多語言任務功能磁共振指導國人語言區(qū)動靜脈畸形切除手術

鄧曉峰，蔡呼蘇樂，王培炯，王波，張東，王碩，曹勇，趙繼宗，張巖

語言是人類相對特有且重要的功能。重要的語言區(qū)除傳統(tǒng)Broca區(qū)與Wernicke區(qū)外，對于國人，還有優(yōu)勢半球額中回[1-5]。因此，對于國人語言區(qū)病變，如需行開顱手術治療，需在術前較全面定位各個語言區(qū)，用于指導手術入路，以期降低術后語言功能障礙發(fā)生率。本課題組前期設計了一套針對漢語語言區(qū)的多語言任務用于功能磁共振（functional MRI，fMRI），包括同義字判斷、單字朗讀與聽力理解任務，并將其應用于正常人群及語言區(qū)病變患者，結(jié)果顯示該組任務能夠較準確且相對全面地定位國人語言區(qū)[6]。

動靜脈畸形（arteriovenous malformations，AVM）是一種先天性腦血管疾病[7]，研究顯示累及優(yōu)勢半球語言區(qū)或位于語言區(qū)附近的AVM患者，其語言中樞可能發(fā)生功能重塑，尤其是右側(cè)半球?qū)X區(qū)的重塑[8-9]。目前對這種語言區(qū)右側(cè)半球重塑的臨床意義尚不清楚。本研究旨在將前期設計的多語言任務fMRI應用于語言區(qū)AVM患者，術前較全面激活主要語言區(qū)，術中使用神經(jīng)導航系統(tǒng)指導手術入路及病變切除，術后評估語言功能變化，并探討病變與激活區(qū)的關系對術后語言功能的影響。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象 2017年12月-2019年12月，連續(xù)性前瞻性納入首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科收治的語言區(qū)AVM患者。

納入標準：①愛丁堡利手量表評定為右利手；②母語為漢語；③年齡≥16歲；④能夠配合fMRI檢查；⑤AVM病變位于左側(cè)大腦半球，并累及或靠近解剖定位上的語言區(qū)；⑥近1月內(nèi)AVM無破裂出血史。

排除標準：①體內(nèi)有金屬植入物；②左利手或利手不明確；③文盲或不能良好配合fMRI檢查的患者；④AVM出血在1個月以內(nèi)；⑤既往行手術治療過AVM；⑥合并其他顱內(nèi)疾病。

語言區(qū)的定義：Broca區(qū)：傳統(tǒng)Broca區(qū)[左側(cè)額下回后部，為Brodmann分區(qū)（Brodmann area，BA）的44、45區(qū)]及中央前回腹側(cè)部（BA 4區(qū)）；中國人漢語特有的語言中樞：左側(cè)額中回（BA 9區(qū)）[10-11]；Wernicke區(qū)：左側(cè)顳上回后部（BA 22區(qū)）、緣上回（BA 40區(qū)）、角回（BA 39區(qū)）。

1.2 臨床指標收集及語言功能評估 收集患者的年齡、性別等人口學信息；收集癥狀、AVM病變位置、AVM的Spetzler-Martin分級（S-M分級）等臨床指標。術前使用西方失語癥語言量表（western aphasia battery，WAB）評估患者語言功能[12]。術后一周復查WAB明確有無語言功能障礙及程度，并與術前評分進行對比。

1.3 fMRI任務設計 使用3種語言任務，分別為同義字判斷任務（對照：字符大小判斷）、單字朗讀任務（對照：舌水平運動）以及聽力理解任務（對照：同一聲音片段的倒序播放）[13]。任務采用組塊設計，方式為“任務（24 s）-對照（24 s）-任務（24 s）-對照（24 s）……”，共6個周期（288 s）。所有漢字均來自《現(xiàn)代漢語頻率詞典》中，頻率大于百萬分之二十五。

1.4 磁共振數(shù)據(jù)采集 于中國科學院生物物理研究所（北京市磁共振腦成像中心）行MRI檢查，采用西門子3T TrioTim磁共振掃描儀及標準12通道接收頭線圈。先行定位像掃描，再行T2結(jié)構像掃描；然后在同樣位置上掃描T2功能像[T2加權梯度回波，重復時間（repetition time，TR）2000 ms，回波時間（echo time，TE）29 ms，翻轉(zhuǎn)角（flip angle，F(xiàn)A）90°，視野（field of view，F(xiàn)OV）220 mm×220 mm，矩陣64×64，體素大小3.4 mm×3.4 mm×4.0 mm]；最后行T1加權3D結(jié)構像掃描（TR 3560 ms，TE 5 ms，F(xiàn)A 7°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣2 5 6×2 5 6，層厚1.0 m m，體素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

1.5.1 偏側(cè)化系數(shù) 在MATLAB2014b平臺下使用SPM 12軟件對數(shù)據(jù)行標準化預處理，然后使用XJview軟件對數(shù)據(jù)進行分析，確定不同任務所激活的語言區(qū)位置并定量提取激活區(qū)體素。相關系數(shù)≥0.3（P＜0.001）并且連續(xù)像素數(shù)目（體素閾值）≥10的激活簇認為是有意義激活區(qū)（未校正）[8-9，13]。

感興趣區(qū)（region of interest，ROI）定義：根據(jù)本課題前期研究，同義詞判斷任務、單字朗讀任務的ROI定義為額中回及額下回，聽力理解任務的ROI為顳上回、顳中回。分別提取不同任務左右半球各自ROI內(nèi)的激活體素，并分別計算其偏側(cè)化指數(shù)（laterality index，LI）。LI=（左半球激活區(qū)體素數(shù)-右半球激活區(qū)體素數(shù)）/（左半球激活區(qū)體素數(shù)+右半球激活區(qū)體素數(shù)）。LI＞0.20判定為左側(cè)半球優(yōu)勢，＜-0.20判定為右側(cè)半球優(yōu)勢；如在-0.20與0.20之間，則表示沒有明顯的偏側(cè)性[14]。分別計算3種語言任務下各自的LI，并在不同任務之間兩兩比較其偏側(cè)化的差異。

1.5.2 病變距語言區(qū)距離 使用Brainlab導航系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)，測量病變距不同語言激活區(qū)的距離（lesion-to-eloquence distance，LED），取其最小值為參考值。根據(jù)術前fMRI結(jié)果設計手術入路，并在術中使用Brainlab導航系統(tǒng)行神經(jīng)導航，避免語言功能損傷。

1.6 統(tǒng)計學方法 所有數(shù)據(jù)均使用SPS S（Windows version 18.0，IBM）進行統(tǒng)計分析。計量資料符合正態(tài)分布，則用表示，不符合正態(tài)分布，則用中位數(shù)（四分位數(shù)間距）表示，計數(shù)資料用率表示。術前和術后的WAB評分比較采用配對樣本t檢驗；3項語言任務的偏側(cè)優(yōu)勢率比較采用卡方檢驗。P＜0.05認為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 共納入31例患者，其中男性18例，女性13例，年齡16～51歲，平均30.6±10.3歲。主要臨床表現(xiàn)包括癲癇14例（45.2%），頭痛9例（29.0%），肢體運動障礙3例（9.6%），語言功能障礙2例（6.5%），但語言障礙這2例患者手術前均已好轉(zhuǎn)，無癥狀6例（19.4%）。其中，4例（12.9%）患者有腦出血史，出血與fMRI掃描時間間隔1個月以上。

AVM病變位于額葉12例（38.7%），顳葉11例（35.5%），頂葉5例（16.1%），枕葉3例（9.7%）。S-M分級Ⅰ級患者2例（6.5%），Ⅱ級患者14例（45.2%），Ⅲ級患者12例（38.7%），Ⅳ級患者3例（9.6%）。最小LED：0～14.3 mm，平均5.5±3.4 mm。

2.2 語言功能 根據(jù)WAB結(jié)果，術前所有患者語言功能均正常；有2例患者術后出現(xiàn)語言功能障礙，一例表現(xiàn)為命名性失語，另一例表現(xiàn)為運動性失語。術后4項WAB分項評分（流暢性、聽理解、復述、命名）及總分較術前均輕度下降，但均無統(tǒng)計學差異（表1）。

2.3 功能磁共振成像結(jié)果 所有患者均獲得有效激活。同義字判斷任務主要激活額中回（24/31，77.4%），其次是額下回、輔助運動區(qū)；單字朗讀任務主要激活額下回（23/31，74.2%），其次是額中回（17/31，54.8%）、輔助運動區(qū)及中央前回；聽力理解任務主要激活顳上回（30/31，96.8%），其次還有額中回、中央前回、頂下小葉以及輔助運動區(qū)（圖1～圖2，表2）。

3 項語言任務中，同義字判斷任務有1例（3.2%）患者出現(xiàn)右側(cè)半球優(yōu)勢，2例（6.5%）患者優(yōu)勢半球不顯著；單字朗讀任務有7例（22.6%）出現(xiàn)右側(cè)半球優(yōu)勢，10例（32.3%）優(yōu)勢半球不顯著；聽力理解任務有6例（19.4%）出現(xiàn)右側(cè)半球優(yōu)勢，2例（6.5%）優(yōu)勢半球不顯著。單字朗讀任務非左側(cè)優(yōu)勢半球的比例（17/31，54.8%）顯著高于同義字判斷任務（3/31，9.68%，P＜0.001）及聽力理解任務（8/31，25.8%，P=0.020）；聽力理解任務的非左側(cè)優(yōu)勢半球的比例高于同義字判斷任務，但差異無統(tǒng)計學意義（P=0.096）（表3）。

2.4 術后語言功能障礙患者特點 2例患者術后出現(xiàn)新發(fā)語言障礙，其LED分別為0 mm和2.3 mm，且均為左側(cè)半球優(yōu)勢；無語言障礙的29例患者平均LED為6.15±2.98 mm，僅有7例（24.1%）為左側(cè)半球優(yōu)勢。

3 討論

腦AVM是一種先天性血管性疾病，其主要臨床表現(xiàn)是AVM破裂導致顱內(nèi)出血、癲癇、頭痛等。臨床研究發(fā)現(xiàn)，未破裂出血的語言區(qū)AVM患者很少出現(xiàn)語言障礙，這與膠質(zhì)瘤顯著不同[8]。本課題組前期研究顯示，此現(xiàn)象可能與AVM作為一種先天性病變、更容易出現(xiàn)語言功能重塑有關[8-9]。此外，課題組之前的研究還發(fā)現(xiàn)語言區(qū)重塑具有一定的解剖特異性，如病變累及Broca區(qū)，更容易引起右側(cè)半球額下回的激活；如病變累及Wernicke區(qū)，更容易引起右側(cè)半球顳上回的激活[15]。

不同語言任務所激活的腦區(qū)可能存在差異，導致基于不同語言任務的fMRI所判定的語言區(qū)優(yōu)勢半球可能不同[14，16]。因此需要一組較全面激活各個語言區(qū)的語言任務，綜合判斷語言區(qū)及各自的優(yōu)勢半球。同時，漢字是一種象形表義文字，大腦處理語言的方式與英語也存在一定差異[2，11，17-18]。研究顯示，國人漢語語言區(qū)除了傳統(tǒng)的Broca區(qū)和Wernicke區(qū)外，優(yōu)勢半球額中回也是重要的語言中樞，推測其在“字形-字義”和“字形-讀音”的轉(zhuǎn)化中可能起到重要作用[3，11，19-21]。

表1 術前、術后語言功能對比

圖1 功能磁共振成像顯示動靜脈畸形患者不同語言任務激活不同腦區(qū)例1

圖2 功能磁共振成像顯示動靜脈畸形患者不同語言任務激活不同腦區(qū)例2

表2 不同語言任務的主要激活部位及相應例數(shù)

因此，本課題旨在使用前期設計的多語言任務fMRI用于腦AVM患者，一是較全面激活國人主要漢語語言區(qū)，在病變切除過程中盡可能保護患者的語言功能；二是綜合判斷語言區(qū)優(yōu)勢半球，并進一步研究語言區(qū)優(yōu)勢半球的差異對預后的影響。

在語言區(qū)激活方面，3種語言任務各有對應的主要語言區(qū)。同義字判斷任務主要激活額中回，其次是額下回，提示左側(cè)半球額中回（BA 9區(qū)）在字義判斷中可能起到重要作用[3]；單字朗讀任務主要激活額下回，其次是額中回，提示傳統(tǒng)Broca區(qū)在語言輸出中起到重要作用，且額中回的激活提示BA 9區(qū)可能參與字形-字音轉(zhuǎn)換[22-24]；聽力理解任務主要激活顳上回，與既往研究一致[11]。

表3 不同語言任務對應的優(yōu)勢半球情況

在優(yōu)勢半球判定方面，3種語言任務的結(jié)果存在較大差異。其中，同義字判斷任務僅有1例出現(xiàn)右側(cè)半球優(yōu)勢，單字朗讀與聽力理解任務各有7例、6例出現(xiàn)右側(cè)半球優(yōu)勢。推測該差異可能與病變部位有關，如前期研究顯示，語言區(qū)重塑具有一定的解剖學特點[15]。同一患者的同一病變在不同的語言任務中可能導致不同的重塑模式。

在語言功能保護方面，本組患者術后總體WAB較術前無顯著下降，僅2例患者術后出現(xiàn)新發(fā)語言功能障礙，提示使用該組語言任務定位語言區(qū)可有效保護患者的語言功能。

既往有很多研究分析術后語言功能障礙的危險因素，研究結(jié)果不盡相同。但基本一致的結(jié)論是病變距功能區(qū)越近，術后越容易出現(xiàn)語言功能障礙[25-28]。本研究在此方面的結(jié)果與既往文獻一致。不同之處在于本課題使用3種語言任務綜合分析語言區(qū)優(yōu)勢半球?qū)︻A后的影響。在本研究中，語言障礙組左側(cè)半球優(yōu)勢的比例為100%，而無語言障礙組左側(cè)半球優(yōu)勢的比例為24.1%，已經(jīng)表現(xiàn)出較明顯的趨勢，但因為語言障礙患者的樣本量太小未行統(tǒng)計學檢驗，但根據(jù)結(jié)果推測使用該組3項語言任務所判斷的語言區(qū)右側(cè)半球優(yōu)勢可能是語言區(qū)AVM患者行手術治療的保護因素。

本研究的主要不足之處在于納入患者例數(shù)較少，不足以做較詳細的統(tǒng)計學分析；同時沒有分析纖維束成像與術后語言功能的關系，因此有待進一步研究。

綜上所述，使用同義字判斷、單字朗讀、聽力理解任務所組成的多語言任務行fMRI檢查可較全面激活漢語主要語言區(qū)，有效保護語言區(qū)AVM患者的語言功能。不同任務的激活區(qū)及優(yōu)勢半球情況并不相同。推測病變距語言區(qū)距離＞3 mm及出現(xiàn)語言區(qū)右側(cè)半球優(yōu)勢可能增加手術的安全性。

【點睛】術前使用同義字判斷、單字朗讀、聽力理解任務所組成的多語言任務fMRI檢查可較全面激活漢語主要語言區(qū)，有效保護語言區(qū)動靜脈畸形患者的語言功能。