静息态fMRI比率低频振幅技术在针刺治疗脑梗死的研究

欧芳元 黄俊浩 易小琦 刘文罡 袁铭婧 陈暇女郭定波 王 娟 胡良波* 王振宇

针灸治疗脑卒中历史悠久，多项研究证明针灸治疗脑卒中有效[1]，但迄今为止科学机制还未完全阐明。功能磁共振低频振幅(amplitude low-frequency fluctuation，ALFF)技术能映射与运动、视觉、听觉、语言及静息态网络相关的神经网络，针灸治疗脑卒中可能与引起这些神经网络的功能改变有关。静息态fMRI的方法已广泛用于衡量静息状态下功能脑区的活动强度[2-3]，但用于针灸研究却少见，特别是对针灸治疗缺血性脑卒中的研究，本研究利用静息态功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）技术观察脑梗死伴肢体运动障碍患者针刺治疗前后对脑区神经比率低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations， fALFF)活动的改变，旨在探讨针刺治疗缺血性脑卒中脑功能活动的差异，以及脑功能活动改变与治疗效果之间的关系。

方 法

1. 临床资料

研究对象选取2017年1月至2018年9月就诊于本院的脑梗死伴右侧肢体功能障碍的患者62例，最终纳入符合要求受试对象共33例为脑梗死组（男18例，女15例，平均年龄62.8±1.65岁），其中，针刺治疗后患者Brunnstrom运动功能分级由4级提高到5级及以上，为有效组；治疗后患者Brunnstrom运动功能分级4级或下降到4级以下，为针刺治疗无效组。招募30例年龄、性别、受教育年限相匹配的健康志愿者为对照组（男17例，女13例，平均年龄63.4±2.69岁）。实验方案获重庆医科大学附属永川医院医学伦理委员会批准（批准号：2017年科伦审1号），受试者实验前均签署知情同意书。

纳入标准：①MRI诊断为首次发病2周内的脑梗死患者；②右侧肢体Brunnstrom运动功能分级为4级；③患者年龄60～65岁。排除标准：合并精神障碍和中枢神经系统疾病史。剔出与脱落标准：受试者依从性差，疗程中退出者。

2. 治疗方法

所有患者在脑梗死二级预防口服药的同时，均于每天早上8-9点进行针刺治疗[4]，采用以下针刺方法，连续治疗4周。

2.1 头针：选取顶区与顶前区，患者取卧位，采用长时间留针间断行针法，用φ0.40×50mm毫针，常规消毒后，按上述穴区向前或后透刺，常规进针法刺至帽状腱膜下，深约40mm。针后捻转，200次/min，每根针捻转1min，留针6～8h，每日一次。留针期间，开始每隔30min捻转1次，重复两次，然后每隔两小时捻转1次，直至出针。

2.2 体针：患者取卧位，皮肤常规消毒后，以28号1.5～2寸华佗牌针灸针进行针刺，得气后在针柄上连接英迪KWD-808-Ⅱ型脉冲针灸治疗仪，采用疏波，刺激强度以患者能耐受为度，上肢肩髃与臂臑连接一组导线；手三里尺骨侧0.5寸处与外关连接一组导线；下肢仰卧位时髀关与血海连接一组导线；侧卧位时承扶与委中连接一组导线；阳陵泉与悬钟连接一组导线。每次治疗30min，每日一次。

3. 磁共振检查

脑梗死组针刺治疗前、治疗后及对照组均行静息态功能磁共振检查，采用德国Siemens MAGNETOM Verio Dot 3.0T MR扫描仪，正交头线圈采集全脑血氧水平依赖(BOLD)信号。检查时保持静息状态：平静呼吸、闭眼，保持清醒，尽量不做任何主动的思维活动。静息态功能磁共振BOLD信号采用回波平面成像（EPI）序列采集，TR 3300ms，TE 30ms，FOV为220mm×220mm，层厚为3mm，反转角90°，层数为48层。

4. 图像预处理及fALFF分析

图像预处理：使用Matlab R2013b版本的DPARSF 4.35版本软件[5]及SPM 12对图像进行处理，包括：①去除前10个时间点的图像；②时间层矫正；③头动校正；④空间标准化；⑤平滑；⑥去线性偏移；⑦将平移大于2mm或者旋转大于1.5°的数据剔除，计算出fALFF值；⑧最后采用0.01～0.08Hz频段所得数据进行低频滤波。

5.统计学分析

数据采用SPSS 24.0统计软件进行分析，计量资料采用t检验，计数单位采用χ2检验；以P＜0.05为差异有统计学意义。相关脑区治疗前后fALFF比值与治疗后Brunnstrom运动功能分级的相关性用皮尔逊相关系数评价。针刺治疗有效组与无效组之间的fALFF比值差异用Mann-Whitney U检验分析。

fALFF图像使用SPM12软件进行统计学分析，对脑梗死组治疗前后与健康对照组图像数据进行两样本t检验，并对统计结果进行AlphaSim校正（P＜0.01，Clusters＞30）。

结 果

1.脑梗死组治疗前与健康对照组fALFF值有显著差异的脑区

脑梗死组存在广泛的fALFF值异常，fALFF值显著降低的脑区有：右侧楔前叶，双侧后扣带回，左侧丘脑，右侧顶下缘角回，双侧中央前回，左侧中央旁小叶（AlphaSim校正，Clusters＞30，P＜0.01）。fALFF值显著升高的脑区有：左侧小脑，左侧直回，右侧背外侧额上回，双侧眶额回，双侧内侧额上回，双侧楔叶（AlphaSim校正，Cluster＞30，P＜0.01）。结果见表1及图1。

2. 脑梗死组治疗后与健康对照组fALFF值有显著差异的脑区

针刺治疗后脑梗死组较健康对照组存在fALFF值异常，fALFF值显著升高的脑区有：脑干，左侧颞下回，左侧小脑，左侧枕上回，右侧楔叶，左侧中央前回。fALFF值显著降低的脑区有：双侧后扣带回，右侧顶下缘角回（AlphaSim校正，Clusters＞30，P＜0.01）。结果见表2及图2。

表1 脑梗死组治疗前与健康对照组比较fALFF值有显著差异的脑区

3. 卒中后中央前回、中央旁小叶fALFF值变化与针刺治疗的关系

针刺治疗4周，上肢运动功能由Brunnstrom4级恢复到5～6级17例，16例未见明显改善；下肢运动功能由Brunnstrom分级恢复到5～6级23例，10例未见明显改善。提取各个病人患侧中央前回和中央旁小叶治疗前后的fALFF值，得到fALFF比值，即治疗后fALFF值/治疗前fALFF值（简称：fALFF比值）。上肢针刺有效组的患侧中央前回fALFF比值和下肢针刺有效组的患侧中央旁小叶fALFF比值均高于无效组(P=0.00) ，见图3。

4. 运动前回和左侧中央旁小叶fALFF比值和治疗后Brunnstrom分级之间的相关分析

相关性分析显示，左侧中央前回治疗前后fALFF比值与上肢Brunnstrom运动功能分级呈明显正相关（r=0.860，P=0.000）；左侧中央旁小叶治疗前后fALFF比值与下肢Brunnstrom运动功能分级呈明显正相关（r=0.696，P=0.000）（ 图 4 ） 。

表2 脑梗死组治疗后与健康对照组fALFF值有显著差异的脑区

图1 治疗前脑梗死患者与健康人对照相比fALFF值的脑激活图，红色代表fALFF值升高的区域，蓝色代表fALFF值降低的区域，颜色条代表两独立样本t检验的T值。注：（1）A～E.为fALFF值升高区：A.为小脑；B.为右侧直回；C.双侧眶额回；D.黄色箭头为右侧背外侧额上回，粉色箭头为右侧内侧额上回，蓝色箭头为左侧内侧额上回；E.为双侧楔叶。（2）F～J.为fALFF值降低的区域：F.为左侧丘脑；G.为双侧后扣带回；H.为右侧楔前叶；I.为左侧中央旁小叶；J.为右侧顶下缘角回；K.为双侧中央前回。

讨 论

缺血性脑卒中伴偏瘫患者恢复阶段Brunnstrom 4级出现较大程度的独立分离运动，但在独立运用患侧肢体时存在较大的困难。头针采用于氏头穴丛刺长留针间断行针法取穴，选取顶区，其直下有中央前回、中央后回、旁中央小叶及顶上小叶和顶下小叶的一部分，主要用于运动障碍。顶前区其直下为额上回、额中回的后部，主要用于运动障碍、肌张力的变化。痉挛期贯穿Brunnstrom3～4级，因此抑制痉挛、加快分离运动的出现是这一段的首要任务。此时根据偏瘫的上肢以屈肌为主、下肢以伸肌为主的痉挛模式，在针刺选穴时应主要选取偏瘫侧肢体相应的拮抗肌群。上肢主要取伸肌群，下肢主要取屈肌群。上肢肩髃与臂臑，刺激三角肌，使臂外展，拮抗肩内收；手三里与外关，刺激肘肌和旋后肌使手腕上扬及手指伸展，防止腕指屈曲；下肢仰卧位时髀关与血海，刺激刺激股四头肌，保持膝关节的稳定性；侧卧位时承扶与委中，刺激股二头肌，使膝关节屈曲，防止下肢的伸肌痉挛模式；阳陵泉与悬钟，刺激胫前肌，使踝关节外展、足背屈，防止足内翻及垂足。

图2 治疗后脑梗死患者与健康对照相比fALFF值的脑激活图，红色代表fALFF值显著升高的区域，蓝色代表fALFF值显著降低的区域，颜色条代表两独立样本t检验的T值。注：（1）A～E.为fALFF值显著升高的区域：A.为脑干；B.为左侧颞下回；C.左侧小脑；D.黄色箭头为左侧枕上回，粉色箭头为右侧楔叶；E.为左侧中央前回。（2）F～G.为fALFF值显著降低的区域：F.为双侧后扣带回；G.右侧顶下缘角回。

图3 fALFF比值与针刺疗效的关系图。A.左侧中央前回治疗前后fALFF比值与针刺治疗功效之间的关系（P=0.00，Mann-Whitney U检验）。B.左侧中央旁小叶治疗前后fALFF比值与针刺治疗功效之间的 关 系（P=0.00，Mann-Whitney U检验）。

图4 fALFF比值与治疗后Brunnstrom运动功能分级相关图。A.左侧中央前回治疗前后fALFF比值与治疗后上肢Brunnstrom运动功能分级呈正相关（r=0.860，P=0.000）。B.左 侧 中央旁小叶治疗前后fALFF比值与治疗后下肢Brunnstrom运动功能分级呈正相关（r=0.696，P=0.000）。

通过静息态功能磁共振发现，治疗前脑梗死患者与健康人相比，存在广泛的fALFF异常。以往的研究发现同侧躯体运动网络的fALFF降低[6]， 与本研究的脑梗死组在左侧中央前回和左侧中央旁小叶、左侧丘脑等运动相关的脑区活动下降这一结果相符，这些脑区fALFF的改变可能是脑梗死运动功能损坏的神经基础；本研究发现左侧直回，右侧背外侧额上回，双侧眶额回，双侧内侧额上回，双侧楔叶fALFF比健康人显著升高，有研究发现[7]，在进行运动任务时，脑卒中患者非运动相关区域以及对侧大脑部分脑区出现fALFF值增加可能是对运动功能区脑细胞活动减弱的一种代偿；小脑fALFF值升高，提示小脑在脑卒中后功能恢复中有重要的作用[8]。脑卒中患者大脑fALFF值的变化揭示了脑卒中后运动网络的异常，也反映了大脑为适应损伤而进行的功能重组，异常脑区的功能恢复和相似脑区的功能代偿有助于改善脑卒中后运动能力[9]。另外，有研究发现脑梗死患者的默认网络相关脑区（后扣带皮质、楔前叶、角回和部分前额叶皮质）的ALFF值升高[10]，本研究结果显示默认网络（右侧楔前叶，双侧后扣带回，右侧顶下缘角回）fALFF下降，可能是我们病变部位主要在基底节附近有关。

针刺治疗后脑梗死组与对照组相比，fALFF差异脑区减少，fALFF图逐渐向健康人回归，提示针刺治疗后患者大脑脑区活动出现了改变，尤其在运动网络相关的脑区中。然而，随着疾病逐渐康复大部分脑区恢复正常，但仍有一些非运动相关脑区fALFF值异于正常人，可能是对于受损脑功能的代偿[11]，其机理还需要进一步探讨。中央前回和中央旁小叶分别是上肢和下肢运动相关脑区，本研究发现针刺治疗有效组该脑区治疗前后的fALFF比值均比无效组高，且两个脑区fALFF比值与治疗后Brunnstrom运动功能分级均成正相关。为针刺治疗脑梗死改善运动相关脑区神经网络提供了依据。

由此，本研究发现针刺刺激了损伤脑区的运动相关神经元活动，对卒中后上下肢的运动功能起到了改善作用，为针刺治疗脑卒中伴偏瘫提供了直接的影像学证据。当然，本研究也存在分析方法较单一的不足之处，fALFF这种研究方法只能反映脑区的血氧水平，因此不同研究方法联合应用是未来研究的趋势。