fā)病初及發(fā)病后6周分別進行神經(jīng)功能缺損評分(NIHSS)和DTI檢查，依年齡段分組，研究顯示，梗死側(cè)FA值隨年齡的增加呈下降趨勢；康復(fù)6周后，腦梗死患者NIHSS評分與CST級別明顯相關(guān)[13]。

趙津京等選取17例老年急性腦梗死偏癱患者，病灶部位為大腦中動脈供血區(qū)，分別于入院第1、4、12周完成DTI檢查和FMA評估，健患側(cè)FA差值第1周與第4周有顯著性差異，且健患側(cè)FA差值與康復(fù)治療前后FMA評分差值呈線性負相關(guān)[14]。

賴喜新等選擇32例腦卒中患者，于入院時及康復(fù)治療2個月后，行肌力評級及DTI檢查。治療前后病變側(cè)FA值及CST分級與肌力評級均呈正相關(guān)[15]。

DTT是DTI技術(shù)應(yīng)用的延伸，可在活體狀態(tài)下對大腦的白質(zhì)纖維束進行三維顯像和定位[16]。在DTT圖中，根據(jù)CST與病灶的空間位置關(guān)系，將CST受累情況分為3級，即完整、受壓移位和中斷[17]。本組患者CST損傷程度為部分或完全中斷，康復(fù)治療后DTT顯示CST白質(zhì)纖維增加并發(fā)生形態(tài)結(jié)構(gòu)改變。

張曉鈺等應(yīng)用DTT分析腦卒中偏癱患者鏡像治療康復(fù)后大腦再塑變化，結(jié)果顯示，治療后梗死灶纖維數(shù)量得以好轉(zhuǎn)[18]。

Kwon等對10例腦癱兒童進行為期4周的強制性運動療法，結(jié)果顯示，治療后，在運動功能改善的同時，DTT顯示CST形態(tài)結(jié)構(gòu)的改變[19]。

Wei等對12例亞急性腦卒中患者進行功能性電刺激治療20 d，研究運動恢復(fù)過程中皮層激活與CST完整性之間的相關(guān)性，結(jié)果表明，病灶同側(cè)內(nèi)囊后肢和大腦腳層面的FA值治療后較治療前降低，且治療前后病灶同側(cè)內(nèi)囊后肢FA值均較病灶對側(cè)降低，但大腦腳層面FA值雙側(cè)大腦之間無明顯相關(guān)性[20]。

本研究結(jié)果顯示，康復(fù)治療后，F(xiàn)MA評分較治療前改善。在CST不同層面上，病灶側(cè)FA值均較對側(cè)相應(yīng)腦組織FA值降低，這與以往研究結(jié)論一致?？祻?fù)治療后放射冠層面CST的DTI參數(shù)變化有統(tǒng)計學(xué)意義，提示放射冠層面CST結(jié)構(gòu)完整性改善，CST損傷有所修復(fù)。內(nèi)囊和大腦腳層面治療前后均無顯著性差異，其中大腦腳層面DTI參數(shù)的變化趨勢與放射冠層面相反，提示可能與腦卒中隨病程時間推移，病灶遠端錐體束不同程度華勒氏變性有關(guān)[21-22]。進一步研究顯示，放射冠層面CST的FA、rFA、FAasy差值與FMA評分差值之間無明顯相關(guān)性?？紤]CST微結(jié)構(gòu)的修復(fù)改變與運動功能改善之間并非完全同步，如果延長康復(fù)治療時間，或延長治療前后兩次DTI檢查的間隔時間，可能得出正相關(guān)的結(jié)論。

以往DTI研究多以CST作為整體進行。近年來有國外文獻對正常兒童和成人的CST分為上、下肢進行闡述[23-24]。Radmanesh等以手、足、唇的大腦皮層功能激活區(qū)作為種子進行CST纖維追蹤成像，更準(zhǔn)確了解CST結(jié)構(gòu)與功能變化[25]。由于腦卒中后上肢功能的預(yù)后相對較差，筆者認為通過DTI分別對上下肢CST損傷修復(fù)機制研究更具有臨床前景。

本研究仍存在一定的局限性。樣本量相對較少，增加樣本量可能得出更為可靠的結(jié)論。ROI的繪制在本研究中十分重要，需要一定的先驗影像解剖知識。雖然本研究ROI采用手工繪制，但均由經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)生協(xié)助完成其定位標(biāo)注，且對每個ROI的FA值重復(fù)測量，取平均值以減少誤差。

總之，應(yīng)用DTI可直觀顯示CST缺損與病灶之間的關(guān)系，預(yù)示腦卒中后偏癱肢體的運動功能，評價腦卒中后CST的完整性和損傷程度；放射冠層面CST的DTI參數(shù)對康復(fù)療效的評價可能具有指導(dǎo)意義；同時，DTI的應(yīng)用為腦卒中后CST的修復(fù)和大腦可塑性研究提供了一定理論依據(jù)。

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Corticospinal Tract Repairment Associated with Rehabilitation in Stroke Patients:A Diffusion Tensor Imaging Study

LING Qing1a,LIN Li-ping1b,HU Shi-hong1a,HE Qiang1a,XU Jia1a
1.a.Department of Rehabilitation Medicine;b.Department of Radiology,The Fifth People's Hospital of Shanghai, Fudan University,Shanghai 200240,China

Objective To explore the relationship between corticospinal tract(CST)repairment and motor function recovery after rehabilitation in stroke patients by diffusion tensor imaging(DTI).Methods 15 stroke patients with internal capsule lesions and injured CST,4-8 weeks after onset were included.They were scanned with DTI and assessed with the simple Fugl-Meyer Assessment(FMA)before and after 3-month rehabilitation.The fractional anisotropy(FA),FA ratio(rFA)and FA asymmetry(FAasy)in cerebral peduncle,posterior limb of internal capsule(PLIC)and corona radiate were obtained.The correlation of differences of FA,rFA and FAasy of CST with FMA was analyzed.Results The scores of FMAincreased after treatment(P＜0.01).The FAof the ipsilesional CST were significantly less than that of contralesional ones before and after rehabilitation.There was statistical differences in FA,rFA and FAasy in the corona radiate section of CST after treatment(P＜0.05),but was not in the cerebral peduncle and PLIC section.However,there was no significant correlation of FA,rFA and FAasy of corona radiate section to scores of FMA.Conclusion DTI can respond to the repairment of corticospinal tract after stroke,especially in the corona radiate section.

stroke;motor function;diffusion tensor imaging;corticospinal tract;rehabilitation

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.05.004

R743.3

A

1006-9771(2015)05-0509-05

2015-02-27

2015-03-12)

上海市閔行區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會科研課題(No.2013MW07)。

1.復(fù)旦大學(xué)附屬上海市第五人民醫(yī)院，a.康復(fù)醫(yī)學(xué)科；b.放射科，上海市200240。作者簡介：凌晴(1981-)，女，漢族，安徽蕭縣人，主治醫(yī)師，主要研究方向：神經(jīng)康復(fù)。通訊作者：胡世紅，男，碩士，副主任醫(yī)師。E-mail:hushihong@hotmail.com。