脑卒中后步行功能障碍的临床评估与弥散张量成像的应用

宋杰+王大明+李永祥+李莉+张梦也

[摘要] 脑卒中后步行功能障碍是常见的卒中后运动障碍，卒中后步行功能的恢复情况直接影响患者的生活能力。随着神经影像学技术的发展，神经影像学及其相关生物学标志物（如弥散张量成像）已成为预测卒中后运动功能恢复的重要手段。本文通过复习脑卒中患者步行功能临床评估方法及相关神经功能影像学文献。总结卒中后患者步行功能障碍的临床评估方法，主要有足印目测法、录像法、量表评定法、三维步态分析。并重点讨论如何运用弥散张量成像技术预测卒中后步行功能，从而为脑卒中后步行康复计划制定的合理性提供依据。

[关键词] 脑卒中；步行功能；脑重塑；弥散张量成像

[中图分类号] R743.33 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2017）34-0165-04

Clinical evaluation of walking dysfunction and the application of diffusion tensor imaging after stroke

SONG Jie1 WANG Daming2 LI Yongxiang3 LI Li1 ZHANG Mengyi1

1.Zhejiang University of Traditional Chinese Medicine， Hangzhou 310053， China； 2.Department of Rehabilitation Medicine， Jinhua Traditional Chinese Medicine Hospital in Zhejiang Province， Jinhua 321000， China； 3.Department of Rehabilitation Medicine， the Fourth Affiliated Hospital of Zhejiang University School of Medicine， Yiwu 322000， China

[Abstract] Walking dysfunction after stroke is a common post-stroke dyskinesia， and the recovery of walking function after stroke directly affects the patient's life ability. With the development of neuroimaging technology， neuroimaging and its related biological markers（for example， diffusion tensor imaging） have become an important means to predict the recovery of motor function after stroke. In this paper， the clinical assessment methods of walking dysfunction after stroke were summarized， by reviewing the clinical assessment of walking function in stroke patients and related neurological imaging literature. There are footprint visual method， video method， scale evaluation method and three-dimensional gait analysis. And this paper mainly discusses how to use the diffusion tensor imaging technique to predict the walking function after stroke， so as to provide the basis for the rationality of walking rehabilitation plan after stroke.

[Key words] Stroke； Walking function； Brain remodeling； Diffusion tensor imaging

雙足直立步行是人类有别于其他哺乳类动物的典型特征，也是人类进行移动和维持身体健康的重要能力。步行功能障碍是许多卒中患者的主要问题，且常导致日常生活活动困难。因此，如能在脑卒中发病后的早期阶段进行评估并预测步行功能，据此制定针对性的康复训练措施，将有可能改变目前脑卒中疾病的诊治效率。

1 脑卒中后步行功能障碍特点

有研究表明卒中后20%～30%患者生活不能独立，65岁以上50%患者卒中6个月后都存在运动功能障碍，其中步行运动障碍是最常见的障碍之一[1]。早期Copenhagen卒中研究发现发病3个月内63%患者不能独立步行，其中51%患者没有步行能力，12%患者需要辅助步行，22%患者在进行康复训练后仍不具有步行能力[2]。这表明卒中后患者的步行功能恢复需要引起关注，严重的步行功能障碍与整个机体功能和生活质量相关。

从运动障碍恢复的时间而言，一般认为脑卒中患者发病后3个月内躯干控制、下肢运动功能和感觉功能迅速恢复，而上肢运动功能和步态的显著改善发生在发病后的3～6个月内，且运动程度恢复最大程度为发病后近6个月内[3]。说明卒中后半年是卒中患者进行康复训练恢复肢体功能的最佳时间。从运动功能恢复模式而言，不同的偏瘫模式造成不同的运动功能结局。脑卒中后运动障碍分为完全性偏瘫（hemiplegia）和轻偏瘫（hemiparesis）。完全性偏瘫损伤程度较重，上下肢受累程度相同；轻偏瘫则是偏侧肢体瘫痪程度较轻，上下肢受累程度也不同步。完全性偏瘫患者下肢可能恢复到Brunnstrom 1～3期，常停留在3期，最好情况接近4期；轻偏瘫患者开始即在Brunnstrom 2期或者3期，多数患者上肢功能比下肢功能好。endprint

2 脑卒中步行功能评估工具

脑卒中步行功能的临床评估工具近年发展迅速，目前常用的方法有足印目测法、录像法、量表评定法、三维步态分析法等。

借助卷尺、秒表、石灰粉等工具，让患者直行三步（step）以上往返3次，或连续行走九步以上，观察地面足底印记并测量，可获得步速、步频、步幅、步长、足偏角等时空参数。借助相机、手机的录像功能录制上述步行视频后，通过反复慢速回放视频，结合美国加利福尼亚RLA医学中心步态观察分析表可以进一步分析卒中患者的运动学改变。该分析表要求自踝关节开始，依次评定膝关节、髋关节、骨盆及躯干。在评定每一个部位时，按步态周期中每一个环节发生顺序进行评测，将首次着地作为评定的起点。先观察矢状面，再从冠状面观察患者的行走特征。

与上述针对步态的直接观察和测量不同，量表评定更倾向于评估神经功能缺损程度或功能上对移动能力的影响，近年常用的有：①威斯康星步态量表（Wisconsin gait scale，WGS）评定卒中患者的异常步态。评定偏瘫侧下肢步行周期中足跟着地相、站立相、足趾离地相和迈步相的动作表现，分数的高低与步态异常的严重程度呈正相关，可以明确异常步态的原因，是卒中患者步态评价的首选量表[4]。②Fugl-Meyer评定（Fugl-Meyer motor assessment，FMA）（下肢部分）：可定量评估偏瘫患者肢体功能，分数高低与下肢运动功能呈正相关。③Motricity指数（Motricity index，MI）和功能性移动能力分级量表（functional ambulation category，FAC）[5]。前者直接测量上下肢运动功能，检查上下肢6个大关节，其中下肢测量踝背伸、伸膝和屈髋；后者则测试步行15 m内是否需要辅助及其依赖程度作为步行恢复程度的依据。然而在上述步态分析工具中也存在着一定的缺陷，即测量工具本身的局限性，所获参数在合理解释脑卒中后失神经支配的对应于步态周期各阶段重要关键肌群所发生的系统性神经肌肉协调或整合机制（包括感觉传入）变化导致异常卒中步态方面存在不足，因此，有研究者尝试将临床上原用于脑瘫儿童矫形围手术期评估的三维步态分析系统用于卒中后步态分析[6]。

三维步态分析系统是一种客观、 定量、 准确的分析技术，使用摄像机高速实时捕捉受试者身上的发光标记点，通过获得的空间坐标，在每一个时间段内构建成三维模型，运用自带的模型计算系统对受试个体具体步态进行分析。孟殿怀[7]等利用步态分析技术初步测量腓肠肌的长度，判断出跟腱挛缩的情况，并为足下垂患者康复训练和矫形手术提供科学依据。岳童等[8]发现，脑卒中偏瘫患者步行中的足底压力峰值较健康人减小，不对称性增大，双侧足底压力峰值与步行能力呈正相关，认为通过训练有目的的适当提高双足站立相的压力峰值将有助于改善步行能力。

3 DTI在脑卒中步行功能评估应用

近10年来，神经影像学技术的日益成熟，使得在疾病状态下对活体大脑进行非侵入性的直接测量成为可能[9]。且弥散张量成像技术（diffusion tensor imaging，DTI）已被证明具有预测患者的步行功能恢复情况的价值[10]。

3.1 DTI在评估步行功能恢复中的应用

DTI作为非侵入性磁共振成像技术，具有生动显示卒中后体内微观结构损害和白质纤维束定量改变的潜力。经生理学和结构成像研究表明运动结局与运动纤维束的完整性密切相关，其中CST的损伤程度限制了运动执行和恢复[11]。卒中后残存的CST保留的越好，患者的预后越好。DTI技术已用于探索步行功能恢复的可能机制，Jang SH等[12]提出卒中后运动恢复机制及白质可塑性变化包括：（1）病灶侧皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）是否恢复；（2）病灶周围（皮层和皮层下）脑组织的重塑；（3）病灶对侧运动皮质到病灶侧运动通路的建立；（4）锥体束旁通路是否形成。这些机制的发现对于深入了解卒中后运动恢复具有重要作用。因此，DTI技术具有预测患者的运动功能恢复的价值。进行脑卒中转归时，DTI技术主要通过体素分析（voxel-based analysis，VBA）和感兴趣区（region of interest，ROI）分析来获取定量参数，采用概率性追踪或确定性追踪等方法三维重建脑白质纤维束解剖结构图，进而评估纤维束的完整性，预测脑出血患者运动功能受损程度和转归[13]。

3.1.1 通过皮质脊髓束的完整性评估卒中后运动功能预后 皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）是肢体运动功能最重要的纤维束，也是主要的运动输出通路，通过评估CST的受损情况可以对卒中后运动功能进行预测。Cho等[14]对发病30 d内的患者进行研究，将CST的完整性作为预测变量，分为4型：CST完整（A型）；与A型类似，除了CST起源于其他皮质（初级感觉皮质、后顶叶皮质、前运动皮质和前额皮质），而不是初级运动皮质（B型）；CST断裂（C型）；CST由于变性而未及梗死灶（D型）。结果发现A型运动功能恢复最好，D型运动功能恢复最差。这就说明CST的完整性越好，患者预后运动功能越好。Kwon等[15]依据DTI扫描时间（发病后14 d内和发病后15～28 d）分析CST的完整性，来预测放射冠（corona radiata ，CR）腦梗患者的运动功能预后。根据DTI扫描时间分为。结果发现发病后15～28 d扫描比发病后14 d扫描的预测性更好，且CST完整程度越高运动恢复越好。Puig等[16]观察桥脑的FA值和半卵圆区、放射冠、内囊后肢等的纤维束与梗死病灶的关系，发现卒中后12 h内内囊后肢纤维的损害程度与患者3个月运动功能恢复程度最为紧密，且与梗死区域大小无关。Kim等[17]采用回顾性研究方法，研究49例首次单侧受损的脑卒中患者，结果发现CST存在的患者在早期阶段比CST不存在的患者运动功能恢复好。这表明卒中患者的运动恢复与残留的病灶侧CST完整性相关。由此可见，运用DTI技术直观显示CST是否完整，可预测患者运动功能恢复的好坏。endprint

3.1.2 通过DTI参数评估卒中后运动功能预后 回顾国内外文献，常用的DTI参数变量有：FA值（fractional anisotropy，FA）、轴向扩散系数（axial diffusivity，AD）、径向扩散系数（radial diffusivity，RD）、表面扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）、平均扩散系数（medial diffusivity，MD），以及上述参数的病灶侧与病灶对侧的比值、差值和不对称指数等。

最常用的参数是FA值。Borich等[18]以病灶侧FA值为变量，采用2D轴向感兴趣区（ROI）方法，以内囊下肢（posterior limb of the internal capsule，PLIC）为感兴趣区进行测量。研究结果表明运动训练后病灶侧PLIC的 FA值，可能是脑卒中慢性期运动学习能力变化的重要标志。Wang等[19]研究发现脑出血后早期大脑脚的rFA值改变与起病28天、半年以上的运动结局均显著相关，且独立于NIHSS缺损程度分值和昏迷程度。这些发现与最近的Meta分析一致，报道说明FA值是亚急性期卒中后运动恢复的重要预测因子[20]。李捷等[21]利用DTI对26例初次基底节区脑出血患者的中长期运动功能进行评估，认为大脑脚区域CST的FA值在2周时比在3 d时能更有效地预测远期运动功能恢复。这些说明DTI参数FA值可评价患者运动功能恢复情况。Maeda等[22]研究脑梗死患者2周后大脑脚的rFA值，发现rFA值>0.8者3个月后临床预后较好，而rFA值<0.8者3个月后临床预后较差。

对于其他参数的应用也有广泛研究，Groisser BN等[23]发现急性期（发病后3～7 d）AD值与亚急性和慢性运动能力和敏捷度相关，说明AD可作为预测患者运动功能的重要指标。Gr？覿ssel等[24]研究脑桥中央梗死后锥体束的Wallerian 变性，将病灶侧与病灶对侧的AD比值、RD值和FA值作为变量，证明了在锥体束（pyramidal tract，PT）变性的时间过程中FA值持续降低，AD值和RD值的增加。并且发现如果FA在锥体束中不同，和/或在退行性PT中第一次和最后一次MRI的rFA显著不同，则认为Wallerian明显变性。这些都说明DTI的派生参数可用来进行卒中后步行能力的预测。

综上，发现卒中后步行功能常用的临床评估方法使用简单、方便易行，但评估时主观性明显有待标准化。另外，临床评估仅对某时期的功能状况进行评估，难以得出患者的长期预后，还存在不足。通过运用DTI技术，使得对卒中后运动功能恢复的病理生理机制了解更加深入，直观显示CST缺损与病灶间的关系，定量评估卒中后CST的完整性和损伤程度，使得对卒中后患者运动功能的预测能力提高。这种新技术也具有不足之处，如较高的检查费用。相信随着技术的不断发展，这些问题可以解决。临床评估与DTI技术应用都具有各自的优缺点，对于卒中患者的运动功能恢复，若将临床评估与DTI技术相结合取长补短，相信会有广阔的前景。

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（收稿日期：2017-08-07）endprint