王小潔 元小冬 王守紅 趙艷生 鄧紅亮 周立富 王淑娟 張高勛

腦梗死性共濟(jì)失調(diào)患者手指運(yùn)動(dòng)的BOLD-fMRI 定量研究

王小潔 元小冬 王守紅 趙艷生 鄧紅亮 周立富 王淑娟 張高勛

目的 運(yùn)用全腦血氧水平依賴性磁共振腦功能成像(BOLD-fMRI)技術(shù)，定量研究腦梗死所致共濟(jì)失調(diào)患者手共濟(jì)運(yùn)動(dòng)中樞的腦功能情況。方法 健康右利手志愿者(對(duì)照組)和腦梗死所致共濟(jì)失調(diào)患者(腦梗死組)進(jìn)行主動(dòng)與被動(dòng)復(fù)雜對(duì)指運(yùn)動(dòng)，同時(shí)行全腦BOLD-fMRI檢查比較兩組相應(yīng)腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)對(duì)側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)(SMC)和同側(cè)小腦的激活體積和強(qiáng)度。結(jié)果 對(duì)照組主動(dòng)和被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)右手激活對(duì)側(cè)SMC體積(1373.7±509.6vs. 726.8±299.2，t=3.482,P=0.002；1531.2±455.3vs. 539.2±272.7，t=3.761,P=0.001)和強(qiáng)度(9.8±3.2vs. 7.9±6.1，t=2.132,P=0.041；11.3±5.1vs. 10.1±9.7，t=2.256,P=0.032)均大于左手；腦梗死組右手為患手時(shí)主動(dòng)及被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活對(duì)側(cè)SMC的體積(605.8±408.2vs. 452.7±213.5，t=2.491,P=0.020；397.2±248.7vs. 311.2±158.3，t=2.681,P=0.013)、強(qiáng)度(9.5±2.7vs. 7.6±5.0，t=2.372,P=0.031；7.9±6.1vs. 5.0±4.7，t=2.482,P=0.023)均低于對(duì)照組；腦梗死組左手為患手時(shí)主動(dòng)及被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活對(duì)側(cè)SMC的體積(1399.7±209.6vs. 689.5±422.7，t=2.846,P=0.010；3551.2±495.3vs. 413.6±264.2，t=3.072,P=0.007)、強(qiáng)度(11.3±5.1vs. 7.2±3.1，t=2.279,P=0.032；10.1±9.7vs. 6.1±3.9，t=2.811,P=0.016)亦均低于對(duì)照組；腦梗死組患手主動(dòng)運(yùn)動(dòng)及被動(dòng)運(yùn)動(dòng)激活同側(cè)小腦的體積(932.5±2016.2vs. 61.8±214.0，t=2.441,P=0.021；197.6±297.4vs. 37.2±19.0，t=3.124,P=0.004)、強(qiáng)度(15.0±3.2vs. 6.7±1.8，t=3.001,P=0.005；13.8±2.9vs. 6.3±1.7，t=2.121,P=0.032)均小于對(duì)照組。結(jié)論 腦梗死所致共濟(jì)失調(diào)患者主要以對(duì)側(cè)SMC及同側(cè)小腦的功能受損為主。

腦梗死；手運(yùn)動(dòng)；共濟(jì)失調(diào)；全腦血氧水平依賴性磁共振腦功能成像

全腦血氧水平依賴性磁共振腦功能成像(blood oxygen level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI) 是利用局部血氧含量變化實(shí)現(xiàn)磁共振成像(MRI)的一種方法。目前對(duì)腦梗死所致共濟(jì)失調(diào)患者腦功能成像的研究報(bào)道較少，本研究通過了解健康志愿者及腦梗死性共濟(jì)失調(diào)患者手共濟(jì)運(yùn)動(dòng)時(shí)相應(yīng)腦運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的激活情況，探討其腦功能損害的程度，為定量評(píng)估此類患者的腦功能損傷提供客觀依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 觀察對(duì)象 (1)對(duì)照組：選取12名男性健康志愿者，年齡30～71歲，平均(52.4±15.2)歲，右利手，均無(wú)精神疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病及腦外傷等病史及家族史，非長(zhǎng)期從事音樂演奏或鍵盤操作職業(yè)者。(2)腦梗死組：選取2010-01-01-12-31開灤總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院的男性右利手腦梗死患者22例，年齡46～74歲，平均(61.0±6.5)歲，其中臨床診斷為小腦梗死者18例，大腦半球梗死者4例，患者中13例右手為患手，9例左手為患手。入選標(biāo)準(zhǔn)：①符合腦梗死診斷[1]的共濟(jì)失調(diào)患者；②患側(cè)肢體肌力Ⅴ-級(jí)及以上；③既往無(wú)精神疾病史且無(wú)家族史；④右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：①意識(shí)障礙；②存在失語(yǔ)、失用或忽視癥；③患有嚴(yán)重心、肝、腎等疾病；④顱腦CT掃描存在顱內(nèi)出血性疾??；⑤患者不能配合行MRI檢查；⑥曾長(zhǎng)期從事音樂演奏或鍵盤操作等工作。

1.2 方法 設(shè)計(jì)專用的調(diào)查量表，記錄患者的姓名、性別、病歷號(hào)、年齡、頭CT或MRI檢查所示顱內(nèi)病灶部位等。

1.2.1 BOLD-fMRI檢查：對(duì)照組接受主動(dòng)和被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)兩種模式下的BOLD-fMRI成像檢查；為保證腦梗死組每人均能完成對(duì)指運(yùn)動(dòng)，于入院后開始進(jìn)行復(fù)雜對(duì)指運(yùn)動(dòng)練習(xí)，待入院后1～3 d患者可熟練完成主動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行BOLD-fMRI檢查；記錄兩組腦功能區(qū)激活體積和強(qiáng)度。

(1)儀器設(shè)備及掃描技術(shù)：①儀器設(shè)備：采用GE Signa TwinSPeed 1.5T磁共振成像系統(tǒng)，Signa 1.5T正交發(fā)射/接收頭線圈。②掃描程序：先掃描定位像，然后掃描興趣中樞部位的基礎(chǔ)解剖圖、全腦T1WI FSPGR 3D成像、單激發(fā)多時(shí)相回波平面成像(echo Planar imaging, EPI)。定位相：采用FSET1WI腦三平面成像，TR 81.2 ms，TE 1.6 ms，層厚5 mm，間隔2.5 mm,掃描野24 cm×24 cm，矩陣256×128。解剖像：掃描取橫軸位T1FLAIR成像，掃描參數(shù)為TE 40 ms，TR 2250 ms，翻轉(zhuǎn)時(shí)間(invtime)760 ms，層厚5 mm，間隔1.5 mm,掃描野24 cm×24 cm，矩陣320×224，共掃描18層圖像。進(jìn)行T2FLAIR成像，發(fā)現(xiàn)病灶部位，掃描參數(shù)與T1FLAIR相同。全腦橫斷位T1WI的 3D FSPGR 成像：包括全腦組織，掃描24 cm×24 cm，層厚2 mm，間隔 0，每板序列位置70 mm。運(yùn)動(dòng)中樞BOLD-fMRI采用T2WI梯度回波脈沖序列：?jiǎn)渭ぐl(fā)多時(shí)相EPI，取軸位，平行于前后聯(lián)合線(AC-PC連線),定位掃描18層，單次采集，TR 3000 ms，TE 60 ms，反轉(zhuǎn)角90度，掃描野為24 cm×24 cm，層厚5 mm，間隔1.5 mm，頻率編碼方向?yàn)樽笥曳较?R/L)。

(2)刺激模式：應(yīng)用Block組塊刺激模式，掃描時(shí)間設(shè)定8 min。檢查開始前讓受檢者仰臥于檢查床上至少12 s，保持安靜狀態(tài)，檢查者根據(jù)時(shí)間每30 s輕拍受檢者與手指運(yùn)動(dòng)同側(cè)的小腿1次，受檢者接到提示后進(jìn)行頻率為1 Hz的主動(dòng)復(fù)雜對(duì)指運(yùn)動(dòng)(即拇指與其余4指依次對(duì)指)；被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)囑受檢者完全放松，由同一實(shí)驗(yàn)人員以1 次/s速度對(duì)受檢者手指進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。按照“右手運(yùn)動(dòng)→靜止→左手運(yùn)動(dòng)→靜止”的左、右手交替性運(yùn)動(dòng)模式，每次運(yùn)動(dòng)持續(xù)30 s(靜止時(shí)間亦為30 s)，左右手均重復(fù)4次，中間無(wú)間隔，連續(xù)不間斷掃描2次。

(3)腦功能成像數(shù)據(jù)的處理：采用隨機(jī)SUN Advantage Windows Workstation 4.0系統(tǒng)自帶的相關(guān)系數(shù)計(jì)算方法，對(duì)所有EPI序列掃描得到DICOM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到疊加后的解剖-功能圖像，再應(yīng)用SPM2軟件進(jìn)行腦功能成像后處理。將刺激的時(shí)間、間隔與血流動(dòng)力學(xué)函數(shù)進(jìn)行卷積，分析結(jié)果與全腦像素信號(hào)的關(guān)系，計(jì)算腦功能區(qū)的激活體積(用激活區(qū)像素?cái)?shù)表示)、強(qiáng)度(用統(tǒng)計(jì)T值表示，T值越大，強(qiáng)度越高)的精確值，將MNI腦坐標(biāo)通過Ginger ALE 1.1軟件(由美國(guó)德克薩斯大學(xué)研發(fā))轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)Talairach坐標(biāo)，然后利用Talairach Client 2.4軟件查看具體解剖位置。設(shè)定激活范圍閾值為10個(gè)像素。將圖像對(duì)齊過程中,頭部三維平移超過0.5 mm及頭部三維轉(zhuǎn)動(dòng)超過0.5度的數(shù)據(jù)剔除。結(jié)合以往研究結(jié)果[2]確定手指運(yùn)動(dòng)主要激活區(qū)為對(duì)側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)(SMC)和同側(cè)小腦，記錄該兩區(qū)激活的體積和強(qiáng)度。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS13.0軟件包進(jìn)行分析。整理SUN工作站和SPM計(jì)算出的腦功能區(qū)激活體積、強(qiáng)度數(shù)據(jù)，建立EXCEL2007數(shù)據(jù)庫(kù)。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用t檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 對(duì)照組BOLD-fMRI檢查結(jié)果 對(duì)照組在主動(dòng)和被動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式下對(duì)側(cè)SMC全部激活, 同側(cè)小腦也大部分激活，同時(shí)，雙側(cè)扣帶回有部分激活，同側(cè)SMC、對(duì)側(cè)小腦、雙側(cè)基底節(jié)區(qū)也有激活，丘腦區(qū)偶有激活；左手主動(dòng)和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)激活對(duì)側(cè)SMC體積和強(qiáng)度均大于右手(P<0.05)；兩手主動(dòng)與被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)比較，激活對(duì)側(cè)SMC體積、強(qiáng)度差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05；表1)。

2.2 兩組BOLD-fMRI檢查結(jié)果比較 腦梗死組左手及右手為患手時(shí)主動(dòng)及被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活對(duì)側(cè)SMC的體積、強(qiáng)度均低于對(duì)照組(P<0.05；表2)，患手主動(dòng)運(yùn)動(dòng)及被動(dòng)運(yùn)動(dòng)激活同側(cè)小腦的體積、強(qiáng)度亦均低于對(duì)照組(P<0.05；表3)。

3 討論

當(dāng)某一事件如手指運(yùn)動(dòng)時(shí)，相應(yīng)腦皮層運(yùn)動(dòng)功能區(qū)興奮，耗氧增加，氧合血紅蛋白(為抗磁性物質(zhì))和脫氧血紅蛋白(為順磁性物質(zhì))含量發(fā)生變化，BOLD-fMRI的設(shè)計(jì)原理正是基于這種變化而獲得圖像[3]。目前，手運(yùn)動(dòng)激發(fā)模式是BOLD-fMRI技術(shù)中最成熟、可靠的方法，手運(yùn)動(dòng)功能代表區(qū)的范圍在腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)中遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于身體其他部分，故常用其來代表整個(gè)運(yùn)動(dòng)皮層的位置[4]。本研究選用手運(yùn)動(dòng)激發(fā)模式，結(jié)合共濟(jì)失調(diào)患者癥狀、體征，運(yùn)用主動(dòng)、被動(dòng)復(fù)雜對(duì)指運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行相關(guān)腦功能研究。

表1 對(duì)照組兩種運(yùn)動(dòng)模式激活對(duì)側(cè)SMC體積和強(qiáng)度比較

表2 腦梗死組患手與對(duì)照組同側(cè)手運(yùn)動(dòng)時(shí)激活對(duì)側(cè)SMC的體積及強(qiáng)度

表3 兩組兩種運(yùn)動(dòng)模式激活同側(cè)小腦體積、強(qiáng)度比較

以往利用BOLD-fMRI技術(shù)對(duì)健康人及腦梗死患者的運(yùn)動(dòng)機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，利手復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí)腦功能激活區(qū)主要位于對(duì)側(cè)SMC、同側(cè)或雙側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)和雙側(cè)小腦半球，同側(cè)SMC 亦可見少量激活[5-6]。既往研究發(fā)現(xiàn)，位于SMC的手運(yùn)動(dòng)區(qū)是關(guān)鍵部位，同時(shí)小腦在運(yùn)動(dòng)中所起的作用亦不可忽視[2，7-8]，小腦是將感覺聯(lián)系到腦運(yùn)動(dòng)區(qū)主要環(huán)路的旁回路部分，是構(gòu)成中樞神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)控運(yùn)動(dòng)的最龐大結(jié)構(gòu)，即手指運(yùn)動(dòng)激活區(qū)主要集中在對(duì)側(cè)SMC區(qū)及同側(cè)小腦[9]，小腦的主要功能是調(diào)節(jié)和校正肌肉的緊張程度，使隨意運(yùn)動(dòng)共濟(jì)協(xié)調(diào)、精細(xì)準(zhǔn)確。將對(duì)側(cè)SMC與同側(cè)小腦兩者結(jié)合后則更能反映共濟(jì)運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)，因此本研究主要分析上述兩個(gè)腦區(qū)的激活情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)照組在主動(dòng)和被動(dòng)對(duì)指兩種運(yùn)動(dòng)模式下，左手(非利手)與右手(利手)對(duì)指運(yùn)動(dòng)激活對(duì)側(cè)SMC體積及同側(cè)小腦體積差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。因此，分析腦梗死組時(shí)將右手為患手和左手為患手的患者分為兩個(gè)亞組以減少誤差。日常生活中利手與非利手的靈活性存在差異，共濟(jì)運(yùn)動(dòng)更需要手指活動(dòng)的精細(xì)動(dòng)作，因而反映到fMRI中的定量結(jié)果中激活運(yùn)動(dòng)中樞情況亦有差異。本研究中對(duì)照組利手和非利手者主動(dòng)與被動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)比較，激活對(duì)側(cè)SMC體積和強(qiáng)度差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示健康人主動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)和被動(dòng)運(yùn)動(dòng)對(duì)大腦的刺激可能是均等的，或是其差異為目前fMRI的掃描精度所不能發(fā)現(xiàn)的。

本研究應(yīng)用GE Signa Twin SPeed 1.5T磁共振成像系統(tǒng)，Signa 1.5T正交發(fā)射/接收頭線圈，可以識(shí)別0.5 cm大小的腦活動(dòng)區(qū)域，檢查所得到的激活區(qū)體積和強(qiáng)度數(shù)據(jù)，對(duì)照組兩種運(yùn)動(dòng)模式下激活同側(cè)小腦體積存在差異，而強(qiáng)度無(wú)明顯差異，提示激活區(qū)的體積和強(qiáng)度是相對(duì)獨(dú)立的觀察指標(biāo)，兩者并不完全一致，今后有機(jī)會(huì)還可繼續(xù)研究。

本研究中腦梗死組患手主動(dòng)、被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)同側(cè)小腦激活區(qū)的體積、強(qiáng)度均低于對(duì)照組。由于被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)患者全身處于放松狀態(tài)，對(duì)肌肉協(xié)調(diào)機(jī)能的要求較低，故主要的肌肉協(xié)調(diào)功能區(qū)小腦激活率低，雖然被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)完全由實(shí)驗(yàn)人員完成對(duì)指運(yùn)動(dòng)，但因患者腦組織存在結(jié)構(gòu)受損，故腦梗死患者被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)同側(cè)小腦激活區(qū)的體積、強(qiáng)度仍與對(duì)照組不同；另外主動(dòng)對(duì)指運(yùn)動(dòng)對(duì)肌肉的協(xié)調(diào)能力要求較高，腦梗死組患手側(cè)小腦功能受損，故激活區(qū)出現(xiàn)率偏低，其強(qiáng)度及體積偏小。同時(shí)，腦梗死組無(wú)論患手為左手或右手，其患手運(yùn)動(dòng)激活對(duì)側(cè)SMC的體積和強(qiáng)度均較對(duì)照組小，這提示可能與對(duì)應(yīng)肢體的運(yùn)動(dòng)功能損害有密切聯(lián)系。腦梗死患者的功能恢復(fù)是通過神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)功能重組[10]實(shí)現(xiàn)的，因此，臨床工作中，如能結(jié)合患者BOLD-fMRI的客觀檢查結(jié)果采取有效手段促進(jìn)神經(jīng)功能重組，將可能更有效地促進(jìn)腦梗死后神經(jīng)功能的恢復(fù)。

綜上可見，腦梗死所致共濟(jì)失調(diào)患者主要以對(duì)SMC及同側(cè)小腦的功能受損為主。今后可進(jìn)一步進(jìn)行BOLD-fMRI研究，更好地為量化評(píng)估共濟(jì)運(yùn)動(dòng)功能受損，相關(guān)受損區(qū)域的神經(jīng)康復(fù)提供依據(jù)。

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(本文編輯：鄒晨雙)

BOLD-fMRI quantitive analysis of hand coordination function in cerebral infarction patients with ataxia

WANGXiaojie，YUANXiaodong，WANGShouhong，ZHAOYansheng，DENGHongliang，ZHOULifu，WANGShujuan*，ZHANGGaoxun.

*DepartmentofNeurology,AffiliatedKailuanGeneralHospitalofHebeiUnitedUniversity,TangshanHebei063000,China

WANG Shujuan, Email: wsong68@sina.com

Objective BOLD fMRI was used to make a quantitative analysis of brain function of hand coordination movement center among cerebral infarction patients with ataxia. Methods Healthy volunteers of right-handed (the control group) and cerebral infarction patients with ataxia (the cerebral infarction group) were respectively selected to scan the mode of whole-brain BOLD-fMRI while they were performing complex active and passive finger to finger movement. The corresponding motor cortex’s active volume and intensity were recorded. Results In the control group, contralateral sensorimotor area (SMC) volume (1373.7±509.6vs. 726.8±299.2，t=3.482,P=0.002；1531.2±455.3vs. 539.2±272.7，t=3.761,P=0.001) and intensity (9.8±3.2vs. 7.9±6.1，t=2.132,P=0.041；11.3±5.1vs. 10.1±9.7，t=2.256,P=0.032) activated by left hand (non dominant hand) and right hand (dominant hand) when performing active and passive finger to finger movement were statistically significantly different. In the cerebral infarction group, when the right hand was involved, SMC volume (605.8±408.2vs. 452.7±213.5，t=2.491,P=0.020；397.2±248.7vs. 311.2±158.3，t=2.681,P=0.013) and intensity (9.5±2.7vs. 7.6±5.0，t=2.372,P=0.031；7.9±6.1vs. 5.0±4.7，t=2.482,P=0.023) activated by active and passive finger to finger movement were lower than the control group. In the cerebral infarction group, when the left hand was involved, SMC volume (1399.7±209.6vs. 689.5±422.7，t=2.846,P=0.010；3551.2±495.3vs. 413.6±264.2，t=3.072,P=0.007) and intensity (11.3±5.1vs. 7.2±3.1，t=2.279,P=0.032；10.1±9.7vs. 6.1±3.9，t=2.811,P=0.016) activated by active and passive finger to finger movement were lower than the control group. In the cerebral infarction group, ipsilateral cerebellum volume (932.5±2016.2vs. 61.8±214.0，t=2.441,P=0.021；197.6±297.4vs. 37.2±19.0，t=3.124,P=0.004) and intensity(15.0±3.2vs. 6.7±1.8，t=3.001,P=0.005；13.8±2.9vs. 6.3±1.7，t=2.121,P=0.032) activated by active and passive finger to finger movement were lower than the control group. Conclusions The influenced area was mainly located in contralateral SMC and ipsilateral cerebellum in cerebral infarction patients with ataxia.

cerebral infarction；hand motion；ataxia；BOLD-fMRI

10.3969/j.issn.1006-2963.2015.02.010

063000 河北聯(lián)合大學(xué)附屬開灤總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科(王小潔、元小冬、鄧紅亮、周立富、王淑娟、張高勛)，核磁室(王守紅、趙艷生)

王淑娟，Email: wsong68@sina.com

R743.32

A

1006-2963 (2015)02-0113-04

2014-02-27)