脑卒中后上肢运动功能恢复大脑可塑性的磁共振弥散张量成像研究

凌晴，林丽萍，胡世红，何嫱，许佳

脑卒中后上肢运动功能恢复大脑可塑性的磁共振弥散张量成像研究

凌晴1a，林丽萍1b，胡世红1a，何嫱1a，许佳1a

[摘要]目的应用磁共振弥散张量成像(DTI)分析脑卒中偏瘫患者康复后上肢功能恢复的大脑可塑性变化。方法病程4～8周、病变部位为内囊基底节区且皮质脊髓束受累的脑卒中偏瘫患者25例，随机分为康复组(n=13)和对照组(n=12)，对照组予常规药物治疗，康复组在常规药物治疗的基础上增加综合康复治疗。两组分别于治疗前和治疗3个月后行DTI检查，依次从大脑脚、内囊后肢、放射冠区3个层面，测量病变同侧皮质脊髓束和病变对侧相应脑组织的部分各向异性值(FA)，计算FA比值(rFA)和FA不对称性值(FAasy)；利用弥散张量纤维束成像技术重建双侧皮质脊髓束。对偏瘫侧上肢运动功能采用简式Fugl-Meyer评定(UE-FMA)进行评定。结果治疗前两组UE-FMA评分无显著性差异，康复组治疗前后差值多于对照组(P<0.05)。康复组放射冠层面FA、rFA、FAasy治疗前后有显著性差异(P<0.05)，大脑脚和内囊层面无显著性差异(P>0.05)。对照组各层面FA、rFA、FAasy治疗前后均无显著性差异(P>0.05)。康复组治疗后病灶侧皮质脊髓束纤维较前致密，形态结构改善。结论康复治疗可促进上肢运动功能改善和大脑可塑性变化，主要表现为放射冠层面皮质脊髓束的修复。

[关键词]脑卒中；上肢；运动功能；弥散张量成像；磁共振成像；康复；大脑可塑性

[本文著录格式]凌晴，林丽萍，胡世红，等.脑卒中后上肢运动功能恢复大脑可塑性的磁共振弥散张量成像研究[J].中国康复理论与实践, 2015, 21(9): 1058-1063.

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脑卒中可导致不同程度的肢体残疾，在肢体功能恢复过程中，上肢运动功能的恢复相对缓慢，预后较差，严重影响患者的日常生活活动能力和社会参与能力。脑卒中后上肢功能恢复一直都是脑卒中康复的棘手问题。有研究报道，皮质脊髓束(corticospinal tract, CST)完全损伤的慢性脑卒中患者，即使56%下肢恢复独立行走功能，上肢仍为废用手[1]。

目前上肢功能恢复的机制尚不清楚，大脑可塑性理论是脑卒中后功能恢复的主要机制。弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技术能够定量评价脑卒中后神经纤维束的完整性和损伤程度[2-5]。前期研究表明，脑卒中患者康复治疗前后CST结构改变，且放射冠层面CST的DTI参数改变有显著差异[6]。本研究在此基础上着重探讨脑卒中患者上肢功能恢复过程中的DTI应用价值。

1　资料与方法

1.1一般资料

2014年6月～2015年5月本院收治的脑卒中患者25例，按照信封随机法分为康复组(n=13)和对照组(n= 12)。对照组予常规药物治疗，康复组在常规药物治疗的基础上增加综合康复。两组患者所有基线资料均无显著性差异(P>0.05)。见表1。

纳入标准：①初次发生脑出血或脑梗死；②病程4～8周；③单侧病灶，病灶位于内囊基底节区，累及CST而无皮层受累；③年龄30～69岁；④存在明确上肢运动功能障碍；⑤生命体征平稳；⑥无认知功能障碍；⑦无MRI禁忌证；⑧签署知情同意书。

排除标准：①重要器官衰竭；②四肢瘫痪；③既往曾患其他脑部疾病或有脑部手术史；④其他原因导致的上肢功能障碍；⑤恶性肿瘤史；⑥不能配合完成MRI检查。

表1　两组一般资料比较

所有患者都接受DTI检查。研究内容已通过复旦大学附属上海市第五人民医院伦理委员会审批。

1.2方法

两组都予常规药物治疗，康复组在常规药物治疗基础上增加综合康复3个月，每次2～3 h，每天1次，每周5 d。根据不同恢复阶段和康复评定结果，运用神经发育促进技术，采取规范化的康复治疗方案，综合物理疗法(PT)和作业疗法(OT)，包括：①良肢位摆放(抗痉挛体位)；②主、被动关节活动度训练；③体位转移训练，如床上翻身，卧-坐、坐-站转移，床-椅转移等；④平衡功能训练，如坐位、跪位、立位平衡等，从静态平衡逐渐过渡到动态平衡；⑤步态训练；⑥上肢运动和手功能训练，如滚筒、木插板、手指捏力握力训练，同时结合上肢智能运动反馈训练系统[7]强化上肢运动功能训练；⑦日常生活活动能力训练，如穿衣、洗漱、进食、如厕、步行、上下楼梯等活动；⑧神经肌肉电刺激治疗。

康复过程中注重运动控制和肌张力变化，诱发随意分离运动，促进正常姿势控制和运动模式出现；同时积极防治肩手痛等常见上肢并发症。

1.3运动功能评定

治疗前后对所有受试者采用简式Fugl-Meyer评定上肢部分(upper extremity Fugl- Meyer Assessment, UE-FMA)评估患侧上肢运动功能，评分包括10大项、33小项，每项评分为0、1或2，总分为66分。

1.4DTI检查及数据处理

两组分别于治疗前后行磁共振DTI检查。采用GE Signa 1.5 T超导型磁共振成像仪，8通道头颅线圈。常规MR检查包括轴位T1WI、T2WI、FLAIR及轴位、矢状位、冠状位T1WI。DTI参数：SE-EPI序列，TR 8000 ms，TE 97.7～98.3 ms，层厚5.0 mm，层间隔0 mm，矩阵128×130，视野24×24 cm，激励次数1，b=0 s/mm2和1000 s/mm2，15个弥散敏感梯度方向。

采用GE工作站Functool软件对DTI数据进行后处理。重建部分各向异性(fractional anisotropy, FA)图，分别在病灶侧和对侧CST传导通路上绘出感兴趣区(region of interest, ROI)[8]。ROI面积为26 mm2。利用Functool软件的对称轴，结合手动调节，确定病灶侧和对侧ROI位置，包括病灶侧大脑脚、内囊后肢、放射冠区，以及对侧对称部位相应面积区域。测量各ROI FA值，每个区域测3次，取平均值。计算FA比值(FA ratio, rFA)和FA不对称性值(FA asymmetry, FAasy)。

rFA=病灶侧FA/对侧FA，

FAasy=(对侧FA-病灶侧FA)/(对侧FA+病灶侧FA)

rFA范围0～1，rFA越低，提示CST的损伤程度越高[9]；FAasy范围0～1，FAasy越大，意味着双侧不对称性越明显，CST的损伤程度越高[10]。

以大脑脚ROI为种子，根据大脑白质纤维束解剖，利用弥散张量纤维束成像(diffusion tensor tractography, DTT)软件，重建双侧CST。

1.5统计学分析

所有数据采用SPSS 16.0统计软件进行分析。计数资料采用(xˉ±s)表示，一般资料情况比较采用t检验和χ2检验；治疗前后UE-FMA评分差值比较采用成组t检验；CST不同层面的FA、rFA和FAasy组内比较采用配对t检验。显著性水平α=0.05。

2　结果

2.1UE-FMA

两组UE-FMA评分治疗前无显著性差异(P> 0.05)，治疗后康复组UE- FMA评分提高(15.00± 7.54)，优于对照组提高(7.33±3.39)(t=2.779, P=0.018)。

2.2FA

康复组治疗前后放射冠FA和rFA增加、FAasy降低(P<0.05)，内囊和大脑脚层面DTI参数治疗前后无显著性差异(P>0.05)。对照组各层面DTI参数治疗前后均无显著性差异(P>0.05)。见表2～表3。康复组治疗前后FA图见图1。

2.3DTT

治疗前病灶侧CST部分断裂、稀疏，治疗后CST白质纤维较前致密，形态结构改善。见图2。

图1　康复组治疗前后FA图

表2　康复组治疗前后DTI参数比较

表3　对照组治疗前后DTI参数比较

图2　康复组治疗前后DTT图

3　讨论

DTI是唯一可在活体显示脑白质纤维束的无创性成像技术，能从影像学角度对神经纤维的损害程度和功能障碍程度进行定量分析。在DTI基础上延伸的DTT技术，能显示神经纤维的微结构，为大脑可塑性研究提供较为客观的可视化依据。

CST是运动功能传导的主要通路，由中央前回运动区的大锥体细胞及其轴突组成，经放射冠、内囊后肢下行，至中脑大脑脚中3/5，穿越脑桥基底部继续下行。脑卒中后CST损伤；随病程进展，节段性CST损伤可继发顺行性和逆行性变性，后者即华勒变性[11-12]。

以往研究大多局限于病灶层面CST，本研究则从放射冠区、内囊后肢、大脑脚3个层面探索脑卒中后CST的损伤及修复情况。

DTI定量参数有FA、rFA和FAasy。rFA和FAasy在国外文献报道中应用广泛，是评估脑卒中患者脑白质纤维完整性的重要指标[13-16]。以往研究已证实，DTI参数与偏瘫肢体运动功能有显著相关性。近年研究发现，DTI参数与上肢运动功能也存在明显相关性[17-18]。

本研究采用FA、rFA和FAasy对治疗前后CST的变化进行研究。结果显示，康复可促进患者上肢运动功能改善，并伴有放射冠层面CST的DTI参数改善。DTT研究显示，康复组病灶侧CST的白质纤维增加以及微结构改变。CST纤维增多在一定程度上反映大脑结构的可塑性变化，说明康复治疗能促进中枢神经系统的可塑性，改善神经功能。

Lazaridou等对15名健康志愿者和4例脑卒中患者进行DTI研究，康复运动训练4周和8周后，脑卒中患者的神经纤维束数量和平均长度均提高，且新生CST逐渐靠近运动皮层；训练后中央后回腹侧区域的皮质厚度较治疗前增加[19]。Borich等对13例慢性脑卒中患者和9名健康志愿者进行运动技能训练前后的DTI研究，发现训练后内囊后肢DTI参数与运动技能行为改变之间有相关性，揭示局部白质纤维微结构特性可以作为脑卒中康复疗效判断的重要指标[20]。

但Sterr等对22例病程超过12个月的慢性脑卒中偏瘫患者进行改良强制性运动疗法2周，治疗前后DTI研究表明，CST的完整性与Wolf运动功能评分之间有相关性，治疗后运动功能明显提高，但运动功能的改善与CST的完整性之间无明显相关性[21]。可能因受试对象病程较长所致。Wei等对12例亚急性脑卒中患者进行功能性电刺激治疗20 d，研究运动恢复过程中皮层激活与CST完整性之间的相关性，发现病灶同侧内囊后肢和大脑脚层面FA治疗后较治疗前降低[22]。本研究大脑脚层面FA较治疗前有降低趋势，内囊后肢层面FA较治疗前有增加趋势，但均无显著性差异。结论不同可能与治疗干预周期长短有关。

DTI和DTT技术也应用于康复治疗新技术的疗效评估。Song等研究13例慢性脑卒中偏瘫患者，采用脑机接口技术治疗6周，分别于治疗前、治疗中、治疗后、治疗结束1个月4个时间节点进行DTI检查和上肢动作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)评分，发现基线水平DTI参数与运动功能预后相关，内囊后肢的FA越高，上肢运动功能评分越好，提示上肢运动功能恢复与内囊后肢CST微结构有相关性，DTI检查可作为预测脑卒中运动功能恢复的临床指标[23]。Zheng等对10例慢性脑卒中进行经颅直流电刺激结合物理/作业治疗10 d，观察治疗前后运动纤维结构和UE-FMA的变化，发现病灶侧FA增加，揭示运动纤维排列和髓鞘完整性改善以及结构可塑性变化[24]。

目前通过DTI中FA图分别定位上下肢CST有一定难度。Jang等对40名健康受试者的DTI和DTT研究，从而判断放射冠区CST的躯体定位[25]；Seo等对52名健康志愿者的DTI和DTT研究，判断半卵圆区CST的躯体定位，尤其是手和足的定位[26]。或借助DTT分析软件分别对上下肢CST进行纤维追踪成像[27]。如果能够精确定位上肢CST，对上肢及手功能的研究更有意义。此外，近年来国外有研究采用纤维束数量(fiber number, FN)来评价CST损伤程度与运动功能间的相关性[28]，可为大脑可塑性研究拓展思路。

综上所述，DTI可用于评估脑卒中康复后CST的完整性和上肢功能障碍程度，放射冠层面DTI参数对疗效评价有意义。康复治疗能改善脑卒中患者上肢运动功能，促进CST的结构改善，反映出大脑结构可塑性变化，有利于脑卒中康复机制的深入研究。

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·临床研究·

作者单位：1.复旦大学附属上海市第五人民医院，a.康复医学科；b.放射科，上海市200240。作者简介：凌晴(1981-)，女，汉族，安徽萧县人，主治医师，主要研究方向：神经康复。通讯作者：胡世红，男，硕士，副主任医师。E-mail: hushihong@hotmail.com。

Brain Plasticity of Upper Extremity Motor Function Recovery after Stroke:ADiffusion 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

Abstract:Objective To explore brain plasticity of upper extremities motor function recovery after stroke with diffusion tensor imaging (DTI). Methods 25 stroke patients with internal capsule lesions and affected corticospinal tract (CST), 4-8 weeks after onset, were divided randomly into rehabilitation group (n=13) and control group (n=12). Both groups received routine medication and the rehabilitation group also received rehabilitation. All the patients were scanned with DTI and assessed with upper extremity Fugl-Myer Assessment (UE-FMA) before and 3 months after treatment. 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 bilateral corticospinal tracts were reconstructed with diffusion tensor tractography. Results The scores of UE-FMA increased in both groups after treatment (P<0.05), and increased more in the rehabilitation group than in the control group (P<0.05). There was significant difference in FA, rFA and FAasy in the corona radiate section of CST after treatment in the rehabilitation group (P<0.05), but was not in the cerebral peduncle and PLIC section. However, there was no significant differences in FA, rFA and FAasy in the control group. The ipsilesional CST fibers were more compact after treatment in the rehabilitation group. Conclusion Rehabilitation can improve the upper extremities function recovery after stroke, which may associated with the repairment of CST in the corona radiate section.

Key words:stroke; upper extremities; motor function; diffusion tensor imaging; magnetic resonance imaging; rehabilitation; brain plasticity

(收稿日期：2015-06-22修回日期：2015-07-07)

基金项目：上海市闵行区卫生和计划生育委员会科研课题(No.2013MW07)。

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2015.09.016

[中图分类号]R743.3

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2015)09-1058-06