苗培芳，王彩鴻，魏瑩，武落冰，王瑩瑩，郭亞飛，李鵬，程敬亮*

近年來腦梗死發(fā)生率不斷上升，在全部腦血管病中占75%～80%，其存在高致殘性、長病程、恢復(fù)慢等特點，對患者生活質(zhì)量存在極大影響，給社會帶來負(fù)擔(dān)［1-2］。腦梗死的發(fā)生即由于缺血缺氧造成灌注減低，此外，腦血流量(cerebral blood flow，CBF)異常也是影響缺血性腦梗死后功能結(jié)局預(yù)后的重要因素。3D 動脈自旋標(biāo)記(3D arterial spin labeling，3D-ASL)灌注成像無需對比劑，具備良好的可重復(fù)性，其利用動脈血內(nèi)的水發(fā)揮內(nèi)源性示蹤劑作用對腦組織的血流灌注進(jìn)行定性及定量分析，能夠準(zhǔn)確反映腦梗死患者的CBF 信息。本研究旨在借助3D-ASL 灌注成像，對慢性期皮層下腦梗死患者靜息態(tài)CBF 的變化展開評估，同時探究其同臨床認(rèn)知功能的聯(lián)系。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集2016 年1 月至2017 年6 月在醫(yī)院就診的腦梗死患者，入組標(biāo)準(zhǔn)：①慢性期腦梗死，自發(fā)病至入組時病程≥6 個月；②皮層下區(qū)腦梗死，首次發(fā)病，單發(fā)單側(cè)病灶；③簡化Fugly-Meyer 運(yùn)動功能評定量表：上肢運(yùn)動功能＞60 分，四肢運(yùn)動功能＞90 分；④無其他顱內(nèi)病變及精神疾病；無重大疾病(腫瘤等)；⑤右利手，年齡范圍：40～75 歲；⑥被試依從性好。排除標(biāo)準(zhǔn)：①多發(fā)性、復(fù)發(fā)性腦梗死患者；②其他顱內(nèi)病變；③嚴(yán)重的白質(zhì)脫髓鞘患者；④藥物、酒精依賴史或者精神病史。

此外，將性別、年齡相符的人員歸入對照組。入組條件：①MRI 掃描未見腦內(nèi)結(jié)構(gòu)異常或病灶、無毒品及藥物依賴或濫用史、未發(fā)生過外傷、無重度軀體病變、未患過神經(jīng)精神類病變；②右利手；③同意參與研究，具備良好依從性。試驗經(jīng)過鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會同意(批準(zhǔn)文號為2018-KY-03)，被試者均已簽署知情同意書。

1.2 試驗方法

1.2.1 運(yùn)動功能評分

在運(yùn)動功能方面，所借助的評估工具為簡化Fugl-Meyer 量表，出于保障評估客觀性、準(zhǔn)確性考慮，此項評分指定同一名資深臨床醫(yī)師完成評定與記錄，涉及上肢運(yùn)動功能評分(upper extremity_FMT，UE_FMT)、下肢運(yùn)動功能評分(lower extremity_FMT，LE_FMT)和總運(yùn)動功能評分(whole extremity_FMT，WE_FMT)，其中UE_ FMT、LE_FMT 的總分分別是66 分、34分。囑被試盡自己最大能力完成指定動作，醫(yī)師進(jìn)行客觀評分。將UE_FMT＞60分，WE_FMT＞90分的患者定義為運(yùn)動功能恢復(fù)良好。

1.2.2 認(rèn)知功能評分

借助電腦版連線測試(trail making test，TMT)對研究對象的認(rèn)知功能進(jìn)行評估，涉及TMT-A、TMT-B 2 項任務(wù)。如圖1。TMT-A：電腦屏幕上呈現(xiàn)出1、2、3……25 共25 個隨機(jī)散布的數(shù)字。在測試啟動時，告知研究對象用鼠標(biāo)左鍵根據(jù)數(shù)字次序?qū)ο鄳?yīng)數(shù)字進(jìn)行快速點擊，將完成時間記錄下來。TMT-B：電腦屏幕上呈現(xiàn)出隨機(jī)分布的1、2……13 個數(shù)字和A、B……L 12 個字母。在測試啟動時，告知研究對象用鼠標(biāo)左鍵根據(jù)“1-A-2-B……11-K-12-L-13”此次序，對相關(guān)數(shù)字與字母進(jìn)行快速點擊，并將完成時間記錄下來。連線測試A 反映的是被試處理信息的速度，完成連線測試A 的時間越短，說明處理信息的速度快。連線測試B 反映執(zhí)行能力，完成連線測試B 的時間越短，說明執(zhí)行能力越強(qiáng)。

1.2.3 MR成像設(shè)備參數(shù)

采用GE Discovery MR 750 3.0 T 磁共振掃描儀和頭部8 通道相控陣線圈掃描。對所有被試行3D-ASL 序列。3D-ASL 序列掃描參數(shù)：TR/TE/標(biāo)記后延遲時間(TI)：5025/11.1/2025 ms；視野：240 mm×240 mm；矩陣：128；層厚：3 mm，間隔：0 mm；48層。

1.2.4 試驗流程

正式試驗前，將研究目的及步驟告知研究對象并簽署知情同意書。借助簡化Fugl-Meyer量表評估研究對象的運(yùn)動功能。借助電腦完成認(rèn)知功能的測評，主試將規(guī)則告知被試，對方徹底理解后啟動測評，主試對完成TMTA 及TMTB 所需時間分別進(jìn)行記錄。

掃描前，將此次掃描所用時間與要點告知被試。告知對方應(yīng)在檢查床上呈仰臥位，并將頭部固定，掃描時閉眼放松，并確保清醒，避免進(jìn)行主動思維及入睡。

1.2.5 圖像處理

(1)翻轉(zhuǎn)病灶：采用Matlab 將右側(cè)梗死灶的患者圖像向左側(cè)翻轉(zhuǎn)，將左側(cè)、右側(cè)分別界定為“患側(cè)”“健側(cè)”；(2)空間配準(zhǔn)：將各被試的數(shù)據(jù)對齊至相同標(biāo)準(zhǔn)空間，從而彌補(bǔ)各被試在腦形態(tài)上的區(qū)別以及掃描期間空間位置的差異。待完成配準(zhǔn)，理論層面而言，全部被試數(shù)據(jù)內(nèi)各體素相應(yīng)的解剖結(jié)構(gòu)具備一致性；(3)歸一化：ASL 所得CBF 值與組織中的動脈自旋標(biāo)記效率有關(guān)，但后者同個體血液動力學(xué)、掃描參數(shù)相關(guān)，全腦均質(zhì)化處理可使此類變異減少，獲得相對CBF 值，即mCBF。計算公式如下：mCBFvox=CBFvox/CBFgmean；(4)空間平滑：為了降低配準(zhǔn)偏差的影響、提升數(shù)據(jù)信噪比并使數(shù)據(jù)更符合高斯分布，借助三維高斯核卷積運(yùn)算對mCBF 實施空間平滑處理，F(xiàn)WHM 值為8 mm×8 mm×8 mm。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

1.3.1 CBF數(shù)據(jù)分析

完成預(yù)處理后，得到全部被試對象的全腦各個體素的CBF值。借助SPM8軟件的GLM模型，把“性別”“年齡”“教育年限”當(dāng)作協(xié)變量，把全腦灰質(zhì)模板當(dāng)作mask，實施獨立樣本t 檢驗(檢驗水準(zhǔn)為α=0.0)，對比兩組CBF 的差異，結(jié)果由均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)形式描述。對結(jié)果實施cluster-level FEW(family wise error)校正，將各體素閾值設(shè)為P＜0.005(雙側(cè))，若P＜0.05，提示差異顯著。

1.3.2 臨床數(shù)據(jù)與影像學(xué)結(jié)果的相關(guān)性分析

借助軟件SPSS 17.0，對各協(xié)變量的影響進(jìn)行控制，提取兩組CBF 差異區(qū)，并同認(rèn)知功能中處理信息的速度及執(zhí)行能力進(jìn)行偏相關(guān)性研究，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖1 連線測試Fig.1 Trail making test(TMT)

2 結(jié)果

2.1 臨床行為學(xué)數(shù)據(jù)

腦梗死患者合計29 例，女7 例、男22 例，最低年齡40 歲，最高75 歲，平均(53.7±9.0)歲。在對照組，入組對象合計30 例，女12 例、男18 例，最低年齡40 歲，最高75 歲，平均(53.0±8.5)歲。在性別、年齡與文化水平上，對比兩組差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

患者腦梗死部位處在皮層下區(qū)運(yùn)動通路上(如圖2)。表1為患者人口數(shù)據(jù)、認(rèn)知功能與運(yùn)動功能評分情況。

2.2 CBF分析結(jié)果

相較于對照組，運(yùn)動功能恢復(fù)較好的病例組健側(cè)額上回(superior frontal gyrus，SFG) (見圖3A、表2)及緣上回(supramarginal gyrus，SMG)(見圖3B、表2)CBF 升高(P＜0.05，cluster size＞1054 voxels)。沒有觀察到CBF下降的腦區(qū)。

2.3 相關(guān)性分析

當(dāng)控制了年齡、性別、受教育年限后，運(yùn)動功能恢復(fù)良好的皮層下腦梗死患者健側(cè)SFG(r=-0.41，P=0.037)(見圖4A、表3)及SMG的CBF(r=-0.42，P=0.036)(見圖4B、表3)皆負(fù)向相關(guān)于TMT-B結(jié)果。

3 討論

此項研究采用3D-ASL 灌注成像技術(shù)，對慢性期腦梗死患者腦血流量改變與其同認(rèn)知功能間的聯(lián)系展開探究。3D-ASL 以磁共振的灌注功能成像技術(shù)為基礎(chǔ)［3］，將血液內(nèi)的水分子作為內(nèi)源性對比劑，通過射頻脈沖標(biāo)記成像平面上游的動脈血，待已標(biāo)記血液移至組織，對比未標(biāo)記血流在器官中的血液灌注成像進(jìn)而實現(xiàn)定量分析獲得CBF值。CBF在反映大腦代謝需求和神經(jīng)元功能方面發(fā)揮重要作用［4］。偽連續(xù)動脈自旋標(biāo)記灌注成像(pseudo-continuous arterial spin labeling，pCASL)檢查具有可重復(fù)性，并有空間與時間分辨率上的優(yōu)勢，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變灌注研究方面獲得廣泛應(yīng)用［5-7］。

本研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動功能有效恢復(fù)的慢性期皮層下腦梗死患者仍然存在局部血流灌注異常的現(xiàn)象。與健康對照相比，病例組CBF異常腦區(qū)位于遠(yuǎn)隔病灶的健側(cè)大腦半球皮層，健側(cè)皮層區(qū)SFG 和SMG 區(qū)CBF在梗死后慢性期階段呈增加趨勢。由于皮層-皮層下回路，皮層下?lián)p傷可導(dǎo)致與損傷部位相距較遠(yuǎn)的皮層腦血流發(fā)生繼發(fā)性改變，可表現(xiàn)為神經(jīng)可塑性及神經(jīng)損傷，這與之前的研究結(jié)果相一致［8-9］。臨床數(shù)據(jù)表明，在沒有接受過任何臨床康復(fù)治療的缺血性腦梗死患者中發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動和認(rèn)知功能存在一定程度的自發(fā)恢復(fù)現(xiàn)象，而這歸功于神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性和重組［10-11］。在本研究中與正常對照組相比，病例組未發(fā)現(xiàn)患側(cè)大腦半球CBF異常的腦區(qū)，而這可能與病例組為慢性期且運(yùn)動功能恢復(fù)較好有關(guān)。在筆者此前的一些研究中發(fā)現(xiàn)，功能損害或低灌注主要見于慢性期皮層下腦卒中患者的運(yùn)動系統(tǒng)，皮層下梗死患者同側(cè)感覺運(yùn)動皮層CBF下降，且與運(yùn)動功能評估呈正相關(guān)［12］。Brumm 等［13］也發(fā)現(xiàn)，CBF 的降低與運(yùn)動功能損傷存在密切相關(guān)性。Sadato 等［14］通過對正常者手指運(yùn)動同腦血流間的聯(lián)系展開研究發(fā)現(xiàn)，在一側(cè)食指行反復(fù)低速屈伸動作時，輔助運(yùn)動區(qū)后部CBF上升；在一側(cè)手指行反復(fù)高速屈伸動作時，同側(cè)小腦半球與對側(cè)初級感覺運(yùn)動皮層CBF 大幅上升。這表明肢體的運(yùn)動可引起運(yùn)動相關(guān)腦區(qū)腦血流的動態(tài)變化。而在靜息狀態(tài)下無論是神經(jīng)解剖完整區(qū)或病灶區(qū)，CBF 的 異 常 可 導(dǎo) 致 神 經(jīng) 功 能 缺 失［13，15］。Wiest等［16］利用ASL 縱向研究腦梗死患者CBF 與運(yùn)動功能恢復(fù)的關(guān)系發(fā)現(xiàn)同側(cè)感覺運(yùn)動皮層的CBF持續(xù)下降，提示腦卒中患者運(yùn)動功能恢復(fù)不佳。這項研究提示感覺運(yùn)動皮層血流灌注比例失調(diào)可導(dǎo)致腦梗死后運(yùn)動功能恢復(fù)不良，靜息狀態(tài)下早期腦梗死患者腦血流灌注水平可以作為臨床預(yù)后的生物學(xué)指標(biāo)之一。

圖2 梗死灶位置概率圖 圖3 腦血流量分析結(jié)果，運(yùn)動功能恢復(fù)較好的腦梗死患者健側(cè)半球SFG(A)和SMG(B)CBF同對照組相比增加Fig. 2 Lesion incidence map of patients with stroke Fig. 3 CBF analysis showed stroke patients exhibit significantly increased CBF in contralesional superior frontal gyrus(A)and contralesional supramarginal gyrus(B).注：梗死灶處在基底節(jié)區(qū)、丘腦、側(cè)腦室旁等運(yùn)動通路上。R、L分別代表右側(cè)、左側(cè)

表1 病例組和對照組臨床資料Tab.1 Demographic and clinical data of stroke patients and healthy controls

表2 病例組和對照組腦血流量差異區(qū)Tab.2 Brain regions with significant inter-group difference in CBF

表3 病例組和對照組腦血流量與連線測試B的相關(guān)性分析Tab.3 Correlation analysis of CBF and trail making test B

圖4 腦血流量與連線測試B 的相關(guān)性分析結(jié)果。運(yùn)動功能恢復(fù)良好的皮層下腦梗死患者健側(cè)SFG(A)及SMG的CBF值(B)皆負(fù)向相關(guān)于TMT-B結(jié)果Fig. 4 Correlations between the normalized CBF values and clinical parameters.Negative correlations were showed between increased CBF of contralesional SFG and SMG with cost time of TMT-B in well-recovered patients.

缺血性腦梗死患者因腦梗而導(dǎo)致輕、中度的認(rèn)知功能障礙高發(fā)，這可能由語言、記憶、執(zhí)行功能、計劃和注意力以及視覺空間技能方面的缺陷引起［17-18］。在一些急性或亞急性期腦梗死研究中發(fā)現(xiàn)，患者腦血流量下降，認(rèn)知功能出現(xiàn)損害［19-20］。Hillis 等［21］發(fā)現(xiàn)亞急性腦梗死患者出現(xiàn)閱讀障礙時，左側(cè)角回及顳中回血流量減少，并且腦血流灌注的損傷與閱讀障礙存在明顯的相關(guān)性。在一項縱向研究中發(fā)現(xiàn)，由梗死引起的閱讀障礙隨著閱讀相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)血流灌注的增加逐漸恢復(fù)，此外還發(fā)現(xiàn)亞急性期左側(cè)腦閱讀網(wǎng)絡(luò)的高灌注預(yù)示著慢性腦梗死患者的閱讀能力和語音能力更好，而右側(cè)同源區(qū)域的高灌注與閱讀準(zhǔn)確性和語音能力下降相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明腦梗死患者閱讀和語言能力的恢復(fù)可能依賴于語言支配半球閱讀網(wǎng)絡(luò)中血液流動的改善［22］。本研究相關(guān)分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動功能恢復(fù)良好的慢性皮層下腦梗死患者健側(cè)半球SFG 與SMG區(qū)CBF 增加，患者完成TMT-B 花費的時間減少。這可能表明慢性期額葉皮層區(qū)腦血流的增加可以一定程度上彌補(bǔ)認(rèn)知功能的損傷，這與之前的神經(jīng)影像學(xué)研究認(rèn)為功能重組可以彌補(bǔ)臨床運(yùn)動認(rèn)知功能損傷的觀點一致［16，23-24］。TMT 是評估認(rèn)知和執(zhí)行功能最常用的神經(jīng)心理學(xué)測試之一，該測試可以提供有關(guān)視覺搜索速度、掃描速度、處理速度、心理靈活性以及執(zhí)行能力的信息，對檢測與大腦損傷相關(guān)的認(rèn)知障礙較敏感［25］。Kubo 等［26］發(fā)現(xiàn)在TMT 執(zhí)行過程中，前額葉皮層血流增加，提示額葉皮層在視覺搜索和空間識別中發(fā)揮作用。本研究中，CBF 上調(diào)區(qū)處在健側(cè)大腦半球SFG與SMG，這兩個腦區(qū)皆參與運(yùn)動、認(rèn)知功能的調(diào)控。SFG 位于前額葉上部，額葉皮層在與獎賞、注意力、短期記憶任務(wù)、計劃和動機(jī)相關(guān)的高級認(rèn)知整合中起著關(guān)鍵作用。SMG 處在頂下小葉，其所響應(yīng)的感覺有疼痛、壓力、溫度與觸摸，此部位還同邏輯與數(shù)學(xué)存在聯(lián)系，在調(diào)控勞動技巧與復(fù)雜動作方面發(fā)揮一定作用。總之，該研究發(fā)現(xiàn)發(fā)生在運(yùn)動通路上的慢性期腦梗死患者遠(yuǎn)隔病灶的皮層區(qū)腦血流依然存在異常，且與認(rèn)知功能的恢復(fù)具有一定的相關(guān)性。這表明運(yùn)動通路上的梗死灶引起的血流灌注缺陷和重組超出了運(yùn)動系統(tǒng)，表現(xiàn)為慢性患者認(rèn)知功能系統(tǒng)參與皮層下梗死涉及運(yùn)動路徑，而皮層區(qū)功能血流的改變可能有助于患者認(rèn)知功能的恢復(fù)。

本研究中存在一些不足之處，即本研究采用的是橫斷面設(shè)計，無法確定皮層下腦梗死患者腦血流灌注的動態(tài)變化過程。因此，在今后的研究中需要對患者腦血流的動態(tài)變化模式進(jìn)行研究。并且，將對接受專業(yè)康復(fù)治療的腦梗死患者進(jìn)行隨訪，以探討康復(fù)治療對腦血流改變的潛在影響。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。