痙攣型腦癱患兒腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)與運動功能的相關(guān)性研究

艾潔爾古麗·麥合蘇木,欒新平，徐敬軒，韓秉艷，王云玲

(1新疆醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院,新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院2神經(jīng)外科,3放射科，烏魯木齊 830028)

腦癱是一個總括性術(shù)語，涵蓋了在產(chǎn)前或圍產(chǎn)期發(fā)育過程中發(fā)生的各種腦損傷，導(dǎo)致身體殘疾[1]。其中痙攣型腦癱是最常見的類型，它的主要臨床表現(xiàn)為四肢僵硬和肢體肌張力增高。腦癱兒童的磁共振常規(guī)成像腦內(nèi)結(jié)構(gòu)異常表現(xiàn)多樣，主要影響深部灰質(zhì)，皮質(zhì)及皮質(zhì)下的損傷稱之為灰質(zhì)損傷，其發(fā)生率為14%～22%[2]，正確了解腦部損傷尤其是灰質(zhì)損傷的模式，有助于進一步描述病因或發(fā)病機制，以及規(guī)劃治療。磁共振基于體素的形態(tài)學(xué)分析方法(voxel based morphometry，VBM)是一種有用的成像程序，與傳統(tǒng)的MRI相比，它在檢測細(xì)微的結(jié)構(gòu)方面更加敏感。通常用于臨床評估，用于識別和定量分析腦部病變，因為腦白質(zhì)和皮質(zhì)/深部腦灰質(zhì)病變都表現(xiàn)為異常強度或區(qū)域組織的缺失。本研究旨在定量分析個體腦部區(qū)域病變與運動功能之間的相關(guān)性，探討與痙攣型腦癱患者運動功能障礙有關(guān)的腦灰質(zhì)形態(tài)學(xué)變化。

1 資料與方法

1.1 研究對象選擇2018年2月-2019年4月在新疆醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院就診的腦癱患兒36例，納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合痙攣型腦癱的診斷標(biāo)準(zhǔn)和分型標(biāo)準(zhǔn)；(2)年齡2～15歲；(3)能配合完成磁共振檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并有先天發(fā)育畸形；(2)具有神經(jīng)系統(tǒng)感染史，頭顱外傷史；(3)因運動偽影等原因無法精確分割腦結(jié)構(gòu)圖像。

1.2 數(shù)據(jù)采集

1.2.1 臨床資料 腦癱患者的運動功能由2名在該領(lǐng)域有經(jīng)驗的主治及以上的神經(jīng)外科醫(yī)師依據(jù)粗大運動功能分級系統(tǒng)(gross motor function classification system,GMFCS)進行分級[3]。GMFCS是目前常用于評價腦癱患兒運動功能的常用指標(biāo),其中Ⅰ級為輕度運動功能障礙,Ⅴ級為重度運動功能障礙。在本研究中，Ⅰ級～Ⅲ級合并為輕度運動功能障礙組，Ⅳ級～Ⅴ級為重度運動功能障礙組。輕度運動功能障礙組20例，男性11例，女性9例，平均年齡(5.4±l.7)歲。重度運動功能障礙組16例，男性7例，女性9例，平均年齡(5.9±l.4)歲。2組間性別、年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，組間具有可比性。

1.2.2 設(shè)備與成像方法 使用Philips Achieva 3.0T磁共振成像儀掃描常規(guī)和3D-T1序列。無法配合的兒童口服10%水合氯醛(0.5 mL/kg)進行鎮(zhèn)靜。等患者熟睡后，取自然仰臥位，先送入頭部。常規(guī)序列：軸位T1WI、T2WI及T：FLAIR序列。采用T1加權(quán)3D快速場回波(3-dimensional T1weighted image fast field echo,3D T1-FFE)序列行矢狀位高分辨3D-T1WI掃描。掃描參數(shù):TR 7.8 ms,TE 3.8 ms,反轉(zhuǎn)角 8°，矩陣250×220,體素大小 1 mm×1 mm×1 mm,FOV240 mm×240 mm×180 mm,層厚1 mm,層間距0 mm,掃描層數(shù) 260層,掃描時間6分40秒,NEX 1次。

1.2.3 圖像處理 VBM數(shù)據(jù)分析基于Matlab 平臺下，統(tǒng)計參數(shù)圖軟件SPM12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：使用“dcm2nii”程序?qū)⒃醋源殴舱竦臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為NIFTI格式；使用SPM12進行預(yù)處理，處理步驟包括:(1)個體腦中心調(diào)整，圖像重新插值為1×1×1 mm3,使用N4算法對圖像不均勻性進行校正；(2)腦組織分割：將配準(zhǔn)后的圖像通過SPM軟件中的“old seg”功能分割成灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液；(3)使用DARTEL方法對大腦灰質(zhì)圖像進行空間標(biāo)準(zhǔn)化，保持灰質(zhì)總體積不變，平滑核大小設(shè)為8 mm×8 mm×8 mm。

1.3 統(tǒng)計學(xué)處理采用SPM軟件中自帶的統(tǒng)計軟件對獲得的圖像數(shù)據(jù)進行比較。將年齡、性別作為協(xié)變量回歸，去除年齡和性別所造成的組間差異。使用兩樣本t檢驗比較2組腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)差異。選取相連腦區(qū)>50個體素的高亮區(qū)作為2組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義的區(qū)域(P<0.001，未經(jīng)校正)，得到統(tǒng)計參數(shù)圖。用xjView8.2軟件(http：//www．a(chǎn)livelearn．net/xjview8/)記錄有統(tǒng)計學(xué)意義的腦區(qū)(偽彩顯示)。

采用SPSS22.0軟件對運動功能障礙程度與腦灰質(zhì)體積的相關(guān)性進行分析。將2組之間具有統(tǒng)計學(xué)差異的腦區(qū)域提取為感興趣的區(qū)域，將年齡、性別作為協(xié)變量，采用Spearman相關(guān)分析用于分析不同腦區(qū)域中灰質(zhì)體積與GMFCS分類之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 2組全腦灰質(zhì)體積的比較輕度運動功能障礙組與重度運動功能障礙組全腦灰質(zhì)體積分別為(648.43±76.30)mL和(589.08±82.20)mL，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(t=3.679，P<0.001)。

2.2 2組局部腦灰質(zhì)體積的比較與輕度運動功能障礙組相比，重度運動功能障礙組雙側(cè)額上回、雙側(cè)顳極、右側(cè)顳上回、左側(cè)中央前回、右側(cè)梭狀回、左側(cè)緣上回、右側(cè)顳中回、右側(cè)扣帶回、左側(cè)頂下小葉、右側(cè)楔前葉、右側(cè)枕葉局部腦灰質(zhì)體積均減少(P<0.001，未經(jīng)校正)，未發(fā)現(xiàn)腦灰質(zhì)增加區(qū)域(表1、圖1)。

2.3 運動功能分級與對應(yīng)腦區(qū)的相關(guān)性分析右側(cè)額上回、左側(cè)額上回、右側(cè)扣帶回、右側(cè)顳中回、左側(cè)中央前回、右側(cè)楔前葉與粗大運動功能分級呈負(fù)相關(guān)性(P均<0.05)，見表2。

表1 2組腦灰質(zhì)體積差異腦區(qū)(P<0.001，cluster>50)

圖1 2組腦灰質(zhì)體積差異腦區(qū)

表2 痙攣型腦癱受損灰質(zhì)體積與運動功能障礙的相關(guān)性分析

3 討論

痙攣型腦癱為腦癱中的常見類型，其病因復(fù)雜，其中較常見的原因有早產(chǎn)、低出生體質(zhì)量、產(chǎn)時窒息等[4]。其診斷主要依據(jù)其病史及臨床表現(xiàn)。痙攣型腦癱患者存在不同程度的運動功能障礙，在國內(nèi)外通常用GMFCS分級系統(tǒng)評價腦癱患兒的運動功能。依據(jù)該評價系統(tǒng)，腦癱患兒的運動功能被分為5個等級，其中等級越高，運動能力越差。本研究使用該系統(tǒng)評價運動功能障礙程度?；隗w素的形態(tài)學(xué)分析方法(VBM)作為一種自動化技術(shù)在研究整個大腦的結(jié)構(gòu)變化時比傳統(tǒng)的MRI更敏感。該方法的優(yōu)勢在于它能將受試者的腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)在體素的水平上進行分析，所以其可靠性高，尤其是在研究皮質(zhì)方面。

本研究結(jié)果顯示，與輕度運動功能障礙組相比，重度運動功能障礙組全腦灰質(zhì)體積明顯減少(P<0.001)。有研究表明，腦癱患者的灰質(zhì)體積減少是常見的[5-8]。腦灰質(zhì)是神經(jīng)元細(xì)胞體密集的部位，是大腦高級中樞的主要成分，參與人體各種復(fù)雜運動包括思考、運動、記憶等。腦癱患者腦灰質(zhì)體積減少表明神經(jīng)元損傷或變形。根據(jù)本項研究結(jié)果，重度運動功能障礙組腦神經(jīng)元損傷更嚴(yán)重。腦灰質(zhì)的損傷對運動功能的影響與以往的研究結(jié)果一致，即皮質(zhì)或深部灰質(zhì)病變的兒童顯示出更明顯的運動缺陷[9-10]。

本研究中，與輕度運動功能障礙組相比，重度運動功能障礙組有多個區(qū)域局部腦灰質(zhì)減少。這些與腦灰質(zhì)損傷的區(qū)域位于大腦皮質(zhì)，表現(xiàn)出彌漫性皮質(zhì)損傷。而蒼白球和其他深部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)受累不廣泛。Reid等[11]的研究發(fā)現(xiàn)單獨的蒼白球異?；蛏畈炕屹|(zhì)結(jié)構(gòu)異?；驈V泛性皮質(zhì)及皮質(zhì)下灰質(zhì)結(jié)構(gòu)損傷與粗大運動功能分級IV～V級強烈相關(guān)。該研究還發(fā)現(xiàn)，不隨意運動型等非痙攣型腦癱運動功能障礙與廣泛的深部灰質(zhì)損傷和非彌漫性皮質(zhì)-皮質(zhì)下灰質(zhì)損傷有關(guān)。本研究的研究對象是痙攣型腦癱，而出現(xiàn)的與運動功能障礙相關(guān)的區(qū)域在皮質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)。大腦皮質(zhì)可以被分離成為多個區(qū)域，每個區(qū)域被認(rèn)為具有特定的功能，每個區(qū)域彼此之間以及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)之間有著豐富的聯(lián)系[12]。

本研究中與運動功能障礙程度呈負(fù)相關(guān)的區(qū)域有右側(cè)額上回，左側(cè)額上回，右側(cè)扣帶回，右側(cè)楔前葉，右側(cè)顳中回，左側(cè)中央前回。額葉是大腦發(fā)育中最高級的部分，它調(diào)節(jié)軀體的運動。中央前回被認(rèn)為是大腦皮層的運動區(qū)，它是錐體束的發(fā)源地，它支配軀體的隨意運動。頂上小葉與人的數(shù)學(xué)和邏輯思維有關(guān)，據(jù)文獻報道，頂上小葉功能與輔助運動區(qū)和前額葉皮層相關(guān)[13]。顳葉與人類的情緒和精神活動有關(guān)，顳中回在許多疾病中被發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知功能呈負(fù)相關(guān)[14-15]?？蹘Щ刈鳛檫吘壪到y(tǒng)的一部分，參與情感，認(rèn)知以及思維等的發(fā)生過程。它與聯(lián)絡(luò)纖維與額頂皮質(zhì)相聯(lián)系，這可能是它影響機體運動功能的原因。機體任何任務(wù)的執(zhí)行都由多個大腦功能區(qū)共同參與，多個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支配個體的運動功能。在上述與痙攣型腦癱運動功能障礙相關(guān)的直接運動區(qū)，輔助運動區(qū)及感覺區(qū)域等相互作用和協(xié)同影響其運動功能。

本項研究中未發(fā)現(xiàn)與運動功能障礙程度呈正相關(guān)的腦灰質(zhì)區(qū)域，可能由于本項研究對象僅是痙攣型腦癱，而其他腦癱類型被排除在外。痙攣型腦癱可能以神經(jīng)元損傷為主，灰質(zhì)結(jié)構(gòu)代償性發(fā)育不明顯。導(dǎo)致這種結(jié)果的具體原因尚待加大樣本量進一步研究。

綜上所述，痙攣型腦癱患者運動功能障礙程度與彌漫性皮質(zhì)損傷有關(guān)，而蒼白球及深部灰質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變對痙攣型腦癱患者運動功能障礙的作用不明顯，這為進一步揭示痙攣型腦癱的病理生理學(xué)機制提供了影像學(xué)依據(jù)。