脑卒中后失语症弥散张量成像的研究进展

刘梦月 盛佑祥 赵 宁

深圳大学第六附属医院 华中科技大学协和深圳医院，广东 深圳 518000

脑卒中是一种以脑组织缺血或出血性损伤症状和体征为主要表现的急性脑血管疾病，具有发病率高、致残率高、病死率高和复发率高的临床特征[1]。随着社会老龄化程度不断加深、城镇化发展进程日益加快及人民生活水平的不断提高，亚健康的生活习惯日益凸显，脑卒中发病率不断上升，患病人群也呈逐渐年轻化趋势。目前，脑卒中已成为我国居民死亡和残疾的首要病因[2]。研究表明，我国40～74岁居民首次脑卒中标化发病率平均每年增长8.3%，≥40岁居民脑卒中标化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%[3]。全球疾病负担(GBD)研究数据显示，2016年我国缺血性脑卒中患病率为1 762.77/万人，出血性脑卒中患病率为406.16/10万人。脑卒中因其高致残性以及高病死率，在严重危害人民群众的生命健康的同时，也降低了幸存者的生活质量[4]。研究表明，产生各种类型言语或者语言障碍的脑卒中患者约占全体脑卒中患者的30%[5-6]。语言是人类最重要的交流沟通媒介，是人们彼此进行思想与意见传达的主要表达方式，其中包含声音、书写的文字及展现的肢体语言等。失语症指获得性语言功能障碍，即后天具有的语言能力由于有关语言功能脑部受损出现的语言处理障碍，对语言理解与形成能力受损[7]。失语症患者可产生各种语言或言语障碍，多表现为自发语言、命名、复述、阅读、书写以及理解方面的功能受限甚至丧失[8-9]。失语症严重影响了患者的日常沟通交流能力，语言是认知功能中不可或缺的一部分，同时也影响着患者记忆、理解等方面功能。而且失语症的发生严重影响脑卒中患者生活质量及其回归家庭、社会的能力，给患者、家庭及社会造成沉重的负担。有学者认为，在患者发生脑卒中后应尽快给予言语治疗[10]。恢复和改善患者的语言功能是脑卒中后功能康复的三大重要目标之一[11]。目前临床上针对脑卒中后失语症康复治疗的效果并不十分显著，对其机制的研究也并无统一的学界共识。确定脑卒中后失语症发生和康复机制，对于临床诊断、治疗、康复及预后也具有重要意义[12]。本文就近年来关于脑卒中后失语症的机制研究进展—综述。

1 脑卒中后失语症

现代医学认为，脑卒中后失语症是由于中枢神经病损所导致的患者抽象信号思维障碍，进而丧失口语、文字的表达和领悟能力的临床症候群，是语言优势半球皮层及皮层下结构广泛的语言分布网络损害所导致的获得性语言障碍[13]。失语症可由多种疾病引起，尤其是脑卒中(最常见的是左侧大脑中动脉灌注的外侧裂周区域的缺血性卒中)[5]。脑卒中导致的失语症发病机制多由大脑语言功能区及其相关联系神经纤维受损引起[14]。因在语言的表述、理解以及与之相关的阅读和书写能力等方面存在障碍[8]，伴失语症脑卒中患者的社交能力受到影响[9]，妨碍患者重新回归社会，因此，恢复患者的语言功能显得尤为重要和迫切。现代医学针对失语症的康复治疗，主要是采取言语功能训练治疗的方法，包括构音训练、自发语言、文字表达及图片命名训练等。此外，随着对失语症认识的逐步深入及科技的发展，非侵入脑刺激技术(如经颅直流电刺激tDCS、经颅磁刺激TMS[15]等)、音乐疗法、心理疗法[16]也被广泛运用于失语症的治疗中。

2 DTI原理与背景

弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一种基于常规磁共振影像技术发展出的新兴影像表达方法。DTI是 MRI的一种特殊形式，不仅可以显示每一个体素的信号强度，而且还能够计算3维空间中张量方向的具体数据。然后将每一个体素展现出的单个箭头根据神经束方向的差异进行整理，生成一组方向箭头。再经由图像数据的处理将每一组的方向箭头进行加工，形成神经束的线性图像[17]。

大脑中的白质纤维束呈几何形式排列，由于弥散磁共振成像能够清晰显示大脑白质纤维束，可以据此对白质纤维束的排列形态展开多角度的研究[18-19]。目前已经可以深入观察到白质纤维束中水分子运动的各向异性。白质束排列密度与该区域的各向异性呈正比。在脑实质中，脑白质与大脑皮质相比，其各向异性程度较高，而大脑皮质的各向异性程度相对较低。因存在细胞膜，所以分子在细胞内外及组织之间的移动过程中必须完成跨膜运动，而水分子在这一过程中则会发生弥散现象。由于神经细胞膜的阻碍，水分子沿白质纤维的运动或扩散比垂直于水分子的运动或扩散快，水分子运动在各个方向上各不一致，因此形成各向异性[20]。而平行运动和垂直运动之间水分子扩散的差异，构建出弥散张量成像的图像基础[21]。各向异性分数(FA)数值以0～1范围表示，是水分子各向异性成分与整个弥散张量形成的比值[22]。数值越小，表示弥散越不受限制；数值越大，则表示组织规则性不断增加且具有方向性，神经传导功能也随之加强[23]。所以可以通过FA值推断大脑白质纤维束内细胞结构的排列程度以及组织结构的完整性。

DTI不仅通过各向异性分数(fractional anisotropy，FA)描述了组织内水分子扩散的方向性，同时也通过表观弥散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)、平均扩散率(mean duffusivity，MD)、轴向弥散系数(axial diffusivity，AD)、径向弥散系数(radialdiffusivity，RD)来更加具体地描述组织中的水分子扩散的方向和大小[24]。其中ADC 值衡量组织中水分子的弥散运动，反映水分子在弥散敏感梯度方向上的位移程度。ADC 受细胞内外水的温度、细胞膜通透性、黏滞度、比例的影响。MD可以反映组织的总含水量，表达水分子的总弥散活动和分子置换；在平行轴位置用AD描述，体现在水分子的扩散与运动中所受阻碍最小的方向，即为张量中的最大数值显示。AD对于轴突的完整性和变性更为敏感[14]。垂直轴位置用RD描述，数值取决于两个相对较低的张量数值计算的平均数值。RD能够表达髓磷脂的完整程度[25]。DTI在皮层下水平的神经束识别和估计方面具有独特的优势[26]，目前在临床诊疗与科研探索中均被广泛应用，同时也被应用于许多大脑疾病的研究，如脑卒中、阿茨海默症、大脑衰老等疾病。

3 脑卒中后失语症DTI的研究进展

3．1评估进展脑卒中后失语症的形成机制一直以来不明确，目前，较为被大众认可的是失语症的发生与大脑皮质的语言功能区损伤有关。MORISAKI等[14]发现DTI可作为周围神经再生的良好指标，可作为多种神经系统疾病的无创诊断工具。FRIDRIKSSON等[27]对70例各类型失语症患者分类进行对比，发现Broca失语症患者对Broca和Wernicke区均有损害。ELMER等[28]将24例健康受试者分为2组，通过同声传译器进行干预，发现支持感觉运动耦合机制和语音清晰度的大脑区域的FA值降低，白质结构发生了变化。SPINELLI等[29]发现，失语症患者与健康对照相比，纤维束成像显示右侧纵向纤维束中FA减少和MD增加。KÜMMERER等[30]发现，理解和复述障碍与背侧或腹侧纤维通路损伤有关。陈营等纳入脑梗死后运动性失语患者11例，与同期健康者对照组相比左、右侧大脑语言功能区FA值均降低，而ADC值变化不明显。

失语症的形成也与白质纤维束的受损密不可分，特别是弓状纤维束(arcuate fasciculus，AF)。BREIER等[31]对20例左半球卒中病史患者进行弥散张量成像，结构MR成像和语言测试，发现左半球上纵、弓状束的FA值越低，其重复口语的能力就越低，卒中后的理解障碍与左半球弓状束的FA值较低有关。而在右半球的同型束没有发现。FREY等[32]发现，人脑中44区与上纵束第三支的顶下小叶贯通有明显的联系，而45区通过极端囊纤维复合物与颞上回相连。弓状束将后颞上区与位于44区和45区上方的背外侧额叶区8和延髓区6连接起来。刘作武等[33]发现，Broca失语症由语言功能区或白质纤维相关结构的损伤引起。ANDRADE等[33]对语言障碍患者进行弥散张量成像(DTI)和纤维束成像检查弓状束的完整性，DTI和纤维束成像提示患者弓状束严重受损。运动性失语患者不同程度存在以前端改变为主的左侧弓状束的损伤，并且损伤程度与失语病情严重程度呈正相关关系，表明弓状束是前后语言功能分区相互联络的重要通道[34]。弓状束前部损伤使得Broca区联系中断或分离，出现语言功能联系异常，说明弓状束在语言加工过程中承担了重要角色[35]。

以上研究均证实，脑卒中后失语症的病变部位与大脑特定功能语言区及弓状纤维束有密切关系。大脑特定功能语言区域弓状纤维束的损伤是导致脑卒中后失语症的主要因素，临床也可以据此作为评估患者病情的影像学辅助工具。但对于不同类型的失语症之间病变部位及机制的特点与不同，目前研究尚较为欠缺，需要进行更为深入或细致化的研究才能探知。

3．2康复机制当前脑卒中后失语症康复机制的理论研究学说众多，但言语功能恢复与大脑功能区结构的病变情况转归之间的联系并无统一的说法。其中包括不同机制：同侧病灶周围脑组织的激活、对侧大脑镜像区的补偿、血流再灌注[36]、神经可塑性[37]以及语言功能重组等。其中脑卒中失语症发生的早期，语言功能可具有一定程度上的自我恢复，主要为血流再灌注机制在其中发挥主要作用，而神经可塑性和功能重组则在言语功能恢复的晚期较为重要[38]。而DTI主要观察脑白质水分子的变化，许多学者则在同侧病灶周围脑组织的激活与对侧大脑镜像区的补偿两项机制进行了深入研究。

脑卒中后失语症患者同侧病灶周围脑组织的激活，可能与言语功能的康复情况密切有关。SCHLAUG等[39]纳入6例患有左半球卒中伴中重度非流利性失语症患者，在给予75次强化言语治疗前后均予DTI检测，发现治疗后相较治疗前AF纤维数量和AF体积评估显著增加，提示患者言语功能的恢复与AF重塑相关。表明左侧大脑半球损伤病灶周围区与语言功能恢复联系紧密。

许多学者提出，对侧大脑镜像区的补偿也是脑卒中后失语症的康复机制之一，即在大脑左半球卒中患者中，大脑右半球镜像区对言语功能有补偿作用。WAN等[39]对11例慢性卒中后因左半球损伤致失语症的患者进行扩散张量成像和语言测试，并在15周言语治疗干预后再进行复测，发现实验组与对照组相比右侧大脑半球中额下回、后颞上回和后扣带回下方的白质部分各向异性有所FA降低。提示语言功能改善与右脑结构变化具有密切的联系。大脑双侧弓状纤维束结构进行一定程度上的重建，使得完整性较前提高，语言功能的恢复很可能与这种变化有密切关系。BONILHA等[40]证实，弓形束的完整性在言语功能恢复中起作用，区域性左半球的连通性以及同源右半球是失语症恢复的关键。探究脑卒中后失语症的康复机制对临床诊疗具有指导性的作用，而从大脑组织结构层面的改变来展开，更是从根本上去探究失语症的实质。

大脑白质纤维束作为大脑神经信号传递的重要通路，在脑卒中后失语症的发生中起着重要的作用，但其机制还未阐明，可以利用DTI技术进行深入研究，用于客观有效地评估卒中后失语症，并探究卒中后失语症的康复机制。