功能磁共振成像在急性脑梗死中应用的研究进展

刘长英，周 莉，张根明，刘博文，莎日娜

急性脑梗死是由脑血管疾病导致的脑组织血液供应障碍，出现脑组织坏死，引起肢体运动及感觉等神经功能缺损的临床症状。急性脑梗死病具有高发病率、高致残率及高死亡率特点，对社会及家庭危害巨大。目前我国脑血管疾病发病率为120/10万～180/10万，由于人口老龄化日益严重，其发病率逐渐升高。随着科学研究的不断深入，发现急性期积极干预可改善病人脑组织结构和功能状态，实现“脑可塑”。

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)是近年来迅速发展的一种可精确定位的、无创的人脑高级功能研究手段，可利用血氧水平依赖对比技术准确、直观地观察脑功能活动部位及范围。fMRI既具有磁共振成像优势又具有功能成像特点，同时具有较高的空间分辨率。fMRI可从整体观察大脑各功能区之间的网络连接[1]，较多地用于评估人类脑区激活与运动、感觉及认知活动关系，也常应用于神经损伤及康复过程中的神经可塑性研究[2-3]。现综述fMRI在急性脑梗死中应用的研究进展。

1 脑网络连接与运动障碍

运动障碍是脑梗死常见的后遗症，脑梗死后肢体运动障碍发生率达60%～80%，是病残的主要原因之一，严重影响病人生活质量[4]。明确脑梗死所致运动损伤的神经机制对病人康复至关重要。目前关于脑梗死后出现运动障碍主要有两种假说：第一种认为脑梗死后大脑运动功能区控制功能损害是脑梗死后运动功能障碍的主要原因[5-6]；另一种认为经胼胝体抑制导致脑梗死病人运动能力下降[7]。脑梗死急性期，从分子水平到网络水平的大脑变化活跃，大脑自我修复过程加快。脑梗死早期康复对运动功能恢复重要，可显著改善病人临床预后。近年来，以fMRI为代表的多模态成像技术已广泛用于脑梗死病人运动障碍的神经机制研究。fMRI研究显示脑梗死后局部激活和连接异常与运动障碍有关[8]。

正常人静息态运动网络的双侧功能连接是对称的[9]，双侧大脑半球互相抑制，而脑梗死后这种互相抑制被破坏[10-11]，脑卒中早期患侧运动皮质受损，对健侧大脑半球的抑制作用减弱，增强健侧大脑半球兴奋性，进而增强患侧大脑半球抑制作用。戚婉等[12]研究发现，康复过程伴有脑功能区重建，脑梗死病人双侧大脑半球脑功能具有不对称性，脑功能区激活部位发生变化。脑梗死急性期治疗后患侧肢体同侧脑区激活体积减小，而对侧脑区激活体积增大，随着脑梗死不同时期变化，脑功能重组发生变化，而激活模式逐步趋于原始化。Schulz等[13]利用纵向动态因果模型研究发现脑梗死急性期病人双侧大脑半球间抑制性连接失衡在康复期逐渐恢复正常。Du等[14]应用一般线性模型和动态因果模型分析急性脑梗死病人fMRI，以检测大脑皮层运动激活和运动皮层的有效连接，结果显示同侧初级运动区(M1)激活和运动皮层兴奋性增加与运动功能改善有关。在手部运动过程中，从对侧到同侧M1的连接性抑制与运动损伤程度相关，同侧运动皮层兴奋性与促进同侧M1连通性增强或减少对侧M1半球间抑制相关。提示局部M1功能障碍和异常的大脑半球之间的相互作用可能是急性脑梗死运动障碍的原因。曾繁勇等[15]研究发现急性脑梗死病人进行患侧对指运动时，双侧大脑半球均可见激活，包括患侧双侧运动前区皮质和辅助运动区、健侧后顶叶皮质、初级运动皮质。改善运动皮质的兴奋性，纠正与运动缺陷相关的异常运动网络连接可能是脑梗死病人早期神经康复的治疗目标。

2 脑网络连接与认知障碍

人类大脑进化和发展过程中，大脑皮层网络组织支持神经网络的集成和分离，局部脑回路与全脑网络集成之间存在最佳平衡[16]。认知功能障碍有时难以通过梗死灶大小和部位予以解释，分析原因可能是由于控制该功能的远端脑区或某个网络的支配神经元受到损伤。脑梗死病人静息态网络改变可解释脑梗死引起的大脑功能紊乱，脑梗死病人大脑某些区域损伤后，通过转变功能连接至未受影响的脑区进行代偿，因此，脑梗死病人fMRI中较大的功能连接转变提示较好的认知表现[17-18]。

神经影像学研究表明，急性脑梗死病人局部脑损伤导致远离病变部位的脑区出现异常信息传递。Zhu等[19]利用fMRI和图论分析系统研究急性脑梗死病人功能性脑网络的拓扑特性，结果显示与健康对照组相比，急性脑梗死病人最短路径更低，整体效率更高。急性脑梗死病人额前回(PCUN)、额中回(MFG)、额上回内侧部(SFGmed)、额中回眶部、额下回外侧部节点程度增加，额前回、额中回、额上回内侧部和角回节点效率提高。急性脑梗死病人中颞横回节点程度降低，而节点效率无明显降低。功能障碍主要集中于颞横回和前额叶皮质。急性脑梗死病人中额中回中心性改变和功能连接异常与简易智力状态检查量表(MMSE)评分相关。结果提示，局部脑组织损伤后语言系统功能连接中断可能导致其他脑回路拓扑结构破坏，这可能是导致急性脑梗死病人出现认知障碍的原因之一。Jiang等[20]研究发现，与健康对照组相比，急性脑干梗死病人右侧前额叶内侧皮质(mPFC)和右侧楔前叶前后默认网络(DMN)功能连接性显著降低，且脑卒中病人右侧mPFC和右侧楔前叶连接性降低与高同型半胱氨酸呈负相关。急性脑干梗死病人DMN功能连接性降低为明确脑梗死后认知损害的神经机制提供了新思路。

3 脑网络连接与意识障碍、缺血半暗带

3.1 评估意识障碍 意识障碍在急性脑梗死病人中较常见，且与脑梗死后临床结局相关，其潜在机制尚不明确，对意识受损的急性脑梗死病人脑活动和连接性变化较少。Yuan-Hsiung等[21]研究发现，与正常人相比，脑梗死意识障碍病人在楔前区和后扣带回皮质局部一致性(ReHo)和低频振幅(ALFF)强度及DMN连接强度显著降低。DMN强度与发病和扫描格拉斯哥昏迷量表(GCS)得分差异高度相关。静息态fMRI是评估急性脑梗死病人早期意识障碍的可行性工具，与此相关的脑活动和脑网络变化的具体机制、含义需进一步研究。

3.2 评估缺血半暗带 Tsai等[22]对16例首次急性脑梗死病人发病27 h内进行磁共振扫描，分别采用弥散成像和灌注加权成像确定梗死区核心和半暗带，各个脑区相对低频振幅平均值与脑梗死发病后时间相关。在梗死核心组织、半暗带组织和正常脑组织中，低频振幅相对值存在显著差异。低频振幅图像的病变位置与扩散和灌注加权成像不完全匹配，然而，这些图像提供可用于区分半暗脑组织和正常脑组织的对比度。在半暗带组织中发现脑卒中发病后时间与低频振幅相关，而在梗死核心和正常脑组织不存在。低频振幅反映缺血后潜在的神经血管活动，在评估缺血后脑组织活力方面具有较大潜力；结果表明，低频振幅有助于急性脑梗死的溶栓或神经保护性治疗。Liu等[23]报道非人灵长类动物脑梗死模型梗死周围组织低频振幅频率降低和幅度增加。Yao等[24]研究表明，大脑中动脉闭塞的超急性脑梗死大鼠模型低频振幅存在动态变化，大脑中动脉闭塞后24 h内低频振幅幅度增加，从缺血中心向周围边缘迁移，超过磁共振弥散成像(DWI)边界。上述动物研究表明，低频振幅测定可能具有估计和预测急性缺血性脑组织存活率和预后的潜力。

4 fMRI在中医治疗急性脑梗死中的应用

4.1 中药 中医药在治疗急性脑梗死方面具有独特优势。Wei等[25]研究发现血栓心脉片能显著增加急性脑梗死病人运动网络的内部功能连接：左侧初级运动皮层和右侧初级运动皮层之间，右侧初级运动皮层和上顶叶皮层之间，左前运动皮质和右前运动皮层之间及左前运动皮层和右上顶叶皮层之间。这些脑区均属于运动网络，对急性缺血性脑卒中病人运动功能恢复起重要作用[26-27]。Inman等[26]研究显示，脑卒中病人运动控制网络中大脑区域的功能连接性，包括初级运动皮层和上顶叶皮层的功能连接性显著降低。Wei等[25]研究证明血栓心脉片通过增加运动网络内脑区的功能连接改善急性缺血性脑卒中病人的神经功能缺损。任珊[28]采用静息态功能磁共振(DTI联合BOLD-fMRI)评价三七总皂苷注射液对急性脑梗死病人神经功能及结构重塑影响，结果发现三七总皂苷注射液可促进急性脑梗死病人白质纤维结构重塑，细胞毒性水肿及血管源性水肿得到改善，灰质功能得到恢复，重要部位平均扩散率(MD值)与中西医量表分数变化之间具有一定的相关性。张晶[29]通过静息态功能磁共振成像分析注射用丹参多酚酸对急性期脑梗死病人神经功能缺损情况的影响，结果发现两组低频振幅、ReHo、ReHo global数值比较(这些指标分别反映神经元激活情况及局部一致性)，治疗组健侧半球一些脑功能区数值较对照组提高，说明治疗组经药物治疗后健侧半球功能区的神经元局部一致性和神经元激活情况较对照组明显。

4.2 针灸 针灸作为中医的独特疗法，治疗脑梗死疗效已得到肯定，近年来，应用fMRI探讨其治疗脑梗死的机制日益增多。谢西梅等[30]研究发现脑梗死病人较多脑区ReHo存在差异；经针刺治疗后病人重要脑功能区ReHo发生明显变化。有研究指出静息状态下脑梗死病人存在广泛的大脑灰质密度异常，实现静息状态下“默认网络”及“运动网络”关键区域脑灰质密度的调节是针刺治疗脑梗死的核心机制[31]。Li等[32]针刺脑梗死病人外关穴(SJ5)并同时进行功能磁共振扫描，根据病人感觉分为得气组和非得气组，得气组激活/未激活区为左颞上回(BA39)/小脑右前叶和左丘脑，非得气组激活区包括右额叶内侧额回(BA11)、右边缘叶(BA30、35)和左额叶(BA47)，而唯一未激活区是右顶叶(BA40)；与非得气组相比，得气组小脑右前叶和右边缘叶(BA30)明显激活，该研究结果提示针刺得气的临床疗效是以脑功能改变为基础的。Chen等[33]发现针刺阳陵泉穴对右侧颞极、左侧舌回、左侧小脑均有正性交互作用。负性交互作用主要发生在对侧运动皮层和同侧下肢运动皮层。针刺阳陵泉穴可增加运动认知连接，同时减少未受影响的运动皮层代偿作用和同侧连带运动，从而促进偏瘫和痉挛康复。Wu等[34]研究发现针刺引起额叶和DMN区网络的结构重组，这可能是针刺促进运动和认知功能恢复的潜在治疗靶点和机制。

5 小 结

人的大脑类似于一个复杂网络，网络中各个控制节点与周围区域有密切复杂的联系，但由于个体差异可能造成不同脑梗死病人整个大脑网络控制的变化，最终出现激活区差异。脑梗死后大脑发生一定的脑功能重组，但较有限，脑梗死后出现大脑皮质功能重组是一种多机制、多层次、多水平的调控。已有较多学者在脑梗死后脑功能区的重组及神经重塑方面进行相关研究，尚未明确其脑区激活的确切机制，有待进一步研究。目前相关研究大多集中于脑梗死恢复期及后遗症期，对脑梗死急性期研究偏少；中医方面主要集中于针灸及中药注射液，中药复方由于成分复杂，确切作用机制难以明确，恰当地运用功能磁共振研究中药复方的治疗效果及作用机制，使结果更直接、客观。