低频振幅分析针刺脑卒中痉挛患者拮抗肌的静息态脑功能MRI研究

周 钰，贾小飞，刘佳妮，冉 丽，马佐瑶，常敬鹏，杨小燕，马海滨，朱蓉蓉

脑卒中又称脑血管意外，是世界上老年人死亡和残疾的最常见原因之一。据文献报道，50%～80%的脑卒中患者运动功能障碍[1]，而所有的脑卒中患者痉挛的发生率达到了20%～30%[2-3]，国内的报道则更高[4]。痉挛状态严重影响了脑卒中患者肢体运动功能的康复，限制患者的日常生活活动，降低患者的生活质量[5]。如果不及时治疗，还会导致肌肉和软组织挛缩甚至肢体畸形，残疾终生，给患者和家庭带来巨大的负担。因此，痉挛问题的解决对脑卒中偏瘫患者运动功能的康复至关重要。功能磁共振成像(fMRI)技术具有无创性、可重复性，还能够以高时空分辨力实时地显示出大脑特定区域的功能活动情况，能更客观、更精确地显示大脑的活动变化[6]。低频振幅(ALFF)算法是可以在没有任何先验信息的情况下检测出静息状态活动异常脑区的静息态fMRI数据分析新方法，而且静息态fMRI无需进行复杂的实验任务，尤其适用于具有运动功能障碍的患者，为研究脑卒中痉挛患者的神经机制以及针刺治疗痉挛的中枢机制研究提供了重要手段。本研究采用基于ALFF的静息态fMRI技术，探讨静息状态下脑卒中后痉挛患者存在异常的大脑功能活动模式，以及不同针刺干预对脑卒中痉挛患者大脑功能活动模式的调节作用。

1 资料与方法

1.1 一般资料：选择2016年6月-2017年8月在宁夏回族自治区人民医院康复科治疗脑卒中后痉挛患者10例，男6例，女4例，年龄(53.6±7.67)岁，病程(51.50±17.25)d；宁夏阅海老年人服务中心招募与痉挛组患者年龄、性别等相匹配的正常老年人10例，男6例，女4例，年龄(54.2±9.37)岁，2组年龄差异无统计学意义，见表1。

表1 脑卒中痉挛组与正常老年组一般情况比较

1.2 纳入与排除标准

1.2.1 痉挛组纳入标准：①符合1995年第四届全国脑血管病学术会议制定的《缺血性脑梗死的诊断标准》[7]，并经CT或MRI证实，病灶为单侧基底核和(或)或放射冠区；②首次发病，病程2周到3个月，年龄40～70岁，均为右利手；③临床表现为右侧肢体痉挛性瘫痪，患侧Brunnstrom分期Ⅱ～Ⅳ期，改良Ashworth 量表(MAS)评分Ⅰ～Ⅲ级；④意识清楚，生命征稳定，无MRI检查禁忌证；⑤2周内未服用过中西镇静药物及肌肉松弛剂；⑥本人或者法定监护人同意，并签署知情同意。

1.2.2 痉挛组排除标准：①近期参加其他临床试验或接受其他相关治疗，可能影响本研究的结果判断；②合并严重的心脏疾病，肝，肾功能衰竭，恶性肿瘤、消化道出血等疾病；③其他原因引起的肌张力障碍及既往有运动功能障碍。

1.2.3 正常对照组纳入标准：①40～70岁，均为右利手；②头颅CT或MRI检查，无腔隙性脑梗死和斑片状或弥漫性白质疏松，无明确脑卒中病史；③无明显的心、肝、肾、肺功能不全等疾病；④自愿参加，并签署知情同意书。

1.3 针刺干预：采用痉挛侧拮抗肌针刺法，上肢取穴,肩髃、曲池、合谷、外关；下肢取穴，委中、阴陵泉、三阴交、承山。选用0.40 mm×50 mm华佗牌一次性无菌不锈钢毫针，采用单手快速进针，深度以到达肌肉层为度，操作时避开大血管。进针后施予小幅提插捻转，以平补平泻为法，患者产生肌肉抽动为度，15 min行针1次，留针30 min,出针后让患者做主动或被动患肢屈伸旋转运动3 min左右。

1.4 数据采集：本次研究采用宁夏回族自治区人民医院影像科GE3.0T磁共振扫描仪对所有受试者进行静息态功能像扫描。扫描时嘱其放松、睁眼平静呼吸，嘱受试者尽量固定头部并最大限度地减少头部及其他部位的主动与被动运动，同时告知受试者不要睡觉，不要进行任何系统性的思维活动。功能像是采用平面回波成像(EPI)获得T2加权图像。

EPI序列参数为：重复时间(TR)=2 000 ms，回波时间(TE)=30 ms，反转角度(Flip angle)=90°，视野(FOV)=240 mm×240 mm，层厚(thickness)=4 mm，矩阵(Resolution)=64×64，层间距(gap)=1 mm,层数(slices)=28。

结构像扫描采用T1加权图像采集。相关参数：重复时间(TR)=1 900 ms，回波时间(TE)=2.2 ms，反转时间(TI)=900 ms，反转角度(Flip angle)=9°，矩阵(Resolution)=256×256，层数(slices)=176。

1.5 数据预处理：采用SPM8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)及Matlab软件预处理功能像，包括以下步骤:①剔除前10个时间点的图像数据，以去除机器不稳定的影响；②时间校正(slice timing)；③头动校正，剔除头动在x、y、z轴的平动超过2mm或旋转角超过2°的受试者数据；④空间标准化,将图像配准到蒙特利尔神经病学研究所(MNI)标准脑空间的功能像模板；⑤平滑(6 mm×6 mm×6 mm)，以提高图像的信噪比；⑥去除线性漂移；⑦低频滤波(0.01～0.08 Hz)，以去除信号直流分量和呼吸、心跳等高频噪声的影响。

1.6 ALFF计算：采用北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开发的静息态fMRI数据分析处理软件包REST。主要过程:逐体素对全脑信号强度的时间序列进行傅立叶变换，转为频域功率谱，功率谱的峰下面积可视为信号的能量，然后对其进行开方，代表该信号振荡的幅度，即血氧水平依赖(BOLD)信号变化的强度，最后每个体素的ALFF值除以全脑平均ALFF值进行标化，得到每个体素标准化的ALFF值。

2 结果

2.1 静息状态下脑卒中痉挛组与正常老年组ALFF比较：与正常组比较，静息状态下痉挛组患者ALFF减弱的脑区主要包括小脑脚、丘脑、豆状核、额中回、枕上回、额下回、额上回、辅助运动区；ALFF增强的脑区主要包括楔前叶、顶下回、颞上回、小脑后叶等，见表2。

表2 静息状态下脑卒中痉挛组与正常老年组ALFF显著差异脑区

2.2 痉挛组患者拮抗肌针刺治疗后与痉挛组静息状态下ALFF比较：与静息状态下相比，痉挛侧拮抗肌针刺治疗后，脑区ALFF增强的脑区主要包括枕中回、丘脑、额上回、楔前叶等，见表3。

表3 痉挛组患者拮抗肌针刺治疗后与静息状态下比较ALFF显著差异脑区

3 讨论

肢体痉挛是脑血管病后的常见并发症，主要表现为痉挛、肌力减退以及各种主动运动控制和协调能力的受损等上运动神经元综合征。中医认为，脑卒中后肢体痉挛状态是阴阳失调所致，痉挛性偏瘫患者身体两侧阴阳气血不均衡，上肢表现为阳缓阴急，下肢表现为阴缓阳急，因此出现筋脉拘急、肢体拘挛、屈伸不利等症状，属中医“痉证”“经筋病”范畴。本研究采用基于ALFF算法的静息态fMRI技术来探讨静息状态下脑卒中痉挛患者大脑活动特征，可以直接抑制静息状态大脑BOLD信号相对基线变化的幅度，同时也可以观察针刺痉挛肌前后大脑功能活动的改变情况，ALFF增强说明脑区兴奋性增高,ALFF 减弱说明神经元受到抑制，活动下降，从而间接探讨针刺痉挛肌改善脑卒中肢体痉挛状态的可能中枢机制。

3.1 静息状态下脑卒中痉挛患者异常的ALFF表现：根据实验结果，我们发现静息状态下脑卒中痉挛患者异常的ALFF脑区主要在小脑、辅助运动区、丘脑、豆状核、额叶、枕上回、颞上回和顶下回。丘脑、豆状核是椎体外系的重要组成结构，而锥体外系主要功能是调节肌张力和协调肌的活动等，在保持肌的协调和适宜的肌张力的情况下，锥体系才能进行精细的随意运动。小脑接受来自脊髓小脑通路的传入冲动，而其传出冲动可以调节抗重力肌群的活动，提供运动时维持平衡的肌张力强度，同样参与了人体肌张力的调节作用。广义上的椎体外系是指锥体系以外的所有躯体运动的传导通路，其结构较复杂，涉及脑内诸多结构，主要包括皮质-纹状体系和皮质-脑桥-小脑系两个系统。本次研究发现脑卒中痉挛患者的丘脑、豆状核、小脑以及额叶和枕叶等部分脑区ALFF减弱，ALFF 值降低表明患者脑卒中后此区域神经细胞自发活动减弱，从而使协调运动、控制运动能力下降，这可能是导致中风后患者肢体功能障碍的主要因素，这与目前大部分的研究结果相一致[8-9]。

此外，本次研究结果还发现静息状态下脑卒中痉挛患者顶叶、颞叶、部分额叶和小脑等脑区的ALFF增强。根据既往解剖学研究，我们认为这可能与大脑存在皮质-脑桥-小脑-皮质环路有关。ALFF增强说明脑区兴奋性增高，BOLD信号明显偏离基线，根据既往fMRI研究结果认为脑区激活增加的表现可能是人体的一种代偿机制[10]。Brunnstrom分级理论认为偏瘫恢复过程中，痉挛出现在痉挛期和联带运动期，结合本次研究招募的痉挛患者多处于脑卒中恢复期，肢体的痉挛状态可能正处于康复阶段，大脑运动皮层可能发生有机重组，形成一个协调性运动网络，发挥代偿作用，这也与大多数研究结果相一致[11-12]。

3.2 痉挛侧拮抗肌针刺治疗对脑卒中痉挛患者异常ALFF脑活动特征的影响：既往研究表明，痉挛的治疗应以协调肌群间肌张力平衡为重点，促进共同运动向分离运动转化，抑制与控制痉挛建立正常的运动模式[12]。脑卒中痉挛期患者上肢以屈肌痉挛为主，下肢以伸肌痉挛为主，属于上下肢阴阳失调的状态，针刺治疗当以平衡上下肢阴阳，协调肌群间肌张力的平衡，使其归于“阴平阳秘”，以恢复正常的生理机能。

本次研究在针刺痉挛侧拮抗肌后观察脑卒中痉挛患者静息状态下脑功能活动，发现针刺干预以后大脑的激活脑区主要包括枕中回、丘脑、额上回、楔前叶等。丘脑是锥体外系的重要组成结构，而枕中回、额上回、楔前叶是椎体外系与大脑结构网络联系(即皮质-脑桥-小脑-皮质环路)非常重要的脑区，在针刺痉挛侧拮抗肌干预后这些脑区的ALFF明显增强，我们可以认为针刺干预可能不仅是通过直接调节锥体外系结构的功能活动水平，还可能是通过调节大脑神经环路的功能活动水平，间接作用于椎体外系，促进大脑功能重组，进而调节肌张力和协调肌的活动，最终促进脑卒中痉挛患者肢体运动功能恢复。