痉挛型脑瘫患儿脑灰质结构与运动功能的相关性研究

艾洁尔古丽·麦合苏木,栾新平，徐敬轩，韩秉艳，王云玲

(1新疆医科大学第二临床医学院,新疆医科大学第二附属医院2神经外科,3放射科，乌鲁木齐 830028)

脑瘫是一个总括性术语，涵盖了在产前或围产期发育过程中发生的各种脑损伤，导致身体残疾[1]。其中痉挛型脑瘫是最常见的类型，它的主要临床表现为四肢僵硬和肢体肌张力增高。脑瘫儿童的磁共振常规成像脑内结构异常表现多样，主要影响深部灰质，皮质及皮质下的损伤称之为灰质损伤，其发生率为14%～22%[2]，正确了解脑部损伤尤其是灰质损伤的模式，有助于进一步描述病因或发病机制，以及规划治疗。磁共振基于体素的形态学分析方法(voxel based morphometry，VBM)是一种有用的成像程序，与传统的MRI相比，它在检测细微的结构方面更加敏感。通常用于临床评估，用于识别和定量分析脑部病变，因为脑白质和皮质/深部脑灰质病变都表现为异常强度或区域组织的缺失。本研究旨在定量分析个体脑部区域病变与运动功能之间的相关性，探讨与痉挛型脑瘫患者运动功能障碍有关的脑灰质形态学变化。

1 资料与方法

1.1 研究对象选择2018年2月-2019年4月在新疆医科大学第二附属医院就诊的脑瘫患儿36例，纳入标准：(1)符合痉挛型脑瘫的诊断标准和分型标准；(2)年龄2～15岁；(3)能配合完成磁共振检查。排除标准：(1)合并有先天发育畸形；(2)具有神经系统感染史，头颅外伤史；(3)因运动伪影等原因无法精确分割脑结构图像。

1.2 数据采集

1.2.1 临床资料 脑瘫患者的运动功能由2名在该领域有经验的主治及以上的神经外科医师依据粗大运动功能分级系统(gross motor function classification system,GMFCS)进行分级[3]。GMFCS是目前常用于评价脑瘫患儿运动功能的常用指标,其中Ⅰ级为轻度运动功能障碍,Ⅴ级为重度运动功能障碍。在本研究中，Ⅰ级～Ⅲ级合并为轻度运动功能障碍组，Ⅳ级～Ⅴ级为重度运动功能障碍组。轻度运动功能障碍组20例，男性11例，女性9例，平均年龄(5.4±l.7)岁。重度运动功能障碍组16例，男性7例，女性9例，平均年龄(5.9±l.4)岁。2组间性别、年龄差异无统计学意义(P>0.05)，组间具有可比性。

1.2.2 设备与成像方法 使用Philips Achieva 3.0T磁共振成像仪扫描常规和3D-T1序列。无法配合的儿童口服10%水合氯醛(0.5 mL/kg)进行镇静。等患者熟睡后，取自然仰卧位，先送入头部。常规序列：轴位T1WI、T2WI及T：FLAIR序列。采用T1加权3D快速场回波(3-dimensional T1weighted image fast field echo,3D T1-FFE)序列行矢状位高分辨3D-T1WI扫描。扫描参数:TR 7.8 ms,TE 3.8 ms,反转角 8°，矩阵250×220,体素大小 1 mm×1 mm×1 mm,FOV240 mm×240 mm×180 mm,层厚1 mm,层间距0 mm,扫描层数 260层,扫描时间6分40秒,NEX 1次。

1.2.3 图像处理 VBM数据分析基于Matlab 平台下，统计参数图软件SPM12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)。数据格式转换：使用“dcm2nii”程序将源自磁共振的数据转换为NIFTI格式；使用SPM12进行预处理，处理步骤包括:(1)个体脑中心调整，图像重新插值为1×1×1 mm3,使用N4算法对图像不均匀性进行校正；(2)脑组织分割：将配准后的图像通过SPM软件中的“old seg”功能分割成灰质、白质、脑脊液；(3)使用DARTEL方法对大脑灰质图像进行空间标准化，保持灰质总体积不变，平滑核大小设为8 mm×8 mm×8 mm。

1.3 统计学处理采用SPM软件中自带的统计软件对获得的图像数据进行比较。将年龄、性别作为协变量回归，去除年龄和性别所造成的组间差异。使用两样本t检验比较2组脑灰质结构差异。选取相连脑区>50个体素的高亮区作为2组间差异有统计学意义的区域(P<0.001，未经校正)，得到统计参数图。用xjView8.2软件(http：//www．alivelearn．net/xjview8/)记录有统计学意义的脑区(伪彩显示)。

采用SPSS22.0软件对运动功能障碍程度与脑灰质体积的相关性进行分析。将2组之间具有统计学差异的脑区域提取为感兴趣的区域，将年龄、性别作为协变量，采用Spearman相关分析用于分析不同脑区域中灰质体积与GMFCS分类之间的相关性。

2 结果

2.1 2组全脑灰质体积的比较轻度运动功能障碍组与重度运动功能障碍组全脑灰质体积分别为(648.43±76.30)mL和(589.08±82.20)mL，差异有统计学意义(t=3.679，P<0.001)。

2.2 2组局部脑灰质体积的比较与轻度运动功能障碍组相比，重度运动功能障碍组双侧额上回、双侧颞极、右侧颞上回、左侧中央前回、右侧梭状回、左侧缘上回、右侧颞中回、右侧扣带回、左侧顶下小叶、右侧楔前叶、右侧枕叶局部脑灰质体积均减少(P<0.001，未经校正)，未发现脑灰质增加区域(表1、图1)。

2.3 运动功能分级与对应脑区的相关性分析右侧额上回、左侧额上回、右侧扣带回、右侧颞中回、左侧中央前回、右侧楔前叶与粗大运动功能分级呈负相关性(P均<0.05)，见表2。

表1 2组脑灰质体积差异脑区(P<0.001，cluster>50)

图1 2组脑灰质体积差异脑区

表2 痉挛型脑瘫受损灰质体积与运动功能障碍的相关性分析

3 讨论

痉挛型脑瘫为脑瘫中的常见类型，其病因复杂，其中较常见的原因有早产、低出生体质量、产时窒息等[4]。其诊断主要依据其病史及临床表现。痉挛型脑瘫患者存在不同程度的运动功能障碍，在国内外通常用GMFCS分级系统评价脑瘫患儿的运动功能。依据该评价系统，脑瘫患儿的运动功能被分为5个等级，其中等级越高，运动能力越差。本研究使用该系统评价运动功能障碍程度。基于体素的形态学分析方法(VBM)作为一种自动化技术在研究整个大脑的结构变化时比传统的MRI更敏感。该方法的优势在于它能将受试者的脑灰质结构在体素的水平上进行分析，所以其可靠性高，尤其是在研究皮质方面。

本研究结果显示，与轻度运动功能障碍组相比，重度运动功能障碍组全脑灰质体积明显减少(P<0.001)。有研究表明，脑瘫患者的灰质体积减少是常见的[5-8]。脑灰质是神经元细胞体密集的部位，是大脑高级中枢的主要成分，参与人体各种复杂运动包括思考、运动、记忆等。脑瘫患者脑灰质体积减少表明神经元损伤或变形。根据本项研究结果，重度运动功能障碍组脑神经元损伤更严重。脑灰质的损伤对运动功能的影响与以往的研究结果一致，即皮质或深部灰质病变的儿童显示出更明显的运动缺陷[9-10]。

本研究中，与轻度运动功能障碍组相比，重度运动功能障碍组有多个区域局部脑灰质减少。这些与脑灰质损伤的区域位于大脑皮质，表现出弥漫性皮质损伤。而苍白球和其他深部灰质结构受累不广泛。Reid等[11]的研究发现单独的苍白球异常或深部灰质结构异常或广泛性皮质及皮质下灰质结构损伤与粗大运动功能分级IV～V级强烈相关。该研究还发现，不随意运动型等非痉挛型脑瘫运动功能障碍与广泛的深部灰质损伤和非弥漫性皮质-皮质下灰质损伤有关。本研究的研究对象是痉挛型脑瘫，而出现的与运动功能障碍相关的区域在皮质结构内。大脑皮质可以被分离成为多个区域，每个区域被认为具有特定的功能，每个区域彼此之间以及皮质下结构之间有着丰富的联系[12]。

本研究中与运动功能障碍程度呈负相关的区域有右侧额上回，左侧额上回，右侧扣带回，右侧楔前叶，右侧颞中回，左侧中央前回。额叶是大脑发育中最高级的部分，它调节躯体的运动。中央前回被认为是大脑皮层的运动区，它是锥体束的发源地，它支配躯体的随意运动。顶上小叶与人的数学和逻辑思维有关，据文献报道，顶上小叶功能与辅助运动区和前额叶皮层相关[13]。颞叶与人类的情绪和精神活动有关，颞中回在许多疾病中被发现与认知功能呈负相关[14-15]。扣带回作为边缘系统的一部分，参与情感，认知以及思维等的发生过程。它与联络纤维与额顶皮质相联系，这可能是它影响机体运动功能的原因。机体任何任务的执行都由多个大脑功能区共同参与，多个复杂的网络系统支配个体的运动功能。在上述与痉挛型脑瘫运动功能障碍相关的直接运动区，辅助运动区及感觉区域等相互作用和协同影响其运动功能。

本项研究中未发现与运动功能障碍程度呈正相关的脑灰质区域，可能由于本项研究对象仅是痉挛型脑瘫，而其他脑瘫类型被排除在外。痉挛型脑瘫可能以神经元损伤为主，灰质结构代偿性发育不明显。导致这种结果的具体原因尚待加大样本量进一步研究。

综上所述，痉挛型脑瘫患者运动功能障碍程度与弥漫性皮质损伤有关，而苍白球及深部灰质结构的改变对痉挛型脑瘫患者运动功能障碍的作用不明显，这为进一步揭示痉挛型脑瘫的病理生理学机制提供了影像学依据。