功能磁共振成像在急性腦梗死中應用的研究進展

劉長英，周 莉，張根明，劉博文，莎日娜

急性腦梗死是由腦血管疾病導致的腦組織血液供應障礙，出現腦組織壞死，引起肢體運動及感覺等神經功能缺損的臨床癥狀。急性腦梗死病具有高發病率、高致殘率及高死亡率特點，對社會及家庭危害巨大。目前我國腦血管疾病發病率為120/10萬～180/10萬，由于人口老齡化日益嚴重，其發病率逐漸升高。隨著科學研究的不斷深入，發現急性期積極干預可改善病人腦組織結構和功能狀態，實現“腦可塑”。

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是近年來迅速發展的一種可精確定位的、無創的人腦高級功能研究手段，可利用血氧水平依賴對比技術準確、直觀地觀察腦功能活動部位及范圍。fMRI既具有磁共振成像優勢又具有功能成像特點，同時具有較高的空間分辨率。fMRI可從整體觀察大腦各功能區之間的網絡連接[1]，較多地用于評估人類腦區激活與運動、感覺及認知活動關系，也常應用于神經損傷及康復過程中的神經可塑性研究[2-3]。現綜述fMRI在急性腦梗死中應用的研究進展。

1 腦網絡連接與運動障礙

運動障礙是腦梗死常見的后遺癥，腦梗死后肢體運動障礙發生率達60%～80%，是病殘的主要原因之一，嚴重影響病人生活質量[4]。明確腦梗死所致運動損傷的神經機制對病人康復至關重要。目前關于腦梗死后出現運動障礙主要有兩種假說：第一種認為腦梗死后大腦運動功能區控制功能損害是腦梗死后運動功能障礙的主要原因[5-6]；另一種認為經胼胝體抑制導致腦梗死病人運動能力下降[7]。腦梗死急性期，從分子水平到網絡水平的大腦變化活躍，大腦自我修復過程加快。腦梗死早期康復對運動功能恢復重要，可顯著改善病人臨床預后。近年來，以fMRI為代表的多模態成像技術已廣泛用于腦梗死病人運動障礙的神經機制研究。fMRI研究顯示腦梗死后局部激活和連接異常與運動障礙有關[8]。

正常人靜息態運動網絡的雙側功能連接是對稱的[9]，雙側大腦半球互相抑制，而腦梗死后這種互相抑制被破壞[10-11]，腦卒中早期患側運動皮質受損，對健側大腦半球的抑制作用減弱，增強健側大腦半球興奮性，進而增強患側大腦半球抑制作用。戚婉等[12]研究發現，康復過程伴有腦功能區重建，腦梗死病人雙側大腦半球腦功能具有不對稱性，腦功能區激活部位發生變化。腦梗死急性期治療后患側肢體同側腦區激活體積減小，而對側腦區激活體積增大，隨著腦梗死不同時期變化，腦功能重組發生變化，而激活模式逐步趨于原始化。Schulz等[13]利用縱向動態因果模型研究發現腦梗死急性期病人雙側大腦半球間抑制性連接失衡在康復期逐漸恢復正常。Du等[14]應用一般線性模型和動態因果模型分析急性腦梗死病人fMRI，以檢測大腦皮層運動激活和運動皮層的有效連接，結果顯示同側初級運動區(M1)激活和運動皮層興奮性增加與運動功能改善有關。在手部運動過程中，從對側到同側M1的連接性抑制與運動損傷程度相關，同側運動皮層興奮性與促進同側M1連通性增強或減少對側M1半球間抑制相關。提示局部M1功能障礙和異常的大腦半球之間的相互作用可能是急性腦梗死運動障礙的原因。曾繁勇等[15]研究發現急性腦梗死病人進行患側對指運動時，雙側大腦半球均可見激活，包括患側雙側運動前區皮質和輔助運動區、健側后頂葉皮質、初級運動皮質。改善運動皮質的興奮性，糾正與運動缺陷相關的異常運動網絡連接可能是腦梗死病人早期神經康復的治療目標。

2 腦網絡連接與認知障礙

人類大腦進化和發展過程中，大腦皮層網絡組織支持神經網絡的集成和分離，局部腦回路與全腦網絡集成之間存在最佳平衡[16]。認知功能障礙有時難以通過梗死灶大小和部位予以解釋，分析原因可能是由于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。腦梗死病人靜息態網絡改變可解釋腦梗死引起的大腦功能紊亂，腦梗死病人大腦某些區域損傷后，通過轉變功能連接至未受影響的腦區進行代償，因此，腦梗死病人fMRI中較大的功能連接轉變提示較好的認知表現[17-18]。

神經影像學研究表明，急性腦梗死病人局部腦損傷導致遠離病變部位的腦區出現異常信息傳遞。Zhu等[19]利用fMRI和圖論分析系統研究急性腦梗死病人功能性腦網絡的拓撲特性，結果顯示與健康對照組相比，急性腦梗死病人最短路徑更低，整體效率更高。急性腦梗死病人額前回(PCUN)、額中回(MFG)、額上回內側部(SFGmed)、額中回眶部、額下回外側部節點程度增加，額前回、額中回、額上回內側部和角回節點效率提高。急性腦梗死病人中顳橫回節點程度降低，而節點效率無明顯降低。功能障礙主要集中于顳橫回和前額葉皮質。急性腦梗死病人中額中回中心性改變和功能連接異常與簡易智力狀態檢查量表(MMSE)評分相關。結果提示，局部腦組織損傷后語言系統功能連接中斷可能導致其他腦回路拓撲結構破壞，這可能是導致急性腦梗死病人出現認知障礙的原因之一。Jiang等[20]研究發現，與健康對照組相比，急性腦干梗死病人右側前額葉內側皮質(mPFC)和右側楔前葉前后默認網絡(DMN)功能連接性顯著降低，且腦卒中病人右側mPFC和右側楔前葉連接性降低與高同型半胱氨酸呈負相關。急性腦干梗死病人DMN功能連接性降低為明確腦梗死后認知損害的神經機制提供了新思路。

3 腦網絡連接與意識障礙、缺血半暗帶

3.1 評估意識障礙 意識障礙在急性腦梗死病人中較常見，且與腦梗死后臨床結局相關，其潛在機制尚不明確，對意識受損的急性腦梗死病人腦活動和連接性變化較少。Yuan-Hsiung等[21]研究發現，與正常人相比，腦梗死意識障礙病人在楔前區和后扣帶回皮質局部一致性(ReHo)和低頻振幅(ALFF)強度及DMN連接強度顯著降低。DMN強度與發病和掃描格拉斯哥昏迷量表(GCS)得分差異高度相關。靜息態fMRI是評估急性腦梗死病人早期意識障礙的可行性工具，與此相關的腦活動和腦網絡變化的具體機制、含義需進一步研究。

3.2 評估缺血半暗帶 Tsai等[22]對16例首次急性腦梗死病人發病27 h內進行磁共振掃描，分別采用彌散成像和灌注加權成像確定梗死區核心和半暗帶，各個腦區相對低頻振幅平均值與腦梗死發病后時間相關。在梗死核心組織、半暗帶組織和正常腦組織中，低頻振幅相對值存在顯著差異。低頻振幅圖像的病變位置與擴散和灌注加權成像不完全匹配，然而，這些圖像提供可用于區分半暗腦組織和正常腦組織的對比度。在半暗帶組織中發現腦卒中發病后時間與低頻振幅相關，而在梗死核心和正常腦組織不存在。低頻振幅反映缺血后潛在的神經血管活動，在評估缺血后腦組織活力方面具有較大潛力；結果表明，低頻振幅有助于急性腦梗死的溶栓或神經保護性治療。Liu等[23]報道非人靈長類動物腦梗死模型梗死周圍組織低頻振幅頻率降低和幅度增加。Yao等[24]研究表明，大腦中動脈閉塞的超急性腦梗死大鼠模型低頻振幅存在動態變化，大腦中動脈閉塞后24 h內低頻振幅幅度增加，從缺血中心向周圍邊緣遷移，超過磁共振彌散成像(DWI)邊界。上述動物研究表明，低頻振幅測定可能具有估計和預測急性缺血性腦組織存活率和預后的潛力。

4 fMRI在中醫治療急性腦梗死中的應用

4.1 中藥 中醫藥在治療急性腦梗死方面具有獨特優勢。Wei等[25]研究發現血栓心脈片能顯著增加急性腦梗死病人運動網絡的內部功能連接：左側初級運動皮層和右側初級運動皮層之間，右側初級運動皮層和上頂葉皮層之間，左前運動皮質和右前運動皮層之間及左前運動皮層和右上頂葉皮層之間。這些腦區均屬于運動網絡，對急性缺血性腦卒中病人運動功能恢復起重要作用[26-27]。Inman等[26]研究顯示，腦卒中病人運動控制網絡中大腦區域的功能連接性，包括初級運動皮層和上頂葉皮層的功能連接性顯著降低。Wei等[25]研究證明血栓心脈片通過增加運動網絡內腦區的功能連接改善急性缺血性腦卒中病人的神經功能缺損。任珊[28]采用靜息態功能磁共振(DTI聯合BOLD-fMRI)評價三七總皂苷注射液對急性腦梗死病人神經功能及結構重塑影響，結果發現三七總皂苷注射液可促進急性腦梗死病人白質纖維結構重塑，細胞毒性水腫及血管源性水腫得到改善，灰質功能得到恢復，重要部位平均擴散率(MD值)與中西醫量表分數變化之間具有一定的相關性。張晶[29]通過靜息態功能磁共振成像分析注射用丹參多酚酸對急性期腦梗死病人神經功能缺損情況的影響，結果發現兩組低頻振幅、ReHo、ReHo global數值比較(這些指標分別反映神經元激活情況及局部一致性)，治療組健側半球一些腦功能區數值較對照組提高，說明治療組經藥物治療后健側半球功能區的神經元局部一致性和神經元激活情況較對照組明顯。

4.2 針灸 針灸作為中醫的獨特療法，治療腦梗死療效已得到肯定，近年來，應用fMRI探討其治療腦梗死的機制日益增多。謝西梅等[30]研究發現腦梗死病人較多腦區ReHo存在差異；經針刺治療后病人重要腦功能區ReHo發生明顯變化。有研究指出靜息狀態下腦梗死病人存在廣泛的大腦灰質密度異常，實現靜息狀態下“默認網絡”及“運動網絡”關鍵區域腦灰質密度的調節是針刺治療腦梗死的核心機制[31]。Li等[32]針刺腦梗死病人外關穴(SJ5)并同時進行功能磁共振掃描，根據病人感覺分為得氣組和非得氣組，得氣組激活/未激活區為左顳上回(BA39)/小腦右前葉和左丘腦，非得氣組激活區包括右額葉內側額回(BA11)、右邊緣葉(BA30、35)和左額葉(BA47)，而唯一未激活區是右頂葉(BA40)；與非得氣組相比，得氣組小腦右前葉和右邊緣葉(BA30)明顯激活，該研究結果提示針刺得氣的臨床療效是以腦功能改變為基礎的。Chen等[33]發現針刺陽陵泉穴對右側顳極、左側舌回、左側小腦均有正性交互作用。負性交互作用主要發生在對側運動皮層和同側下肢運動皮層。針刺陽陵泉穴可增加運動認知連接，同時減少未受影響的運動皮層代償作用和同側連帶運動，從而促進偏癱和痙攣康復。Wu等[34]研究發現針刺引起額葉和DMN區網絡的結構重組，這可能是針刺促進運動和認知功能恢復的潛在治療靶點和機制。

5 小 結

人的大腦類似于一個復雜網絡，網絡中各個控制節點與周圍區域有密切復雜的聯系，但由于個體差異可能造成不同腦梗死病人整個大腦網絡控制的變化，最終出現激活區差異。腦梗死后大腦發生一定的腦功能重組，但較有限，腦梗死后出現大腦皮質功能重組是一種多機制、多層次、多水平的調控。已有較多學者在腦梗死后腦功能區的重組及神經重塑方面進行相關研究，尚未明確其腦區激活的確切機制，有待進一步研究。目前相關研究大多集中于腦梗死恢復期及后遺癥期，對腦梗死急性期研究偏少；中醫方面主要集中于針灸及中藥注射液，中藥復方由于成分復雜，確切作用機制難以明確，恰當地運用功能磁共振研究中藥復方的治療效果及作用機制，使結果更直接、客觀。