t-DCS聯合常規康復干預對腦卒中后上肢運動功能康復作用的fMRI分析

屈巧俊，王 樂2，李 燕，劉 擘，任龍飛，吳京芬

近年來，腦卒中發病率日益升高，病人常遺留不同程度運動功能缺陷，嚴重影響正常生活和工作?，F代康復理論的發展和實踐證明，有效干預能夠促進腦卒中病人運動功能的恢復。經顱直流電刺激(transcranial direct current stimulation，t-DCS)作為一種新型的康復治療手段，已被證實其對于促進神經功能康復有巨大潛力[1-2]，但臨床療效及促進恢復的神經機制尚未明確。有研究發現腦卒中后運動功能的恢復與雙側大腦半球初級運動皮層(M1區)間的解剖連接和功能連接的改變有關[3-5]。目前，核磁共振(MRI)技術已被廣泛應用于腦卒中病人的神經機制的研究，其中擴散張量成像(DTI)可測量皮質脊髓束的結構連接性，即解剖連接，各向異性分數FA值可對其行定量分析[6-8]；靜息態功能磁共振(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)成像技術的靜息態功能連接(resting-state functional connectivity，rs-FC)可評估腦區之間的相關性，即功能連接[9-12]?；诖耍捎胻-DCS聯合常規康復干預手段對腦卒中后上肢運動功能障礙病人進行康復干預，并配合DTI聯合rs-FC的磁共振方法觀察雙側大腦半球M1區間解剖連接和功能連接的變化，以期為該手段的臨床療效和機制研究提供一些有益的探索?，F將2例病人臨床資料報道如下。

1 資料與方法

1.1 病例資料 病例[1]，男，51歲，2017年8月因晨起突發右上肢無力入院。MRI示：左側基底節區腦梗死。給予改善循環、營養神經等藥物對癥支持治療后好轉。診斷：腦梗死、右側肢體偏癱。入組查右側肢體Brunnstrom分級，右上肢Ⅲ級、右手Ⅲ級、右下肢Ⅴ級。右側肢體Fugl-Meyer運動功能評分(FMA)：總分13分(上肢5分，手0分，下肢8分)。日常生活能力(ADL)評分35分。簡易精神狀態檢查量表(MMSE)為28分。

病例[2]，女，56歲。2017年10月因右上肢肢體障礙入院。MRI示：左側基底節區腦梗死。給予改善腦細胞代謝、營養神經等治療后病情平穩。診斷：腦梗死、右側肢體偏癱。入組查右側肢體Brunnstrom分級，右上肢Ⅱ級，右手Ⅲ級，右下肢Ⅲ級；右側肢體Fugl-Meyer運動功能評分：總分13分(上肢4分，手3分，下肢6分)。ADL評分32分。MMSE評分26分。

1.2 治療方法

1.2.1 常規康復 2例病人均接受常規康復干預，包括局部物理偏癱肢體綜合訓練：神經肌肉促進技術、牽伸、肌力、平衡功能及步行訓練等，每次40 min，作業治療：雙上肢Bobath握手滾圓筒等，每次30 min；傳統康復：針灸，每次15 min。上述干預均為每周5次，共2周。

1.2.2 t-DCS治療 病例[1]除接受常規康復干預外，在每次常規干預前先進行20 min的t-DCS治療。刺激部位定位：在以頂中央為起點向左右旁開6 cm。采用海瑞經顱電刺激儀器治療，將5 cm×7 cm的飽和鹽水吸收性明膠海綿電極的陽極置于患側M1區，陰極置于對稱的肩部，電流刺激強度為2 mA，每次20 min。每周5次，共2周。

1.3 康復評定

1.3.1 臨床評價 采用Fugl-Meyer運動功能量表中的上肢部分(Fugl-Meyer assessmentof upper extremity，FMA-UE)評價上肢與手功能，Brunnstrom分級評定腦卒中病人偏癱肢體運動功能的恢復過程所處的階段，干預前后采用改良Barthel指數量表(MBI)評價ADL，MMSE評定精神狀態。分別在干預前和干預2周后進行評定。

1.3.2 fMRI評價 試驗設計，2例病人分別于干預前后在山西醫科大學第一醫院行3.0T磁共振(Siemens， Skyra， Germany)掃描，同時招募1名年齡相仿的健康志愿者作為對照。準備就位后，對病人行全腦結構像、DTI、rs-fMRI掃描。靜息態掃描時，囑病人放松、閉眼，平穩呼吸，盡量不要進行系統性思維活動并保持清醒。

掃描參數，rs-fMRI采用平面回波(echo-planar imaging， EPI)序列，參數：TR/TE=2 000/30 ms，FOV為225 mm×225 mm，掃描層數為32，層厚為3.5 mm，層間距為0.7 mm，方向平行于AC-PC軸，翻轉角90°，總時長為 8 min 6 s。DTI采用單激發EPI序列，參數：TR/TE=9 100/84 ms，FOV=244 mm×244 mm，層數75，層厚2 mm，b值=1 000 s/mm2，掃描時間11 min 59 s。

1.3 數據處理與分析 DTI分析：采用FSL軟件(http：//www.fmrib.ox.ac.uk/fsl)對數據進行預處理。對于每幅圖像，均與b=0的圖像互相匹配，校正渦流變形和運動偽影，再去除頭骨，最后使用線性最小二乘法重建DTI圖像，用Johns Hopkins University (JHU) white-matter(WM) tractography atlas來定位MNI空間中的白質纖維，測量其各向異性分數FA值，通過檢測FA值的變化， 提供腦卒中病人病理狀態下解剖結構完整性。詳見圖1。

靜息態fMRI數據預處理：利用DPARSF(Data Processing Assistant for Resting-State fMRI； Yan and Zang， 2010； http：//www.restfmri.net/forum/DPARSF)對每名被試者靜息態fMRI數據進行預處理。刪除前10幅圖以消除掃描開始時儀器不穩定造成的影響，對剩余的230幅圖像進行校正、對齊、匹配、標準化、平滑，去除線性漂移及協變量影響，再濾除噪聲得到最終的rs-fMRI圖像。詳見圖2。

圖1 病例[1]經t-DCS聯合常規康復手段干預前后的DTI圖

圖2 病例[1]經t-DCS聯合常規康復手段干預前后雙側大腦半球M1區靜息態功能連接(rs-FC)

2 結 果

病人康復干預后臨床評價：右側肢體Brunnstrom分級(右上肢-右手-右下肢)：病例[1]為Ⅳ-Ⅳ-Ⅴ；病例[2]為Ⅲ-Ⅳ-Ⅳ；右側肢體Fugl-Meyer評分：病例[1]總分40分(上肢15分，手8分，下肢17分)；病例[2]總分28分(上肢9分，手7分，下肢12分)。ADL評分：病例[1]上升至56分；病例[2]上升至44分。

本研究中病例[1]、病例[2]均經過2周治療，病例[1]在接受t-DCS聯合常規康復干預手段后FMA-UE評分從治療前5分增加到常規訓練后23分，而僅接受常規康復干預的病例[2]FMA-UE評分則從治療前7分增加到16分，且病例[1]的FMA-UE評分前后差值是病例[2]的2倍；病例[1]的Brunnstrom分級和ADL評分也均比病例[2]獲得更大提高。

在病例[1]、病例[2]與健康對照者fMRI上顯示，病例[1]與病例[2]病灶側CST的FA值治療前后相比，變化并不明顯(見圖3a、3c)，而雙側M1區rs-FC值則明顯升高(見圖3b、3d)，病例[1]治療后的rs-FC值也更接近健康對照者(見圖3b、3d)。

圖3 病例[1]、病例[2]與對照者fMRI測試結果

3 討 論

腦卒中已成為世界范圍內成年人運動障礙的主要原因[1-2]。M1區是人類參與運動執行的主要腦區，并且與運動恢復密切相關。以往研究顯示，上肢運動功能的恢復與雙側大腦半球M1區間的解剖連接和功能連接的改變有關，針對性加強M1-M1的功能和解剖連接的康復治療可能有助于腦卒中病人的上肢運動功能恢復[3-5]，目前，t-DCS正是通過直接刺激大腦半球的M1區進行干預。為了評價該手段臨床療效及探索神經恢復機制，本研究選擇t-DCS聯合常規康復干預手段對亞急性期腦卒中病例[1]進行康復干預，結果發現病例[1]在康復干預后臨床療效顯著。

從M1區發出的皮質脊髓束(corticospinal tract，CST)是中樞運動系統最重要的通路，損傷側CST的FA值降低被認為是繼發于直接損傷區域導致的華勒氏變性的結果，并且研究發現CST受損會影響病人半球間纖維連接，如M1-M1解剖連接，且雙側大腦半球M1-M1的FA值與損傷側CST的FA值與之間呈正相關[13]。有研究顯示CST結構損傷的程度將影響腦卒中病人運動功能恢復[14-15]，如將陰極tDCS作用于健側半球之后，患側半球CST完整的受試者運動功能得到了顯著改善，而CST受損的受試者運動功能并沒有得到明顯改善[16]。本研究中兩例病人均表現為左側基底節區受損，損傷側CST的FA值較正常對照降低，經過康復干預后兩例病人患側CST的FA值變化不明顯，而右側上肢運動功能均得到了明顯改善?？梢娍祻透深A可有效改善CST輕度受損的腦卒中病人的上肢運動功能，但康復療法包括t-DCS也并不能明顯增加雙側M1區之間的纖維連接。

腦卒中自發恢復過程中雙側M1區之間的rs-FC呈現動態演變，在腦卒中初期雙側大腦半球M1-M1間rs-FC顯著降低，并在6個月甚至更長時間后逐漸增加至正常水平[17-19]，表明M1-M1間FC值與病人的運動功能恢復高度相關。有研究顯示穩定的慢性期病人經過t-DCS康復干預后雙側M1之間的rs-FC增加，但并沒文獻報道過t-DCS對亞急性期病人雙側M1之間功能連接變化的影響。本研究對象均為腦卒中后2個月的病人，且均表現為雙側M1之間的rs-FC值減低，經過兩種不同聯合干預手段后，rs-FC均明顯增加，病例[1]增加更明顯。因此表明t-DCS聯合常規康復干預可有效增強亞急性期腦卒中病人雙側半球間功能連接，并推測雙側半球間功能連接的恢復或增強在運動恢復中起到更加重要的作用，以及功能連接的增強可有效代償雙側大腦半球間解剖連接的破壞。

本研究通過結合DTI和rs-FC的結果，從不同方面評價t-DCS干預亞急性期腦卒中病人上肢運動功能的臨床療效及可能的恢復機制。

雖然本研究為個案對照，但高度匹配的年齡、性別、發病腦區和卒中類型以及上肢功能在干預后的實質性恢復(臨床評分和fMRI變化)均提示，t-DCS聯合常規康復干預手段可能是一種改善亞急性期腦卒中病人上肢功能的有效方法。本研究樣本量小、外推性受限，下一步將采用大樣本的隨機對照研究來確證t-DCS對亞急性期腦卒中病人上肢功能康復的有效性。