rTMS治疗脑卒中后运动功能障碍患者脑灌注特点*

靳雨 蒲廷 郭志伟 白茜 母其文

(1.南充市中心医院CT/MRI室，脑功能康复与成像研究所，四川 南充 637000；2.成都市第二人民医院影像科，四川 成都 610017；3.四川省肿瘤医院大数据病案中心，四川 成都 610041；4.阆中市人民医院放射科，四川 阆中 637400)

脑卒中是导致残疾的主要原因之一[1]。卒中后不同程度的肢体运动功能障碍严重减低患者的日常生活质量，脑梗塞后运动功能的康复仍是目前亟待解决的临床问题[2-3]。临床研究表明重复经颅磁刺激(Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)可有效改善脑梗塞患者的运动功能[4-6]。既往研究多通过脑功能成像对rTMS诱导的运动恢复神经机制进行了解。作为机体基本生理参数之一的灌注，它含有组织、器官活性和功能的重要信息，它的正常与否与组织的功能和疾病密切相关[7]。灌注基本参数脑血流 (Cerebral Blood Flow,CBF)在反映大脑代谢和神经元功能方面起着重要作用。然而，到目前为止，很少有研究直接评估rTMS治疗后卒中患者的脑血流模式。三维动脉自旋标记(Three Dimensional-Arterial Spin Labeling,3D-ASL)灌注成像是一种完全无创的MRI成像新方法，具有直接定量CBF的优点，反映了代谢的实际位置。该技术目前成功运用于中枢神经系统疾病[8-9]。因此，本文拟采用3D-ASL观察脑梗死患者rTMS治疗后的全脑CBF变化，分析异常灌注脑区与运动功能异常的相关性，以进一步了解rTMS在卒中患者运动康复中的作用机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年11月～2019年11月南充市中心医院住院部皮层下脑梗塞患者 23例(经高年资神经内科医师、影像科医师筛选)，按随机数字表法分为rTMS真刺激组(rTMS组)15例和伪刺激组(sham组)8例。两组所有受试对象均为右利手。两组患者除接受10天高频真刺激和伪刺激治疗外其他治疗措施相同。每一个病人在第一次治疗前及治疗10天后均接受临床量表评估和一次磁共振扫描。纳入标准：①首次发病且发病时间<7天。②经DWI证实为皮层下、单发、急性缺血性脑梗塞(包括侧脑室旁、基底节区、桥脑)。③临床上主要表现为单侧肢体乏力。④患者无明显认知功能障碍、癫痫及精神疾病且能配合磁共振检查。研究取得医院伦理委员会批准，所有入组患者自愿签署实验知情同意书。

1.2 临床量表评估 由一名经验丰富的神经内科医师独立完成两次量表评分，包括运动功能评分(Fugl-Meyer Assessment,FMA)；美国国立卫生研究院卒中量表(National Institutes of Health Stroke Scale,NIHSS)；日常生活能力评分(Barthel Index,BI)。

1.3 rTMS治疗策略 本研究使用的磁刺激治疗仪器是丹麦进口的MagPro R30磁刺激仪，磁刺激治疗线圈使用的是MC-B70型8字形线圈。刺激部位选择在病灶同侧运动皮层。rTMS频率为10Hz,刺激强度采用健侧肢体静息运动阈值(Rest motor threshold,RMT)的90%(90% RMT)，每天30个序列，每个序列50次脉冲，序列间隔25秒，每天刺激15分钟，总共10天。rTMS组线圈与患者颅骨表面相切，sham组线圈与患者颅骨表面垂直。

1.4 磁共振检查 使用美国 GE1.5T HDxt 型超导磁共振扫描仪。所有受试头部用海绵垫固定、保持头部制动以减少图像运动伪影，并用软耳塞塞耳以减少噪音，尽可能将头摆正，扫描范围包括整个大脑、小脑。扫描内容包括3D-ASL功能像、常规T2Flair(排出颅脑器质性疾病)及DWI。ASL扫描参数：TR/TE：4629ms/10.5ms，FOV：240mm×240mm，Flip angle：155°，采集层数：36，层厚：4mm，层间距：0mm，扫描时间：300s。

1.5 图像后处理 ASL功能像经工作站后处理软件Functool生成CBF图，图像数据预处理在MATLAB 2012平台上选用SPM8软件包(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)及dpabi软件包(http://rfmri.org/dpabi)，包括数据格式转换、空间标准化、数据归一化、平滑、图像翻转(对于梗塞灶位于右侧半球的患者，利用SPM软件中的ImCalc功能将其右侧梗塞患者图像左右翻转)。采用SPM8自带的配对t检验及双样本t检验比较两组内治疗前后及组间的CBF差异脑区。随后使用视图软件Xjview提取有显著血流灌注差异的脑区，根据MNI标准脑坐标系和AAL分区定位差异脑区的解剖位置，提取有显著性差异脑区的CBF与患者运动功能评分进行相关性分析，了解卒中患者异常灌注脑区与运动功能恢复的相关性，取P<0.05为差异有统计学意义。所有P值进行AlphaSim校正。处理流程见图1。

图1 ASL数据处理流程Figure 1 The flow chart of ASL data precessing

1.6 统计学分析 采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，计数数据采用2检验，计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用t检验；以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 纳入患者基本信息 两组患者平均年龄、性别、病程等一般资料差异无统计学意义(P>0.05)。两组患者治疗前后FMA、NIHSS、BI评分比较差异有统计学意义(P<0.05)，其中rTMS组治疗后与sham组治疗后的FMA评分也有明显差异(P<0.05)，两组患者一般资料及评分比较，见表1。纳入患者中rTMS组15例，8例患者病灶位于左侧，7例位于右侧；sham组8例，6例病灶位于左侧，2例病灶位于右侧。将上述病灶位于右侧半球的图像进行右向左翻转，并定义左侧为患侧。

表1 两组患者一般资料对比Table 1 Demographic and clinical data of stroke patients

2.2 3D-ASL结果 rTMS组治疗后，患侧中央后回、中央前回、顶上回、中央旁小叶、健侧大脑脚、中脑、小脑上脚、小脑中脚等脑区与治疗前比较差异有统计学意义(P<0.05)，见图2。表2显示上述显著差异脑区峰值点MNI坐标、体素数及相应t值。rTMS组与sham组比较，健侧额上回、额中回、健侧中央前回、患侧辅助运动区等脑区差异有统计学意义(P<0.05)，见图3。表3显示上述显著差异脑区峰值点MNI坐标、体素数及相应t值。

表2 rTMS组治疗前后比较差异脑区的空间坐标及体素数Table 2 Brain regions with significant clusters and peak voxel coordinates showing CBF difference between pre- and post-rTMS treatment

表3 rTMS 组与sham组治疗后比较差异脑区的空间坐标及体素数Table 3 Brain regions with significant clusters and peak voxel Coordinates showing CBF difference between rTMS and sham group

图2 rTMS组治疗前后CBF的变化(P<0.05)Figure 2 Chang of CBF before and after treatment in rTMS

图3 rTMS组与sham组患者治疗后对比差异脑区(P<0.05)Figure 3 The difference of CBF between rTMS and sham group

2.3 相关性分析 为了评价定量CBF值与功能性临床恢复的关系，我们发现rTMS组患侧中央后回区、健侧小脑区治疗前的CBF值与FMA、NIHSS评分显著相关，患侧中央后回、健侧小脑半球CBF值与FMA评分呈正相关关系(r=0.58，P=0.02；r=0.56，P=0.03)，而与NIHSS评分呈负相关关系(r=-0.56，P=0.03；r=-0.74，P=0.002)，见图4。患侧中央后回区CBF值的改变与FMA的变化呈显著正相关(r=0.56，P=0.03)。但在sham组未见显著相关脑区，见图5。

图4 rTMS组患侧中央后回区、健侧小脑区治疗前的CBF值与FMA、NIHSS相关性Figure 4 The scatterplots presenting the positive or negative correlation between CBF values of the ipsilesional postcentral gyrus,contralesional cerebellar areas and FMA and NIHSS scores in rTMS group

图5 rTMS组患者治疗前后差异脑区CBF差值与FMA评分差值相关性Figure 5 Relationship between changes of CBF value in the ipsilesional postcentral gyrus and changes of FMA score after rTMS treatment

3 讨论

我们应用3D-ASL技术反映rTMS和sham刺激后患者的整体脑血流改变。与治疗前和sham相比，rTMS组以患侧感觉运动皮层、辅助运动区、对侧小脑区CBF增高为特征。此外，rTMS组患侧中央后回的CBF值变化与功能运动恢复呈线性关系。这些结果表明，CBF可作为检测rTMS疗效的指标，并可以作为功能磁共振研究rTMS促进脑卒中康复机制的补充。

rTMS刺激可能是通过加强皮质-小脑通路连接促进运动功能恢复。许多研究发现，健侧小脑是运动网络的一部分，并通过桥脑投射与患侧感觉运动皮层具有相互的功能连接[10-12]。Wang等[13]通过3D-ASL技术观察病变部位对慢性皮层下卒中患者CBF的影响，结果发现皮层下梗塞患者(基底节区、脑桥梗塞)的患侧感觉运动皮层、丘脑及健侧小脑半球的CBF减低，以基底节区梗塞更明显，提示减低的CBF与运动损伤有关。一项关于皮层下卒中的PET研究也报告了显著的病灶同侧皮层和对侧小脑代谢的减低[14]。另外Yu等[15]通过灰质体积和血流灌注结合的方法研究6个月内恢复良好的皮层下梗塞患者的恢复机制，发现患侧中央后回、中央前回、丘脑及小脑灰质体积缩小，而患侧海马、健侧眶回、健侧舌回灰质体积增大，同时CBF增加的脑区主要位于患侧扣带回、健侧海马、舌回，提示梗塞后功能恢复过程是多个脑区萎缩和重塑共存的结果。同样，Li等[16]通过DTI研究兴奋性rTMS刺激对卒中患者白质微结构的影响，研究发现rTMS组健侧皮质脊髓束、桥交叉、小脑中脚、小脑上脚、内侧丘系、患侧小脑下脚的FA值明显增加，这些纤维素组成皮质-脑桥-小脑-皮层环路。这与我们的部分结果一致。上述研究提示皮层下卒中患者，患侧中央后回、健侧小脑半球在结构、功能上都有密切联系，且在卒中恢复中发挥重要作用。

另外，rTMS刺激可激发脑区潜在功能代偿作用。在皮层下卒中患者康复研究中，有许多神经影像学研究已报道健侧脑区的功能和结构重组有利于促进运动恢复。如一些形态学研究发现健侧皮层厚度及灰质体积增加[17]，还有研究发现健侧额叶-顶叶皮质区的连通性和CBF增加[18]，表明功能重组。也有一些功能磁共振研究发现脑卒中患者健侧M1区的功能激活与较好的运动康复有关[19]，健侧M1区的激活反映了大脑在卒中后功能重塑过程中的代偿作用。同时还发现对患侧Ml区进行高频率rTMS治疗后，患侧辅助运动区等次级运动皮质激活，提示对患侧Ml区进行兴奋性rTMS刺激可以促进该区域与其它运动相关脑区的功能连接，从而在运动康复中发挥积极作用[20]。

本研究还发现sham组患者运动功能也有改善，可能是伪刺激效应所致[21]。我们将进一步研究sham组刺激前后CBF变化与运动恢复的关系及脑功能机制，从临床和方法学角度改善rTMS治疗的方案。

4 结论

rTMS治疗能够促进皮层下脑梗塞患者的运动功能康复。3D-ASL的参数CBF能有效预测rTMS的治疗效果。rTMS促进卒中后运动功能恢复的机制主要是通过增强皮质-小脑通路以及健侧运动相关脑区的脑血流灌注实现。