针刺中风患者阳陵泉后度中心性及动态度中心性变异系数变化的fMRI研究

杜钟名，方继良，陆梦馨，江澜，赵吉平，邹忆怀

1.北京中医药大学东直门医院针灸科，北京 100700；2.中国中医科学院广安门医院放射科，北京 100053；3.北京中医药大学东直门医院脑病科，北京 100700

前言

我国每年的中风发病率达246.8/10 万人，而死亡率每年超过114.8/10 万人，是目前医疗卫生经济中负担极重的一种疾病［1］。针灸治疗是我国康复治疗中十分重要的一部分，其接受程度高、医疗负担少的特点对中风和中风管理的普及意义较大。有研究表明，接受过针灸康复治疗的中风患者比例为31%，愿意接受针灸康复治疗的中风患者比例为45%［2］。运动功能障碍是脑梗死后最主要的后遗症之一，可直接导致跌倒、卧床等事件，还可导致脑梗死后抑郁［3］，这都是导致脑梗死死亡率上升的重要原因［4］。改善运动功能障碍是脑梗死治疗中至关重要的一部分。

度中心性（Degree Centrality,DC）是功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）研究中重要的手段之一，机理在于综合全脑的瞬时功能连接，判断全脑的功能连接的中心，即全脑网络中功能连接的中心节点。动态度中心性（Dynamic Degree Centrality,DDC）分析是指与时间变化具有相关性的DC 探索方式，滑动窗分析是其中的一种分析方法，即通过对图像数据进行固定模式的分割来进行具有时间相关性的fMRI 探索，如对图像的变异系数进行计算。

本研究借助fMRI探索中风患者静息态和针刺态的全脑DC 及DDC 变异系数的差异，探索针刺对中风患者脑功能的调整作用及留针期间的变化。

1 资料和方法

1.1 一般资料

选取2014年9月至2019年9月期间在北京中医药大学东直门医院住院治疗并符合入组条件的缺血性脑梗死患者为研究受试者，共纳入右侧梗死患者18人。

纳入标准：（1）符合缺血性脑梗死诊断标准，诊断标准参照《中国脑血管病防治指南》；（2）发病时间为1个月以内；（3）单个脑梗死病灶，病灶位于右侧的放射冠或基底节；（4）右利手；（5）年龄小于75岁；（6）患者无意识障碍，病情相对平稳，近1 个月来未服用精神类药物；（7）患者本次为首次中风；（8）患者本人或直系家属签署知情同意书。

排除标准：（1）合并心血管、消化、造血系统等严重原发性疾病者；（2）脑梗死发病前存在明确的功能障碍者；（3）孕妇、哺乳期及经期妇女；（4）不能配合检查或有幽闭恐怖症等其他MRI 检查禁忌者；（5）在MRI 扫描中发现严重的头颅解剖结构不对称或有其他明确病变的患者；（6）1 个月内参加其它临床研究的试验者；（7）多个病灶脑梗死、病灶涉及皮层灰质的患者。

本研究经北京中医药大学东直门医院伦理委员会审批，所有受试者均签署知情同意书，遵循自愿原则。

1.2 方法

1.2.1 收集临床资料采集每位受试者的个人基本情况，并采用Fugl-Meyer 运动功能评分法（FMA）、Brunnstrom评价法进行评价。评价完成后，受试者接受磁共振检查，并在磁共振检查中接受一次针刺刺激及刺激后的留针。

1.2.2 fMRI 检查扫描设备采用德国西门子Verio3.0 T 超导MRI 全身成像仪。受试者首先接受静息态扫描，时长490 s。静息态扫描结束后暂停扫描，研究人员进入磁共振室进行针刺，选择患侧阳陵泉穴进针，依据中华人民共和国国家标准GB/T 12346-2006《腧穴名称与定位》执行：阳陵泉（GB34），位于小腿外侧，腓骨头前下方凹陷中，针具全部选择一次性无菌银质针，进针深度约为1.0～1.5 寸，针刺完成后开始针刺态扫描，前10 s无操作，随后的1 min持续以1 Hz的频率进行捻针，随后留针7 min，留针时间完毕后取出针灸针，对针刺点进行止血，完成后进行T1结构像扫描，T1结构像扫描持续250 s。

磁共振检查设置固定的参数，其中fMRI 检查采取的参数如下：扫描全脑，采用T2WI EPI 序列，扫描中采用的重复时间为2 000 ms，回波时间为30 ms，视野为240 mm×240 mm，层厚5 mm，矩阵为128×128，旋转角度为90°；T1结构像扫描采用的参数如下：扫描全脑，采用T1WI序列，具体参数包括重复时间为1 900 ms，回波时间为3.93 ms，视野为240 mm×240 mm，层厚1 mm，矩阵为256×256。

1.2.3 数据处理原始数据处理应用北京师范大学认知实验室开发的Data Processing &Analysis for Brain Imaging V4.3（dpabi）内的DPARSF 5.0，包括：对数据进行转换处理，将DICOM数据转换为NIFTI格式；对于静息态数据，先去除数据的前10个时间点，然后进行时间层校正、头动校正；和T1结构像进行配准，配准完毕后的数据与蒙特利尔神经研究所研制的标准化MNI模板进行对齐，将图形标准化至3 mm×3 mm×3 mm体素大小，随后进行半高全宽6 mm×6 mm×6 mm高斯平滑，然后对数据进行去线性漂移；最后对数据进行滤波，波段设置为0.01～0.08 Hz。对针刺态数据，去除45个时间点，其余处理方式同静息态数据。

对所得数据进行全脑DC 和DDC 变异系数的计算，连接数≥25，得出全脑DC 后，对数据进行Fisher Z转换以作进一步统计学分析。DDC 变异系数的计算需对所得数据进行滑动窗分析，设置hamming 滑动时间窗，窗格10 个时间点，每次滑动10 个时间点，每位被试者共得到16张静息态图像，22张针刺态图像，随后对全部被试者同时间点的图像进行运算，取DDC 变异系数（标准差与平均值的比值）作为统计学分析的数据。

以具有统计学差异的体素作为感兴趣区，提取图像数据的感兴趣区信号强度作为偏相关分析中使用的数据。

1.3 统计学分析

采取SPM12工具包、dpabi工具包及SPSS 22.0软件进行统计学分析。图像数据采用GRF多重比较分析方法进行分析，矫正后P<0.05为具有统计学意义；非图像数据依据是否服从正态分布分别采用t检验或非参数检验进行分析，结果以P<0.05为具有统计学意义。一般资料及临床量表等连续变量均以均数±标准差表示。对图像数据采用配对t检验方法进行一致性检验，提取多重比较校正后存在阳性结果的体素，记录其MNI坐标及所在脑区。图像数据与临床数据的相关性分析采取偏相关分析，检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 基本信息

男性14名，女性4名，平均年龄（60.11±9.72）岁，平均病程（12.61±7.88）天，平均FMA评分为79.39±26.94。

2.2 统计学结果

2.2.1 DC针刺态较静息态的DC 在左侧顶下小叶具有统计学差异（P<0.05），且针刺态DC 较静息态降低。详细结果见图1，详细体素情况见表1。

图1 静息态和针刺态间DC的差异Figure 1 Differences in DC between resting-state and acupuncture-state

表1 针刺态及静息态间差异体素的MNI坐标及体素数Table 1 MNI coordinates of voxels with differences between resting-state and acupuncture-state and the number of voxels

2.2.2 DDC 变异系数针刺态较静息态的DDC 变异系数在右侧额上回、右侧额中回具有统计学差异（P<0.05），且针刺态DDC 变异系数较静息态增加。详细结果见图2，详细体素情况见表1。

图2 图1静息态和针刺态间DDC变异系数的差异Figure 2 Differences in coefficient of variation of DDC between resting-state and acupuncture-state

2.2.3 相关性分析控制变量后，患者年龄和左侧顶下小叶针刺态DDC 变异系数具有相关性，相关系数r=-0.494，P=0.044（图3）。控制变量后，患者病程和左侧顶下小叶静息态DDC 变异系数具有相关性，相关系数r=-0.589，P=0.013（图4）。控制变量后，下肢Brunnstrom 评分和右侧额上回额中回针刺态DC具有相关性，相关系数r=0.563，P=0.029（图5）。

图3 年龄和左侧顶下小叶针刺态DDC变异系数相关性散点图Figure 3 Correlation between age and acupuncture-state coefficient of variation of DDC at left inferior parietal lobule

图4 病程和左侧顶下小叶静息态DDC变异系数相关性散点图Figure 4 Correlation between course of disease and resting-state coefficient of variation of DDC at left inferior parietal lobule

图5 下肢Brunnstrom 评分和右侧额上回额中回针刺态DC相关性散点图Figure 5 Correlation between Brunnstrom score of lower limbs and acupuncture-state DC at right superior frontal gyrus and middle frontal gyrus

3 讨论

阳陵泉是治疗中风偏瘫的要穴，属于足少阳胆经之下合穴，八会穴中的“筋会”，取阳陵泉有合治内府之意，故在中风偏瘫相关功能磁共振研究中应用广泛。DC 是用来描述网络中节点中心程度的最重要指标之一，考察某一个节点的全部连接数量以衡量该节点在网络中的地位。在fMRI研究中，DC基于功能连接进行计算，可以相对直观地表现出脑功能网络的中心区域，而通过对DC 的动态性进行考察，可以发现针刺对于脑网络的一种整体上的调节方式。本研究探索了针刺患侧阳陵泉穴后中风患者的静息态与针刺态的DC 及DDC 变异系数差异。结果表明，针刺可以改变全脑网络DC 及其动态变化方式。

顶下小叶被认为和记忆、情感等因素更具有相关性［5-6］，相较于脑梗死，在精神疾病中更受到重视。但随着研究的深入，顶下小叶在脑梗死中的作用逐渐受到重视。如Wang等［7］的研究提示运动想象训练的康复效果与患侧顶下小叶的低频振幅和功能连接改变有关；邵方方等［8］的研究则表明脑梗死患者病变侧顶下小叶与病变对侧的功能连接显著下降；Goodin 等［9］发现右侧脑梗死患者右侧初级感觉皮质与顶下小叶的功能连接增加。而与针刺相关的研究，如Yeo等［10］发现针刺右侧阳陵泉会诱发右侧顶下小叶的神经反应。本研究发现，在左侧顶下小叶，针刺态和静息态的DC 存在差异，一方面表明顶下小叶在中风患者脑网络中处于重要地位，另一方面表明针刺对中风患者的调节靶点之一可能为顶下小叶。结合顶下小叶的作用，我们推测患者对针刺的感知可能是针刺作用的重要途径。

李伟［11］的研究表明，额上回在默认网络、运动控制网络和认知控制网络中存在重要的意义，而额中回和额下回本身即为认知执行网络中重要控制节点，而该区同样在多种研究中被提及存在与针刺相关联的关系［12-13］。此外，通常认为额叶的功能较为复杂，额上回、额中回及额下回不同部分均具有不同作用，包括语言、情感、认知等众多作用［14-16］。有研究表明，尽管静息态的研究已经有所发现，但动态性研究仍然是必须的，并且动态性被认为更从本质上体现大脑的固有特性，尤其是在以功能连接为基础的研究，如DC［17］。Shi 等［18］的研究表明中风患者的额中回、额上回存在DC 的下降。而本研究发现，在右侧额上回、右侧额中回，针刺态DDC变异系数较静息态增加。基于此，我们可以认为针刺可以诱发中风患者额上回、额中回的DC 改变，这同样可能是针刺对中风患者脑网络变化的调节靶点之一。

既往研究表明，年龄和动态功能连接之间存在相关关系，在不同状态的转换中，年龄存在一定的相关影响，老年受试者的不同状态转换速率较低［19］。本研究的结果显示患者年龄和左侧顶下小叶针刺态DDC 变异系数具有负向相关性，和既往研究结果相应和，提示年龄在脑功能网络中的重要作用，也表明对老年患者的治疗应具有特异性。而在病程方面，既往多数研究表明，不同时间点的患者存在不同的脑功能网络状态［20-22］。本研究发现，病程和左侧顶下小叶静息态DDC 变异系数具有相关性，随着病程的增加，DDC 变异系数逐渐降低，提示在中风后1 个月内DC 变化的一种可能方式，即脑功能的稳定性逐渐增强。此外，本研究还发现下肢Brunnstrom 评分和右侧额中回、额上回针刺态DC 具有相关性。而既往研究表明，脑梗死后运动功能的改善和DC 的变化相关，不同脑区具有不同的变化模式［23］。基于此，我们认为，不同程度的运动功能损伤所导致的脑功能变化具有差异，对于特定范围的运动损伤，损伤较轻的患者脑功能稳定性较好，针对不同程度运动损伤患者的治疗应具有一定的差异。

结合本研究所选取的患者情况及结果，我们认为，尽管不能排除差异来源与病例选取有关这一可能性，但进一步就情绪、感觉等相关脑区进行针刺相关的fMRI 探索是必要的，从多种角度探讨针刺态脑功能的变化也是亟待进行的。本研究得出的结果仍需更大样本量的检验，且需从更多角度对结果进行探索，如针对不同穴位是否存在差异以及不同的时间窗是否存在同样的差异。