彌散張量成像技術(shù)在針刺研究中的應(yīng)用進(jìn)展

薛宇晗 安軍明 趙 晶 紀(jì)昌春

(1 西安市中醫(yī)醫(yī)院,西安,710021; 2 陜西省中醫(yī)醫(yī)院,西安,710003)

近年來,腦功能成像技術(shù)取得飛速發(fā)展,被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)學(xué)科領(lǐng)域的臨床研究。腦功能成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從腦血流動力學(xué)、腦循環(huán)與代謝、神經(jīng)生化遞質(zhì)含量、葡萄糖代謝、水分子運(yùn)動等多層次、多維度對大腦功能狀態(tài)進(jìn)行研究[1-2]。其中彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)是在常規(guī)磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)和彌散加權(quán)成像(Dffusion Weighted Imaging,DWI)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新MRI技術(shù),可在無創(chuàng)狀態(tài)下,利用大腦內(nèi)水分子在腦白質(zhì)內(nèi)彌散的各向異性,定量顯示腦白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)及白質(zhì)束形態(tài)的變化,同時因具有高特異性、可定量易量化、動態(tài)可視、功能分辨率強(qiáng)的特性,被廣泛應(yīng)用在針刺研究[3]。因此,現(xiàn)通過對近年來DTI技術(shù)在針刺研究中的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索,從DTI技術(shù)的原理及特點(diǎn)、針刺穴位效應(yīng)特異性、針刺在臨床及實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用等方面進(jìn)行闡述,以期為針刺研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 DTI技術(shù)的原理及特點(diǎn)

DTI是在常規(guī)功能磁共振基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新技術(shù),利用數(shù)學(xué)的方法表示大腦內(nèi)水分子彌散的各向異性,能夠定量分析腦組織內(nèi)水分子的彌散運(yùn)動,量化腦白質(zhì)神經(jīng)纖維和功能束的特性,并能利用腦組織內(nèi)水分子彌散的各向異性,實(shí)現(xiàn)定量顯示腦白質(zhì)纖維束的成像方法[4]。同時也是目前唯一能在無創(chuàng)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對腦白質(zhì)活體結(jié)構(gòu)及白質(zhì)束形態(tài)檢測的技術(shù)。彌散是物質(zhì)最基本的運(yùn)動方式之一,在無外界環(huán)境干擾的影響下,在完全均質(zhì)的水中,每個水分子可以做隨意的布朗運(yùn)動,其向各方向運(yùn)動的距離相等,稱這種彌散方式為各向同性;而另一種彌散存在方向依賴性,且各個分子向各方向運(yùn)動的距離不相等,則稱為各向異性[5-6]。腦內(nèi)水分子彌散在腦脊液與腦灰質(zhì)中水分子的彌散運(yùn)動基本為各向同性,而白質(zhì)中為各向異性。因此,水分子的彌散模式可以直觀反映生理及病理狀態(tài)下腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀變化[7]。目前主要用平均彌散率(Mean Diffusion Ratio,MDR)、各向異性分?jǐn)?shù)(Fraction Anisotropy,FA)、表觀彌散系數(shù)(Apparent Diffusion Coeffecient,ADV)等參數(shù)描述腦白質(zhì)纖維束完整性,其中,最常用的參數(shù)為FA值,能反映腦組織的各向異性程度,FA值在0～1之間,FA值越大,腦白質(zhì)中神經(jīng)纖維的完整性越高[8-9]。此外,在臨床中,還利用基于感興趣區(qū)域(Region of Interest,ROI)的分析方法,基于體素的分析方法、基于纖維束的分析方法、基于網(wǎng)絡(luò)的分析方法等[10],進(jìn)行腦白質(zhì)解剖的研究,腦白質(zhì)相關(guān)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診治、同時利用DTI和功能MRI(Functional MRI,fRMI)技術(shù)結(jié)合優(yōu)勢,探討疾病發(fā)病機(jī)制以及研究腦結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。

近年來,DTI技術(shù)在針刺臨床研究中取得了較大進(jìn)展。首先,在常規(guī)fRMI基礎(chǔ)上拓展了針刺效應(yīng)研究的范圍,主要涉及針刺在臨床研究中的客觀療效評價和針刺效應(yīng)中樞機(jī)制兩方面的研究。

2 DTI技術(shù)在針刺穴位效應(yīng)特異性研究中的應(yīng)用

穴位既是針刺作用的靶點(diǎn),又是針刺效應(yīng)的關(guān)鍵部位,不同穴位在不同疾病狀態(tài)下發(fā)揮不同的作用效應(yīng),即腧穴效應(yīng)的特異性。張華等[11]選取陽陵泉穴為針刺點(diǎn),觀察針刺陽陵泉穴后腦卒中患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化,結(jié)果顯示與假穴組相比,針刺陽陵泉后腦卒中患者中央前后回、雙側(cè)頂下回等腦區(qū)的腦白質(zhì)各向異性明顯增強(qiáng),表明針刺陽陵泉穴能促使腦卒中患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而調(diào)節(jié)優(yōu)勢半球多個腦網(wǎng)絡(luò)的可塑性,實(shí)現(xiàn)功能的恢復(fù),進(jìn)而從針刺過程中腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的變化驗(yàn)證陽陵泉穴的特異性。HAN等[12]觀察針刺陽陵泉穴前后腦卒中后運(yùn)動障礙患者磁共振彌散成像的變化,結(jié)果顯示針刺后患者右上縱束、皮質(zhì)脊髓束和胼胝體的各向異性值顯著增加,運(yùn)動前皮質(zhì)/鄰近的輔助運(yùn)動區(qū)與終止于邊緣上回之間相應(yīng)的功能連接增強(qiáng),進(jìn)一步也表明針刺可增加受損白質(zhì)束的修復(fù),闡釋了針刺干預(yù)腦卒中的中樞神經(jīng)機(jī)制。

3 DTI在針刺臨床研究中的應(yīng)用

3.1 腦血管疾病 李靜等[13]采用DTI技術(shù)探討針刺對腦卒中患者皮質(zhì)脊髓束重塑的影響,結(jié)果顯示針刺后卒中患者患側(cè)皮質(zhì)脊髓束全段平均各向異性分?jǐn)?shù)(Fraction Anisotropy,FA)值明顯增高,其中在皮質(zhì)脊髓束局部節(jié)點(diǎn)(纖維束中段、頂段)的FA值增高更為顯著。另有研究對比針刺組與非針刺組對偏癱患者皮質(zhì)脊髓束全段及各個節(jié)點(diǎn)FA值的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)2組患者全段FA值均顯著增高,但在內(nèi)囊后肢及初級運(yùn)動皮層區(qū)域每100個節(jié)點(diǎn)上的FA值差異更顯著,表明針刺能增加運(yùn)動通路節(jié)段的FA值,對偏癱患者恢復(fù)有效[14]。DTI是腦白質(zhì)神經(jīng)纖維結(jié)構(gòu)重塑變化的常用檢測指標(biāo),能夠更加直觀地從腦結(jié)構(gòu)角度探討針刺過程中腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束的變化。針刺后腦卒中患者內(nèi)囊后肢及運(yùn)動皮層區(qū)FA值升高,說明針刺能有效促進(jìn)腦卒中患者運(yùn)動相關(guān)腦區(qū)皮質(zhì)脊髓束結(jié)構(gòu)的重塑,從活體腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀變化證實(shí)了針刺改善腦卒中的中樞效應(yīng)機(jī)制。此外,ZHAO等[15]采用頭針加低頻重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(Repeated Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)治療腦卒中后偏癱,治療后DTI結(jié)果顯示,患者腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束(如小鉗、左額枕下束、左下縱束、左上縱束和左鉤束)的各向異性值增加,平均彌散值減少,從而說明針刺加低頻rTMS能夠促進(jìn)腦白質(zhì)纖維束的修復(fù),改善偏癱患者功能。

3.2 認(rèn)知功能障礙 張晴晴[16]觀察通督調(diào)神針刺對血管性認(rèn)知障礙的療效,與尼莫地平比較,治療后DTI結(jié)果顯示,通督調(diào)神針刺組患者左右兩側(cè)額葉、胼胝體膝部、胼胝體壓部FA值顯著增高,表觀彌散系數(shù)(Apparent Diffusion Coeffecient,ADC)值降低。HUANG等[17]研究表明血管性認(rèn)知障礙患者中下額葉枕束FA值降低,而治療前ADC值均較高,治療后降低,通督調(diào)神針刺組降低幅度更為顯著。不同腦區(qū)針刺后FA值結(jié)果不一致,其可能與病程有關(guān),早期ADC值高,說明腦白質(zhì)纖維束細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生病變。此外,王豐[18]基于結(jié)構(gòu)與功能fRMI探討針刺改善輕度認(rèn)知障礙的中樞機(jī)制研究,結(jié)果顯示與康健人比較,針刺前認(rèn)知障礙者右側(cè)矩狀及周圍皮層、雙側(cè)額中回、右側(cè)頂上回腦區(qū)FA值減小,左側(cè)舌回區(qū)FA值增大;針刺后認(rèn)知障礙患者右側(cè)小腦腳、左側(cè)楔前葉、左側(cè)額中回、右側(cè)頂上回、右側(cè)矩狀裂及周圍皮層區(qū)FA值增大;右側(cè)枕中回FA值減小,其中左側(cè)額中回、右側(cè)頂上回FA值針刺前降低,針刺后增大。認(rèn)知功能障礙患者存在不同程度的腦白質(zhì)變性,針刺后上述相關(guān)腦功能區(qū)FA值增大,表明針刺可重塑認(rèn)知障礙患者相關(guān)腦區(qū)的微結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)連接,從而改善認(rèn)知功能。進(jìn)一步證實(shí)針刺對腦功能的重塑與整合,從腦功能微結(jié)構(gòu)的變化揭示針刺改善認(rèn)知障礙的中樞效應(yīng)機(jī)制。

3.3 頸髓損傷 楊叢慧[19]在常規(guī)治療基礎(chǔ)上選取督脈、夾脊、曲池、外關(guān)、合谷穴,連接電針治療頸髓損傷患者上肢功能障礙,并采用DTI技術(shù)觀察治療神經(jīng)纖維束的變化,與健康人比較,基礎(chǔ)觀察組和基礎(chǔ)加電針組治療前FA值降低,損傷區(qū)明顯低于損傷區(qū)遠(yuǎn)端,ADC值升高,損傷區(qū)域及損傷區(qū)遠(yuǎn)端無顯著差異,而治療3個月后,2組FA值、ADC值無顯著變化,但DTI顯示電針組頸髓損傷神經(jīng)纖維有修復(fù)的趨勢,可能與頸髓損傷納入病例病程及電針干預(yù)的時機(jī)有關(guān)。

3.4 腦部其他相關(guān)疾病 除腦血管疾病、認(rèn)知功能障礙、脊髓損傷外,DTI在針刺對腦部其他相關(guān)疾病如腦卒中后吞咽障礙、抑郁癥、偏頭痛、網(wǎng)絡(luò)成癮等治療方面均有研究,取得一定的進(jìn)展。

李紅亞[20]利用DTI技術(shù)研究電針對網(wǎng)絡(luò)成癮(Internet Addiction Disorder,IAD)患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變,結(jié)果顯示IAD患者丘腦白質(zhì)的FA值低于正常人,RD值高于正常人,右側(cè)扣帶回的RD值高于正常人,而電針對IAD患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變不明顯,可能與治療療程、病程有關(guān)。吳文寶等[21]采用DTI技術(shù)觀察“利咽通竅”針法對腦卒中后吞咽障礙的療效,結(jié)果顯示,利咽通竅針刺組患者右側(cè)額島葉纖維束明顯增多、FA值增大,其機(jī)制可能是針刺刺激腧穴調(diào)節(jié)大腦皮質(zhì)重塑,提高腦卒中區(qū)域FA值。王佩蓉等[22]采用DTI技術(shù)觀察針刺聯(lián)合文拉法辛治療抑郁癥的療效,結(jié)果顯示,針?biāo)幗M雙側(cè)額葉白質(zhì)、顳下回白質(zhì)、顳枕深部白質(zhì)FA值均高于藥物組,進(jìn)一步說明針刺通過參與修復(fù)抑郁相關(guān)腦區(qū)腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束微觀結(jié)構(gòu)發(fā)揮抗抑郁的作用。楊慧琳[23]研究針刺對抑郁癥患者特定情感環(huán)路及其相關(guān)腦區(qū)功能結(jié)構(gòu)的影響,與健康受試者比較,針刺組雙側(cè)額中回、海馬旁回、胼胝體等FA值均低于正常組,左側(cè)額中回、左側(cè)額下回眶部、胼胝體等平均彌散率(Mean Diffusivity,MD)值均高于正常組,針刺組治療前后腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束無顯著變化。陳旭輝等[24]研究電針對偏頭痛患者DTI的特點(diǎn)及作用機(jī)制,選取少陽經(jīng)特定穴作為針刺穴位,與健康受試者對照,結(jié)果發(fā)現(xiàn),偏頭痛患者的右側(cè)海馬FA值均低于正常人,且兩側(cè)海馬的FA值存在差異性,說明右側(cè)海馬功能改變與偏頭痛發(fā)病有關(guān)。

此外,除腦部相關(guān)疾病外,針刺結(jié)合DTI技術(shù)對乳腺癌患者化療相關(guān)認(rèn)知障礙[25]、功能性消化不良[26]、腰椎間盤突出癥[27]、腕管綜合征[28]、頸椎病[29]、青少年肥胖[30]等病癥進(jìn)行了研究,結(jié)果表明針刺均可調(diào)節(jié)不同腦區(qū)白質(zhì)纖維束的各向異性,參與腦白質(zhì)纖維微結(jié)構(gòu)的修復(fù)與再生,從而發(fā)揮針刺治療作用的中樞效應(yīng)機(jī)制。

以上研究均表明,DTI技術(shù)在研究中所涉及的疾病,以腦血管疾病為主,特別是腦血管病變相關(guān)腦白質(zhì)病變更為常見,其次是精神類、骨關(guān)節(jié)病和消化系統(tǒng)疾病。針刺對多種腦部疾病均有顯著療效,其機(jī)制是針刺能夠調(diào)節(jié)病變相關(guān)腦區(qū)腦白質(zhì)神經(jīng)纖維的修復(fù)。總之,DTI技術(shù)的應(yīng)用,能夠從針刺過程中腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的客觀變化,定量直觀地揭示在疾病病理狀態(tài)下針刺療效的中樞作用機(jī)制。

4 DTI在針刺實(shí)驗(yàn)研究中的應(yīng)用

張冰雪等[31]以血管性癡呆大鼠為研究對象,觀察電針“百會、神庭”對血管性癡呆大鼠腦白質(zhì)纖維的影響,治療后結(jié)果顯示,與模型組比較,電針組海馬、扣帶回、胼胝體、外囊白質(zhì)纖維FA增加,提示電針“百會、神庭”穴改善血管性癡呆大鼠記憶功能,可能與針刺參與修復(fù)胼胝體、海馬等腦白質(zhì)纖維有關(guān)。WU等[32]進(jìn)一步探討,針刺“百會、手三里”等穴對腦卒中大鼠模型的機(jī)制,治療后DTI結(jié)果表明,腦卒中大鼠缺血灶中心和邊緣的相對表觀彌散系數(shù)(Relative Apparent Diffusion Coefficient,rADC)、相對分?jǐn)?shù)各向異性(Relative Fractional Anisotropy,rFA)值首先降低,然后不同程度地增加,為針刺治療腦卒中提供客觀定量依據(jù)。林冰冰等[33]采用DTI觀察電針“曲池、足三里”對缺血性腦卒中大鼠運(yùn)動皮層-紋狀體神經(jīng)傳導(dǎo)束的影響,結(jié)果顯示與模型組比較,電針后卒中大鼠缺血側(cè)運(yùn)動皮層、紋狀體rFA增加,相對纖維束數(shù)增多,提示針刺可能通過參與缺血側(cè)運(yùn)動皮層-紋狀體神經(jīng)傳導(dǎo)束損傷的修復(fù),來改善卒中大鼠的運(yùn)動功能。此外,慢性腦低灌注引起的腦白質(zhì)病變與血管性認(rèn)知障礙有關(guān),既往研究表明針刺可改善血管性癡呆患者的認(rèn)知功能障礙。有研究發(fā)現(xiàn),針刺改善了BCCAO大鼠的認(rèn)知功能障礙,增加了腦血流量,保護(hù)了髓鞘完整性,針刺對腦白質(zhì)的這些保護(hù)作用與改善腦血流量顯著相關(guān)[34],說明針刺通過改善腦白質(zhì)灌注和完整性來保護(hù)BCCAO大鼠的認(rèn)知功能。還有研究者將DTI技術(shù)運(yùn)用在周圍神經(jīng)損失修復(fù)的擴(kuò)散可塑性研究,選取環(huán)跳、足三里穴,電針坐骨神經(jīng)切斷吻合大鼠,觀察皮質(zhì)脊髓束、脊髓丘腦束和內(nèi)囊區(qū),FA、軸向擴(kuò)散率(Axial Diffusivity,AD)及徑向擴(kuò)散率(Radial Diffusivity,RD)的變化,結(jié)果顯示,電針干預(yù)后各腦區(qū)DTI各項(xiàng)參數(shù)均顯著的差異性變化,說明電針能夠加速感覺和運(yùn)動神經(jīng)通路修復(fù)周圍神經(jīng)[35]。

由上可見,針刺實(shí)驗(yàn)研究選穴與臨床應(yīng)用具有一致性,涉及疾病也大致相同,忽略針刺實(shí)驗(yàn)研究造模及DTI技術(shù)應(yīng)用時的局限性,針刺實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果驗(yàn)證了針刺作用效應(yīng)靶點(diǎn)還是在對腦白質(zhì)纖維束微結(jié)構(gòu)的修復(fù)。

5 小結(jié)與展望

綜上所述,目前DTI技術(shù)是唯一能夠觀察腦白質(zhì)纖維變化的動態(tài)可視化腦功能成像技術(shù),能直觀展示大腦結(jié)構(gòu)在針刺過程中的客觀變化。無論是在臨床研究還是實(shí)驗(yàn)研究中,選取不同腧穴配伍針刺,均會引起不同腦功能區(qū)腦白質(zhì)神經(jīng)纖維的各向異性特異性變化,其作用機(jī)制是當(dāng)針刺作用于效應(yīng)靶點(diǎn)時參與腦白質(zhì)神經(jīng)纖維束微結(jié)構(gòu)的重塑。進(jìn)一步從腦功能微結(jié)構(gòu)的直觀變化驗(yàn)證針刺作用效應(yīng)的中樞機(jī)制。

總之,將DTI技術(shù)應(yīng)用在針刺的研究中,實(shí)現(xiàn)了在無創(chuàng)狀態(tài)下,從腦白質(zhì)內(nèi)水分子的運(yùn)動,多維度,多層次動態(tài)研究針刺對同一疾病狀態(tài)下、不同腦區(qū)腦功能結(jié)構(gòu)的影響,從腦功能微觀結(jié)構(gòu)的變化為針刺效應(yīng)機(jī)制的研究提供了新思路。

此外,DTI技術(shù)在針刺研究中也存在問題亟須改進(jìn):1)針刺臨床及實(shí)驗(yàn)研究中,主要以腦血管疾病為主,針刺操作參差不齊,甚者部分研究中二者治療后DTI參數(shù)并無顯著變化,結(jié)論還需進(jìn)一步驗(yàn)證;2)在DTI技術(shù)針刺研究中,發(fā)現(xiàn)腦成像對腦內(nèi)復(fù)雜的神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)不敏感,更無法準(zhǔn)確判斷體素內(nèi)的纖維走行分布;3)在針刺效應(yīng)研究方面較為單一,對影響針刺效應(yīng)的針刺手法、刺激參數(shù)、得氣、治療時間療程等因素不足,且缺乏統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn);4)DTI操作及數(shù)據(jù)采集方面也受多方面的影響,如檢查環(huán)境及患者的精神狀態(tài)以及意識思維活動等,應(yīng)更進(jìn)一步優(yōu)化研究設(shè)計,采用多種DTI參數(shù)分析方法。只有將DTI技術(shù)科學(xué)規(guī)范應(yīng)用在針刺臨床研究中,才能全面客觀地闡述針刺作用的中樞效用機(jī)制。DTI技術(shù)能夠反映針刺過程中腦白質(zhì)機(jī)構(gòu)的變化,未來可以用于頭皮針功能定位;其次,將正電子發(fā)射體層成像(Positron Emission Tomography,PET)腦功能成像技術(shù)與DTI技術(shù)結(jié)合進(jìn)行局部、靜息態(tài)、非功能、整體性，多種成像方法多模態(tài)研究，同時結(jié)合神經(jīng)遞質(zhì)含量、內(nèi)分泌免疫分子等方面，進(jìn)行多學(xué)科、交叉性研究；最后，利用DTI技術(shù)評估針刺效應(yīng)與腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化關(guān)系時，要重視患者本身腦功能網(wǎng)絡(luò)與大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)系?；贒TI圖像、數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，可以采用人工智能提取DTI數(shù)據(jù)，以提高效率和準(zhǔn)確率，助力DTI技術(shù)針刺效用的研究。

利益沖突聲明:無。