功能磁共振成像在腦卒中患者康復中的應用進展①

鐘吉咪，聞萬順，程瑞動，葉祥明，徐守宇，3

功能磁共振成像在腦卒中患者康復中的應用進展①

鐘吉咪1，聞萬順2，程瑞動2，葉祥明2，徐守宇1，3

功能磁共振成像（fMRI）是一項聯合功能、解剖、影像，能實時、動態、無創評價腦功能的成像技術。fMRI在腦卒中后運動功能、言語功能、認知及感覺功能康復療效評估、預后判斷等方面均有應用。

功能磁共振成像；腦卒中；康復；綜述

［本文著錄格式］鐘吉咪，聞萬順，程瑞動，等.功能磁共振成像在腦卒中患者康復中的應用進展［J］.中國康復理論與實踐，2016，22（9）:1028-1030.

CITED AS:Zhong JM，WenWS，Cheng RD，etal.Application of functionalmagnetic resonance imaging in rehabilitation after stroke（review）［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（9）:1028-1030.

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］。腦卒中患者經過早期、系統的康復可以明顯改善其功能，提高其生活能力并重返社會。功能磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）被越來越多地用于評估人類大腦激活與感覺、運動及認知活動的關系，也常應用于神經損傷及康復過程的神經可塑性等研究［2-4］。本文綜述fMRI在腦卒中康復的應用。

1　任務態fMRI與靜息態fMRI

腦卒中康復中主要應用血氧水平依賴的fMRI（blood oxygenation leve1 dependent fMRI，BOLD-fMRI）。BOLD-fMRI利用不同神經活動狀態下大腦局部脫氧血紅蛋白含量的不同，顯示相應的腦皮層激活區，以此了解局部腦功能情況。局部神經元活動需氧量增加使血氧不成比例增加，激活的大腦區域由于順磁性去氧血紅蛋白相對減少，呈現出增強信號。因此，任務或刺激相關的fMRI、靜息態fMRI能直接或間接測量神經元激活和功能性連接，大腦活動可以被形象化地展示。

任務態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，刺激局部腦組織BOLD信號發生變化，并基于減法原則，通過比較執行和未執行任務時被試者的圖像，用數學模型和統計學方法計算出執行任務時的激活腦區。它反映任務狀態下神經元活動引起的腦皮層功能區激活情況，包含組塊設計、事件相關設計和混合設計。

靜息態fMRI指被試者在掃描時保持清醒、閉眼、安靜平臥，最大限度減少身體活動，盡量不做任何系統性思維時的狀態［5-6］，反映的是一種長程相干的功能模式，是中樞神經系統在基礎狀態下的自發活動［7］。

2　運動功能康復

腦卒中導致神經功能受損，最常見的就是病灶對側肢體運動功能障礙，主要表現為速度、力量、協調性及執行功能等方面損傷。在發病后3個月，雖然受損的功能或多或少能得到一定程度恢復，但只有約25%患者能夠恢復到日常功能水平［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的擴張達到最大化，擾亂了正常神經血管的耦合反應，導致BOLD信號降低或消失［9］；急性期腦卒中患者多無法正確執行任何運動任務，或在執行時引發連帶運動而對結果產生干擾［10］，所以研究對象多為病情穩定、恢復較好的慢性期患者。

根據文獻總結，偏癱手和正常手運動的大腦激活模式不同，在長期康復過程中，損傷和未損傷的半球都發生皮質運動功能的代償和重組。腦卒中后，80%患者出現上肢偏癱并伴隨精細運動障礙［11］，任務態fMRI最常采用的是手部松握或對指等運動任務。Rehme等分別于急性期（＜72 h）、亞急性期（2周）及慢性期早期（3～6個月）分別對腦卒中患者進行手運動的任務態fMRI，通過動態因果模型評估雙側網絡，包括初級感覺運動皮層（primary sensorimotor cortex，S1M 1）、前運動皮層（premotor cortex，PMC）、輔助運動區（supplementary motor area，SMA）間的效率聯系改變，結果顯示，急性期梗死側與梗死對側S1M 1之間抑制化信號減弱；亞急性期梗死對側S1M 1對梗死側S1M 1去抑制化信號增加，梗死側對梗死對側S1M 1信號逐漸正常化；恢復不佳的患者在慢性期仍顯示梗死對側對梗死側S1M 1的去抑制化信號仍存在［12］。提示梗死側效率聯系網絡的動態恢復對卒中后運動康復發揮著重要作用。Rehme等對急性腦卒中患者在發病后2周內進行掃描，相比健康受試者，患者兩側初級運動區（M 1）、PMC的背側和腹側與SMA的激活信號呈逐漸增強趨勢，提示早期皮質的功能性重組支持偏癱手的運動功能，運動功能的控制區域并不只局限于相關的運動功能區［13］。

部分學者著手研究大腦非運動分區對運動功能的影響。劉圣華等研究不同恢復程度的腦卒中患者大腦激活方式之間的差異，提出對側感覺運動區（sensorimotor cortex，SMC）及SMA對運動功能康復起重要作用，健側大腦半球的代償影響患側肢體運動功能的恢復［14］。Wei等發現，皮質脊髓束損傷越嚴重，手腕運動時對側非初級運動區激活越明顯［15］，顯示腦卒中患者殘余的運動系統功能性結構可能與皮質脊髓束的破壞程度相關。Rosso等提出，沒有康復的重度患者也可以觀察到功能性大腦連接的改變，上肢功能狀態受皮質脊髓束破壞程度及同側皮質-小腦連接的影響［16］。

比較患者相關運動功能區激活的差異，可觀察特定康復治療方式對神經重塑的作用。Deng等［17］和Lin等［18］分別證明著重復雜任務訓練的遠程康復治療及強制誘導治療（constraint-induced therapy，CIT）是可行的，該訓練方法對神經重塑起到一定作用。Caria等報道1例經腦機接口（brain computer interface，BCI）訓練的慢性腦卒中患者執行運動任務時，同側SMC的偏側優勢增加，是PMC背側和SMA的激活增強［19］。

一些研究圍繞優勢半球與非優勢半球腦卒中后運動功能恢復展開。O'Shea等在健康成人中使用經顱磁刺激（transcranial magnetic stimulation，TMS）干擾左側運動前區皮層，通過fMRI研究右側運動前區皮層的短期重組，結果證明在右側運動前區存在代償激活增強，并且與運動功能恢復存在緊密聯系；但干擾右側運動前區，左側運動前區卻未得到類似結果［20］。Lotze等使用TMS抑制左大腦半球卒中患者右側半球PMC和S1M 1活動，發現運動功能進一步受損［21］，支持右側半球運動區域對左側卒中后患者運動功能恢復有代償作用。提示優勢半球損傷和非優勢半球損傷后，功能恢復及雙側運動皮層功能重組過程存在差異，優勢半球損傷后肢體運動功能恢復稍差，在急性期及亞急性期對側運動皮層區有更廣泛的激活。

3　言語功能康復

失語癥是腦卒中患者最常并發的言語障礙，腦卒中后失語發病率達21%～38%，運動性失語是最常見的類型之一。此類失語患者語言不流利，但理解力相對保留，遠期的言語功能恢復也大多良好。fMRI可用于了解失語后腦內語言加工模式和言語功能恢復機制［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動雙重障礙，無法完成一些需要交流的任務或不能較好地執行運動任務；掃描過程產生的噪音可能對聽覺刺激造成影響，而無聲fMRI技術又會拖累研究進度［24］。言語功能本身較為復雜，近年對腦卒中后言語功能康復的fMRI研究雖有增多，但仍少于運動障礙。

失語癥的任務態fMRI常采用圖片識別或命名、詞語生成等任務。Szaflarski等發現，慢性失語癥患者在執行任務時，腦卒中周圍區域顯示顯著增高的激活信號，提示慢性患者利用腦卒中周圍腦功能區域實現言語功能［25-26］；其另一項研究顯示，腦卒中發生1年以上的失語癥康復患者回到典型的fMRI言語激活模式，而未康復患者的激活向右側半球區域轉移，且言語功能的提升與左側半球信號的增強相關。右側半球激活的轉移可能對言語功能的康復不起作用。李科等發現，相比于發病初期，失語癥患者康復后左半球語言相關腦區的激活增加、范圍增多，且右側Broca鏡像區激活減弱，左側Broca區出現激活［27］。提示失語后優勢半球喪失功能的語言區移至對側鏡像區和優勢半球未受累語言區的功能重組這兩種機制都參與言語功能恢復的過程，且近期以非優勢半球代償為主，遠期以優勢半球未受累語言區的功能重組發揮更重要作用。A llendorfer等的研究也證實，腦卒中患者言語的流暢度可能更多取決于優勢半球的語言網絡結構和功能的完整性［28］。Baker等對10例失語癥患者使用經顱直流電刺激對左前額葉進行刺激，以增加皮質激活，同時結合命名訓練，發現命名正確率明顯提高［29］。提示左側半球皮質的激活可能是治療失語癥的重要基礎。

總之，fMRI能顯示腦卒中后失語癥患者不同階段腦激活區的變化，反映大腦語言功能區塑形和重組情況，為了解失語后言語功能恢復的神經機制以及療效評估開辟了一條新途徑。

4　認知及感覺功能康復

相較于運動和言語功能，認知與感覺功能障礙更復雜，研究難度也更大。認知功能障礙有時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端腦區或某個網絡的支配神經元受到損傷。

姜財等發現，腦卒中患者靜息狀態下海馬功能連接性增強，而這些功能連接增強的腦區均與認知功能密切相關［30］。推測海馬功能連接模式的改變可能是腦卒中患者認知功能康復的機制之一。結合既往研究，腦卒中患者靜息態網絡（resting state network，RSN）的改變可以解釋腦卒中引起的大腦功能紊亂，當腦卒中患者大腦某些區域受損后，可以通過轉變功能連接至未受影響的大腦區域進行代償，因此腦卒中患者fMRI顯示更大的功能連接轉變提示更好的認知表現［31-32］。

感覺回饋對運動康復相當重要，尤其是視覺和本體感覺。Hassa等根據雙手被動運動的fMRI結果提出，右側半球卒中導致的忽視癥患者，其視覺和軀體感覺在右側頂葉上回有重疊表現［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，腦卒中患者同側運動皮質激活均增強，提示控制自身手運動的視覺反饋可促進特定大腦網絡的活動［34］。

大腦后動脈梗死可引起同側偏盲，對患者日常生活產生嚴重阻礙。Borstad等對患有觸覺分辨力障礙的左側腦卒中患者進行BOLD-fMRI及彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）研究，對照組對側初級軀體感覺區（S1）、雙側次級軀體感覺區（S2）、雙側中央前回及雙側小腦顯著激活；與對照組相比，實驗組激活峰位于健側顳上回、S2及健側小腦，并發現頂葉皮層和額葉皮層的激活區更加分散，可能提示大腦皮層產生廣泛代償作用［35］。雖然實驗結果提示頂葉皮層的激活程度與感覺功能明顯相關，但并沒有發現觸覺分辨力的恢復程度與患側S1激活程度有相關性。

感覺功能康復的研究目前大多還停留在實驗研究階段，若要發展到臨床應用，還需要大樣本的臨床縱向研究、合理感覺功能評價量表的制定、標準刺激裝置的建立等。

5　總結

fMRI臨床應用近20年，雖然在腦卒中診斷及治療過程中不作為常規使用，但隨著研究深入，已成為我們解釋腦卒中損傷機制、神經重塑過程以及治療后患者康復原理的工具［36］，也有助于我們提升對腦卒中患者預后的判斷，選擇更適合的治療方法，并對其療效作出評價。相信隨著fMRI技術的進一步完善和發展，應用范圍將更為廣泛。

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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.浙江省醫藥衛生科技計劃項目（No.2015KYB279）；2.浙江省中醫藥科技計劃項目（No.2016ZA028）；3.浙江省自然科學基金項目（No.LQ16H170001）；4.國家中醫藥管理局重點學科建設經費資助項目（No.國中醫藥人教發［2012］32號）。

1.浙江中醫藥大學附屬第三醫院康復醫學科，浙江杭州市310005；2.浙江省人民醫院康復醫學中心，浙江杭州市310014；3.日本順天堂大學醫學部，日本東京113-8421。作者簡介：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。通訊作者：徐守宇（1966-），男，漢族，浙江杭州市人，博士，碩士研究生導師，主要研究方向：老年病學。E-mail:overnightjo@msn.com。