电针刺激曲池穴在颈脊髓效应的功能磁共振成像研究

王伟东 岳柏林 孔抗美 姚关锋 王新家 沈智威

中国针灸其独特的疗效为历代医家所重视并广泛应用于医学实践, 尤其是应用于神经损伤性疾病的治疗。随着功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术的广泛应用, 已开展很多探索针灸作用机理的研究［1］。本研究旨在应用脊髓血氧浓度相依对比(blood oxygen-level dependent, BOLD)功能成像技术, 采用梯度回波-平面回波成像序列(GE-EPI)检测脊髓功能激活区, 观察电针刺激曲池穴在颈脊髓磁共振功能成像激活情况, 分析刺激在颈脊髓核磁功能成像的激活特征, 为针灸在脊髓损伤的治疗方面提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 主要设备 ①G6805-Ⅱ型功能性电刺激治疗仪(汕头医用设备厂生产)。②美国 GE 通用公司(Signa , GE medical systems, Milwaukee, USA)1.5 T超导型核磁共振成像系统。③常规颈项圈。④LINUX 操作系统及 FUNCTOOL、SPM2 分析软件。⑤直径0.30 mm银针。

1.2 实验步骤

1.2.1 实验时间及地点 2010年11月～ 2012年2月, 实验及数据采集分析均在汕头大学医学院第二附属医院完成。

1.2.2 实验对象 20 例健康志愿者, 均选自汕头大学医学院在校研究生, 年龄24～28岁, 平均年龄24.6岁, 其中男14例, 女6例, 均为右利手, 所有志愿者无精神障碍或全身器质性疾病, 无颈椎外伤病史、手术病史及颈椎病病史, 无针灸史, 受试前无感冒等任何不适感, 实验之前告知实验具体内容, 取得同意及配合并签署实验知情同意书。

1.2.3 实验的刺激模式 实验采用经典的Block Design组块设计, 模式设计为 R-S-R-S-R-S-R-S, 即静息-刺激-静息-刺激-静息-刺激-静息-刺激, 共 8个时间段, 4次刺激, 4 次静息。

1.2.4 实验的刺激方法 采用直径0.30 mm银针, 针体长约40 mm, 由一位有经验的针灸医生进行取穴操作快速进针。刺激相采用方波、频率5 Hz, 输出电流为35～40 mA(以不引起被试者不适感为宜), 深度20 mm, 针刺“得气”(酸、麻、胀、重的感觉)后, G6805-Ⅱ型功能性电刺激治疗仪正极接入右手曲池穴。

1.2.5 实验过程 取仰卧位, 双上肢平放身体两侧, 戴颈项圈并保持头颈中立位；采用直径0.30 mm银针, 针体长约40 mm,由一位有经验的针灸医生进行取穴操作, 采用手法捻针快速垂直进针, 深度约20 mm, 针刺“得气”后, G6805-Ⅱ型功能性电刺激治疗仪正极接入右手曲池穴, 确定受试者功能性电刺激感受阈值。刺激相采用方波、频率5 Hz, 输出电流为35～40 mA。

1.3 脊髓fMRI成像的参数设置 使用本院GE 公司1.5T超导型Signa磁共振成像系统单次激发快速自旋回波序列(singleshot fast spinecho), 常规自旋回波(SE)序列T2WI -flair作为解剖背影图像, 参数为TR=3000 ms, TE=122.5 ms, 视野(FOV)20 cm×20 cm, 矩阵512×512, 激励次数(NEX)2次。fMRI检查采用GE-EPI序列, 参数为：TR=2000 ms, TE=50 ms, 总扫描时间为256 s。轴位功能成像参数设定为：TR=2000 ms,TE=50 ms, FOV 20 cm×20 cm, 矩阵 64×64, 带宽 (BW)31.2 kHz,轴为扫描范围C3～7, 层厚 7.0 mm , 层间距 2.5 mm, 层数为7, 激励次数为1, 每一帧图像扫描时间同样为2 s。矢状位功能成像参数为：TR=2000 ms, TE=50 ms, FOV 20 cm×20 cm, 矩阵64×64, BW 31.2 kHz, 扫描范围完全包纳脊髓及周围脑脊液,与解剖相一致, 层厚 2.8 mm, 层间距 0.5 mm, 层数为7, 激励次数为1, 每一帧图像扫描时间同样为2 s。

1.4 脊髓fMRI成像的信号采集 所有fMRI 扫描均在汕头大学医学院第二附属医院放射科核磁共振室完成。使用高场强全身MR 扫描仪(GE 1.5 T)和标准颈线圈, 颈脊髓矢状位7层, 每一层任务扫描共256 s, 得到128帧功能像。脊髓横断面7层, 每一层任务扫描共256 s, 得到128帧功能像。

1.5 统计学方法 从工作站刻录出无序的DICOM 图像格式数据, 采用统计参数图(statistical parametric mapping 2, SPM2)软件对原始数据进行空间平滑、去漂移、头动矫正、反卷积分析等处理后, 定义P<0.05为差异具有统计学意义, 获得穴位与非穴位刺激诱发的脊髓功能激活图及激活区的刺激-信号强度曲线。

2 实验结果

2.1 受试者数量分析 20例受试者全部纳入观察, 无脱落。

2.2 横断面功能成像结果 20例受试者颈脊髓功能成像均可以分析出脊髓神经功能激活区, 激活区域主要位于同侧(右侧)脊髓后角, 同侧前角及对侧后角也有不同程度激活。

2.3 矢状面功能成像结果 曲池穴位电针刺激后颈脊髓功能激活区主要位于C4～7, 高位颈脊髓C1～2也有不同程度激活。见表1。

表1 20例受试者颈脊髓矢状面上激活点出现位置(n)

2.4 高位颈脊髓激活 本实验还发现在高位颈脊髓C1、C2、C3甚至延髓也有功能激活。

3 讨论

3.1 1.5 T单次激发快速GE-EPI下的脊髓 BOLD-fMRI 成像 近些年, 脊髓功能磁共振成像(spinal-fMRI)的研究得到了迅速发展。它已经成为一种研究脊髓生理和病理生理的可靠手段［2］。BOLD技术是建立在局部脱氧血红蛋白水平下降的基础之上。脱氧血红蛋白是一种强有力的顺磁性物质, 可以在血管周围局部产生微小的梯度场, 造成局部磁场不均匀使质子快速去相位, 即产生横向磁化弛豫时间缩短效应, 它的含量降低引起T2加权像信号增强, 这就是BOLD效应的基本原理和生理基础。本实验是在1.5 T场强核磁共振将BOLD-fMRI技术初步应用于穴位刺激人颈脊髓的功能核磁成像, BOLD敏感性较低, 但结果显示C4～7脊髓水平均有不同程度激活, 主要位于同侧脊髓后角, 作者验证并认为BOLD-fMRI可以用于观察脊髓神经功能的激活情况。研究表明3.0 T及其以上更高场强的应用能够提高BOLD的敏感性, 可以显示神经活动下毛细血管床的BOLD信号变化［3］。

3.2 电针治疗脊髓损伤的取穴与机理探讨 曲池穴属于手阳明大肠经, 位于肘横纹外侧端, 为临床最为常用要穴之一。曲池穴定位于肘横纹外侧端, 桡侧腕长伸肌起始部, 肱桡肌的挠侧, 有桡返动脉的分支, 主要为桡神经前臂背侧皮神经分布, 内侧深层为桡神经本干, 主要来自于C5～T1。临床证实电针有促进脊髓损伤后运动和感觉功能恢复的作用。本实验结果表明电针刺激曲池穴可以引起颈脊髓神经功能区激活,作者认为可能与刺激强度及神经分布有关；实验结果还发现电针刺激曲池穴能引起高位颈脊髓C1～2激活, 提示针灸有复杂的脊髓内神经机制与经络独特传感通道的存在, 与本课题组前期实验结果近似。

［1］Hirsch J, Ruge MI, Kim KH, et al.An integrated functional magnetic resonance imaging procedure for preoperative mapping of cortical areas associated with tactile, motor, language, and visual functions.Neurosurgery, 2000, 47(3):711-721; discussion 721-722.

［2］Kornelsen J, Stroman PW.fMRI of the lumbar spinal cord during a lower limb motor task.Magn Reson Med, 2004, 52(2)：411-414.

［3］Kruger G, Kastrup A, Glover GH.Neuroimaging at 1.5T and 3.0T:comparison of oxygenation-senstive magnetic resonance imaging.Magn Reson Med, 2001, 45(4):595-604.