1大庆油田总医院康复科，黑龙江省大庆市 163001；2吉林大学第一附属医院康复科，吉林省长春市 130041

李 艳★，女，1971年生，黑龙江省大庆市人，汉族， 2003年吉林大学毕业，硕士，副主任医师，主要从事脑血管病的诊治及康复治疗研究。
liyan_8327@sohu.com

中图分类号:R319.1 文献标识码:A
文章编号:1673-8225
(2007)13-02449-05

收稿日期：2006-12-20
修回日期：2007-02-05
（06-50-12-9163/N·Y）

Assessment of cerebral plasticity in stroke subjects before and after rehabilitation with functional MRI★

Ａｂｓｔｒａｃｔ

ＡＩＭ： To study the change of the brain function regions activated after stroke during rehabilitation with function MRI (fMRI), and discuss cerebral cortex plasticity in different movement models.
ＭＥＴＨＯＤＳ: Eight patients with cortical cerebral infarction admitted in the Department of Rehabilitation, The General Hospital of Daqing Oil Field between February and October 2003. Rehabilitation training should be done for two months continuously from a week after stroke. Before rehabilitation, a month, two months after rehabilitation, Brunnstrom Scale and Caroll upper limb function Scale were used to evaluate function of hand in all the patients (0－100 scores, higher scores indicated better function). At the same time, patients were inspected by fMRI of GE MR/I HiSpeed 1.5 superconducting MRI scanner. Patient did simple hand motor task (repetitive and sequential finger-to-thumb opposition movements in turn) and voluntary motor task (grasping different shape objects) with paralytic hand. Then fMRI activated image was obtained.
ＲＥＳＵＬＴＳ: All 8 patients were involved in the result analysis.①Brunnstrom Scale and Caroll upper limb function Scale scores in patients had significantly improved after rehabilitation.②Simple hand motor task of illed-hand: There were no active in brain, because seven of eight patients did not do finger-to-thumb opposition movements in early damages. M1, supplementary motor areas (SMA), premotor areas (PMA) and cerebellum presented the activation of one side-double sides-one side change. Count of active function regions appeared decrease tendency with time prolonged, and was near to normal brain function.③Voluntary motor task of illed-hand: Count of active function regions varied in disorder, but five patients appeared obvious decrease tendency. Many function regions with determination for movement were not active. And active function regions went up with functonal recovery, same to simple hand motor task.
ＣＯＮＣＬＵＳＩＯＮ: ①Simple hand motor task with ill-hand recovers well after stroke, and activation of cerebral motor function region is identical with normal brain function region after 2-month rehabilitation.②Voluntary motor task with ill-hand recovers difficultly after stroke and the activation appears irregular change. The motor function regions are more activated with motor functional recovery.

Li Y, Liu SW, Zhang LJ, Cao LH, Wang XF, Dai WJ, Sui XL.Assessment of cerebral plasticity in stroke subjects before and after rehabilitation with functional MRI.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2007;11(13):2449-2453(China)
[www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-13/13k-2449(ps).pdf]

摘要
目的：应用功能磁共振成像观察脑卒中后及康复过程中，在相应脑内运动功能区激活的变化情况，探讨不同运动模式下皮质功能再塑的表现。
方法：选取2003－02/10大庆油田总医院康复科住院的皮质下脑梗死患者8例，在发病后1周始进行连续两个月的康复。在康复前、康复1，2个月时运用Brunnstrom分级、Caroll上肢功能量表（0~100分，评分越高功能越好）对其手功能进行评价，并采用GE MR/i HiSpeed 1.5超导磁共振扫描机进行磁共振成像功能激发检查。患者用病手执行简单运动（快速连续的拇指与其他各指的对指动作）、随意运动（用病手摸不同形状的木块），获得脑功能激发图像，观察脑内相关功能区的激活情况。
结果：8例受试者均进入结果分析。①康复后所有患者Brunnstrom分级和Caroll上肢功能评分均较康复前有明显改善。②病手简单运动时脑内相关功能区的激活情况：8例受试者7例在损伤后早期手指不能对指，所以没有激活；M1，SMA，PMA脑区和小脑呈现单侧激活－双侧激活－单侧激活的变化过程；随着运动功能恢复，脑内激活数目随时间呈下降趋势，几乎接近正常人脑功能表现。③病手随意运动时脑内相关功能区的激活情况：实验中发现引起的运动相关功能区的激发情况变化多样，规律性较差，但其中5例受试者表现出损伤后激发数目明显减少，许多对运动起决定性支配作用的功能区亦不激活；随着运动功能恢复，激发区数目呈上升趋势，同损伤后简单运动的激活表现。
结论：①脑卒中后病手经过康复治疗简单运动恢复较好，康复治疗2个月后脑内运动功能相关区域激活的规律已同正常人。②脑卒中后病手随意运动恢复较困难，康复治疗后不如简单运动恢复好，脑内相关运动功能区激活无明显的规律性。随着运动功能的恢复，脑内相应的运动功能区激活增多。
关键词：功能磁共振；脑卒中；大脑再塑；功能重组

李艳，刘世文，张丽君，曹丽华，王雪峰，戴文晋，隋晓亮.应用功能磁共振成像分析脑卒中患者康复治疗前后大脑再塑机制[J].中国组织工程研究与临床康复，2007，11(13):2449-2453 [www.zglckf.com/zglckf/ejournal/upfiles/07-13/13k-2449(ps).pdf]

0 引言

脑卒中后皮质运动功能区受损，导致不同程度的运动功能障碍，是其致残的主要原因。近年来，研究者开始应用功能磁共振成像（functional MRI, fMRI）观察正常人脑皮质运动功能区激活状态，结果令人瞩目[1，2]。但关于脑卒中后运动功能的恢复、在相应脑内运动功能区的变化及大脑再塑机制还不清楚。本文运用fMRI对脑卒中康复前后运动恢复过程中脑运动相关功能区的变化情况进行追踪观察，探讨大脑皮质运动功能区再塑的机制，探讨不同运动模式下在皮质功能再塑的表现，进一步探索fMRI在临床方面的应用。

1 对象和方法

设计：自身对照实验。
单位：大庆油田总医院康复科。
对象：选取2003－02/10大庆油田总医院康复科住院脑卒中患者8例，入选标准：①男性，年龄45~65岁。②首次发病，发病部位为颈内动脉系统，均为皮质下梗死（包括半卵圆中心、内囊、辐射冠），且经头MRI确诊。③Glasgow昏迷量表评分> 8分。④非手术治疗。⑤无感觉性失语。⑥无认知障碍。⑦能保持坐位平衡30 min以上。⑧上肢和手的Brunnstrom分级均在Ⅲ级或Ⅲ级以上。⑨临床用药基本相同，均进行康复治疗（于发病后7~10 d内进行）。⑩患者或家属对实验知情并同意配合。
设计、实施、评估者：设计和实施为所有作者，评估由经正规培训的第一、二、三作者进行。
方法：采用Bobath技术手运动功能康复方法进行训练[3]，康复治疗2个月。康复前、康复治疗1，2个月后对病手功能按Brunnstrom分级（Ⅰ～Ⅵ级）、Caroll[1]手功能评定标准（0~100分）进行康复评价，评分或评级越高则功能越好。
数据采集：康复前、康复治疗1，2个月时对受试者进行fMRI检查，受试者均在清醒状态下完成试验。首先行常规MRI检查明确病灶，然后进行fMRI实验，实验任务包括简单运动和随意运动两种运动模式，实验前进行简单动作的练习，随意动作的内容事先未告知受试者。
脑功能图像采集方法：①要求受试者检查期间闭目，彻底放松，按操作者的指令进行相关试验任务。均采用GE MR/i HiSpeed 1.5超导磁共振扫描机，用标准的头颅环形极化线圈。固定受试者头部，防止移动。②先行矢状位T1加权定位像的扫描（500/50/1）[重复时间（TR）/回波时间（TE）/激励次数]，在完成常规脑扫描后，在矢状位图像上定位4层T1加权轴位图像，层厚为6 mm，层间隔2 mm，位置自胼胝体体部上缘开始，到颅骨下缘。在矢状位图像定位4层T1加权冠状位图像，层厚为10 mm，层间隔为3 mm，扫描层面平行于脑干，前缘为脑干前缘，包括小脑大部分，此轴位及冠状位图像将作为功能图的参考图像。③ 磁共振脑功能资料是用单次触发，梯度回波平面回波技术获得，TR：2 000，TE：60，反转角：90°，矩阵为128×192，视野为24 cm，扫描时间为4∶16，每层每2 s获得一幅图像，每层共128幅图像，一次扫描4层共获得512幅图像。④受试者分别进行2种运动模式下轴位及冠状位图像扫描，轴位与冠状位的层面位置、层厚、层间隔均与上述的相应T1轴位及冠状位图像一致。共6次扫描，总扫描时间为大约30 min。
简单动作：前16 s为机器获取校正图像，然后依次为20 s的休息期，20 s受试者开始病侧手的拇指依次快速与其他4指对指，休息40 s后受试者重复病手拇指依次快速与其他4指对指，在休息期手无动作，共4个周期。指令的发出为操作者轻拍受试者需要动作的手。所有患者尽其所能完成任务。
随意动作：前16 s为机器获取校正图像，然后依次为20 s的休息期，20 s受试者开始在操作者的指令下病侧手摸不同形状木块（三角形、长条形、正方形），休息40 s后受试者重复在操作者的指令下病手摸不同形状木块。共4个周期。
图像后处理及分析：利用工作站（SUN，GE Advanced Workstation3.1）的Functool 1.9软件进行图像的后处理，获得正相关系数的脑功能图。相关系数≥0.5（阈值）的区域为激活区，病手动作的兴奋区的重建方法是：将前16 s获得的图像剔除，然后把每次休息时相获得的信号作为对照基线（假设信号强度），把每次病手动作时相获取的信号与对照基线的信号进行正相关参数正相关计算，处理后为病手脑功能兴奋图。将所得脑功能图像叠加于相应的轴位或冠状位T1的解剖图上, 对被激活的感兴趣区进行定性分析。对同一受试者不同时间的2次检查结果进行对照，评价可重复性。兴奋区处理的方法请见图1。
主要观察指标：两种运动模式下在康复前、康复1，2个月脑内运动相关的功能区激活规律。
统计学分析：由作者采用AFNI（Analysis of Functional Neuroimaging）软件包对数据进行预处理和统计学分析[3]。

2 结果

2.1 参与者数量分析 8例受试者均完成测试进入结果分析。
2.2 脑卒中患者康复前后评价结果 见表1。

2.3 脑卒中患者康复前后fMRI检查结果 根据所定的相关系数，利用专用软件进行脑功能图的处理，8例受试者简单动作和随意动作模式均获得满意的图像。分别对简单和随意运动情况下被激活的感兴趣区进行定性分析，并进行列表统计。表2为例1进行简单动作时相关功能区激活情况，表3为同一患者进行随意动作时相关功能区激活情况。

2.4 典型病例 图2为1例左侧内囊后肢梗死患者病灶MRI图及3次简单动作的fMRI图；图3为1例左侧内囊后肢梗死患者病灶MRI图及3次随意动作的fMRI图；图4为1例右侧大面积脑梗死患者病灶MRI图及3次简单动作的fMRI图；图5为1例右侧大面积脑梗死患者病灶MRI图及3次随意动作的fMRI图。

3 讨论

3.1 大脑功能再塑的表现形式及机制
3.1.1 脑可塑性 是指脑有适应能力，即在结构和功能上有修改自身以适应改变了的现实能力。脑损伤后功能恢复是残留部分功能重组的结果，功能重组是脑可塑性的生理、生化、形态学改变的基础[4]。Green[5]认为脑卒中后，患者损伤功能的恢复，在3或4个星期之后主要是依赖脑组织的可塑性。动物实验表明大脑皮质缺血或局灶性、创伤性损伤可作为一种刺激引起大量神经元及胶质细胞的结构和功能发生变化，引起一定的自发性功能恢复；运动训练可加强这种可塑性改变和功能的恢复[6]。多项研究显示丰富环境运动训练、适当的康复治疗都是促进脑卒中肢体运动障碍恢复的积极因素[7－11]。功能的恢复与运动的高级程度直接相关，通常，简单运动恢复较快，复杂运动恢复较慢，因此也就决定了再塑形式的不同。

3.1.2 简单运动 本文结果发现，脑卒中后运动恢复过程中，简单运动引起的运动相关功能区激活及变化情况规律性较强，7例受试者有如下特征：①损伤后手指不能对指，所以没有激活。②M1，SMA ，PMA、小脑呈现单侧激活－双侧激活－单侧激活的变化过程。③随着运动功能恢复，脑内激活数目随时间呈下降趋势，几乎接近正常人脑功能表现。分析上述特征，作者认为：正常情况下简单运动的启动程序是比较单一的，在经过长期的练习后，它已在脑内形成固定的激活模式，不再需要涉及过多神经元活动，所以激活区数目少。在大量的正常人fMRI实验中发现，简单运动以激发对侧M1、双侧SMA、同侧小脑为主[3，12]。其中SMA对运动程序的启动起主要作用[13－15]。损伤后运动激活区数目增多可能是因为损伤导致运动相关功能区间的联系中断，运动程序破坏，只有通过大量的皮质功能区的重组来重建和强化新的运动程序以保证运动的执行，但运动速度及幅度较正常情况下差。所以，表现为运动笨拙，运动功能评分降低。同时，新运动程序的形成耗时短，故运动恢复较快，大部分病例均在两个月内恢复简单运动功能。一旦新的运动程序达到稳定，功能区激活数目减少渐趋于正常。而且，作者发现M1，SMA对侧功能区重激活与同侧转移相比，功能恢复较好。与Staines等[16]采用急性脑卒中患者以偏瘫手和双手做反复抓握动作的fMRI检查结果表明脑卒中恢复早期，双侧运动区增强，脑卒中半球基本感觉运动中枢的活性比受损肢体单侧运动区显著，随着恢复的进展，受损运动皮质活性在单侧和双侧运动区之间不再有差别。
3.1.3 随意运动 实验中发现随意运动引起的运动相关功能区的激发情况变化多样，规律性较差，但其中5例受试者表现如下特征：①损伤后激发数目明显减少，许多对运动起决定性支配作用的功能区亦不激活。②随着运动功能恢复，激发区数目呈上升趋势，同损伤后简单运动的激活表现。
随意运动是复杂运动，参与运动执行的神经元很多，所以脑内功能区激活数目多，损伤后恢复困难，耗时长，一般需要6~12个月。在大量正常人fMRI实验中发现，随意运动激发双侧SM1、双侧SMA、双侧PMA、同侧小脑[17]。损伤后运动功能区无激活，作者认为是随意运动的运动程序复杂，功能区之间的联系广泛，一旦损伤不能通过简单的功能重组以达到实现运动的目的，所以患者损伤后无激活。随着功能锻炼的进行，对侧乃至同侧众多运动相关功能区逐渐被激活，参与皮质的功能重组，运动功能亦随之开始逐渐恢复。由于不能长期追踪实验，故其后的功能区变化情况不详。所以作者设想随着运动的熟练，其后功能区激活数目随时间变化趋势应同简单运动的变化情况。从全程来看，功能区数目随时间变化应为由少至多再至少。
Dobkin等[18]一些研究分别对脑卒中后运动恢复的早期、中期以及晚期进行，结果表明，在脑损害后的数分钟到数个月甚至数年，其他脑区会发生变化，这些变化可能是由于传入神经阻滞、抑制作用的解除、活动依赖性突触的改变、细胞膜兴奋性的改变，突触新连接的形成或原有连接的暴露所致[19]。对脑卒中后不同恢复程度的患者采用握拳运动进行刺激任务进行fMRI研究，结果表明，脑卒中后恢复较好者的任务激活脑区接近正常人的结果，而恢复较差者参与运动任务的脑区较对照组激活更强，范围更广且双侧分布，包括SM1，PMA，SMA、 前额叶、岛叶、扣带皮质和小脑[20]。
3.2 病灶内、病灶周围的激发 在本实验中发现简单运动、随意运动均见个别受试者在病灶内或病灶周围有激活。而且这样受试者均较同组其他受试者运动恢复好。文献报道认为损伤后病灶重新激活或周围区代偿是大脑再塑中功能恢复最好的结果。本实验中出现的这种现象可能有以下原因：所选脑卒中患者均为皮质下梗死，易损伤前辅助运动区PMA、辅助运动区SMA下行传导路径，导致各运动相关功能区之间联系中断[21]，运动程序破坏。在恢复过程中由于功能区的重组必将引起运动相关功能区的血流量增加，如果通过病灶内及周围残留的或新建的侧支循环使脑卒中累及的功能区也参与重组，即实现对侧再激活而非同侧代偿，预示功能恢复好。当病灶内及周围残留或新建的侧支循环建立，血流量丰富达到激活系数，即在fMRI上表现激活。

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