鐘吉咪,聞萬順,程瑞動(dòng),葉祥明,徐守宇,3
功能磁共振成像在腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展①
鐘吉咪1,聞萬順2,程瑞動(dòng)2,葉祥明2,徐守宇1,3
功能磁共振成像(fMRI)是一項(xiàng)聯(lián)合功能、解剖、影像,能實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無創(chuàng)評(píng)價(jià)腦功能的成像技術(shù)。fMRI在腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能、言語功能、認(rèn)知及感覺功能康復(fù)療效評(píng)估、預(yù)后判斷等方面均有應(yīng)用。
功能磁共振成像;腦卒中;康復(fù);綜述
[本文著錄格式]鐘吉咪,聞萬順,程瑞動(dòng),等.功能磁共振成像在腦卒中患者康復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)康復(fù)理論與實(shí)踐,2016,22(9):1028-1030.
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腦血管病后存活患者3/4以上伴有不同程度功能障礙,重度致殘約占10%[1]。腦卒中患者經(jīng)過早期、系統(tǒng)的康復(fù)可以明顯改善其功能,提高其生活能力并重返社會(huì)。功能磁共振成像(functionalmagnetic resonance imaging,fMRI)被越來越多地用于評(píng)估人類大腦激活與感覺、運(yùn)動(dòng)及認(rèn)知活動(dòng)的關(guān)系,也常應(yīng)用于神經(jīng)損傷及康復(fù)過程的神經(jīng)可塑性等研究[2-4]。本文綜述fMRI在腦卒中康復(fù)的應(yīng)用。
腦卒中康復(fù)中主要應(yīng)用血氧水平依賴的fMRI(blood oxygenation leve1 dependent fMRI,BOLD-fMRI)。BOLD-fMRI利用不同神經(jīng)活動(dòng)狀態(tài)下大腦局部脫氧血紅蛋白含量的不同,顯示相應(yīng)的腦皮層激活區(qū),以此了解局部腦功能情況。局部神經(jīng)元活動(dòng)需氧量增加使血氧不成比例增加,激活的大腦區(qū)域由于順磁性去氧血紅蛋白相對(duì)減少,呈現(xiàn)出增強(qiáng)信號(hào)。因此,任務(wù)或刺激相關(guān)的fMRI、靜息態(tài)fMRI能直接或間接測(cè)量神經(jīng)元激活和功能性連接,大腦活動(dòng)可以被形象化地展示。
任務(wù)態(tài)fMRI是最早采用的研究方法,它指在掃描過程中被試者配合完成一定任務(wù),刺激局部腦組織BOLD信號(hào)發(fā)生變化,并基于減法原則,通過比較執(zhí)行和未執(zhí)行任務(wù)時(shí)被試者的圖像,用數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算出執(zhí)行任務(wù)時(shí)的激活腦區(qū)。它反映任務(wù)狀態(tài)下神經(jīng)元活動(dòng)引起的腦皮層功能區(qū)激活情況,包含組塊設(shè)計(jì)、事件相關(guān)設(shè)計(jì)和混合設(shè)計(jì)。
靜息態(tài)fMRI指被試者在掃描時(shí)保持清醒、閉眼、安靜平臥,最大限度減少身體活動(dòng),盡量不做任何系統(tǒng)性思維時(shí)的狀態(tài)[5-6],反映的是一種長(zhǎng)程相干的功能模式,是中樞神經(jīng)系統(tǒng)在基礎(chǔ)狀態(tài)下的自發(fā)活動(dòng)[7]。
腦卒中導(dǎo)致神經(jīng)功能受損,最常見的就是病灶對(duì)側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙,主要表現(xiàn)為速度、力量、協(xié)調(diào)性及執(zhí)行功能等方面損傷。在發(fā)病后3個(gè)月,雖然受損的功能或多或少能得到一定程度恢復(fù),但只有約25%患者能夠恢復(fù)到日常功能水平[8]。
腦卒中后第1周并不推薦使用BOLD-fMRI。腦卒中早期,缺血使局部脈管系統(tǒng)的擴(kuò)張達(dá)到最大化,擾亂了正常神經(jīng)血管的耦合反應(yīng),導(dǎo)致BOLD信號(hào)降低或消失[9];急性期腦卒中患者多無法正確執(zhí)行任何運(yùn)動(dòng)任務(wù),或在執(zhí)行時(shí)引發(fā)連帶運(yùn)動(dòng)而對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾[10],所以研究對(duì)象多為病情穩(wěn)定、恢復(fù)較好的慢性期患者。
根據(jù)文獻(xiàn)總結(jié),偏癱手和正常手運(yùn)動(dòng)的大腦激活模式不同,在長(zhǎng)期康復(fù)過程中,損傷和未損傷的半球都發(fā)生皮質(zhì)運(yùn)動(dòng)功能的代償和重組。腦卒中后,80%患者出現(xiàn)上肢偏癱并伴隨精細(xì)運(yùn)動(dòng)障礙[11],任務(wù)態(tài)fMRI最常采用的是手部松握或?qū)χ傅冗\(yùn)動(dòng)任務(wù)。Rehme等分別于急性期(<72 h)、亞急性期(2周)及慢性期早期(3~6個(gè)月)分別對(duì)腦卒中患者進(jìn)行手運(yùn)動(dòng)的任務(wù)態(tài)fMRI,通過動(dòng)態(tài)因果模型評(píng)估雙側(cè)網(wǎng)絡(luò),包括初級(jí)感覺運(yùn)動(dòng)皮層(primary sensorimotor cortex,S1M 1)、前運(yùn)動(dòng)皮層(premotor cortex,PMC)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(supplementary motor area,SMA)間的效率聯(lián)系改變,結(jié)果顯示,急性期梗死側(cè)與梗死對(duì)側(cè)S1M 1之間抑制化信號(hào)減弱;亞急性期梗死對(duì)側(cè)S1M 1對(duì)梗死側(cè)S1M 1去抑制化信號(hào)增加,梗死側(cè)對(duì)梗死對(duì)側(cè)S1M 1信號(hào)逐漸正?;?;恢復(fù)不佳的患者在慢性期仍顯示梗死對(duì)側(cè)對(duì)梗死側(cè)S1M 1的去抑制化信號(hào)仍存在[12]。提示梗死側(cè)效率聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)恢復(fù)對(duì)卒中后運(yùn)動(dòng)康復(fù)發(fā)揮著重要作用。Rehme等對(duì)急性腦卒中患者在發(fā)病后2周內(nèi)進(jìn)行掃描,相比健康受試者,患者兩側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)(M 1)、PMC的背側(cè)和腹側(cè)與SMA的激活信號(hào)呈逐漸增強(qiáng)趨勢(shì),提示早期皮質(zhì)的功能性重組支持偏癱手的運(yùn)動(dòng)功能,運(yùn)動(dòng)功能的控制區(qū)域并不只局限于相關(guān)的運(yùn)動(dòng)功能區(qū)[13]。
部分學(xué)者著手研究大腦非運(yùn)動(dòng)分區(qū)對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的影響。劉圣華等研究不同恢復(fù)程度的腦卒中患者大腦激活方式之間的差異,提出對(duì)側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)(sensorimotor cortex,SMC)及SMA對(duì)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)起重要作用,健側(cè)大腦半球的代償影響患側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)[14]。Wei等發(fā)現(xiàn),皮質(zhì)脊髓束損傷越嚴(yán)重,手腕運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)側(cè)非初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)激活越明顯[15],顯示腦卒中患者殘余的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)功能性結(jié)構(gòu)可能與皮質(zhì)脊髓束的破壞程度相關(guān)。Rosso等提出,沒有康復(fù)的重度患者也可以觀察到功能性大腦連接的改變,上肢功能狀態(tài)受皮質(zhì)脊髓束破壞程度及同側(cè)皮質(zhì)-小腦連接的影響[16]。
比較患者相關(guān)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)激活的差異,可觀察特定康復(fù)治療方式對(duì)神經(jīng)重塑的作用。Deng等[17]和Lin等[18]分別證明著重復(fù)雜任務(wù)訓(xùn)練的遠(yuǎn)程康復(fù)治療及強(qiáng)制誘導(dǎo)治療(constraint-induced therapy,CIT)是可行的,該訓(xùn)練方法對(duì)神經(jīng)重塑起到一定作用。Caria等報(bào)道1例經(jīng)腦機(jī)接口(brain computer interface,BCI)訓(xùn)練的慢性腦卒中患者執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù)時(shí),同側(cè)SMC的偏側(cè)優(yōu)勢(shì)增加,是PMC背側(cè)和SMA的激活增強(qiáng)[19]。
一些研究圍繞優(yōu)勢(shì)半球與非優(yōu)勢(shì)半球腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)展開。O'Shea等在健康成人中使用經(jīng)顱磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)干擾左側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮層,通過fMRI研究右側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮層的短期重組,結(jié)果證明在右側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)存在代償激活增強(qiáng),并且與運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)存在緊密聯(lián)系;但干擾右側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū),左側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)卻未得到類似結(jié)果[20]。Lotze等使用TMS抑制左大腦半球卒中患者右側(cè)半球PMC和S1M 1活動(dòng),發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)一步受損[21],支持右側(cè)半球運(yùn)動(dòng)區(qū)域?qū)ψ髠?cè)卒中后患者運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)有代償作用。提示優(yōu)勢(shì)半球損傷和非優(yōu)勢(shì)半球損傷后,功能恢復(fù)及雙側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層功能重組過程存在差異,優(yōu)勢(shì)半球損傷后肢體運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)稍差,在急性期及亞急性期對(duì)側(cè)運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)有更廣泛的激活。
失語癥是腦卒中患者最常并發(fā)的言語障礙,腦卒中后失語發(fā)病率達(dá)21%~38%,運(yùn)動(dòng)性失語是最常見的類型之一。此類失語患者語言不流利,但理解力相對(duì)保留,遠(yuǎn)期的言語功能恢復(fù)也大多良好。fMRI可用于了解失語后腦內(nèi)語言加工模式和言語功能恢復(fù)機(jī)制[22-23]。
使用fMRI研究言語障礙存在諸多困難,如受試者可能由于言語和運(yùn)動(dòng)雙重障礙,無法完成一些需要交流的任務(wù)或不能較好地執(zhí)行運(yùn)動(dòng)任務(wù);掃描過程產(chǎn)生的噪音可能對(duì)聽覺刺激造成影響,而無聲fMRI技術(shù)又會(huì)拖累研究進(jìn)度[24]。言語功能本身較為復(fù)雜,近年對(duì)腦卒中后言語功能康復(fù)的fMRI研究雖有增多,但仍少于運(yùn)動(dòng)障礙。
失語癥的任務(wù)態(tài)fMRI常采用圖片識(shí)別或命名、詞語生成等任務(wù)。Szaflarski等發(fā)現(xiàn),慢性失語癥患者在執(zhí)行任務(wù)時(shí),腦卒中周圍區(qū)域顯示顯著增高的激活信號(hào),提示慢性患者利用腦卒中周圍腦功能區(qū)域?qū)崿F(xiàn)言語功能[25-26];其另一項(xiàng)研究顯示,腦卒中發(fā)生1年以上的失語癥康復(fù)患者回到典型的fMRI言語激活模式,而未康復(fù)患者的激活向右側(cè)半球區(qū)域轉(zhuǎn)移,且言語功能的提升與左側(cè)半球信號(hào)的增強(qiáng)相關(guān)。右側(cè)半球激活的轉(zhuǎn)移可能對(duì)言語功能的康復(fù)不起作用。李科等發(fā)現(xiàn),相比于發(fā)病初期,失語癥患者康復(fù)后左半球語言相關(guān)腦區(qū)的激活增加、范圍增多,且右側(cè)Broca鏡像區(qū)激活減弱,左側(cè)Broca區(qū)出現(xiàn)激活[27]。提示失語后優(yōu)勢(shì)半球喪失功能的語言區(qū)移至對(duì)側(cè)鏡像區(qū)和優(yōu)勢(shì)半球未受累語言區(qū)的功能重組這兩種機(jī)制都參與言語功能恢復(fù)的過程,且近期以非優(yōu)勢(shì)半球代償為主,遠(yuǎn)期以優(yōu)勢(shì)半球未受累語言區(qū)的功能重組發(fā)揮更重要作用。A llendorfer等的研究也證實(shí),腦卒中患者言語的流暢度可能更多取決于優(yōu)勢(shì)半球的語言網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能的完整性[28]。Baker等對(duì)10例失語癥患者使用經(jīng)顱直流電刺激對(duì)左前額葉進(jìn)行刺激,以增加皮質(zhì)激活,同時(shí)結(jié)合命名訓(xùn)練,發(fā)現(xiàn)命名正確率明顯提高[29]。提示左側(cè)半球皮質(zhì)的激活可能是治療失語癥的重要基礎(chǔ)。
總之,fMRI能顯示腦卒中后失語癥患者不同階段腦激活區(qū)的變化,反映大腦語言功能區(qū)塑形和重組情況,為了解失語后言語功能恢復(fù)的神經(jīng)機(jī)制以及療效評(píng)估開辟了一條新途徑。
相較于運(yùn)動(dòng)和言語功能,認(rèn)知與感覺功能障礙更復(fù)雜,研究難度也更大。認(rèn)知功能障礙有時(shí)無法通過梗死大小和部位予以解釋,可能的原因是控制該功能的遠(yuǎn)端腦區(qū)或某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的支配神經(jīng)元受到損傷。
姜財(cái)?shù)劝l(fā)現(xiàn),腦卒中患者靜息狀態(tài)下海馬功能連接性增強(qiáng),而這些功能連接增強(qiáng)的腦區(qū)均與認(rèn)知功能密切相關(guān)[30]。推測(cè)海馬功能連接模式的改變可能是腦卒中患者認(rèn)知功能康復(fù)的機(jī)制之一。結(jié)合既往研究,腦卒中患者靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)(resting state network,RSN)的改變可以解釋腦卒中引起的大腦功能紊亂,當(dāng)腦卒中患者大腦某些區(qū)域受損后,可以通過轉(zhuǎn)變功能連接至未受影響的大腦區(qū)域進(jìn)行代償,因此腦卒中患者fMRI顯示更大的功能連接轉(zhuǎn)變提示更好的認(rèn)知表現(xiàn)[31-32]。
感覺回饋對(duì)運(yùn)動(dòng)康復(fù)相當(dāng)重要,尤其是視覺和本體感覺。Hassa等根據(jù)雙手被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的fMRI結(jié)果提出,右側(cè)半球卒中導(dǎo)致的忽視癥患者,其視覺和軀體感覺在右側(cè)頂葉上回有重疊表現(xiàn)[33]。Tunik等觀察到,在伸展過度及伸展不足兩種視覺反饋條件下,腦卒中患者同側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活均增強(qiáng),提示控制自身手運(yùn)動(dòng)的視覺反饋可促進(jìn)特定大腦網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)[34]。
大腦后動(dòng)脈梗死可引起同側(cè)偏盲,對(duì)患者日常生活產(chǎn)生嚴(yán)重阻礙。Borstad等對(duì)患有觸覺分辨力障礙的左側(cè)腦卒中患者進(jìn)行BOLD-fMRI及彌散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)研究,對(duì)照組對(duì)側(cè)初級(jí)軀體感覺區(qū)(S1)、雙側(cè)次級(jí)軀體感覺區(qū)(S2)、雙側(cè)中央前回及雙側(cè)小腦顯著激活;與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組激活峰位于健側(cè)顳上回、S2及健側(cè)小腦,并發(fā)現(xiàn)頂葉皮層和額葉皮層的激活區(qū)更加分散,可能提示大腦皮層產(chǎn)生廣泛代償作用[35]。雖然實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示頂葉皮層的激活程度與感覺功能明顯相關(guān),但并沒有發(fā)現(xiàn)觸覺分辨力的恢復(fù)程度與患側(cè)S1激活程度有相關(guān)性。
感覺功能康復(fù)的研究目前大多還停留在實(shí)驗(yàn)研究階段,若要發(fā)展到臨床應(yīng)用,還需要大樣本的臨床縱向研究、合理感覺功能評(píng)價(jià)量表的制定、標(biāo)準(zhǔn)刺激裝置的建立等。
fMRI臨床應(yīng)用近20年,雖然在腦卒中診斷及治療過程中不作為常規(guī)使用,但隨著研究深入,已成為我們解釋腦卒中損傷機(jī)制、神經(jīng)重塑過程以及治療后患者康復(fù)原理的工具[36],也有助于我們提升對(duì)腦卒中患者預(yù)后的判斷,選擇更適合的治療方法,并對(duì)其療效作出評(píng)價(jià)。相信隨著fMRI技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展,應(yīng)用范圍將更為廣泛。
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Application of FunctionalM agnetic Resonance Imaging in Rehabilitation after Stroke(review)
ZHONG Ji-mi1,WENWan-shun2,CHENG Rui-dong2,YEXiang-ming2,XU Shou-yu1,3
1.Department of Rehabilitation,the 3rd A ffiliated Hospital of Zhejiang Chinese Medical University,Hangzhou,Zhejiang 310005,China;2.Zhejiang Provincial People's Hospital,Hangzhou,Zhejiang 310014,China;3.School of Medcine,Juntendo University,Tokyo 113-8421,Japan
XU Shou-yu.E-mail:overnightjo@msn.com
Functionalmagnetic resonance imaging(fMRI)isa technology combined with function,anatomy and images to evaluate the brain function in real-time,dynamic,non-invasiveways.fMRIhasbeen applied in the rehabilitation after stroke for the assessmentand prognosisofmotor,speech,cognition and sense function,etc.
functionalmagnetic resonance imaging;stroke;rehabilitation;review
10.3969/j.issn.1006-9771.2016.09.009
R743.3
A
1006-9771(2016)09-1028-03
2016-05-12
2016-06-06)
1.浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2015KYB279);2.浙江省中醫(yī)藥科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2016ZA028);3.浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.LQ16H170001);4.國(guó)家中醫(yī)藥管理局重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(No.國(guó)中醫(yī)藥人教發(fā)[2012]32號(hào))。
1.浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第三醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科,浙江杭州市310005;2.浙江省人民醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)中心,浙江杭州市310014;3.日本順天堂大學(xué)醫(yī)學(xué)部,日本東京113-8421。作者簡(jiǎn)介:鐘吉咪(1992-),女,漢族,浙江諸暨市人,碩士研究生,主要研究方向:吞咽、言語障礙康復(fù)。通訊作者:徐守宇(1966-),男,漢族,浙江杭州市人,博士,碩士研究生導(dǎo)師,主要研究方向:老年病學(xué)。E-mail:overnightjo@msn.com。