rTMS治療腦卒中后運(yùn)動功能障礙患者腦灌注特點(diǎn)*

靳雨 蒲廷 郭志偉 白茜 母其文

(1.南充市中心醫(yī)院CT/MRI室，腦功能康復(fù)與成像研究所，四川 南充 637000；2.成都市第二人民醫(yī)院影像科，四川 成都 610017；3.四川省腫瘤醫(yī)院大數(shù)據(jù)病案中心，四川 成都 610041；4.閬中市人民醫(yī)院放射科，四川 閬中 637400)

腦卒中是導(dǎo)致殘疾的主要原因之一[1]。卒中后不同程度的肢體運(yùn)動功能障礙嚴(yán)重減低患者的日常生活質(zhì)量，腦梗塞后運(yùn)動功能的康復(fù)仍是目前亟待解決的臨床問題[2-3]。臨床研究表明重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)可有效改善腦梗塞患者的運(yùn)動功能[4-6]。既往研究多通過腦功能成像對rTMS誘導(dǎo)的運(yùn)動恢復(fù)神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行了解。作為機(jī)體基本生理參數(shù)之一的灌注，它含有組織、器官活性和功能的重要信息，它的正常與否與組織的功能和疾病密切相關(guān)[7]。灌注基本參數(shù)腦血流 (Cerebral Blood Flow,CBF)在反映大腦代謝和神經(jīng)元功能方面起著重要作用。然而，到目前為止，很少有研究直接評估rTMS治療后卒中患者的腦血流模式。三維動脈自旋標(biāo)記(Three Dimensional-Arterial Spin Labeling,3D-ASL)灌注成像是一種完全無創(chuàng)的MRI成像新方法，具有直接定量CBF的優(yōu)點(diǎn)，反映了代謝的實(shí)際位置。該技術(shù)目前成功運(yùn)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[8-9]。因此，本文擬采用3D-ASL觀察腦梗死患者rTMS治療后的全腦CBF變化，分析異常灌注腦區(qū)與運(yùn)動功能異常的相關(guān)性，以進(jìn)一步了解rTMS在卒中患者運(yùn)動康復(fù)中的作用機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年11月～2019年11月南充市中心醫(yī)院住院部皮層下腦梗塞患者 23例(經(jīng)高年資神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師、影像科醫(yī)師篩選)，按隨機(jī)數(shù)字表法分為rTMS真刺激組(rTMS組)15例和偽刺激組(sham組)8例。兩組所有受試對象均為右利手。兩組患者除接受10天高頻真刺激和偽刺激治療外其他治療措施相同。每一個(gè)病人在第一次治療前及治療10天后均接受臨床量表評估和一次磁共振掃描。納入標(biāo)準(zhǔn)：①首次發(fā)病且發(fā)病時(shí)間<7天。②經(jīng)DWI證實(shí)為皮層下、單發(fā)、急性缺血性腦梗塞(包括側(cè)腦室旁、基底節(jié)區(qū)、橋腦)。③臨床上主要表現(xiàn)為單側(cè)肢體乏力。④患者無明顯認(rèn)知功能障礙、癲癇及精神疾病且能配合磁共振檢查。研究取得醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有入組患者自愿簽署實(shí)驗(yàn)知情同意書。

1.2 臨床量表評估 由一名經(jīng)驗(yàn)豐富的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師獨(dú)立完成兩次量表評分，包括運(yùn)動功能評分(Fugl-Meyer Assessment,FMA)；美國國立衛(wèi)生研究院卒中量表(National Institutes of Health Stroke Scale,NIHSS)；日常生活能力評分(Barthel Index,BI)。

1.3 rTMS治療策略 本研究使用的磁刺激治療儀器是丹麥進(jìn)口的MagPro R30磁刺激儀，磁刺激治療線圈使用的是MC-B70型8字形線圈。刺激部位選擇在病灶同側(cè)運(yùn)動皮層。rTMS頻率為10Hz,刺激強(qiáng)度采用健側(cè)肢體靜息運(yùn)動閾值(Rest motor threshold,RMT)的90%(90% RMT)，每天30個(gè)序列，每個(gè)序列50次脈沖，序列間隔25秒，每天刺激15分鐘，總共10天。rTMS組線圈與患者顱骨表面相切，sham組線圈與患者顱骨表面垂直。

1.4 磁共振檢查 使用美國 GE1.5T HDxt 型超導(dǎo)磁共振掃描儀。所有受試頭部用海綿墊固定、保持頭部制動以減少圖像運(yùn)動偽影，并用軟耳塞塞耳以減少噪音，盡可能將頭擺正，掃描范圍包括整個(gè)大腦、小腦。掃描內(nèi)容包括3D-ASL功能像、常規(guī)T2Flair(排出顱腦器質(zhì)性疾病)及DWI。ASL掃描參數(shù)：TR/TE：4629ms/10.5ms，F(xiàn)OV：240mm×240mm，F(xiàn)lip angle：155°，采集層數(shù)：36，層厚：4mm，層間距：0mm，掃描時(shí)間：300s。

1.5 圖像后處理 ASL功能像經(jīng)工作站后處理軟件Functool生成CBF圖，圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理在MATLAB 2012平臺上選用SPM8軟件包(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)及dpabi軟件包(http://rfmri.org/dpabi)，包括數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、空間標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)歸一化、平滑、圖像翻轉(zhuǎn)(對于梗塞灶位于右側(cè)半球的患者，利用SPM軟件中的ImCalc功能將其右側(cè)梗塞患者圖像左右翻轉(zhuǎn))。采用SPM8自帶的配對t檢驗(yàn)及雙樣本t檢驗(yàn)比較兩組內(nèi)治療前后及組間的CBF差異腦區(qū)。隨后使用視圖軟件Xjview提取有顯著血流灌注差異的腦區(qū)，根據(jù)MNI標(biāo)準(zhǔn)腦坐標(biāo)系和AAL分區(qū)定位差異腦區(qū)的解剖位置，提取有顯著性差異腦區(qū)的CBF與患者運(yùn)動功能評分進(jìn)行相關(guān)性分析，了解卒中患者異常灌注腦區(qū)與運(yùn)動功能恢復(fù)的相關(guān)性，取P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。所有P值進(jìn)行AlphaSim校正。處理流程見圖1。

圖1 ASL數(shù)據(jù)處理流程Figure 1 The flow chart of ASL data precessing

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)采用2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以均數(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 納入患者基本信息 兩組患者平均年齡、性別、病程等一般資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。兩組患者治療前后FMA、NIHSS、BI評分比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其中rTMS組治療后與sham組治療后的FMA評分也有明顯差異(P<0.05)，兩組患者一般資料及評分比較，見表1。納入患者中rTMS組15例，8例患者病灶位于左側(cè)，7例位于右側(cè)；sham組8例，6例病灶位于左側(cè)，2例病灶位于右側(cè)。將上述病灶位于右側(cè)半球的圖像進(jìn)行右向左翻轉(zhuǎn)，并定義左側(cè)為患側(cè)。

表1 兩組患者一般資料對比Table 1 Demographic and clinical data of stroke patients

2.2 3D-ASL結(jié)果 rTMS組治療后，患側(cè)中央后回、中央前回、頂上回、中央旁小葉、健側(cè)大腦腳、中腦、小腦上腳、小腦中腳等腦區(qū)與治療前比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見圖2。表2顯示上述顯著差異腦區(qū)峰值點(diǎn)MNI坐標(biāo)、體素?cái)?shù)及相應(yīng)t值。rTMS組與sham組比較，健側(cè)額上回、額中回、健側(cè)中央前回、患側(cè)輔助運(yùn)動區(qū)等腦區(qū)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見圖3。表3顯示上述顯著差異腦區(qū)峰值點(diǎn)MNI坐標(biāo)、體素?cái)?shù)及相應(yīng)t值。

表2 rTMS組治療前后比較差異腦區(qū)的空間坐標(biāo)及體素?cái)?shù)Table 2 Brain regions with significant clusters and peak voxel coordinates showing CBF difference between pre- and post-rTMS treatment

表3 rTMS 組與sham組治療后比較差異腦區(qū)的空間坐標(biāo)及體素?cái)?shù)Table 3 Brain regions with significant clusters and peak voxel Coordinates showing CBF difference between rTMS and sham group

圖2 rTMS組治療前后CBF的變化(P<0.05)Figure 2 Chang of CBF before and after treatment in rTMS

圖3 rTMS組與sham組患者治療后對比差異腦區(qū)(P<0.05)Figure 3 The difference of CBF between rTMS and sham group

2.3 相關(guān)性分析 為了評價(jià)定量CBF值與功能性臨床恢復(fù)的關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)rTMS組患側(cè)中央后回區(qū)、健側(cè)小腦區(qū)治療前的CBF值與FMA、NIHSS評分顯著相關(guān)，患側(cè)中央后回、健側(cè)小腦半球CBF值與FMA評分呈正相關(guān)關(guān)系(r=0.58，P=0.02；r=0.56，P=0.03)，而與NIHSS評分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.56，P=0.03；r=-0.74，P=0.002)，見圖4。患側(cè)中央后回區(qū)CBF值的改變與FMA的變化呈顯著正相關(guān)(r=0.56，P=0.03)。但在sham組未見顯著相關(guān)腦區(qū)，見圖5。

圖4 rTMS組患側(cè)中央后回區(qū)、健側(cè)小腦區(qū)治療前的CBF值與FMA、NIHSS相關(guān)性Figure 4 The scatterplots presenting the positive or negative correlation between CBF values of the ipsilesional postcentral gyrus,contralesional cerebellar areas and FMA and NIHSS scores in rTMS group

圖5 rTMS組患者治療前后差異腦區(qū)CBF差值與FMA評分差值相關(guān)性Figure 5 Relationship between changes of CBF value in the ipsilesional postcentral gyrus and changes of FMA score after rTMS treatment

3 討論

我們應(yīng)用3D-ASL技術(shù)反映rTMS和sham刺激后患者的整體腦血流改變。與治療前和sham相比，rTMS組以患側(cè)感覺運(yùn)動皮層、輔助運(yùn)動區(qū)、對側(cè)小腦區(qū)CBF增高為特征。此外，rTMS組患側(cè)中央后回的CBF值變化與功能運(yùn)動恢復(fù)呈線性關(guān)系。這些結(jié)果表明，CBF可作為檢測rTMS療效的指標(biāo)，并可以作為功能磁共振研究rTMS促進(jìn)腦卒中康復(fù)機(jī)制的補(bǔ)充。

rTMS刺激可能是通過加強(qiáng)皮質(zhì)-小腦通路連接促進(jìn)運(yùn)動功能恢復(fù)。許多研究發(fā)現(xiàn)，健側(cè)小腦是運(yùn)動網(wǎng)絡(luò)的一部分，并通過橋腦投射與患側(cè)感覺運(yùn)動皮層具有相互的功能連接[10-12]。Wang等[13]通過3D-ASL技術(shù)觀察病變部位對慢性皮層下卒中患者CBF的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)皮層下梗塞患者(基底節(jié)區(qū)、腦橋梗塞)的患側(cè)感覺運(yùn)動皮層、丘腦及健側(cè)小腦半球的CBF減低，以基底節(jié)區(qū)梗塞更明顯，提示減低的CBF與運(yùn)動損傷有關(guān)。一項(xiàng)關(guān)于皮層下卒中的PET研究也報(bào)告了顯著的病灶同側(cè)皮層和對側(cè)小腦代謝的減低[14]。另外Yu等[15]通過灰質(zhì)體積和血流灌注結(jié)合的方法研究6個(gè)月內(nèi)恢復(fù)良好的皮層下梗塞患者的恢復(fù)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)患側(cè)中央后回、中央前回、丘腦及小腦灰質(zhì)體積縮小，而患側(cè)海馬、健側(cè)眶回、健側(cè)舌回灰質(zhì)體積增大，同時(shí)CBF增加的腦區(qū)主要位于患側(cè)扣帶回、健側(cè)海馬、舌回，提示梗塞后功能恢復(fù)過程是多個(gè)腦區(qū)萎縮和重塑共存的結(jié)果。同樣，Li等[16]通過DTI研究興奮性rTMS刺激對卒中患者白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的影響，研究發(fā)現(xiàn)rTMS組健側(cè)皮質(zhì)脊髓束、橋交叉、小腦中腳、小腦上腳、內(nèi)側(cè)丘系、患側(cè)小腦下腳的FA值明顯增加，這些纖維素組成皮質(zhì)-腦橋-小腦-皮層環(huán)路。這與我們的部分結(jié)果一致。上述研究提示皮層下卒中患者，患側(cè)中央后回、健側(cè)小腦半球在結(jié)構(gòu)、功能上都有密切聯(lián)系，且在卒中恢復(fù)中發(fā)揮重要作用。

另外，rTMS刺激可激發(fā)腦區(qū)潛在功能代償作用。在皮層下卒中患者康復(fù)研究中，有許多神經(jīng)影像學(xué)研究已報(bào)道健側(cè)腦區(qū)的功能和結(jié)構(gòu)重組有利于促進(jìn)運(yùn)動恢復(fù)。如一些形態(tài)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)健側(cè)皮層厚度及灰質(zhì)體積增加[17]，還有研究發(fā)現(xiàn)健側(cè)額葉-頂葉皮質(zhì)區(qū)的連通性和CBF增加[18]，表明功能重組。也有一些功能磁共振研究發(fā)現(xiàn)腦卒中患者健側(cè)M1區(qū)的功能激活與較好的運(yùn)動康復(fù)有關(guān)[19]，健側(cè)M1區(qū)的激活反映了大腦在卒中后功能重塑過程中的代償作用。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)對患側(cè)Ml區(qū)進(jìn)行高頻率rTMS治療后，患側(cè)輔助運(yùn)動區(qū)等次級運(yùn)動皮質(zhì)激活，提示對患側(cè)Ml區(qū)進(jìn)行興奮性rTMS刺激可以促進(jìn)該區(qū)域與其它運(yùn)動相關(guān)腦區(qū)的功能連接，從而在運(yùn)動康復(fù)中發(fā)揮積極作用[20]。

本研究還發(fā)現(xiàn)sham組患者運(yùn)動功能也有改善，可能是偽刺激效應(yīng)所致[21]。我們將進(jìn)一步研究sham組刺激前后CBF變化與運(yùn)動恢復(fù)的關(guān)系及腦功能機(jī)制，從臨床和方法學(xué)角度改善rTMS治療的方案。

4 結(jié)論

rTMS治療能夠促進(jìn)皮層下腦梗塞患者的運(yùn)動功能康復(fù)。3D-ASL的參數(shù)CBF能有效預(yù)測rTMS的治療效果。rTMS促進(jìn)卒中后運(yùn)動功能恢復(fù)的機(jī)制主要是通過增強(qiáng)皮質(zhì)-小腦通路以及健側(cè)運(yùn)動相關(guān)腦區(qū)的腦血流灌注實(shí)現(xiàn)。