彌散張量成像對(duì)皮質(zhì)下失語癥發(fā)病機(jī)制的研究

姚婧璠，陳紅燕，張玉梅

目的 應(yīng)用彌散張量成像(DTI)和纖維束示蹤技術(shù)(DT-FT)，探討正常人語言功能區(qū)纖維連接特點(diǎn)以及皮質(zhì)下失語癥可能的發(fā)病機(jī)制。

方法 2016年6月至2017年5月，選擇正常被試20例和經(jīng)MRI證實(shí)病變位于皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)為失語的腦卒中患者3例，根據(jù)西部失語成套測驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)動(dòng)性失語2例，傳導(dǎo)性失語1例。采用DTI及DT-FT觀察語言功能區(qū)、對(duì)側(cè)鏡像區(qū)的各向異性(FA)以及纖維束的數(shù)量、走形等。

結(jié)果 正常被試語言功能區(qū)神經(jīng)纖維走行十分復(fù)雜，與其他部位皮質(zhì)和皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛聯(lián)系，個(gè)體間差異不大。3例失語癥患者中，語言功能區(qū)或弓狀纖維束FA較對(duì)側(cè)鏡像區(qū)降低，纖維束破壞、數(shù)量減少、變形或移位。

結(jié)論 語言功能相關(guān)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，除皮質(zhì)外，多種白質(zhì)纖維束、皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)也參與其中。語言功能區(qū)纖維受損、變形或移位，可能是皮質(zhì)下失語癥的發(fā)病機(jī)制。

既往認(rèn)為，大腦優(yōu)勢(shì)半球皮質(zhì)經(jīng)典語言區(qū)病變導(dǎo)致失語癥發(fā)生。但許多臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，Wernicke區(qū)或Broca區(qū)及其周圍區(qū)域的損傷并不總會(huì)引起理解或詞匯產(chǎn)生障礙；詞匯產(chǎn)生/理解障礙有時(shí)并不伴Broca/Wernicke區(qū)損傷[1]。一些非Broca/Wernicke區(qū)，如右側(cè)額葉/顳葉、頂葉甚至基底節(jié)、丘腦等皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)及小腦，也在語言加工產(chǎn)生過程中起重要作用[2-4]。除參與運(yùn)動(dòng)功能調(diào)節(jié)外，基底節(jié)等皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)還接受感覺纖維及邊緣區(qū)纖維等的傳入，是一個(gè)高級(jí)整合機(jī)構(gòu)，在語言功能的執(zhí)行過程中起重要作用。

彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)和白質(zhì)纖維束示蹤成像(diffusion tensor fiber tractography,DT-FT)技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種非侵入性水彌散成像技術(shù)，可提供大腦結(jié)構(gòu)的容量、方向和幾何形狀等信息，顯示皮質(zhì)結(jié)構(gòu)及白質(zhì)纖維的變化。

我們借助DTI和DT-FT觀察正常人和部分皮質(zhì)下失語癥患者，分析語言功能區(qū)的特點(diǎn)和失語癥患者相應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化，以探討皮質(zhì)下失語癥的產(chǎn)生機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2016年6月至2017年5月，于北京天壇醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院患者中，篩選滿足以下標(biāo)準(zhǔn)的研究對(duì)象共3例：①經(jīng)頭MRI證實(shí)為腦梗死或腦出血，病灶局限且位于皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)；②初次發(fā)病，或多次發(fā)病但發(fā)病當(dāng)時(shí)無語言功能障礙；③西部失語成套測驗(yàn)明確診斷失語癥；④母語為漢語；⑤意識(shí)清醒，小學(xué)以上文化程度，發(fā)病前智力正常，無精神疾病史，能夠配合完成功能磁共振成像檢查。

招募同期符合如下標(biāo)準(zhǔn)的健康人20例，來自本院職工及家屬：①母語為漢語普通話(現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)漢語)；②小學(xué)以上文化程度，智力正常，能夠配合完成影像學(xué)檢查；③既往無神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病病史，如腦梗死、腦出血、腦白質(zhì)病變等；④無嚴(yán)重的心、肝、腎疾病及其他內(nèi)、外科疾?。虎轃oMRI檢查禁忌癥；⑥簽署知情同意書。

脫落標(biāo)準(zhǔn)：MRI掃描過程中頭動(dòng)＞3 mm，影響圖像效果。

采用北京大學(xué)第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科漢語失語檢查法[5]中的利手評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行利手評(píng)定。

患者入院1周內(nèi)由專業(yè)語言治療師應(yīng)用西部失語成套測驗(yàn)對(duì)患者進(jìn)行失語癥類型評(píng)估。

本研究已通過北京天壇醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審核。

1.2 方法

采用SIEMENS Trio 3.0 T超導(dǎo)磁共振掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)正交頭顱線圈進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。層數(shù)36，層厚3.5 mm，層間距0，視野230×230 mm，TR 6000 ms，TE 103 ms，矩陣154×192，相應(yīng)部位傅里葉轉(zhuǎn)換6/8，方向數(shù)12，b值取0和1500 s/mm2。全腦數(shù)據(jù)掃描層面與前后聯(lián)合的平面平行。

通過DTI掃描得到原始圖像，所有數(shù)據(jù)由DICOME格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式，通過配準(zhǔn)技術(shù)去除運(yùn)動(dòng)和形變所產(chǎn)生的偏差，計(jì)算部分各向異性(fractional anisotropy,FA)全腦圖。

使用FSL數(shù)據(jù)包，對(duì)FA圖DTI數(shù)據(jù)進(jìn)行離線后處理。通過線形配準(zhǔn)將原始擴(kuò)散加權(quán)數(shù)據(jù)對(duì)齊，盡可能減少頭動(dòng)及渦流效應(yīng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差；通過BET算法得到腦區(qū)位置，在腦區(qū)內(nèi)計(jì)算FA。感興趣區(qū)選擇左大腦半球Broca區(qū)、Wernicke區(qū)，右大腦半球相應(yīng)腦區(qū)以及雙側(cè)弓狀纖維束(arcuate fasciculus,AF)。

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件建立數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，計(jì)量資料兩組間比較用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 正常人

正常人20例中，男性16例，女性4例；年齡39～67歲，平均(52.45±8.35)歲；右利手18例，左利手2例。

2.1.1 Broca區(qū)

以44區(qū)和45區(qū)為感興趣區(qū)進(jìn)行分析。2例左側(cè)45區(qū)和44區(qū)無明顯解剖界限，不能區(qū)分明顯亞區(qū)，對(duì)其他18例Broca亞區(qū)纖維束進(jìn)行追蹤并分析。

44區(qū)左右兩側(cè)纖維束FA無顯著性差異(P＞0.05)；45區(qū)左側(cè)FA明顯高于右側(cè)(P＜0.01)。見表1。

44區(qū)左側(cè)纖維數(shù)量高于右側(cè)(P＜0.05)；45區(qū)兩側(cè)纖維束數(shù)量無顯著性差異(P＞0.05)。見表2。

表1 正常人44區(qū)和45區(qū)左右側(cè)FA比較

表2 正常人44區(qū)和45區(qū)左右側(cè)纖維束數(shù)比較

Broca區(qū)發(fā)出的纖維分布廣泛，除向內(nèi)上斜行的纖維束外，還有向內(nèi)下穿行的纖維束；右側(cè)鏡像區(qū)纖維束分布和走行與左側(cè)基本一致。見圖1。

2.1.2 Wernicke區(qū)以顳上回后部22區(qū)和39區(qū)為感興趣區(qū)進(jìn)行分析。22區(qū)和39區(qū)左側(cè)纖維束FA均明顯高于右側(cè)(P＜0.01)。見表3。

22區(qū)兩側(cè)纖維數(shù)量無顯著性差異(P＞0.05)；39區(qū)左側(cè)纖維束數(shù)顯著高于右側(cè)(P＜0.001)。見表4。

Wernicke區(qū)發(fā)出的纖維束弓狀向前，多數(shù)分布到頂葉和枕葉，少數(shù)向前下穿行外囊或過胼胝體壓部。雙側(cè)纖維束分布基本一致。見圖2。

2.1.3 AF

AF前部與Broca區(qū)相連，向后上方行至頂葉，向后下方分布至Wernicke區(qū)。

AF纖維束數(shù)左右兩側(cè)無顯著性差異(P＞0.05)；左側(cè)FA高于右側(cè)(P＜0.05)。見表5。

左側(cè)AF前端U形纖維分布與右側(cè)有所不同，特別是左利手者和右利手者結(jié)構(gòu)有差異，左利手右側(cè)前端“U”形纖維較為發(fā)達(dá)(圖2)。

2.1.4 外囊

雙側(cè)外囊纖維束數(shù)及FA均無顯著性差異(P＞0.05)。見表6。但存在個(gè)體間差異。語言功能區(qū)發(fā)出的纖維束穿行于外囊，外囊也發(fā)出纖維束到Broca區(qū)，并穿行Wernicke區(qū)(圖3)。外囊右側(cè)中部的纖維束，多數(shù)人呈弓狀向后到Wernicke區(qū)的右側(cè)鏡像區(qū)。外囊下后方的纖維束與視輻射同行，少數(shù)人向后的纖維束部分過胼胝體壓部到對(duì)側(cè)枕葉，極少數(shù)呈雙向性交叉。見圖3。

2.1.5 額顳頂枕束

該纖維束主要位于下縱束上內(nèi)側(cè)、海馬結(jié)構(gòu)稍外上方、額枕束稍內(nèi)上方，從顳葉向前上方走形至額葉，向后上方到頂下小葉，向后方至枕葉，以前后走行為主。該束位置相對(duì)恒定(圖3)。

表3 正常人22區(qū)和39區(qū)左右側(cè)FA比較

表4 正常人22區(qū)和39區(qū)左右側(cè)纖維束數(shù)比較

表5 正常人AF左右側(cè)纖維束數(shù)和FA比較

表6 正常人外囊左右側(cè)纖維束數(shù)和FA比較

圖1 正常人Broca區(qū)DT-FT分析典型結(jié)果

圖2 正常人Wernicke區(qū)和AF DT-FT分析典型結(jié)果(男性，右利手)

圖3 正常人外囊和額顳頂枕束DT-FT分析典型結(jié)果(男性，右利手)

2.2 皮質(zhì)下失語癥患者

患者1，女，71歲，以“突發(fā)言語不能6 h”入院。血壓190/105 mmHg，神清。右利手。西部失語成套測驗(yàn)評(píng)定為運(yùn)動(dòng)性失語。其中自發(fā)性言語信息量0，流暢度、語法能力和錯(cuò)語0；理解是非題51，聽詞辨認(rèn)21，相繼指令10；復(fù)述0；物體命名0；自發(fā)命名0；完成句子0；反應(yīng)性命名0。

患者Broca區(qū)和Wernicke區(qū)FA均較對(duì)側(cè)減少，并較正常人減少，左側(cè)AF前部損傷。見表7。

45區(qū)向下內(nèi)方走行的纖維減少，44區(qū)到45區(qū)的U形纖維束中斷。左側(cè)AF前部到Broca區(qū)的纖維中斷。其他與Broca區(qū)有關(guān)的結(jié)構(gòu)，如外囊、額顳頂枕束等，前部均有不同程度纖維束中斷。以Broca區(qū)和AF前部損傷為主。見圖4。

表7 患者1各區(qū)FA

患者2，男性，26歲，以“突發(fā)右肢無力伴言語不利1 d”入院。神清，右側(cè)中樞性面舌癱瘓。右利手。西部失語成套測驗(yàn)評(píng)定為運(yùn)動(dòng)性失語。其中自發(fā)性言語信息量6，流暢度、語法能力和錯(cuò)語3；理解是非題60，聽詞辨認(rèn)57，相繼指令80；復(fù)述49；物體命名31；自發(fā)命名4；完成句子2；反應(yīng)性命名3。

患者Broca區(qū)、Wernicke區(qū)FA未見明顯減少，左側(cè)AF前部FA降低。見表8。

Broca區(qū)向下穿行豆?fàn)詈说睦w維明顯減少，但近皮質(zhì)纖維束未見明顯異常改變；Broca區(qū)向內(nèi)的纖維束及Wernicke區(qū)纖維束未見明顯中斷；左側(cè)弓狀束前部U形纖維減少。左側(cè)內(nèi)囊后肢前2/3纖維部分中斷，部分向內(nèi)側(cè)輕度移位。以Broca區(qū)纖維通路結(jié)構(gòu)和AF前部的損傷為主。見圖5。

表8 患者2各區(qū)FA

患者3，男性，50歲，以“頭痛、言語不清4 d”入院。神清，找詞困難。右利手。西部失語成套測驗(yàn)評(píng)定為傳導(dǎo)性失語。其中自發(fā)性言語信息量8，流暢度、語法能力和錯(cuò)語6；理解是非題60，聽詞辨認(rèn)57，相繼指令80；復(fù)述71；物體命名54；自發(fā)命名14；完成句子8；反應(yīng)性命名10。該患者病灶位于右側(cè)放射冠，考慮為交叉性傳導(dǎo)性失語。

患者右側(cè)Broca區(qū)、Wernicke區(qū)及AF的FA均較左側(cè)減少。見表9。

纖維分布未見明顯異常改變。右側(cè)AF損傷較明顯，只有少量U形纖維保留。左側(cè)結(jié)構(gòu)未見明顯異常。語言旁路結(jié)構(gòu)也以右側(cè)損傷為主。見圖6。

表9 患者3各區(qū)FA

圖4 患者1影像學(xué)資料

圖5 患者2影像學(xué)資料

圖6 患者3影像學(xué)資料

3 討論

紋狀體內(nèi)囊、丘腦、半卵圓中心和放射冠等均屬皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)。Bonelli等[6]、Crescentini等[7]發(fā)現(xiàn)，基底節(jié)的傳出纖維中，約1/3與額前區(qū)發(fā)生直接聯(lián)系，而后者在語言的產(chǎn)生過程中起重要作用。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[8-9]，尾狀核、殼核在整合廣泛大腦皮質(zhì)信息方面發(fā)揮重要作用：它們接受運(yùn)動(dòng)前區(qū)及前額部傳入纖維，并發(fā)出纖維到蒼白球，繼而與背側(cè)丘腦腹前核及腹外側(cè)核發(fā)生聯(lián)系，最終至皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)，影響語言的流暢性。此外，丘腦在語言加工過程中也起重要作用[10-12]，其發(fā)出的纖維廣泛聯(lián)系皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和頂枕顳葉。

語言的加工過程有賴于與之相連的纖維傳導(dǎo)束[13]。該環(huán)路主要包括背側(cè)通路及腹側(cè)通路，將額葉、顳葉相關(guān)語言功能區(qū)聯(lián)系起來[14]。

背側(cè)通路主要包括AF及上縱束的一部分，兩者將額葉皮質(zhì)與顳葉皮質(zhì)聯(lián)系[15]，特別與復(fù)述及復(fù)雜語法加工有關(guān)。AF自額下回后部發(fā)出，投射至顳上回中后部，將Broca區(qū)和Wernicke區(qū)相聯(lián)系[16]；而上縱束則通過頂葉皮質(zhì)，將顳中回或顳上回與額葉運(yùn)動(dòng)前區(qū)間接聯(lián)系[17]。腹側(cè)通路主要包括鉤狀束、額枕下束和下縱束等，在語法加工、語義加工、聽理解、書寫和視覺辨認(rèn)等方面發(fā)揮重要作用[18-20]。

本研究顯示，語言功能區(qū)神經(jīng)纖維走行十分復(fù)雜，與其他部位皮質(zhì)和皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛聯(lián)系。如45區(qū)和44區(qū)的纖維由皮質(zhì)發(fā)出后，可至中央前回中下部、左側(cè)額中回后部(書寫中樞)、額葉內(nèi)側(cè)面皮質(zhì)下、半卵圓中心前部、內(nèi)囊后肢前部和蒼白球內(nèi)側(cè)、丘腦、齒狀核、小腦半球、顳葉和枕葉等部位，還借AF與Wernicke區(qū)相連，兩區(qū)之間還有U形纖維聯(lián)系；22區(qū)和39區(qū)發(fā)出的纖維束分布到聽覺中樞、額葉、頂葉、角回、中央后回、外囊、內(nèi)囊后肢后部、丘腦，甚至對(duì)側(cè)顳、枕葉等廣泛區(qū)域，這與一些研究結(jié)果一致[21-22]。

在卒中后失語患者中，DTI主要用于語言網(wǎng)絡(luò)中連接節(jié)點(diǎn)(如Broca區(qū)和Wernicke區(qū))及其之間的白質(zhì)纖維束研究。Broca區(qū)和Wernicke區(qū)是重要的語言中樞，前者對(duì)語言產(chǎn)生起關(guān)鍵作用[23]，主要包括45區(qū)和44區(qū)；后者在聽理解過程中起重要作用，包括22區(qū)和39區(qū)等[24]。Kummerer等[25]發(fā)現(xiàn)，語言障礙與皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)相關(guān)，特別是背側(cè)通路中的AF及上縱束等。

皮質(zhì)下失語癥發(fā)病機(jī)制有如下幾種假說[26]：①神經(jīng)聯(lián)系失能，即皮質(zhì)下病變切斷了皮質(zhì)與皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)之間的功能聯(lián)系，導(dǎo)致失語癥發(fā)生；②因皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)可直接參與語言加工過程，故其損害可直接導(dǎo)致失語癥產(chǎn)生；③皮質(zhì)語言區(qū)的低代謝及低灌注；④皮質(zhì)語言區(qū)斷離；⑤皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)病變致皮質(zhì)調(diào)節(jié)語言功能的釋放。

本組2例運(yùn)動(dòng)性失語癥患者中，無論其病因?yàn)楹?，或可見Broca區(qū)及左側(cè)AF前部FA降低，Broca區(qū)纖維通路結(jié)構(gòu)和AF束前部損傷，或可見Broca區(qū)纖維束明顯移位、變形，AF與Broca區(qū)分離等。AF前部損傷導(dǎo)致與Broca區(qū)聯(lián)系中斷或分離，出現(xiàn)語言功能聯(lián)系中斷，說明AF在語言加工過程中的重要作用。1例傳導(dǎo)性失語患者發(fā)病機(jī)制為AF損傷，這與一些研究結(jié)果一致[25,27]。以上結(jié)果均提示，皮質(zhì)下失語的產(chǎn)生與語言功能區(qū)及其聯(lián)系纖維的受損、變形或移位有關(guān)。

Kim等[28]發(fā)現(xiàn)，有些患者左側(cè)AF損傷后表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)性失語而非傳導(dǎo)性失語。本研究也得出相似的結(jié)論。Breier等[29]認(rèn)為，失語癥的嚴(yán)重程度可能與FA等有關(guān)，F(xiàn)A越低，失語程度越重。本研究由于樣本量較少，未進(jìn)行失語癥嚴(yán)重程度及FA間的相關(guān)性分析，有待進(jìn)一步研究。

在對(duì)正常被試腦內(nèi)主要的聯(lián)合纖維束進(jìn)行觀察時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)在額葉、顳葉、頂葉和枕葉之間，除解剖明確的聯(lián)合纖維束外，還有4個(gè)腦葉間的聯(lián)合纖維，姑且稱為額顳頂枕束。其位于下縱束上內(nèi)側(cè)、海馬結(jié)構(gòu)稍外上方、額枕束稍內(nèi)上方，是從顳葉向前上到額葉、向后上到頂下小葉、向后方到枕葉，以前后走行為主的聯(lián)合纖維束，部分人可見過胼胝體壓部到對(duì)側(cè)枕和頂葉的纖維。該束的位置較為恒定。

由于語言功能結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前有關(guān)語言網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、皮質(zhì)下失語的臨床特點(diǎn)及相關(guān)機(jī)制尚不十分清楚。DTI可為失語癥的相關(guān)研究提供功能解剖依據(jù)，有十分重要的臨床價(jià)值。但該項(xiàng)技術(shù)僅能提供腦內(nèi)白質(zhì)纖維的結(jié)構(gòu)信息，不能反映相關(guān)功能情況，故存在一定局限性?？蛇M(jìn)一步結(jié)合功能神經(jīng)影像技術(shù)，借助認(rèn)知心理學(xué)方法及針對(duì)性語言任務(wù)等，對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行進(jìn)一步探討。