凌晴，林麗萍，胡世紅，何嬙，許佳

腦卒中后上肢運動功能恢復大腦可塑性的磁共振彌散張量成像研究

凌晴1a，林麗萍1b，胡世紅1a，何嬙1a，許佳1a

[摘要]目的應用磁共振彌散張量成像(DTI)分析腦卒中偏癱患者康復后上肢功能恢復的大腦可塑性變化。方法病程4～8周、病變部位為內囊基底節(jié)區(qū)且皮質脊髓束受累的腦卒中偏癱患者25例，隨機分為康復組(n=13)和對照組(n=12)，對照組予常規(guī)藥物治療，康復組在常規(guī)藥物治療的基礎上增加綜合康復治療。兩組分別于治療前和治療3個月后行DTI檢查，依次從大腦腳、內囊后肢、放射冠區(qū)3個層面，測量病變同側皮質脊髓束和病變對側相應腦組織的部分各向異性值(FA)，計算FA比值(rFA)和FA不對稱性值(FAasy)；利用彌散張量纖維束成像技術重建雙側皮質脊髓束。對偏癱側上肢運動功能采用簡式Fugl-Meyer評定(UE-FMA)進行評定。結果治療前兩組UE-FMA評分無顯著性差異，康復組治療前后差值多于對照組(P<0.05)?？祻徒M放射冠層面FA、rFA、FAasy治療前后有顯著性差異(P<0.05)，大腦腳和內囊層面無顯著性差異(P>0.05)。對照組各層面FA、rFA、FAasy治療前后均無顯著性差異(P>0.05)?？祻徒M治療后病灶側皮質脊髓束纖維較前致密，形態(tài)結構改善。結論康復治療可促進上肢運動功能改善和大腦可塑性變化，主要表現為放射冠層面皮質脊髓束的修復。

[關鍵詞]腦卒中；上肢；運動功能；彌散張量成像；磁共振成像；康復；大腦可塑性

[本文著錄格式]凌晴，林麗萍，胡世紅，等.腦卒中后上肢運動功能恢復大腦可塑性的磁共振彌散張量成像研究[J].中國康復理論與實踐, 2015, 21(9): 1058-1063.

CITED AS: Ling Q, Lin LP, Hu SH, et al. Brain plasticity of upper extremity motor function recovery after stroke: a diffusion tensor imaging study [J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian, 2015, 21(9): 1058-1063.

腦卒中可導致不同程度的肢體殘疾，在肢體功能恢復過程中，上肢運動功能的恢復相對緩慢，預后較差，嚴重影響患者的日常生活活動能力和社會參與能力。腦卒中后上肢功能恢復一直都是腦卒中康復的棘手問題。有研究報道，皮質脊髓束(corticospinal tract, CST)完全損傷的慢性腦卒中患者，即使56%下肢恢復獨立行走功能，上肢仍為廢用手[1]。

目前上肢功能恢復的機制尚不清楚，大腦可塑性理論是腦卒中后功能恢復的主要機制。彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技術能夠定量評價腦卒中后神經纖維束的完整性和損傷程度[2-5]。前期研究表明，腦卒中患者康復治療前后CST結構改變，且放射冠層面CST的DTI參數改變有顯著差異[6]。本研究在此基礎上著重探討腦卒中患者上肢功能恢復過程中的DTI應用價值。

1　資料與方法

1.1一般資料

2014年6月～2015年5月本院收治的腦卒中患者25例，按照信封隨機法分為康復組(n=13)和對照組(n= 12)。對照組予常規(guī)藥物治療，康復組在常規(guī)藥物治療的基礎上增加綜合康復。兩組患者所有基線資料均無顯著性差異(P>0.05)。見表1。

納入標準：①初次發(fā)生腦出血或腦梗死；②病程4～8周；③單側病灶，病灶位于內囊基底節(jié)區(qū)，累及CST而無皮層受累；③年齡30～69歲；④存在明確上肢運動功能障礙；⑤生命體征平穩(wěn)；⑥無認知功能障礙；⑦無MRI禁忌證；⑧簽署知情同意書。

排除標準：①重要器官衰竭；②四肢癱瘓；③既往曾患其他腦部疾病或有腦部手術史；④其他原因導致的上肢功能障礙；⑤惡性腫瘤史；⑥不能配合完成MRI檢查。

表1　兩組一般資料比較

所有患者都接受DTI檢查。研究內容已通過復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院倫理委員會審批。

1.2方法

兩組都予常規(guī)藥物治療，康復組在常規(guī)藥物治療基礎上增加綜合康復3個月，每次2～3 h，每天1次，每周5 d。根據不同恢復階段和康復評定結果，運用神經發(fā)育促進技術，采取規(guī)范化的康復治療方案，綜合物理療法(PT)和作業(yè)療法(OT)，包括：①良肢位擺放(抗痙攣體位)；②主、被動關節(jié)活動度訓練；③體位轉移訓練，如床上翻身，臥-坐、坐-站轉移，床-椅轉移等；④平衡功能訓練，如坐位、跪位、立位平衡等，從靜態(tài)平衡逐漸過渡到動態(tài)平衡；⑤步態(tài)訓練；⑥上肢運動和手功能訓練，如滾筒、木插板、手指捏力握力訓練，同時結合上肢智能運動反饋訓練系統(tǒng)[7]強化上肢運動功能訓練；⑦日常生活活動能力訓練，如穿衣、洗漱、進食、如廁、步行、上下樓梯等活動；⑧神經肌肉電刺激治療。

康復過程中注重運動控制和肌張力變化，誘發(fā)隨意分離運動，促進正常姿勢控制和運動模式出現；同時積極防治肩手痛等常見上肢并發(fā)癥。

1.3運動功能評定

治療前后對所有受試者采用簡式Fugl-Meyer評定上肢部分(upper extremity Fugl- Meyer Assessment, UE-FMA)評估患側上肢運動功能，評分包括10大項、33小項，每項評分為0、1或2，總分為66分。

1.4DTI檢查及數據處理

兩組分別于治療前后行磁共振DTI檢查。采用GE Signa 1.5 T超導型磁共振成像儀，8通道頭顱線圈。常規(guī)MR檢查包括軸位T1WI、T2WI、FLAIR及軸位、矢狀位、冠狀位T1WI。DTI參數：SE-EPI序列，TR 8000 ms，TE 97.7～98.3 ms，層厚5.0 mm，層間隔0 mm，矩陣128×130，視野24×24 cm，激勵次數1，b=0 s/mm2和1000 s/mm2，15個彌散敏感梯度方向。

采用GE工作站Functool軟件對DTI數據進行后處理。重建部分各向異性(fractional anisotropy, FA)圖，分別在病灶側和對側CST傳導通路上繪出感興趣區(qū)(region of interest, ROI)[8]。ROI面積為26 mm2。利用Functool軟件的對稱軸，結合手動調節(jié)，確定病灶側和對側ROI位置，包括病灶側大腦腳、內囊后肢、放射冠區(qū)，以及對側對稱部位相應面積區(qū)域。測量各ROI FA值，每個區(qū)域測3次，取平均值。計算FA比值(FA ratio, rFA)和FA不對稱性值(FA asymmetry, FAasy)。

rFA=病灶側FA/對側FA，

FAasy=(對側FA-病灶側FA)/(對側FA+病灶側FA)

rFA范圍0～1，rFA越低，提示CST的損傷程度越高[9]；FAasy范圍0～1，FAasy越大，意味著雙側不對稱性越明顯，CST的損傷程度越高[10]。

以大腦腳ROI為種子，根據大腦白質纖維束解剖，利用彌散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography, DTT)軟件，重建雙側CST。

1.5統(tǒng)計學分析

所有數據采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行分析。計數資料采用(xˉ±s)表示，一般資料情況比較采用t檢驗和χ2檢驗；治療前后UE-FMA評分差值比較采用成組t檢驗；CST不同層面的FA、rFA和FAasy組內比較采用配對t檢驗。顯著性水平α=0.05。

2　結果

2.1UE-FMA

兩組UE-FMA評分治療前無顯著性差異(P> 0.05)，治療后康復組UE- FMA評分提高(15.00± 7.54)，優(yōu)于對照組提高(7.33±3.39)(t=2.779, P=0.018)。

2.2FA

康復組治療前后放射冠FA和rFA增加、FAasy降低(P<0.05)，內囊和大腦腳層面DTI參數治療前后無顯著性差異(P>0.05)。對照組各層面DTI參數治療前后均無顯著性差異(P>0.05)。見表2～表3?？祻徒M治療前后FA圖見圖1。

2.3DTT

治療前病灶側CST部分斷裂、稀疏，治療后CST白質纖維較前致密，形態(tài)結構改善。見圖2。

圖1　康復組治療前后FA圖

表2　康復組治療前后DTI參數比較

表3　對照組治療前后DTI參數比較

圖2　康復組治療前后DTT圖

3　討論

DTI是唯一可在活體顯示腦白質纖維束的無創(chuàng)性成像技術，能從影像學角度對神經纖維的損害程度和功能障礙程度進行定量分析。在DTI基礎上延伸的DTT技術，能顯示神經纖維的微結構，為大腦可塑性研究提供較為客觀的可視化依據。

CST是運動功能傳導的主要通路，由中央前回運動區(qū)的大錐體細胞及其軸突組成，經放射冠、內囊后肢下行，至中腦大腦腳中3/5，穿越腦橋基底部繼續(xù)下行。腦卒中后CST損傷；隨病程進展，節(jié)段性CST損傷可繼發(fā)順行性和逆行性變性，后者即華勒變性[11-12]。

以往研究大多局限于病灶層面CST，本研究則從放射冠區(qū)、內囊后肢、大腦腳3個層面探索腦卒中后CST的損傷及修復情況。

DTI定量參數有FA、rFA和FAasy。rFA和FAasy在國外文獻報道中應用廣泛，是評估腦卒中患者腦白質纖維完整性的重要指標[13-16]。以往研究已證實，DTI參數與偏癱肢體運動功能有顯著相關性。近年研究發(fā)現，DTI參數與上肢運動功能也存在明顯相關性[17-18]。

本研究采用FA、rFA和FAasy對治療前后CST的變化進行研究。結果顯示，康復可促進患者上肢運動功能改善，并伴有放射冠層面CST的DTI參數改善。DTT研究顯示，康復組病灶側CST的白質纖維增加以及微結構改變。CST纖維增多在一定程度上反映大腦結構的可塑性變化，說明康復治療能促進中樞神經系統(tǒng)的可塑性，改善神經功能。

Lazaridou等對15名健康志愿者和4例腦卒中患者進行DTI研究，康復運動訓練4周和8周后，腦卒中患者的神經纖維束數量和平均長度均提高，且新生CST逐漸靠近運動皮層；訓練后中央后回腹側區(qū)域的皮質厚度較治療前增加[19]。Borich等對13例慢性腦卒中患者和9名健康志愿者進行運動技能訓練前后的DTI研究，發(fā)現訓練后內囊后肢DTI參數與運動技能行為改變之間有相關性，揭示局部白質纖維微結構特性可以作為腦卒中康復療效判斷的重要指標[20]。

但Sterr等對22例病程超過12個月的慢性腦卒中偏癱患者進行改良強制性運動療法2周，治療前后DTI研究表明，CST的完整性與Wolf運動功能評分之間有相關性，治療后運動功能明顯提高，但運動功能的改善與CST的完整性之間無明顯相關性[21]?？赡芤蚴茉噷ο蟛〕梯^長所致。Wei等對12例亞急性腦卒中患者進行功能性電刺激治療20 d，研究運動恢復過程中皮層激活與CST完整性之間的相關性，發(fā)現病灶同側內囊后肢和大腦腳層面FA治療后較治療前降低[22]。本研究大腦腳層面FA較治療前有降低趨勢，內囊后肢層面FA較治療前有增加趨勢，但均無顯著性差異。結論不同可能與治療干預周期長短有關。

DTI和DTT技術也應用于康復治療新技術的療效評估。Song等研究13例慢性腦卒中偏癱患者，采用腦機接口技術治療6周，分別于治療前、治療中、治療后、治療結束1個月4個時間節(jié)點進行DTI檢查和上肢動作研究量表(Action Research Arm Test,ARAT)評分，發(fā)現基線水平DTI參數與運動功能預后相關，內囊后肢的FA越高，上肢運動功能評分越好，提示上肢運動功能恢復與內囊后肢CST微結構有相關性，DTI檢查可作為預測腦卒中運動功能恢復的臨床指標[23]。Zheng等對10例慢性腦卒中進行經顱直流電刺激結合物理/作業(yè)治療10 d，觀察治療前后運動纖維結構和UE-FMA的變化，發(fā)現病灶側FA增加，揭示運動纖維排列和髓鞘完整性改善以及結構可塑性變化[24]。

目前通過DTI中FA圖分別定位上下肢CST有一定難度。Jang等對40名健康受試者的DTI和DTT研究，從而判斷放射冠區(qū)CST的軀體定位[25]；Seo等對52名健康志愿者的DTI和DTT研究，判斷半卵圓區(qū)CST的軀體定位，尤其是手和足的定位[26]?；蚪柚鶧TT分析軟件分別對上下肢CST進行纖維追蹤成像[27]。如果能夠精確定位上肢CST，對上肢及手功能的研究更有意義。此外，近年來國外有研究采用纖維束數量(fiber number, FN)來評價CST損傷程度與運動功能間的相關性[28]，可為大腦可塑性研究拓展思路。

綜上所述，DTI可用于評估腦卒中康復后CST的完整性和上肢功能障礙程度，放射冠層面DTI參數對療效評價有意義?？祻椭委熌芨纳颇X卒中患者上肢運動功能，促進CST的結構改善，反映出大腦結構可塑性變化，有利于腦卒中康復機制的深入研究。

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·臨床研究·

作者單位：1.復旦大學附屬上海市第五人民醫(yī)院，a.康復醫(yī)學科；b.放射科，上海市200240。作者簡介：凌晴(1981-)，女，漢族，安徽蕭縣人，主治醫(yī)師，主要研究方向：神經康復。通訊作者：胡世紅，男，碩士，副主任醫(yī)師。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)

基金項目：上海市閔行區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會科研課題(No.2013MW07)。

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2015.09.016

[中圖分類號]R743.3

[文獻標識碼]A

[文章編號]1006-9771(2015)09-1058-06