彌散張量成像聯合運動誘發電位評估腦梗死偏癱患者運動功能預后價值的研究進展

孟江濤，楊思宇，孫蕾，雷瑞寧，趙曉霞

我國腦血管疾病負擔日趨嚴重，2020 年中國卒中患病率為2.6%，較2019 年卒中患病率增長0.6%，遠高于全球卒中患病率估計值（2019 年為1.2%），并且每10 萬人中就有343 人死亡，逐漸成為第一大死亡原因［1］，且發病年齡日益年輕化，神經功能缺損也越來越引起人們的重視，而肢體功能障礙是其最常見的后遺癥［2］。

運動功能的恢復通常發生在腦梗死后3 個月內，且上肢恢復較下肢相對受限。有研究表明上肢運動功能恢復可能不限于腦梗死后的前3～6 個月，這一關鍵的恢復時間窗可被延長至腦梗死后18 個月［3］。精準預測腦梗死患者預后，有效時間窗內進行康復治療恢復患肢功能尤為重要，目前對于神經功能缺損及康復評估仍然是不全面的，缺乏特異性手段［4］，故探索影像學及神經電生理工具用于運動功能預后的評估有一定臨床價值。

皮質脊髓束（CST）是運動傳導的主要通路，其纖維的完整性會影響運動結局，沃勒變性是卒中后CST受損的表現，包括軸突和髓鞘的順行性病變。發病早期主要表現為遠端軸突腫脹、破裂、塌陷和髓鞘松弛，隨后可見髓鞘腫脹、增厚、彎曲和分解［5］。CST 的沃勒變性和功能障礙密切相關，在卒中后早期常規的影像學方法并不會顯示這種細微的表現，而磁共振彌散張量成像（DTI）及經顱磁刺激運動誘發電位（TMS-MEP）是早期檢測卒中后CST 沃勒變性的敏感工具，發覺腦梗死后神經及組織更為細微的變化，得到客觀反映運動神經通路損傷的評估指標。

本文文獻檢索策略：系統檢索中國知網、萬方數據知識服務平臺、PubMed、Web of Science 等數據庫，檢索策略采用主題詞與自由詞相結合的方式。中文檢索詞包括：腦梗死、腦卒中、彌散張量成像、經顱磁刺激、運動誘發電位、運動功能、預后等檢索詞及其組合。英文檢索詞包括：cerebral infarction，stroke，diffusion tensor imaging，transcranial magnetic stimulation，motor evoked potentials，motor function，prognosis 等檢索詞及其組合。納入標準：符合DTI、經顱磁刺激（TMS）在腦梗死預后評估中的臨床及綜述文獻。排除標準：非全文文獻、重復發表文獻。

1 DTI 概述

1.1 DTI 基本原理和方法 DTI 是在彌散加權成像（DWI）的基礎上發展起來的，是一種新型的核磁成像及后處理技術，能夠無創檢測白質纖維結構的醫學成像工具。DWI 與DTI 的成像均是基于水分子在不同結構的擴散方向及速度差異。從三維角度立體、直觀地顯示活體腦白質纖維束的走行變化，從而實現對人的神經纖維精細成像。DTI 顯示了傳統核磁不能反映的白質內纖維束細微結構早期受損情況，以及缺血區纖維受損狀態、白質纖維束因損傷而導致的推壓、移位和破壞［6-7］。通過DTI 對白質纖維束的追蹤觀察，不僅可以揭示神經組織的形態與結構，也增加了白質纖維束相關的顱內病變的診斷潛力。

1.2 常用參數及意義 將獲得的數據經計算機處理后轉換成以下參數成像：包括各向異性分數（FA）、相對各向異性（RA）、平均彌散系數（ADC）、容積比（VR）。

FA、ADC 是常用的DTI 標量。通過測量DTI 標量，可以從定量角度評估缺血性腦梗死患者不同階段白質纖維束的微結構變化，實現白質纖維束損傷對于運動功能變化的轉化，從而達到反映不同程度運動功能缺損遠期預后的結果。

FA 值代表組織各項異性的特征，反映神經髓鞘的完整性、致密性和平行性，其值降低表明細胞完整性受損和不可逆轉的細胞損傷［8］，其變化在梗死核心和缺血區域之間是不同的，取決于缺血的嚴重程度和發病時間［9］。

ADC 的變化與腦梗死的時間有關，在腦梗死的超急性期、急性期ADC 值降低，而在亞急性期開始回升，隨后出現假正常化現象，在慢性期逐漸升高，最后超過參考范圍［10］。這種數值變化是由于在腦梗死早期出現細胞毒性水腫，水分子在細胞間的自由運動受限，造成ADC 值降低；隨后出現血管源性腦水腫，水分子的自由擴散空間增加，ADC 值增大甚至超出參考范圍［11］，因此結合ADC 的數值變化，可以進一步明確不同時間段腦梗死患者白質纖維束缺血壞死的程度。

1.3 DTI 在腦梗死后偏癱肢體中的應用 針對缺血性卒中患者，白質纖維束DTI 參數的早期測量已經證實可以獨立預測患者的功能預后，并且是在評估卒中后恢復的研究中的附加指標［12］。一項對腦梗死后12 h 的CST 行DTI 評估的研究表明，CST 的完整性與腦梗死90 d 后的運動功能密切相關，并且在結果預測中優于梗死體積和臨床評分［13］。一項對比腦梗死后24～72 h 和3 個月后癥狀缺損嚴重程度的研究發現，隨時間的延長半球白質的完整性顯著下降，而遠端白質纖維束較少缺失的患者運動功能恢復更好［14］。也有研究證實腦梗死后患側與健側CST 測定的rFA 值（患側FA 值與健側FA 值之比）對于評估腦梗死后3 個月的上肢功能恢復情況有重要指導意義［15］。此外，FA 值還與預后不良獨立相關［16］。

利用DTI 還可以評價腦梗死組織區域和鄰近區域微結構損傷的變異性程度，有效辨別梗死核心區域和缺血半暗帶，為急性腦梗死患者溶栓治療提供新的依據［17］。此外，從腦梗死急性期、亞急性期過渡到慢性期的過程中，不同階段測定的ADC 值還可以反應患者病程所處階段，在明確不同時間段腦梗死患者白質纖維束缺血壞死程度的同時，還可以指導功能結局的演變［18］。通常在慢性期越高的ADC 值，則代表病變區域已經逐漸發生完全液化壞死，此時恢復也更為困難［19］。

目前DTI 主要用于腦部病變的研究，可以清晰顯示除白質纖維束外，還可以評估腦發育水平和腦認知功能，揭示腦部疾病的病理變化，指導腦腫瘤術前計劃的制訂，評估手術效果及患者預后等。此外，DTI 還可以進行外周神經成像、脊髓成像、椎間盤成像、子宮成像、雙腎成像等，有一定的診斷價值。

2 TMS 概述

2.1 TMS 基本原理 TMS 是一種無創、無痛的神經電生理學檢查，基于法拉第電磁感應原理，脈沖磁場信號通過頭皮和顱骨無衰減地施加到大腦皮質，然后在作用區域的組織中產生感應電流刺激該區域的神經元興奮，產生相應的神經電生理活動［20］。

2.2 常用參數及意義 運動誘發電位（MEP）振幅和潛伏期、中樞運動傳導時間（CMCT）等神經生理學指標是TMS 常用指標，其有助于深入了解卒中后皮質脊髓興奮性狀態［21］。TMS-MEP 就是通過在大腦皮質運動細胞、脊髓神經根及周圍神經給予TMS，在其支配的相應肌肉上記錄產生的動作電位，從而反映中樞運動傳導通路的功能［22］。MEP 幅度提供了從運動皮質至目標肌肉的多突觸神經通路興奮性變化的度量［23］。MEP 潛伏期是指從開始給予人體肌肉適宜的刺激到出現運動反應時所需要的時間，包括皮質興奮、CST 傳導，脊髓前角興奮及脊髓前角傳導所需要的時間，MEP潛伏期延長，說明錐體束存在損傷。CMCT 是指TMS 作用于大腦運動皮質區域產生的誘發電位延遲CST 到達脊髓神經根所需要的時間［24］。CMCT 延長表明CST 的傳導減慢，提示CST 的損傷，如軸突受損或脫髓鞘改變。

2.3 TMS 在腦梗死后偏癱肢體中的應用 TMS 能夠定量表示CST 在刺激過程中的興奮性，通過評估運動誘發電位確定CST 神經生理學的完整性［25］。在中樞神經系統腦或脊髓損傷病變中，MEP 的表現是由脊髓破壞的程度決定的，白質纖維脫髓鞘改變越重，前角運動細胞受損數目越多，則MEP 的潛伏期和波幅越容易受影響［26-27］。此外卒中后早期TMS-MEP 的存在與否，可以為皮質運動傳導系統功能的完整性提供有效的信息［28］。就嚴重受損的腦梗死患者功能預后而言，MEP狀態對于區分運動恢復良好和運動恢復不良的患者有重要意義。一項以大腦中動脈供血區梗死引起的運動功能障礙為主的研究中發現，上肢較下肢運動缺損更為嚴重，恢復更為困難，然而對于上肢存在TMS 運動誘發反應的患者，通過早期識別，并且經過3 年強化康復計劃，仍然可以為腦梗死后患者帶來有意義的收益［29］。下肢亦是如此，通過早期行TMS，確定CST 的保存情況有助于預測受影響下肢的最終運動恢復和步態功能［30］。通過動作電位高低長短異常，評估中樞運動傳導通路受損程度，可以反映患者運動功能預后恢復。

CST 構成了主要的運動輸出通路，其完整性與運動功能狀態相關，其受損的程度會制約運動表現和恢復，TMS 通過檢測神經通路的完整性，進而預測患者預后，因此其完整性是卒中患者運動功能潛能的預測因子［31］。同樣地，通過檢測CST 結構的完整性，判斷腦梗死后因運動功能長期缺失導致患者恢復期出現功能的失用現象，其診斷也變得相對簡單，CST 是人腦中與運動功能聯系最為密切相關的神經纖維束，腦梗死后失用的患者仍保留CST，可通過TMS 刺激神經元，測量MEP 幅度來估計CST 纖維的數量，從而判斷是否存在運動功能缺損［32］。精準地判定患者運動功能狀態有助于康復計劃的個體化，有助于識別具有顯著康復潛力的腦梗死患者，使這些患者從強化康復中獲益。

3 DTI 及TMS 聯合在腦梗死偏癱肢體中的應用

DTI 可以識別白質纖維束的區域，實現解剖學的映射，通過精準地跟蹤、觀察白質纖維束的完整性而進行神經組織病變相關的腦功能疾病研究［33］。在腦梗死患者中進行白質彌散張量成像參數的早期測量，觀察患者FA 值、ADC 值在腦梗死后不同階段的演變規律，建立和患者運動功能缺損恢復的聯系性，可以起到獨立預測患側功能預后的作用。DTI 反映白質纖維束牽拉、移位、缺損程度，對于內部纖維結構細微病變的評估較為局限，而TMS可以從電生理學角度評估其通路的完整性，精準地反映運動傳導通路功能，做到從微觀結構上反映CST 內部的病理生理改變。目前TMS 多被用來研究皮質下腦梗死后運動康復相關的腦解剖結構與電生理功能之間的相關性，相對于臨床功能指標，其是一種能更客觀、全面反映神經纖維的受損程度，更準確評估運動功能的半球支配情況的技術［34］。通過對皮質刺激下MEP波的波幅、潛伏期及CMCT 的研究，能反映白質纖維束內部的通路功能，探索腦梗死后與患者運動功能恢復相關的電信號傳導的興奮性及神經的可塑性。

KUMAR 等［35］通過對腦梗死后7 d 內有明顯的上肢運動缺陷的患者進行TMS 運動誘發電位和DTI 檢查，評估CST 的完整性預測上肢運動功能恢復的準確性，研究認為DTI 參數的FA 值可以提示CST 的完整性，FA 值降低表示神經束完整性中斷，并與運動缺陷相關；TMS 中顯示MEP 反應且CST 完整性保留較好的患者，比沒有這些特征的患者有更好的上肢運動恢復機會，證實了這兩種檢測方法在預后評估中的重要性。OKAMOTO 等［36］研究也探討了DTI 及TMS 的神經電生理學參數在卒中患者康復中的重要性。此外，MEP 應答反應差的患者，其神經功能預后結局演變結果并不一定就無法逆轉，有研究發現重度-中度腦梗死運動障礙且TMS 無MEP 應答的個體，通過神經調節及運動康復訓練的相結合，部分患者仍然可以實現具有臨床意義的改善，盡管MEP 應答組比無應答組有更好的康復效果［37］。這種原因可能是由于CST 損傷，皮質脊髓之間突觸活動的興奮性下降，TMS 脈沖激活皮質脊髓投射的部分纖維，在脊髓運動神經元中產生的興奮性突觸后電位遠離它們的閾值，將不產生電位活動，因此將不記錄MEP。因此對于這類的TMS 結果，預后判斷的特異度就需要其他手段來提高，而DTI 剛好可以滿足這種需要。國內有較少研究也與上述結果相似，楊雅馨等［38］采用DTI 及TMS 兩種手段，對腦梗死后肢體功能障礙客觀指標的相關性分析發現，MEP 波形缺失及DTI 標量可以用于重度肢體功能障礙的評估指標，但由于早期CST通路的中斷，會限制MEP 喚起，導致MEP 波形缺失作為重度功能障礙指標的靈敏度高，而特異度較低，但聯合DTI 標量協同檢測后，其檢驗效能明顯提高。但是，盡管CST 完整性保留，患者也可以存在肢體功能障礙的可能，一個有意思的發現是，TANG 等［39］發現在肢體輕癱的中央前回梗死性病變未累及CST 通路的原始區域時，雖然CST 保留完好，但TMS 卻表現出神經電生理學指標的變化。LI 等［40］研究也表現類似的結果，經治療后病灶側DTI 測定較前未見明顯改善，但MEP振幅、潛伏期明顯改善。這可能是因為CST 結構的完整性并不等同于CST 傳導功能的完整性，因此盡管CST的完整性是良好運動恢復的必要前提，但是也不能忽略神經電生理改變在皮質病變患者中的重要性。

4 小結與展望

腦梗死患者白質纖維束損傷是患者神經功能受累的關鍵因素，也是影響患者功能恢復的主要原因，DTI 及TMS-MEP 可以發現更為細微的神經及組織變化，是無創探索復雜腦組織結構的有力工具，通過DTI 和TMS的聯合，利用不同的分析方法有效探索白質纖維束的損傷模式，將有助于為患者制訂相應的神經功能康復方案，最大限度地改善遠期預后。此外，DTI 及TMS 當前研究的主要熱點依舊是探查中樞神經系統的纖維通路，通過對相關數據的定量分析，使得可視化的腦損傷以及與臨床治療相關的各種神經束潛藏病變成為可能。

作者貢獻：孟江濤負責文獻資料的收集、整理、文章整體構思、論文撰寫；楊思宇、孫蕾、雷瑞寧負責文獻資料整理；趙曉霞提出研究思路、負責論文修訂、文章質量控制，對文章負責。

本文無利益沖突。