運(yùn)動想象治療腦卒中患者手部運(yùn)動功能的功能磁共振研究

張亞菲，劉旸，張通

運(yùn)動想象治療作為一種新技術(shù)對于腦卒中后偏癱患者手功能改善情況已在之前的研究中被證實(shí)[1]，但其腦功能代償與重塑機(jī)制研究較少[2]，本文運(yùn)用腦血氧水平依賴性功能核磁共振(Blood Oxygenation Level Dependent- functional MRI, BOLD-fMRI)來定量分析運(yùn)動想象對腦功能重塑的影響，探討運(yùn)動想象與運(yùn)動功能改善的關(guān)系及其作用機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料 本研究對象為2012年5月～2014年2月于北京博愛醫(yī)院的住院患者18例，其中2例患者因不具備運(yùn)動想象能力、2例患者因核磁結(jié)果無效被排除，最終共14例患者納入功能核磁結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析。入選標(biāo)準(zhǔn)：①符合1995年全國第四屆腦血管病學(xué)術(shù)會議制定的腦卒中診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]；②首次發(fā)病，病程1～6個月，各項(xiàng)生命體征平穩(wěn)；③患手及上肢Brunnstrom分期IV期及以上(患側(cè)手拇指外展>10°)；④可保持獨(dú)自坐位；無明顯認(rèn)知障礙，簡易精神狀態(tài)量表評分≥23分，運(yùn)動和視覺想象問卷(kinesthetic and visual imagery questionnaire，KVIQ[4])評分均≥25分。18例患者經(jīng)過混亂運(yùn)動想象測評[5-6](包括左右手辨認(rèn)、簡單及復(fù)雜對指實(shí)驗(yàn)測試)，執(zhí)行運(yùn)動組(Executive Motion，EM)、對照組(Control Group，CG)各有1人排除[1]，符合標(biāo)準(zhǔn)入組的16名患者按隨機(jī)數(shù)表法分為3組，即運(yùn)動想象組(Motor Imagery，MI)6例、EM組5例、CG組5例。符合標(biāo)準(zhǔn)入組的16名患者基本資料如下。MI組：男5例，女1例；平均年齡45.5(39.5，52.5)歲；平均病程3.8(2.2，5.3)個月。EM組：男4例，女1例；平均年齡45.0(34.0，56.5)歲；平均病程4.0(2.4，5.6)個月。CG組：男3例，女2例；平均年齡55.0(42.5，67.5)歲；平均病程3.0(2.4，3.6)個月。3組一般資料比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 方法 3組均進(jìn)行常規(guī)康復(fù)治療，包括上肢及手部的運(yùn)動療法、作業(yè)療法、物理因子治療等治療，3組常規(guī)治療的內(nèi)容與時間相同，每天共2h，每周5次，為期4周。在常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練基礎(chǔ)上，MI組進(jìn)行運(yùn)動想象訓(xùn)練，包含運(yùn)動的實(shí)際操作及想象，每次30min，每周5次，為期4周。MI組患者坐于有靠背的椅子上，保持髖膝踝關(guān)節(jié)90°屈曲，頭頸及脊柱保持直立，前臂放于面前治療桌上。治療內(nèi)容包含三部分，即手部各關(guān)節(jié)活動、上肢及手部的日常生活活動動作，每次實(shí)際動作操作后想象一次，任務(wù)內(nèi)容以視頻的形式播放。以“五指內(nèi)收外展”動作為例：患者觀看視頻2次—治療師演示五指內(nèi)收外展動作2次—患者使用健手完成五指內(nèi)收外展動作2次—“想象”健手五指內(nèi)收外展2次—嘗試患手完成五指內(nèi)收外展3次—“想象”患手完成五指內(nèi)收外展3次。以上訓(xùn)練步驟重復(fù)3次。除常規(guī)康復(fù)訓(xùn)練，EM組進(jìn)行實(shí)際動作訓(xùn)練，具體訓(xùn)練步驟同MI組，但訓(xùn)練內(nèi)容僅包含運(yùn)動的實(shí)際操作，即步驟中的“想象”部分，用“閉眼休息10s”代替，“閉眼休息”時避免手部動作出現(xiàn)。每次30min，每周5次，為期4周。

1.3 評定標(biāo)準(zhǔn) ①Fugl- Meyer上肢運(yùn)動功能評定(Fugl-Meyer assessment，F(xiàn)MA)[7]：對上肢及手部運(yùn)動功能進(jìn)行評價，分為10大項(xiàng)，33小項(xiàng)，每項(xiàng)0～2分，總分66分，分值越高代表上肢功能越好。②簡易上肢機(jī)能檢查[8](Simple Test for Evaluating hand Function，STEF)：用來測試手部運(yùn)動的協(xié)調(diào)性及力量，通過手的取物過程，共10項(xiàng)活動，每項(xiàng)分?jǐn)?shù)為0～10分，共100分，分值越高代表上肢功能越好。③改良Barthel指數(shù)[7](Modified Barthel Index，MBI)：對10項(xiàng)日常生活動作進(jìn)行評分，每項(xiàng)活動評分0～5分，共100分，分?jǐn)?shù)越高代表獨(dú)立能力越高。④功能磁共振檢查：包含2個任務(wù)模式，任務(wù)1：實(shí)際動作，患手拇指對掌運(yùn)動，指尖盡量觸及掌面，根據(jù)節(jié)奏器進(jìn)行，頻率為1Hz；任務(wù)2：想象動作，患者想象患手拇指對掌動作，要求盡量清晰，動作頻率1Hz。每組任務(wù)的核磁掃描采用組塊設(shè)計(jì)，每個任務(wù)時間為6分24秒，即24s準(zhǔn)備期，30s拇指對掌動作(1Hz)，30s休息，刺激-休息為1周期，共6個周期，見圖1，2。掃描過程中，要求患者平臥于掃描床，閉目放松，平靜呼吸，雙耳戴非磁性耳機(jī)，同時用泡沫頭墊固定頭部，受試側(cè)上肢遠(yuǎn)端固定(除拇指及大魚際外)。整個掃描過程由操作者在掃描間內(nèi)記錄患者任務(wù)完成情況。圖像采集使用美國GE公司Signa1.5T核磁共振掃描儀進(jìn)行核磁掃描，采用標(biāo)準(zhǔn)正交頭顱線圈。定位結(jié)構(gòu)象：自旋回波T1加權(quán)序列橫斷(T1-weighted imaging，T1WI)掃描；BOLD-fMRI成像：采用GRE-EPI序列，標(biāo)準(zhǔn)正交頭線圈，進(jìn)行逐層掃描。圖像處理應(yīng)用SPM8軟件包(Wellcome Department of Cognitive Neurology(London，UK))，預(yù)處理包括時間校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化和平滑處理等，結(jié)果處理設(shè)定閾值為P=0.01，激活體素3mm×3mm×3mm，激活大于10mm3的激活區(qū)為感興趣區(qū)(Region of Interesting，ROI)，本研究中ROI為偏癱對側(cè)感覺運(yùn)動區(qū)(contralateral sensorimotor cortex，cSMC)，包括中央溝前、后區(qū)(Precentral Area，Postcentral Area)。使用xjView軟件將圖像轉(zhuǎn)換至MNI坐標(biāo)系(Montreal Neurological Institute)確定激活區(qū)定位，將fMRI數(shù)據(jù)作單樣本t檢驗(yàn)，進(jìn)行群體統(tǒng)計(jì)(second-level analysis)，計(jì)算cSMC激活強(qiáng)度t及單側(cè)化指數(shù)(laterality index，LI)，LI= C- I/ C+ I；C：對側(cè)SMC區(qū)激活強(qiáng)度∑tc；I：同側(cè)SMC區(qū)激活強(qiáng)度∑ti，LI∈[-1,1]，1代表對側(cè)激活的絕對優(yōu)勢，-1代表同側(cè)激活的絕對優(yōu)勢。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用統(tǒng)計(jì)軟件包SPSS 17.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。本研究樣本量較小，總體非正態(tài)分布，故統(tǒng)計(jì)推斷方法為非參數(shù)檢驗(yàn)，計(jì)量資料采用中位數(shù)(上、下四分位數(shù))表示，即M(P25，P75)。多組間比較采用 Kruskal-Wallis H檢驗(yàn)，組間兩兩比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)；組內(nèi)前后比較采用Wilcoxon檢驗(yàn)，所有檢驗(yàn)水準(zhǔn)以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 運(yùn)動功能改善情況 治療4周后，MI組及EM組FMA、STEF評分較前均有明顯提高(均P<0.05)，且MI組上述評分均更高于其它2組(均P<0.05)。治療后，3組MBI評分均有提高，但組內(nèi)及組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2 功能核磁共振結(jié)果 16例研究對象中，MI組、EM組各有1例患者進(jìn)行想象任務(wù)時出現(xiàn)可見動作，核磁結(jié)果不予采用。共14例患者(MI組5例、EM組4例、CG組5例)的fMRI結(jié)果納入分析，其中左側(cè)偏癱患者8例(MI組3例、EM組2例、CG組3例)，右側(cè)偏癱患者6例(MI組2例、EM組2例、CG組2例)。圖1、圖2 為“實(shí)際動作”、“想象動作”兩種任務(wù)模式下，所有14例患者左、右患手不同的腦內(nèi)激活情況?；际謱?shí)際動作時，治療前，14例患者激活位于雙側(cè)SMC、雙側(cè)SMA；治療后，雙側(cè)SMC、SMA強(qiáng)度較前增加，其中對側(cè)SMC增加顯著，偏側(cè)化優(yōu)勢明顯。治療前患手想象時，腦內(nèi)激活部位均與對應(yīng)的運(yùn)動執(zhí)行激活部位相似，包括雙側(cè)SMC、SMA，但激活強(qiáng)度較弱，此外還有額葉、頂葉、楔前葉等部位的激活；治療后，雙側(cè)SMC、SMA強(qiáng)度增加，且呈現(xiàn)一定程度的對側(cè)SMC偏側(cè)化趨勢。治療后，MI組、EM組實(shí)際動作的cSMC激活t值較治療前均明顯增大(P<0.05)，且MI組強(qiáng)度高于CG組(P<0.05)，MI組與EM組、EM組與CG組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療后，MI組實(shí)際動作cSMC的LI增加(P<0.05)，且高于CG組(P<0.05)，MI組與EM組、EM組與CG組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表2。治療后，MI組想象動作的cSMC激活t值較治療前增大(P<0.05)，且MI組強(qiáng)度高于CG組(P<0.05)，MI組與EM組、EM組與CG組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。治療后，MI組想象動作cSMC的LI值增大(P<0.05)，高于CG組(P<0.05)，MI組與EM組、EM組與CG組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見表3。

表1 3組訓(xùn)練前后FMA、STEF及MBI評分比較 分，M(P25, P75)

表2 3組治療前后實(shí)際動作cSMC的t、LI 值比較 M(P25, P75)

表3 3組治療前后想象動作cSMC的t、LI值比較 M(P25, P75)

圖1 實(shí)際動作的腦內(nèi)激活

圖2 想象動作的腦內(nèi)激活

3 討論

運(yùn)動想象治療相較于傳統(tǒng)的康復(fù)治療技術(shù)，均以目標(biāo)導(dǎo)向性任務(wù)為訓(xùn)練內(nèi)容，通過反復(fù)訓(xùn)練達(dá)到功能的進(jìn)步，不同的是，運(yùn)動想象治療更強(qiáng)調(diào)患者的主動性。既往文獻(xiàn)認(rèn)為運(yùn)動想象與運(yùn)動執(zhí)行共用腦內(nèi)激活網(wǎng)絡(luò)[9]，本研究證實(shí)了兩者在治療前后的腦內(nèi)激活模式相似性。

隨著腦卒中病程的進(jìn)展及患者運(yùn)動功能的改善，腦功能也進(jìn)行不斷代償和重塑[10-11]。卒中后早期，腦內(nèi)激活多位于雙側(cè)大腦的廣泛區(qū)域，常在偏癱同側(cè)腦區(qū)出現(xiàn)功能的代償[12-13]。隨著病程的進(jìn)展以及運(yùn)動功能的改善，偏癱對側(cè)功能區(qū)激活更突出[14]，呈現(xiàn)對側(cè)偏側(cè)化優(yōu)勢。本研究發(fā)現(xiàn)，14例患者在進(jìn)行患手實(shí)際運(yùn)動時，對側(cè)SMC激活強(qiáng)度較前均有增強(qiáng)，且MI組激活強(qiáng)度的增加顯著，與其運(yùn)動功能改善程度相符合。

想象時腦區(qū)的激活亦存在代償與重塑[15-16]，Andre[17]在偏癱早期較重患者腕背伸的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，偏癱患者想象完成該動作時，激活區(qū)與執(zhí)行動作時表現(xiàn)相似，位于雙側(cè)SMC區(qū)。Sharma[18]在對手部運(yùn)動功能恢復(fù)較好的患者研究發(fā)現(xiàn)，其對指運(yùn)動在腦內(nèi)激活部位與健康人一致，位于對側(cè)SMC區(qū)。運(yùn)動想象在SMC區(qū)的激活重塑，伴隨著腦卒中患者運(yùn)動功能的恢復(fù)[19-20]。孫莉敏等[15]發(fā)現(xiàn)運(yùn)動想象治療后腦內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在兩種代償模式，分別表現(xiàn)出不同程度運(yùn)動功能的改善。Wang等[21]指出運(yùn)動功能的改善與進(jìn)行運(yùn)動想象時偏癱對側(cè)SMC區(qū)的激活呈正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，想象治療后MI組對側(cè)SMC區(qū)激活顯著增強(qiáng)，并且對側(cè)SMC區(qū)的偏側(cè)化優(yōu)勢增大，而EM組、CG組對側(cè)SMC區(qū)偏側(cè)化優(yōu)勢不明顯。因而，運(yùn)動想象對于腦內(nèi)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重塑與其在運(yùn)動功能方面的改善是密不可分的。

通過組間比較發(fā)現(xiàn)，MI組比EM組的運(yùn)動功能有更顯著的提高，但2組在fMRI中分別執(zhí)行實(shí)際動作和想象動作任務(wù)時，對側(cè)SMC區(qū)t值和LI值兩組間并沒有明顯差異，這可能由于以下兩方面原因：首先，執(zhí)行實(shí)際動作任務(wù)時fMRI所觀察到的腦內(nèi)激活，是由肢體到大腦再到肢體方向的神經(jīng)傳導(dǎo)通路興奮的結(jié)果。MI組、EM組在訓(xùn)練中此通路被反復(fù)強(qiáng)化，因而2組在fMRI執(zhí)行實(shí)際動作的結(jié)果均出現(xiàn)對側(cè)SMC區(qū)的明顯激活，導(dǎo)致治療后2組在t值和LI值的差異并不明顯。另一方面，fMRI執(zhí)行想象動作任務(wù)時所表現(xiàn)出的腦內(nèi)激活，是由于運(yùn)動想象這一“沒有輸出的運(yùn)動”直接興奮了大腦皮層，MI組經(jīng)過運(yùn)動想象訓(xùn)練，反復(fù)刺激對側(cè)SMC區(qū)，導(dǎo)致由大腦到肢體方向的神經(jīng)傳導(dǎo)通路不斷激活，使運(yùn)動功能得到更明顯的改善；而EM組在執(zhí)行運(yùn)動想象任務(wù)時，由于腦功能區(qū)代償作用的發(fā)揮，使同側(cè)SMC區(qū)激活更明顯，從而導(dǎo)致EM組SMC區(qū)偏側(cè)化優(yōu)勢不明顯，但由于本研究干預(yù)時間較短，治療后MI組與EM組未能表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。MI組較EM組有更顯著的運(yùn)動功能改善，可能歸因于在運(yùn)動想象時對側(cè)SMC區(qū)更明顯的激活。

想象時腦激活的重塑，是由于運(yùn)動想象治療直接興奮了運(yùn)動計(jì)劃、執(zhí)行前處理相關(guān)腦區(qū)[22-23]，促進(jìn)潛伏通路和休眠突觸的活化[24]，促使運(yùn)動接近正常的協(xié)調(diào)的運(yùn)動模式[25-26]，使偏癱對側(cè)運(yùn)動感覺皮層功能激活，進(jìn)而更高效地促進(jìn)運(yùn)動功能的改善。但由于樣本量的較小，本研究未進(jìn)行運(yùn)動功能與腦內(nèi)激活的相關(guān)性分析，今后需擴(kuò)大樣本量。