脑卒中后皮质脊髓束与上肢运动功能关系的弥散张量成像研究①

张丽华，郭龙军，郄淑燕，米立新，王璐怡，甄巧霞



脑卒中后皮质脊髓束与上肢运动功能关系的弥散张量成像研究①

张丽华1a，郭龙军1b，郄淑燕1a，米立新1a，王璐怡1a，甄巧霞1a

[摘要]目的应用弥散张量成像(DTI)观察脑卒中患者基底节区皮质脊髓束损伤情况及其与上肢运动功能的关系。方法2013年1月～2015年7月住院脑卒中患者18例接受DTI，并采用简式Fugl-Meyer评定和金子翼上肢功能评定进行评分，比较病灶侧与健侧基底节区皮质脊髓束部分各向异性(FA)，对病灶侧FA与上肢运动功能评分进行相关性分析。结果患侧FA显著小于健侧(t=-21.09, P<0.001)。患侧FA与Fugl-Meyer评分正相关(r=0.570, P<0.05)，与金子翼上肢功能评分正相关(r=0.509, P<0.05)。结论脑卒中后基底节区皮质脊髓束受损，损伤程度与上肢运动功能相关。

[关键词]脑卒中；弥散张量成像；皮质脊髓束；上肢；运动功能

作者单位：1.首都医科大学附属北京康复医院，a.康复诊疗中心；b.放射科，北京市100144。作者简介：张丽华(1980-)，女，汉族，河北阳原县人，主治医师，主要研究方向：神经康复。通讯作者：米立新，女，河北石家庄市人，主任医师，主要研究方向：神经康复。E-mail: tianmetian@sina.com。

[本文著录格式]张丽华，郭龙军，郄淑燕，等.脑卒中后皮质脊髓束与上肢运动功能关系的弥散张量成像研究[J].中国康复理论与实践, 2016, 22(1): 103-105.

CITED AS: Zhang LH,guo LJ, Qie SY, et al. Relationship between corticospinal cord tract and upper limb function in stroke patient: a diffusion tensor imaging study [J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian, 2016, 22(1): 103-105.

上肢运动障碍是脑卒中后最常见的功能障碍，对活动能力和健康水平产生重要影响[1]。评估患者运动功能恢复的潜力对于制定康复治疗计划的类型、持续时间和目标非常关键[2]。以往有研究表明，卒中部位比梗死体积更能预测功能恢复的潜力[3]。有研究表明，内囊后肢(posterior limb of the internal capsule, PLIC)损伤与上肢运动预后差显著相关。弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是唯一可显示活体脑白质纤维束的无创性成像技术，能够识别传统CT和MRI难以发现的脑结构改变，特别是神经纤维束的变化。本研究采用DTI观察内囊区皮质脊髓束的完整性，及其对上肢功能恢复的相关性。

1　资料与方法

1.1一般资料

2013年1月～2015年7月本院收治的脑卒中患者18例，其中男性13例，女性5例，年龄26～60岁，平均(49.00±8.64)岁；脑出血6例，脑梗死12例；病程12～28 d，平均(21.44±4.79) d。

纳入标准：①初次发病，病程<4周；②病灶位于基底节区，累及内囊后肢；③年龄18～60岁；④无认知障碍；⑤无MRI检查禁忌症。

排除标准：①生命体征不平稳或者并发重要脏器衰竭；②四肢运动障碍；③既往曾有其他脑部疾病或脑部手术史；④恶性肿瘤病史。

所有患者均签署知情同意书。

1.2方法

所有患者均接受系统康复，包括运动疗法、作业疗法、物理因子治疗、中医传统治疗等。根据患者病情制定个体化康复治疗方案，包括关节活动度训练、肌力训练、平衡训练、日常生活活动能力训练、手功能训练、步行训练等。入院后2周，所有患者接受DTI检查和上肢功能评估。

1.2.1上肢功能评估

采用简式Fugl-Meyer评定(simple Fugl-Meyer Assessment, FMA)上肢部分和金子翼上肢功能评价。FMA上肢部分总分66分，主要内容包括屈肌联带运动、伸肌联带运动、部分分离运动、分离运动、腕手的运动以及协调性。金子翼上肢功能评价共有10项操作动作，对患者完成动作的时间进行计时，计算得分，金子翼上肢功能评价对手的运动速度、灵巧性和敏捷性比较敏感，对功能较好的上肢有很高的敏感性。

1.2.2DTI检查

使用MR360 1.5 T MR扫描仪(美国GE公司)，8通道头颈联合相控阵线圈。常规轴位T1flair、T2WI、FLAIR，矢状位T1WI以及DTI序列。DTI采用单次激发自旋回波(single-shot echo-planar imaging, EPI)平面回波技术，扫描参数：TR=8000 ms，TE=minimum；采集矩阵128×128，NEX=2，视野(FOV)24×24 cm；层厚5 mm，层间隔0；弥散加权系数b=0、b=1000 s/ mm2，弥散敏感梯度方向25个。

采用GE工作站FUNCTOOL软件对DTI数据进行后处理，重建部分各向异性(fractional anisotropy, FA)图。在损伤区绘出感兴趣区(region of interest, ROI)，面积约25 mm2。利用FUNCTOOL软件的对称轴，结合手动调节，确定对侧对称部位相应面积区域。测量各区域FA值，每个区域测3次，取平均值。

FA是水分子各向异性成份占整个弥散张量的比例，其范围在0～1，0代表弥散不受限制，规则具有方向性的组织FA大于0。FA越大，神经传导功能越强[4-5]。

1.3统计学分析

所有数据采用SPSS 18.0统计软件进行处理。患者健侧与患侧FA比较采用配对样本t检验；患侧FA与上肢功能参数采用Pearson相关性分析。显著性水平α=0.05。

2　结果

患者病灶侧FA为(0.2696±0.0651)，显著低于健侧的(0.5868±0.0492) (t=-21.09, P<0.001)。

患者上肢FMA评分(47.28±9.27)分，与患侧FA正相关(r=0.570, P=0.01)。患者金子翼上肢功能评分为(52.00±18.07)分，与患侧FA正相关(r=0.509, P=0.03)。

3　讨论

DTI是弥散成像[2]的高级形式，可以定量评价脑白质的各向异性，主要用于脑部尤其对白质束的观察、追踪，脑发育和脑认知功能的研究，脑疾病的解剖变化以及脑部手术的术前计划和术后评估。脑卒中后时间、病灶位置、皮质脊髓束的完整性、皮质和皮质下的连通性是影响功能结局的因素[6]，DTI作为一种无创的大脑纤维束显像技术，已成为目前研究神经网络的重要手段，它在皮质脊髓束的三维重建和可视化观察皮质脊髓束方面具有优势[7]，还可以获得皮质脊髓束的量化信息。FA的大小与髓鞘完整性、纤维致密性及平行性有密切关系，可以反映轴突、髓鞘和白质纤维方向的一致性程度以及结构的完整性[8]。

皮质脊髓束与远端肌肉的自主运动有关，尤其是手的精细动作[9]。本研究选择病灶位于基底节区累及内囊后肢、发病4周内的脑卒中患者，结果显示脑卒中患者基底节区皮质脊髓束完整性破坏，纤维的一致性下降，神经传导功能受损。赵津京等对老年急性脑梗死患者的研究发现，患侧与健侧FA差值在发病第1周与第4周比较有显著性差异，发病第4周与第12周比较无显著性差异；入院第1次DTI中ROI对应的健患侧FA差值与第1阶段(4周)康复治疗前后FMA量表评分差值变化呈线性负相关，认为DTI和FMA早期应用于脑梗死偏瘫患者预后评估有一定价值[10]。

脑梗死按影像学特点可分为超急性期(<6 h)、急性期(6 h～3 d)、亚急性期(4～10 d)、慢性早期(11～30d)、慢性晚期(>30 d)[11]。研究发现，急性期、慢性早期梗死区FA均较对照区低[12]。刘树学等将急性期、亚急性期和慢性期脑梗死病灶区域平均FA值与对侧比较，均有显著性差异[13]。本组患者如按影像学特点分类，为急性期至慢性早期，结果与上述研究结果基本一致。

脑卒中急性期因病灶及邻近组织缺血，轴突树突损伤、组织水肿、髓鞘肿胀等原因，使白质FA下降[14]。脑卒中后病灶累及皮质脊髓束导致运动功能障碍，临床较为常见。病灶的大小、病灶与皮质脊髓束的相对位置及皮质和皮质下的连通性是影响脑卒中功能结局的因素[6]。内囊后肢是唯一与FMA评分较差的上肢运动功能相关的结构[15]。一项关于卒中1年后病灶位置对手功能预测价值的研究发现，内囊区损伤患者，手分离运动恢复的可能性低于皮层下损伤和放射冠损伤[16]。Song等发现，内囊后肢的完整性与上肢运动预后显著相关[17]。有研究发现，急性期皮质下脑梗死患者的FA与上肢Rivermead运动功能试验评分正相关[18]；后遗症期脑卒中患者健侧内囊后肢的FA与患者上肢Fugl-Meyer评分正相关[19]。Groisser等以大脑中动脉区梗死患者为研究对象，结果显示急性期损伤侧与健侧皮质脊髓束的表观弥散系数差值、亚急性期皮质脊髓束的FA差值是卒中后上肢运动功能最强的预测指标[20]。本研究与上述研究结论基本一致。有研究发现患侧皮质脊髓束发生Wallerian变性的与未发生Wallerian变性者相比，运动功能更差[21]。

DTI可以动态观察脑卒中后病灶周围组织的结构，特别是白质通路。本研究对发病早期(4周内)FA与上肢运动功能的关系做了初步研究，样本量较小，缺乏动态观察。今后可通过扩大样本量、追踪观察等方法，观察皮质脊髓束在运动恢复过程中的动态变化，对是否发生Wallerian变性以及锥体外系的影响进行进一步研究。

[参考文献]

[1] Coupar F, Pollock A, Rowe P, et al. Predictors of upper limb recovery after stroke: a systematic review and meta-analysis [J]. Clin Rehabil, 2012, 26(4): 291-313.

[2] Stinear C. Prediction of recovery of motor function after stroke [J]. Lancet Neurol, 2010, 9(12): 1228-1232.

[3] Shelton FN, Reding MJ. Effect of lesion location on upper limb motor recovery after stroke [J]. Stroke, 2001, 32(1): 107-112.

[4] Barrick TR, Clark CA. Singularities in diffusion tensor fields and their relevance in white matter fiber tractography [J]. Neuroimage, 2004, 22 (2): 481-491.

[5] Klose U, Mader I, Unrath A, et al. Directional correlation in white matter tracks of the human brain [J]. J Magn Reson Imaging, 2004, 20(1): 25-30.

[6] Lindenberg R, Renga V, Zhu LL, et al. Structural integrity of corticospinal motor fibers predicts motor impairment in chronicstroke [J]. Neurology, 2010, 74(4): 280-287.

[7] Kunimatsu A, Aoki S, Masutani Y, et al. The optimal trackability threshold of fractional anisotropy for diffusion tensor tractography of the corticospinal tract [J]. Magn Reson Med Sci, 2004, 3(1): 11-17.

[8] Kwak SY, Yeo SS, Choi BY, et al. Corticospinal tract change in the unaffected hemisphere at the early stage of intracerebral hemorrhage: a diffusion tensor tractography study [J]. Eur Neurol, 2010, 63(3): 149-153.

[9] Assaf Y, Pasternak O. Diffusion tensor imaging (DTI)-based white matter mapping in brain research: a review [J]. J Mol Neurosci, 2008, 34 (1): 51-61.

[10]赵津京,王凯,杨志丽.磁共振扩散张量成像联合Fugl-Meyer量表对老年急性脑梗死患者疗效评估的作用[J].中国脑血管病杂志, 2014, 12(11): 639-642.

[11] Stinear CM, Petoe MA, Anwar S, et al. Bilateral priming accelerates recovery of upper limb function after stroke: a randomized controlled trial [J]. Stroke, 2014, 45(1): 205-210.

[12] Thomallag,glauche V, Koch MA, et al. Diffusion tensor imaging detects early Wallerian degeneration of the pyramidal tract after ischemic stroke [J]. Neuroimage, 2004, 22(7): 1767-1771.

[13]刘树学,王本国,莫雪玲,等.磁共振弥散张量成像(DTI)在脑梗死皮质脊髓束损伤与运动功能转归相关性中的应用研究[J].中国CT和MRI杂志, 2011, 10(1): 28-31.

[14] Shereen A, Nemkul N, Yang D, et al. Ex vivo diffusion tensor imaging and neuropathological correlation in a murine model of hypoxia-ischemia-induced thrombotic stroke [J]. Cereb Blood Flow Metab, 2011, 31 (4): 1155-1169.

[15] Sanford J, Moreland J, Swanson LR, et al. Reliability of the Fugl-Meyer assessment for testing motor- performance in patients following stroke [J]. Phys Ther, 1993, 73(7): 447-454.

[16] Schiemanck SK, Kwakkelg, Post MW, et al. Impact of internal capsule lesions on outcome of motor hand function at one year post-stroke [J]. Rehabil Med, 2008, 40(2): 96-101.

[17] Song J, Nair VA, Young BM, et al. DTI measures tract and predict motor function outcomes in stroke rehabilitation utilizing BCI technology [J]. Front Hum Neurosci, 2015, 9: 195.

[18] Radlinska B,ghinani S, Leppert IR, et al. Diffusion tensor imaging, permanent pyramidal tract damage, and outcome in subcortical stroke [J]. Neurology, 2010, 75(12): 1048-1054.

[19] Borich MR, Mang C, Boyd LA. Both projection and commissural pathways are disrupted in individuals with chronic stroke:investigating microstructural white matter correlates of motor recovery [J]. BMC Neurosci, 2012, 13: 107.

[20]groisser BN, Copen WA, Singhal AB, et al. Corticospinal tract diffusion abnormalities early after stroke predict motor outcome [J]. Neurorehabil Neural Repair, 2014, 28(8): 751-760.

[21] Jason E, Dastidar P, Kalliokoski A, et al. Diffusion tensor imaging of chronic right cerebral hemisphere infarctions [J]. J Neuroimaging, 2011, 21(4): 325-331.

Relationship between Corticospinal Cord Tract and Upper Limb Function in Stroke Patient: A Diffusion Tensor Imaging Study

ZHANG Li-hua1a,gUO Long-jun1b, QIE Shu-yan1a, MI Li-xin1a, WANG Lu-yi1a, ZHEN Qiao-xia1a
1. a. Rehabilitaiton Department; b. Radiology Department, Beijing Rehabilitation Hospital, Capital Medical University, Beijing 100144, China
Correspondence to MI Li-xin. E-mail: tianmetian@sina.com

Abstract:Objective To observe the relationship between injury of corticospinal cord tract (CST) in basalganglia and upper limb function after stroke using diffusion tensor imaging (DTI). Methods 18 stroke inpatients hospitalized from January, 2013 to July, 2015 accepted DTI, and their upper limb function was evaluated with simple Fugl-Meyer Assessment and Japan Upper Limb Function Test. The fractional anisotropy (FA) of CST in basalganglia of affected and unaffected sides were compared, and the correlation between FA of affected CST and upper limb motor function were analyzed. Results The FA was significantly less in the affected CST than in the unaffected CST (t=-21.09, P<0.001). The FA of the affected CST correlated with the scores of simple Fugl-Meyer Assessment (r=0.570, P<0.05) and Japan Upper Limb Function Test (r=0.509, P<0.05). Conclusion CST is injured after stroke, which may related to the upper limbs motor function impairment.

Key words:stroke; diffusion tensor imaging; corticospinal cord tract; upper limbs; motor function

(收稿日期：2015-10-10修回日期：2015-10-28)

[中图分类号]R743.3

[文献标识码]A

[文章编号]1006-9771(2016)01-0103-03

DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2016.01.023