医学影像与数字图像分析技术在面瘫诊治研究中的应用

刘志丹，王 萍，何江波

（上海市宝山区中西医结合医院①针灸科，②内科，③医学影像科，上海 201999）

综述

医学影像与数字图像分析技术在面瘫诊治研究中的应用

刘志丹1，王 萍2，何江波3

（上海市宝山区中西医结合医院①针灸科，②内科，③医学影像科，上海 201999）

回顾相关研究，介绍超声、CT、MRI、fMRI及数字图像分析技术在面瘫诊断、机制研究及评价方面的应用。超声可在一定程度上用于评估面神经功能预后；MSCT能较好地对面神经管结构性损坏进行显像；MRI能区分面神经与周围组织，并对部分区段面神经进行显影；fMRI能显示面神经损伤后及恢复期脑皮层的变化及功能重组，以及中医针灸治疗对部分脑功能区的激活效应；数字图像分析技术能提供相对精细的定量检测和评价方法。相关方法在该领域的应用值得深入研究和临床推广。

面神经麻痹；面神经疾病；针刺疗法；磁共振成像；图像处理，计算机辅助

目前，CT、MRI等已引入面瘫的临床诊治及研究中，以更好地协助鉴别诊断、制订手术方案、评估疗效及研究发病机制，丰富了既往以功能学为主的临床评价体系，使面神经疾病信息更加可视化、定量化。为了让临床医师及研究人员了解此领域进展，本文就相关研究进行整理、分析，并做一简要综述。

1 超声对神经功能预后及面瘫后血流灌注情况的评估

面神经损伤后，神经功能量表、电生理检测可就体征、神经传导功能进行评估，但无法显示其解剖形态改变，而利用超声可开展简便、无创的形态学观察。Lo等［1］使用高分辨力超声（GE，General Electric Logiq 7 Pro，5～10 MHz）在前瞻性非随机对照研究中预测贝尔面瘫患者恢复情况，发现在面瘫初期超声测得的乳突处远端面神经直径与临床和神经生理指标恢复并无相关性；而在面瘫3个月时，超声对面神经异常的检出率为100%，其中77%预后较差。同时，远端面神经直径异常结果与传统面神经传导功能评估（潜伏期、波幅）及瞬目反射无相关性。但用超声所见远端面神经直径异常预测面神经功能预后，优于传统面神经传导功能评估和及瞬目反射。

除了直接探查神经，有学者［2］利用超声观察面瘫患者面部血流灌注的改变及针灸干预作用。研究发现：治疗前面神经炎患者患侧面动脉（下颌角与咬肌止点前缘）收缩期峰值血流速度（Vs）普遍低于健侧。针灸治疗30 min后患侧面动脉Vs值明显高于治疗前，面动脉舒张末期最低血流速度略高于针灸治疗前，面动脉搏动指数、RI值无明显变化。证实了面瘫患侧动脉血流低灌注可通过针灸得到改善，印证了中医针灸“通经活络，调气活血”的理论。

目前，此方面的报道较少，且缺乏进一步的研究，可能与超声检查的应用范围有限有关。

2 MSCT对面神经管病变的检测

CT探查软组织病变有较大优势，特别对面神经管结构性损伤的显影，可明确骨折部位，对手术方案的制订与术式的选择有重要指导作用。同时，还可用于鉴别面神经管小的骨质破坏和面神经管裂缺，避免不当临床干预所致的不良后果。

MPR是MSCT后处理技术之一，在横断面扫描的基础上，对指定组织进行不同方位的重组，从而得到冠状、矢状、斜位、曲面等方位的二维图像。常规冠状位、矢状位、斜矢状位MPR能较好地显示鼓室段、乳突段。双斜位可在一帧图像上同时显示迷路段-前膝部-鼓室段或鼓室段-后膝部-乳突段［3］。MPR要求所重建的结构位于同一平面，当颞骨内面神经走行变异较大、结构不在同一平面时，CPR显示出优势。CPR能在同一层面上直观显示面神经管的全程［4］。面神经管在MPR、CPR上均表现为内为软组织密度的连续骨管，MPR、CPR对面神经管各段长度和直径的测量与解剖测量结果一致，对正常面神经管及面神经管变异的显示率为100%［4］。CPR可清晰显示先天性外耳道闭锁、面神经管异常、面神经管骨折、鼓室段骨折、乳突段骨折、迷路段骨折、胆脂瘤型中耳炎、面神经瘤、乳突段面神经管前移、颞骨骨纤维异常增殖症累及面神经管等病变［5-8］。

3 MRI检测面神经解剖形态异常

尽管MSCT的MPR及CPR可得到颞骨内段面神经完整形态，但反映的是面神经骨管的影像而非真实状况。MRI检查有良好的软组织分辨力和任意方向扫描成像等优势，是周围神经疾病的重要检查方法，也是目前临床唯一能较好显示面神经的影像技术。

MRI增强扫描可清晰显示面神经管骨内段、迷路段、膝状神经节和鼓室段，尤其是对贝尔面瘫患者［9］。所见病理改变以面神经肿胀为主，相应改变在高分辨力CT下不易发现［10］。

于海玲等［11］研究正常人面神经显像发现，在斜矢状位图像中均可观察到面神经鼓室段至茎乳孔的全程，且影像连续清晰，同时还能很好地反映鼓室段面神经与水平半规管之间的关系，对观察颞骨内面神经走行及其毗邻关系至关重要。斜矢状位扫描方向与手术方向基本一致，避免了横断面、冠状面与组织结构相平行而造成的组织结构不能显示或显示不全的缺点，对手术有重要指导作用。可用于区分发生在面神经周围须手术切除的脂肪瘤、血管瘤、岩尖胆脂瘤等病变组织［12-15］。

刘中林等［16］发现，贝尔面瘫患侧面神经鼓室内段较对侧增粗、迂曲，术中见面神经全程肿胀；面神经迷路段、前膝部及鼓室段前部较对侧明显强化；面神经膝部、迷路段、鼓室段、乳突段明显水肿变粗。影像学表现与术中所见吻合。

袁辉等［17］发现：T1WI轴位像示双侧面神经均呈等信号，左侧面神经内耳道底段及迷路段较对侧略增粗，增强扫描示患侧面神经内耳道底段、迷路段及膝状神经节段明显强化，增强扫描斜矢状位MPR示患侧面神经垂直段增粗并明显强化。

4 fMRI分析脑功能区域激活与重组

fMRI是根据BOLD成像的原理，将刺激状态下与静息状态下的信号强度进行比较，获得人体在接受特定刺激下的脑功能图像。fMRI上的信号升高通常被认为是神经元活动的增强；信号降低的发生机制目前尚未完全明确，但一般认为是刺激状态下神经代谢活动降低、局部脑血流减少的反映。

早期研究报道［18］，面瘫患者与面部代表区毗邻的手部皮层代表区明显增大。面瘫早期部分功能连接中断；执行面部运动任务时，发病早期错误检测和运动整合功能增强，发病后期则运动整合和控制功能增强［19］。随着面瘫功能评级逐步恢复正常，主要运动皮层与其他相关脑区的功能连接也从面瘫早期的减弱逐步恢复到正常水平［20］。其中小脑半球也参与了面瘫疾病过程中的皮层功能重组［21］。

fMRI技术的问世为针灸经络基础研究提供了可视化手段。有研究显示：针灸治疗参与了脑功能区域激活与重组。韩俊洲等［22-26］通过多次反复实验，对比了针刺合谷、地仓穴等治疗面瘫的常用经典穴位和非常用穴位后溪穴后脑功能区fMRI的变化。结果发现针刺左侧面瘫患者左合谷穴可使左侧扣带回、双侧额中回、右侧枕中回等区域信号降低，左侧中央前回、左侧中央后回、右侧额下回、右侧颞上回、右侧脑岛等区域信号升高；针刺左地仓穴，可使双侧中央前回、双侧中央后回、左侧角回、右侧脑岛信号升高，双侧额上回、双额中回、左扣带回、左额内侧回、左楔前叶中央旁小叶信号降低；针刺左地仓、合谷穴，可使双额中回、左扣带回信号降低，右侧中央前回、双中央后回、左颞上回、右侧脑岛信号升高。同时发现，电针左后溪穴则使双侧额下回、左侧豆状核、右侧颞中回、右侧小脑扁桃体信号降低；而右侧尾状核头、右侧扣带回、脑干、小脑蚓、右侧海马回信号升高。电针左侧合谷和地仓穴有相似的信号降低区和升高区，而电针左侧后溪穴则未见和前两者有相似的活动区，说明电针地仓穴（交会穴之一，手阳明、足阳明交汇）与相隔较远的合谷穴（大肠经之原穴，手阳明经）引起的皮层兴奋相似，而电针与合谷穴相隔较近的后溪穴（手太阳小肠经）引起的皮层兴奋与合谷、地仓等穴不同，由此推测针刺穴位引起的皮层兴奋和穴位的解剖位置关系不大，而与其所属的经脉有密切联系。 研究者［26］分析认为，与既往研究［27-29］中，刺激健康人一侧合谷穴，发现双侧中央前回、中央后回信号升高的结果不一致，其原因可能与研究对象不同有关，之前的研究对象均为正常人，生理、病理的平台不一样，结果差异较大。

杨骏等［30-31］通过对手部合谷区（SI）、MI、前岛叶、中额叶、中扣带回、楔前叶、顶上回、枕上回、颞上回、颞中回、海马旁回等18个ROI的功能连接分析，发现面瘫患者感觉运动皮层之间的功能联系增强，存在快速临时型、慢速临时型、反弹型及永久型4种皮层功能重组变化。随着发病时间延长，健侧前扣带回（ACC）与感觉运动皮层（PMA、SMA、SⅡ）、小脑及对侧ACC功能连接逐渐增强；患侧ACC功能连接与病程之间无相关性。与健康对照组比较，面瘫早期大脑对针刺即刻反应减弱，面瘫后期即刻反应增强；康复后即刻反映与对照组比较差异无统计学意义。针刺前后ACC功能连接差异分析显示：面瘫早期针刺后，健侧ACC与感觉运动皮层功能连接均明显减弱；面瘫后期针刺后，健侧ACC与感觉运动皮层连接增强；面瘫康复后及健康对照组针刺前后双侧ACC的功能连接均无明显变化。针刺前后SI功能连接变化分析显示：面瘫早期针刺后，双侧SI与感觉运动皮层功能连接均明显减弱；面瘫后期针刺后，患侧SI针刺前后的功能连接、面瘫康复后及健康对照组针刺前后双侧SI的功能连接均无明显变化。

研究者［30-31］认为，面瘫康复过程中一系列的皮质功能变化，有些是临时性的，有些是永久性的。作为检出错误和执行检测的重要脑区，随着面瘫病程的延长，在与相关内容的功能连接逐渐加强、促进面瘫皮层功能重组、促进面瘫的自然康复中发挥了重要作用。大脑皮层对针刺的即刻反应取决于个体的功能状态，即面瘫早期减弱，后期增强，康复后恢复正常。面瘫恢复过程中的代偿性皮质功能重组变化与其自然康复进程关系密切；大脑对针刺的即刻反应与机体本身的代偿反应一致，针刺合谷穴治疗周围性面瘫的机制可能是针刺通过强化感觉运动皮层之间的相互功能联系，促进脑功能重组实现的，适度的针刺有助于面瘫的恢复。

5 数字图像分析对神经功能的量化评价

随着数字化技术的发展，计算机辅助分析面神经功能评价方法也得到发展。Isono等［32-35］用相近的方法先后根据像素减除原理提出计算机辅助分析面神经功能的方法，取患者面部静止时和连续运动时的照片，转化成由像素组成的数字影像，静止时图像减去运动时图像，面部不动点抵消，而极限运动点则被放大。图像增强后，计算机量化仍存在的像素，在实验研究中对正常人和某些面神经功能受损程度不一的患者进行分析，绘图后对比两侧，发现计算机像素模式与主观评价H-B系统有很好的相关性。在重复性试验中，动力分析计算机和经过训练的观察者主观观察结合，来评价不同程度的面神经功能。经过数学计算，计算机像素分析产生的客观数据与有效的主观观察者得分结合，最终得到一个综合指数的评价，可提供一个不依赖H-B系统明确面神经分级评价的手段。

Koji等［36］介绍了一种三维基于云纹图像处理技术测量细微面部表情运动的方法。面部云纹图像包括用特殊相机和光栅系统反射面部的一系列光学条纹，产生面部轮廓图，在三维方向上清晰地显示面部。对比分析两侧条纹，可发现并量化测定面部概貌的细微差别。该研究分析了51例不同程度单侧面神经麻痹患者的面部云纹图像，测量3个特殊的量化指标，通过计算面部3个不同区域（内眦、鼻唇沟和口角）的云纹曲度，计算出数值。用多元回归分析的方法得到总体的云纹指数规则，并证明其与H-B系统高度相关。

Pavel等［37］运用一种将线性测量法与图像减影法结合的评价方法，即面部运动录像分析法（videomimicography，VMG）来客观评估面瘫患者神经功能。先在受试者面部作11个标记，用数码录像机记录5种面部运动，输入计算机用Osiris图像分析软件进行测量、分析每个运动时每侧面部10个距离指标和5个面积指标的变化。通过分析10例健康人，找出每一运动的最佳评价指标，并加权计算出一个综合的VMG值，计算面神经麻痹患者患侧VMG值占健侧VMG值的百分率即为VMG指数，其与H-B分级呈线性相关。这种方法结合了线性测量法和图像减影法的优点，且测量面积变化较线性距离更能反映面神经功能的变化，结果重复性好；缺点是操作复杂，需要特殊设备和软件，未对联带运动行进一步研究。

蔡志刚等［38］研制了一种临床量化面神经功能评价系统（quantitative facial muscle functional estimating system，QFES），前期对正常人和创伤性面瘫患者进行测试、计算及评估，发现QFES是一个简单易行、客观量化面神经评价系统，其中整体面神经功能指数（TFNI）及整体面神经功能百分比是较理想的诊断指标，联合应用效果更佳。进一步的研究［39］则用计算机化的计算方法代替手工运算，对50例面神经功能正常者在相同条件下（距离、相机参数），拍摄静止及抬上额、闭眼、皱眉、耸鼻、微笑、撅嘴、大张口7种表情像。通过数码相机将其分别输入计算机并用QFES测定，其结果与前期研究的手工运算相似，各指标均值仍在0.70～0.90范围，但各指标误差明显小于手工运算。

Frey等［40-44］运用VICON、Photoshop、FACIAL CLIMA软件或自行开发的automated facial image anylsis（AFIA）系统来检测、评估面部表情肌的精细变化，从而评估面神经功能。但均因操作繁琐、复杂，需要特殊仪器、软件，或不能监测联带运动等缺点，未深入开展和临床推广。

6 问题与展望

以往临床习惯通过观测患者面部肌肉运动及功能判断病情及恢复情况，大量量表的推出及应用为临床医师提供了量化的评价方法，但主观性仍较强，不同评估者观察差异较大。医学影像技术的发展，突破了以功能学为主的临床评价体系，使面瘫的诊治和研究走向可视化、定量化。由于超声自身的局限性，较难全面反映面神经解剖形态和功能学改变，临床应用有限。MPR和CPR显示面神经管对外科医师制订手术方案有重要指导作用。而MRI对大多数非特异性面瘫的诊治、研究及观测其神经解剖形态的异常提供了便利。利用fMRI揭示针灸治疗面瘫机制的研究给临床提供了思路和方法，从激活脑组织相关功能区研究治疗面瘫常用穴位的临床效果，但目前相关研究较少，其他穴位及不同针刺方法、补泻手法对其的影响尚未明确，特别是复方的激活效应，即多个穴位同时施针对脑功能的激活鲜有报道。激活的脑功能区域与机体功能调节的对应关系也尚未明确，针灸治疗面瘫的中枢整合机制有望在这个方面寻求突破。

数字图像分析技术为临床提供了可视、定量的研究方法，虽存在不同研究者须依靠个性化处理系统或软件，且需专业化、价格不菲的设备等缺点，但在科研中的功用可进一步深化，并设计普及型的软件及硬件设备。目前，针灸研究尚未涉及该领域，随着影像技术及数字化的迅猛发展，未来可深度挖掘其潜力。

［1］Lo YL，Fook-Chong S，Leoh TH，et al.High-resolution ultrasound in the evaluation and prognosis of Bell's palsy［J］.Eur J Neurol，2010，17：885-889.

［2］陈金华，于放，于淑敏，等．针灸治疗面神经炎时面动脉的彩色多普勒超声研究［J］．中华现代中西医杂志，2004，2（1）：24-26.

［3］陈青华，柳澄，刘凯，等．多层CT面神经管MPR双斜位成像方法［J］．医学影像学杂志，2006，16（6）：541-544.

［4］宋光义，韩丹，刘俊华，等．面神经管变异的MSCT CPR与解剖对照研究［J］．临床耳鼻咽喉科杂志，2005，19（16）：733-736.

［5］吴任国，唐秉航，何亚奇，等.面神经管病变的MSCT评价［J］．医学影像学杂志，2007，17（9）：916-918.

［6］高颖，李晓夫，谢德轩，等．MSCTCPR在面神经管中的临床应用［J］．黑龙江医学．2010，34（11）：861-862.

［7］黄少鹏，叶青，林美福，等．MSCT扫描及CPR在外伤性面瘫的应用价值［J］．福建医科大学学报，2011，45（3）：214-217.

［8］胡茂清，龙晚生，周红英，等．64层螺旋CT对面神经管病变的评价［J］．中国CT和MRI杂志，2009，7（6）：32-35.

［9］Gupta S，Mends F，Hagiwara M，et al.Imaging the facial nerve：a contemporary review［J］.Radiol Res Pract，2013：248039.

［10］Jager L，Reiser M.CT and MR imaging of the normal and pathologic conditions of the facial nerve［J］.Eur J Radiol，2001，40：133-146.

［11］于海玲，徐志鹏，许安廷．正常人颞骨内鼓乳段面神经的MR成像方法研究［J］．山东大学学报，2008，46（3）：1-3.

［12］Brodsky JR，Smith TW，Litofsky S，Lee DJ.Lipoma of the cerebellopontine angle［J］.Am J Otolaryngol，2006，27：271-274.

［13］Isaacson B，Telian SA，McKeever PE，Arts HA.Hemangiomas of the geniculate ganglion［J］.Otology and Neurotology，2005，26：796-802.

［14］De Foer B，Vercruysse JP，Spaepen M，et al.Diffusionweighted magnetic resonance imaging of the temporal bone［J］.Neuroradiology，2010，52：785-807.

［15］Yorganc1lar E，Yildirim M，Gun R，et al.Complications of chronic suppurative otitis media：a retrospective review［J］.Eur Arch Otorhinolaryngol，2013，270：69-76.

［16］刘中林，于京隔，李静，等.Bell面瘫和Ramsay-Hunt综合征的MRI表现［J］．临床放射学杂志，2011，30（8）：1120-1123.

［17］袁辉，金延方，岳云龙，等.贝尔面瘫的MRI表现及术中对照研究［J］．临床放射学杂志2011，30（11）：1596-1599.

［18］Rijntjes M，Tegenthoff M，Liepert J，et al.Cortical reorganization in patients with facial palsy［J］.Ann Neurol，1997，41：621-630.

［19］Klingner CM，Volk GF，Maertin A，et al.Cortical reorganization in Bell’s palsy［J］.Restor Neurol Neurosci，2011，29：203-214.

［20］Klingner CM，Volk GF，Brodoehl S，et al.Time course of cortical plasticity after facial nerve palsy-a single case study［J］. Neurorehabil Neural Repair，2012，26：197-203.

［21］Smit A，van der Geest J，Metselaar M，et al.Long-term changes in cerebellar activation during functional recovery from transient peripheral motor paralysis［J］.Exp Neurol，2010，226：33-39.

［22］韩俊洲，徐海波，唐宏图，等．电针周围性面瘫患者合谷穴的功能MRI成像研究［J］．中国医学影像技术，2008，24（3）：336-340．

［23］韩俊洲，徐海波，唐宏图，等.电针周围性面瘫患者穴位的功能MRI成像研究［J］．中国医学影像技术，2009，25（7）：1167-1170.

［24］唐宏图，王华，徐海波，等.电针周围性面瘫患者地仓穴的fMRI研究［J］．中华中医药学刊，2009，27（2）：283-385.

［25］唐宏图，王华，徐海波，等.电针周围性面瘫患者左侧合谷穴的fMRI研究［J］．中华中医药学刊，2010，28（5）：964-966.

［26］唐宏图，王华，朱兵，等.地仓、合谷、后溪穴激活脑功能区相关性研究［J］．中国针灸，2011，31（6）：521-525.

［27］侯金文，黄蔚皓，王青，等.针刺镇痛的脑功能MRI研究［J］.中华放射学杂志，2002，36（3）：206-210.

［28］孙忠人，闫立平，谢兵，等.电针曲池、合谷穴脑功能性磁共振成像分析［J］.中国中医药科技，2005，12（3）：183.

［29］李可，单保慈，刘华，等.针刺合谷穴脑功能磁共振成像研究［J］.中国医学影像技术，2005，21（9）：1329-1331.

［30］杨骏，李传富，张庆萍，等．合谷穴针刺周围性面瘫患者脑功能成像初步分析［J］．长春中医药大学学报，2012，28（4）：608-610.

［31］李落意，赵斌，杨骏，等.“面口合谷收”神经生理机制的fMRI研究［J］.中国中西医结合影像学杂志，2012，10（1）：13-15.

［32］Isono M，Murata K，Tanaka H，et al.An objective evaluation method for facial mimic motion［J］.Otolaryngol Head Neck Surg，1996，114：27-31.

［33］Neely JG，Cheung JY，Wood M，et al.Computerized quantitative dynamic analysis of facial motion in the paralyzed and synkinetic face［J］.The American Journal of Otology，1992，13：97-107.

［34］Scriba H，Stoeckli S，Veraguth D，et al.Objective evaluation of normal facial function［J］.Ann Otol Rhinol Laryngol，1999，108：641-644.

［35］Linstrom CJ.Objective facial motion analysis in patients with facial nerve dysfunction［J］.Laryngoscope，2009，112：1129-1147.

［36］Koji Yuen，Ikuo Inokuchi，Manabu Maeta，et al.Evaluation of facial palsy by moiré topography index［J］.Otolaryngol Head Neck Surg，1997，117：567-572.

［37］Pavel D，Francis M，Desheng W，et al.Review of objective topographic facial nerve evaluation methods［J］.Am J Otol，1999，20：672-678.

［38］蔡志刚，俞光岩，马大权.创伤性面神经损伤临床功能评价［J］.华西口腔医学杂志，1995，13（3）：183-186.

［39］蔡志刚，俞光岩，王勇，等.计算机临床量化面神经功能评价系统的应用研究［J］.中华口腔医学杂志，2001，36（6）：454-456.

［40］Frey M，Giovanoli P，Gerber H，et al.Three-dimensional video analysis of facial movements：a new method to assess the quantity and quanlity of the smile［J］.Plast Reconstr Surg，1999，104：2032-2039.

［41］He S，Soraghan JJ，O Reilly BF.Objective of facial paralysis using Binary Patterns in video procession［J］.Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc，2008，14：4805-4808.

［42］Tomat LR，Manktelow RT.Evaluation of a new measurement tool for facial paralysis reconstruction［J］.Plast Reconstr Surg，2005，115：696-704.

［43］Hontanilla B，Auba C.Automatic three-dimentional quantitative analysis for evaluation of facial movement［J］.J Plast Reconstr Aesthet Surg，2008，61：18-30.

［44］Rogers CR，Schmidt KL，Vansweringen JM，et al.Automated facial image analysis：detecting improvement in abnormal facial movement after treatment with botulinum toxin A［J］.Ann Plast Surg，2007，58：39-47.

2015-01-27）

10.3969/j.issn.1672-0512.2015.05.035

上海市卫生和计划生育委员会中医药科研基金（2014LQ016A）；上海市中医药事业发展三年行动计划（2014-2016）；杏林新星计划项目（ZY3-RCPY-2-2041）；上海市宝山区卫生青年医学人才培养项目（bswsyq-2014-A05）。

何江波，E-mail：hjbxw@163.com。