基于局部一致性算法的周圍性面癱針刺治療靜息態功能MRI研究

劉軍平，徐春生，盧琦，李傳富*，楊駿

1.安徽中醫藥大學第一附屬醫院影像中心，合肥 230031

2.安徽中醫藥大學第一附屬醫院針灸康復科，合肥 230031

針刺作為醫學上的一種替代和補充治療干預方法，療效顯著[1]，它是臨床上治療面癱的常用方法，但針刺治療疾病的現代作用機制不甚明確且仍有爭議[2]。功能性MR成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)具有無創性、較高的空間分辨率等優點，可以客觀可視化地進行針刺作用機制研究。靜息態下的功能模式涉及人腦的可塑性演化過程，具有重要的臨床研究意義[3]。Zang等[4]提出的ReHo分析方法，是利用肯德爾和諧系數(Kendall’s coefficient of concordance,KCC)檢測出靜息狀態下持續活動的腦區與鄰近腦區時間序列的同步性的程度，通過分析腦區自發神經活動的一致性，推斷相應腦區的功能，現已被廣泛應用于fMRI的研究中。本研究中，筆者利用ReHo分析方法，研究在靜息狀態下周圍性面癱患者臨床針刺治療不同病程狀態下的腦區ReHo變化特點，探討針刺治療周圍性面癱的可能中樞整合機制。

圖1 面癱早期組與健康對照組組間比較分析結果(P≤0.005，α≤0.01，cluster=20；3D圖方位標記，A：表面觀；B：俯瞰圖；C：內側面觀)SFG：額上回；Cun：楔葉；PreC：楔前葉；PCC：后扣帶回；ITG：顳下回；IFG：額下回；STG：顳上回；MFG：額中回 圖2 面癱后期組與健康對照組組間比較分析結果(P≤0.005，α≤0.01，cluster=20；3D圖方位標記，A：表面觀；B：俯瞰圖；C：內側面觀)IFG：額下回；Cun：楔葉；STG：顳上回；SFG：額上回； PreC：楔前葉；PCL：中央旁小葉 圖3 面癱治愈組與健康對照組組間比較分析結果(P≤0.005，α≤0.01，cluster=20；3D圖方位標記，A：表面觀；B：俯瞰圖；C：內側面觀)。PCL：中央旁小葉；STG：顳上回；FG：梭狀回Fig.1 Intergroup comparison analysis results between the early group and the normal group(P≤0.005,α≤0.01,cluster=20,corrected with the Monte Carlo method.A:surface view.B:aerial view.C:medial view).SFG,superior frontal gyrus.Cun:cuneus.PreC:precuneus.PCC:posterior cingulate gyrus.ITG:inferior temporal gyrus.IFG:inferior frontal gyrus.STG:superior temporal gyrus.MFG:middle frontal gyrus.Fig.2 Intergroup comparison analysis results between the later group and the normal group(P≤0.005,α≤0.01,cluster=20,corrected with the Monte Carlo method.A:surface view.B:aerial view.C:medial view).IFG:inferior frontal gyrus.Cun:cuneus.STG:superior temporal gyrus.SFG:superior frontal gyrus.PreC:precuneus.PCL:paracentral lobule.Fig.3 Intergroup comparison analysis results between the recovered group and the normal group(P≤0.005,α≤0.01,cluster=20,corrected with the Monte Carlo method.A:surface view.B:aerial view.C:medial view).PCL:paracentral lobule.FG:fusiform gyrus.STG:superior temporal gyrus.

1 材料與方法

1.1 研究對象

研究對象分面癱組(47例)和健康對照組(32名)。面癱組均來自安徽中醫藥大學第一附屬醫院患者，無吸毒史、無精神疾病、無中樞神經系統或其他嚴重的疾病，依病程及House-Brackmann面癱分級分為面癱早期組(34例，男20例，女14例，年齡范圍19～70歲，病程＜14 d且面癱分級＞Ⅰ級，左側面癱19例，右側面癱15例)、面癱后期組(29例，男19例，女10例，年齡范圍19～68歲，病程＞14 d且面癱分級＞Ⅰ級，左側面癱15例，右側面癱14例)及面癱治愈組(34例，男18例，女16例，年齡范圍19～66歲，面癱分級=Ⅰ級，左側面癱14例，右側面癱20例)。部分患者多次參與MRI掃描，分別是臨床針刺治療前、治療過程中、恢復后。治療前獲取fMRI數據為患者沒有進行任何的針刺治療，之后，患者接受針刺治療每星期3次，每個患者依個體臨床癥狀不同針灸科醫師給予合谷穴針刺、配合其他穴位，進行半個性化針刺治療。由于患者的順應性不同，他們所參與的實驗次數是不一樣的，47例患者，23例患者參與2次，22例患者參與3次，2例患者參與4次。健康對照組(32名)，為在校健康大學生、碩士研究生或醫院職工，其中男13名，女19名，年齡范圍18～54歲，僅參與一次實驗。所有對象經標準中文版利手評價表測試均為右利手[5]。本研究為安徽中醫藥大學第一附屬醫院倫理委員會批準。實驗前所有受試者均簽訂知情同意書。

1.2 數據采集

實驗使用一臺Simens Symphony 1.5 T超導型MR掃描機，使用標準頭部線圈進行掃描。共依次掃描以下5個序列：(1)定位像；(2)T2WI用于排除腦內有無病變；(3)T1WI 2D解剖像，取與前后聯合連線(AC-PC線)平行的橫軸位，共36層，掃描范圍包括全腦，采用自旋回波T1加權序列，TR 500 ms，TE 12 ms，FA 90°，FOV 230 mm×230 mm，SL 3.0 mm，層間距 0.75 mm，分辨率192×144；(4)靜息態序列，采用EPI BOLD序列，掃描方位和層數與2D解剖像相同，TR 3000 ms，TE 30 ms，FA 90°，SL 3.0 mm，層間距0.75 mm，FOV 192 mm×192 mm，分辨率64×64；(5)T1WI 3D解剖像：取矢狀面，共掃描176層，采用擾相梯度回波序列，TR 2100 ms，TE 3.93 ms，TI 1100 ms，FA 13°，FOV 250 mm×250 mm， SL 1.0 mm，層間距 0.5 mm，分辨率256×256，掃描范圍覆蓋全腦。完成全部掃描數據采集共需約30 min。

1.3 數據處理

預處理：實驗數據處理在安徽中醫藥大學第一附屬醫院數字化影像技術實驗室進行。采用在LINUX系統中運行的功能性神經影像分析軟件AFNI(http://afni.nimh.nih.gov/)處理腦功能數據，先對每個被試fMRI數據進行格式轉換，即將保存在PACS系統中的DICOM格式的圖像文件轉換為AFNI數據處理需要的nii格式；再去除前4個時間點的圖像以排除干擾，進行頭動校正，即去除平移＞2 mm(或)轉動＞2°的數據；對功能像數據進行重采樣，將圖像配準到TT標準空間上；然后進行去線性漂移處理，再以腦白質和腦脊液區域的時間序列信號進行線性擬合，將腦白質和腦脊液的信號從總體信號中去除，消除其影響；隨后進行頻域濾波以去除生理噪音，提取頻率范圍0.01～0.08 Hz的信號，再將所有右側面癱大腦半球均沿y軸鏡像翻轉。

ReHo分析：計算出全腦每個體素與其周圍相鄰的26個體素在時間序列上的一致性，得到該體素的肯德爾和諧系數(KCC)，將每個體素的KCC值除以全腦所有體素KCC均值而得到平均的ReHo圖，然后對平均ReHo圖以8 mm×8 mm×8 mm全寬半高(FWHM)的高斯參數進行平滑，得到的結果進入下一步統計。

1.4 統計學分析

組間分析：將周圍性面癱臨床針刺治療不同病程狀態(面癱早期組、后期組及治愈組)與健康對照組分別進行組間分析(3dttest)，得出兩組之間的統計學差異，最后對組間分析結果進行Monte Carlo閾值校正，P≤0.005，計算出α≤0.01的最小數據簇大小(cluster size)，得出周圍性面癱臨床針刺治療不同病程狀態(面癱早期組、后期組及治愈組)與健康對照組靜息態ReHo存在差異的腦區，顯示激活區，統計并記錄激活區的位置、信號類型。

2 結果

(1)面癱早期組ReHo增高的腦區有右側額上回、額中回、額下回，左側楔前葉、后扣帶回和顳上回，ReHo值減低腦區有右側顳下回、楔葉和楔前葉(圖1，表1)。(2)面癱后期組ReHo增高的腦區有左側SII、顳上回、額上回、中央旁小葉、楔葉、楔前葉和右側額下回，未見ReHo值減低腦區(圖2，表2)。(3)面癱治愈組ReHo增高的腦區有左側中央旁小葉、梭狀回和顳上回，未見ReHo值減低腦區(圖3，表3)。

表1 面癱早期組與健康對照組組間比較ReHo結果Tab.1 The ReHo results of intergroup comparison analysis between the early group and the normal group

表2 面癱后期組與健康對照組組間比較分析ReHo結果Tab.2 The ReHo results of intergroup comparison analysis between the later group and the normal group

表3 面癱治愈組與健康對照組組間比較分析ReHo結果Tab.3 the ReHo results of intergroup comparison analysis between the recovered group and the normal group

3 討論

面癱的病理表現是單純周圍神經傳出功能障礙(傳入功能正常)，其最明顯的特征是面部運動功能喪失而感覺功能不受影響，腦神經核團不能支配面部肌肉運動，但是能夠收到面部肌肉的感覺信息[6]。大腦功能極其豐富且復雜，其中一個最顯著的特征是能夠適應新的環境和新的信息，有研究報道大腦皮層功能重組在面癱運動功能恢復中發揮著重要的作用[7]。既往針刺面癱患者的fMRI研 究[8]推測針刺強化了感覺運動皮層之間的相互聯系，促進了面癱患者大腦皮層的重組，另外有研究[9-10]表明針刺后大腦功能連接狀態是有變化，針刺在面癱患者所發揮的作用與疾病的病理狀態有關。大腦皮層功能重組是一個多層次、多水平的復雜恢復過程。到目前為止，對腦卒中運動功能恢復的機制研究比較多，大致有3種[11-12]，即：輔助運動區的激活、健側大腦半球的代償、病灶周圍的重組。筆者推測周圍性面癱患者針刺治療也是通過同側大腦半球的代償、運動前區及輔助運動區的代償，以及其他腦區神經元的活動來協同整合完成的。

3.1 同側大腦半球的代償

本研究結果顯示早期組ReHo增高的區域分布在左右大腦半球，但到了面癱后期組，ReHo增高的區域分布集中在左側大腦半球，治愈組的信號異常區域減少，但仍然分布在左側大腦半球，治療前后存在著一個動態的變化過程。先前研究[13]結果顯示：正常情況下，人體的神經纖維除大部分在大腦皮層發出后進行交叉，并對各種活動產生對側支配外，還有一小部分的神經纖維從皮層發出后未交叉，對各種活動產生同側支配。但這種同側支配作用正常情況下顯現不明顯，一旦對側神經纖維損傷或連接中斷時，這些未交叉的纖維同側支配作用就顯現出來。在正常情況下，左側面肌的運動是靠右側大腦半球的運動神經元支配，筆者推測當發生左側面癱時，右側大腦感覺運動網絡中斷，負責左側面肌感覺和運動功能的右側初級感覺皮層(SⅠ)和右側初級運動皮層(MI)無法完成其正常功能，左側的相應皮層為了代償右側大腦半球的功能，而調動這部分未交叉的支配功能，完成各種執行活動，以促進其功能恢復，這與先前研究報道結果一致[14]。本研究結果顯示面癱后期ReHo增強的區域都集中在左側大腦半球，也證明了這一點，治愈后ReHo增強的區域仍然在左側大腦的少許區域，表明面癱治愈后，左側半球仍發揮著部分的代償作用，這與Klingner等[15]的研究一致，即在面癱患者臨床痊愈后，大腦皮層的重組依然部分存在，筆者推測這或許就是針刺治療周圍性面癱的一個重要的內在機制。

3.2 運動前區(PMA)及輔助運動區(SMA)的代償

周圍性面癱患者臨床針刺治療不同病程狀態(早期組、后期組及治愈組)可見多個腦區ReHo的增高，與健康志愿者相比有顯著差異，且多位于運動前區(額上回、額中回)、輔助運動區(中央旁小葉)，默認模式網絡(楔前葉、后扣帶回)、SⅡ、楔葉及顳上回，僅在面癱早期組右側顳下回、楔葉及楔前葉ReHo減低，治愈組與健康志愿者有顯著差異的腦區明顯減少，具有重要的臨床意義。位于中央前回前方的額上回以及額中回為PMA，它是管理軀體運動的高級神經中樞，主要負責復雜運動的協調，執行與隨意運動相關的高級運動功能；SMA即在大腦半球內側面的6區，為背外側面運動前區在大腦半球內側面的延伸，位于大腦半球內側面旁中央小葉的前方，該區有軀體運動和內臟運動功能，并發出纖維加入錐體束。有研究表明，在正常情況下，以上運動區域不發揮或僅發揮很少的作用，當發生周圍性面癱后，主要運動功能皮層或其通路受損傷，這些區域都有纖維參與到皮質脊髓中，重新組成一個強大的運動網絡，參與周圍性面癱患者運動的代償作用[16]，先前合谷穴針刺周圍性面癱的研究[8]發現面癱患者PMA與MI和SⅠ的功能連接增強，推測很可能是中樞性神經系統的一種代償性機制。本研究結果發現面癱早期組及后期組PMA、SMA區域ReHo增強，也證明了這一點。面癱治愈組未見PMA區域ReHo的增高，僅見SMA區域ReHo的增高，推測可能是隨著患者針剌的治療，患側面肌運動得到改善，右側大腦半球的功能連接恢復，不再完全依賴于左側半球PMA、SMA區的代償，使之部分區域代償作用減退、消失，這可能是周圍性面癱恢復的機制之一。本研究結果也進一步驗證了周圍性面癱后大腦運動皮質功能重組的客觀存在。通過周圍性面癱患者針刺治療不同病程狀態的比較，推測運動前區、輔助運動區很可能是周圍性面癱患者腦功能重組及代償的關鍵區域，也是針刺治療周圍性面癱患者重要的調制和關鍵代償區域，在周圍性面癱患者面肌運動功能恢復中起著重要的作用。

3.3 其他腦區的協同整合作用

其他幾個腦區也出現了不同程度ReHo的增高，其中楔前葉、后扣帶回是大腦默認模式網絡(DMN)的重要組成部分，楔前葉的功能包括視空間意象、情景記憶提取及維持覺醒、自我意識及情感處理等[17]，后扣帶回在情緒活動的調控中也起著重要的作用，周圍性面癱發病早期情緒失調，于是主要發揮情緒處理及意識功能的楔前葉及調控情緒活動的后扣帶回表現出ReHo的增強，而在面癱后期組以上區域僅有楔前葉ReHo的增高，到了治愈組這些區域未見ReHo的增高，筆者推測針刺可以誘導大腦默認網絡發生改變，這可能是針刺治愈周圍性面癱的中樞機制之一。SⅡ在大腦感覺信息處理中起到辨別和整合作用[18]。本實驗中，面癱后期左側SⅡ ReHo明顯增高，也即這些腦區局部神經元功能活動在時間上一致性程度較高，推測針刺效應強化了SⅡ的整合能力，以達到弱化或增強與相應皮層的功能連接，促進腦功能重組，而實現針刺治療周圍性面癱的目的。額下回隸屬于前額葉皮質，幾乎與大腦各部分均有廣泛的連接，與情緒的調節密切相關[19]，面癱患者常常會有一些情緒的障礙(諸如面癱后抑郁和焦慮等)，實驗中發現額下回在面癱早期或后期組ReHo均有明顯的增高，我們推測與這些腦區可能與周圍性面癱患者存在的負性情緒調節的加強有關。

本研究存在一定的局限性。一般面癱患者具有自然治愈的傾向，本實驗由于倫理學等限制未能設置空白對照組，導致了研究結果可能存在的混雜因素，在以后的研究中，將會增加西醫治療作為對照組，使研究更加深入、準確。

綜上所述，不難看出在靜息狀態下周圍性面癱患者治療前及針刺治療過程中需要多個不同的腦功能區域相互作用、互相協調，共同發揮其運動功能和代償作用以促進運動功能的恢復。左側大腦半球的代償功能，特別是左側大腦PMA、SMA相關腦區，在左側面癱恢復過程中發揮著重要作用，PMA、SMA相關腦區的代償和協調整合可能是針刺治療周圍性面癱的中樞機制。

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