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急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究

IT圈 admin 18浏览 0评论

2024年11月1日发(作者:仪华茂)

第9卷第4期 

南京体育学院学报(自然科学版) 

ien

ce 

Journal of Naniing Institute of Physical Education(Natural Sc

VO1.9 No.4 

Dee.201O 

2010年12月 

·

科研课题· 

急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 

高 润 ,任彦景 ,钱竞光 

(1.南京脑科医院,汀苏南京210029;2南京叶f医药大学,江苏南京210029;3.南京体育学院,江苏南京210014) 

摘要:目的:利用功能磁共振成像(fMRI)技术,观察急性脑梗 

死患者的运动相关皮层的激活图,探讨卒中后踝功能障碍及恢 

复的脑功能相关性改变。方法:采用1.5T磁共振成像系统对 

10例急性脑梗死患者和5例正常志愿者进行BOLD—fMRI检 

查,采用健侧、患侧踝关节背伸、趾屈运动作为刺激任务,比较正 

常志愿者与急性脑梗死患者踝关节运动时脑部激活情况的异 

同,并采用IJI为指标,观察急性脑梗死患者健侧、患侧踝关节运 

动时脑部激活的差异。结果:正常对照组踝关节运动主要激活 

对侧SM1区,激活区形态呈斑片状或者不规则状,此外对侧PM 

区、SMA区也有不同程度的激活。急性脑梗死患者健侧踝关节 

运动主要激活对侧SM1区,此外对侧PM区、SMA区、颞叶、枕 

叶、小脑半球、额叶等也有不同程度的激活,与正常对照组激活 

区相似;患侧踝关节运动(主观运动)时除了对侧半球SM1区激 

活之外.同侧SM1区、PM区也可见不同程度的激活,对侧半球 

的激活体积大部分大于同侧。根据公式计算出LI值,结果显示 

健侧、患侧踝关节运动lJl值之间存在显著性差异(P<0.05)。 

结论:fMRI可以客观的显示急性脑梗死后患者大脑运动皮层的 

激活情况,提示存在脑功能代偿与重组,fMRI作为监测和研究 

急性脑梗死后运动功能恢复的有用工具,在 临床治疗中具有重 

要的指导意义。 

关键词:功能磁共振成像(fMRI);急性脑梗死;踩关节 

中图分类号G804.5 文献标识码A 

文章编号1671—5950(2010)04—0001—04 

Hemiplegic Patients with Acute Cerebral Dysfunction Ankle 

fnRI Study//GAO Run ,REN Yan—jing ,QIAN Jin—guang 

Abstract:0bjective:to use functional magnetic resonance imaging 

(fMRI)technology,acute cerebral infarction were related to the 

movement of the cortex,sports functional activation graph chara(:ter— 

istics and ankle joint function and the related parts of the brain,to 

guide clinical rehabilitation.Methods:1.5T MRI systems of 10 pa— 

tients with aclJte cerebral infarction and 5 normal volllnteers 11se 

BOLD—fMRI examination,the use of the contralateral,ipsilateral 

ankle dorsilfexion,toe flexion as the stimulus task,compared to 

normal volunteers ankle joint in patients with acute cerebral infarc— 

tion during exercise the brain activation of the similarities and dilfer一 

收稿日期:2010—10—07;修回日期:2010—11—17 

基金项目:南京市医学科技发展项目重点课题;项目编号: 

ZKX06026。 

第一作者简介:高润,男,汀苏淮安人,硕士;研究方向:运动生 

物力学。 

ences,and using LI as an indicator in patients with acute cerebral 

infarction contralateral,ipsilateral ankle nlovelnent differenees.Re— 

sults:In normal control group,the main activation of the eontralat— 

eral ankle SM 1 area,activated form of patchy areas or irregular 

shapes,in addition to the contralateral PM area,SMA area there 

are different degrees of activation.Acute cerebral infarction mainly 

activated contralateral ankle area eontralateral SMI,in addition to 

the eontralateral PM area,SMA area,temporal lobe,occipital lobe, 

cerebellum.frontal lobe.also have diiferent levels of activation, 

with the normal control group,the similar activation;ipsilateral an— 

kle area when the addition to the contralateral hemisphere SM 1 acti— 

vation.the ipsilateral SM I area.PM can be seen are also different 

degrees of activation of the contralateral hemisphere ipsilateral acti— 

vation volume is larger than most.LI values calculated according to 

the fi)rmula,the calculation results show that LI value on the side, 

between LI ankle nlovement signiifcantly(P<0.05).Conclusion: 

the physiological experiments using fMRI can objectively show pa— 

tients after acute cerebral infarction of the motor cortex,the brain 

activated,indicating that the existence of brain function and physio— 

logical experiments using fMRI,eompensatmT as monitoring and re— 

search in acute cerebral infarction after sports functional recovery 

useful tools in clinical treatment,has important signiifcance. 

Key words:functional magnetic resonance imaging(fMRI),acute 

cerebral infarction,ankle joints 

Author’s address:1.Brain Hospital,Nanjing 210029,China;2. 

Nanjing University of Traditional Chinese Medicine 2 1 0029;3. 

Nanjing Sports Institute,Nanjing 210014,China 

1资料和方法 

1.1研究对象 

自2009年9月至2010年6月,南京市脑科医院神经内科 

将10例急性脑梗死患者纳人研究范围,男4例,女6例,年龄26 

69岁,人院时偏瘫侧存存显著的运动功能障碍(表1)。入选 

标准:(1)符合1995年中华医学会第四届全国脑血管病学术会 

议通过的《各类脑血管疾病诊断要点》中的“脑梗死”诊断标准, 

经CT或MRI证实;(2)发病年龄为25~75岁之间;(3)急性起 

病,病程在48小时以内;(4)患侧肢体功能障碍,肌力为0~3 

级;(5)第一次脑梗死,单侧肢体偏瘫患者或既往有脑梗死病史 

但无明显后遗症者;(6)生命体征平稳,排除心、肺、肝、肾、造血 

2 南京体育学院学报(自然科学版) 

1.2试验方案 

1.2.1扫描设备及参数 

第9卷 

系统和内分泌的严重原发病、精神病患者、肿瘤患者、理解能力 

正常、无明显认知功能障碍;(7)签署知情同意书且能坚持遵医 

嘱治疗者。同时选取5例正常志愿者为对照组,男2例,女3 

采用GE—signa 1.5Tesla超导MRI扫描仪。刺激参数:TR 

=3000ms,TE=40ms,FOV=240ram,matrix:64×64×16,voxel 

例,年龄20~70岁之间,头颅MRI及MRA均无明显异常,无神 

经、精神疾病及外伤史。 

表1 10例患者临床资料 

:3.75×3.75×5m ,Flip angle=90度,层数:30层,层厚:4mm, 

层距:0mm。 

1.2.2刺激任务 

性别年龄 梗死部位 患侧下 下肢 

肢肌力FMA评分 

刺激任务分为静息期和活动期,活动期又分为健侧背伸、 

趾屈,患侧背伸、趾屈四种。刺激任务开始之前休息21秒,静息 

期和活动期均为15秒,交替进行,共381秒。如图。 

1.2.3操作方法 

扫描过程中患者头部固定,闭上双眼、安静平躺。佩戴耳机 

(特殊材质耳机,对扫描结果无影响)以接收刺激任务。试验过 

程中叮嘱受试者精神集中于运动的踝关节,尽量排除杂念,其 

余部位保持放松状态不动。扫描时,操作者在扫描间内观察患 

者完成任务的情况。扫描前受试者接受模拟训练,熟悉试验操 

作的一般规则、程序和环境,以减少心理紧张。 

———、,———

一/ 

————、,— 

———Y———一/ ———

、,— 

健侧背伸 

1.2.4数据分析 

健侧趾 

患侧背伸 患侧趾 

SMA区、颞叶、枕叶、小脑半球、额叶等也有不同程度的激活,与 

正常对照组激活区相似;患侧踝关节运动时除了对侧半球SM1 

提取采集的数据,在Matlab平台下运行的SPM8脑功能图 

像专业分析软件进行处理分析。空间预处理包括间隔扫描层 

间的时间校正、基于刚性配准的头动校正,个体图像重采样为3 

×3×3mm,归一化到MNI坐标系统,以全高半宽(FWHM)8nlII1 

×8mm×8lllnl的高斯核进行各向同性平滑,采用标准血流代谢 

函数构建回归模型。 

1.3观察指标 

1.3.1 非量化指标 

区激活之外,同侧SM1区、PM区也可见不同程度的激活,对侧 

半球的激活体积大部分大于同侧(见图2)。根据公式计算出IJI 

值,结果显示健侧、患侧踝关节运动Ll值之间存在显著性差异 

(P<0.05) (表2) 

表2不同侧踝关节运动激活体积及LI值 

观察双侧大脑半球主要感觉运动区(SM1)、运动前区 

(PM)、补充运动区(SMA)及非运动区等的激活位置、范同及出 

现率等。 

1.3.2量化指标 

计算激活区体积,在Talairach坐标系下确定感兴趣 

(ROI),计算激活体素数目,由此计算偏侧化指数(Laterality in— 

dex,LI):LI=(C—I)/(c+I),C指对侧半球ROI的激活体积,I 

健侧踝关节运动I I值之间存在显著性差异(P<0.05) 

指同侧半球ROI的激活体积。 

1.4统计学分析 

应用SPSSI6.0进行数据处理,对患者左、右侧踝关节运动 

的偏侧化指数(LI)之间的差异进行统汁学分析。 

2结果 

2.1 正常对照组踝关节运动的fMRI结果 

正常对照组踝关节运动主要激活对侧SM1区,激活区形态 

呈斑片状或者不规则状,此外,对侧PM区、SMA区也有不同程 

度的激活(见图1)。 

2.2试验组踝关节运动的fMRI结果 

健侧踝关节运动主要激活对侧SM1区,此外对侧PM区、 

一■ 

一 

第4期 高 润,等:急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 3 

一 

图2 患者 

3讨论 

3.1 运动功能通路的研究 

运动皮质功能 位于叶l火前【nj干¨rl1央旁小叶的前部,属于 

M1(Broadmann4 )币¨SMA(Broadmann 6 I义=) 。研究表明,运 

动的产生是存大脑运动皮质、锥体束及锥体外系、运动器官的 

共同参与下完成。运动功能是南腑部不同部位的网络联接完 

成的,肢体运动主要起源于第一运动皮层(M1),副运动皮层 

(SMA)的皮质脊髓束及起源于运动前区(PMA)的皮质网状脊 

髓束。患侧踝关节运动时,脑功能改变主要位于对侧第一运动 

(MI)/感觉(s1)皮层和副运动皮层(SMA),同侧第一运动皮层 

也可见少量激洒,这与其他研究相仿 ’ 。皮质脊髓侧束发出 

的纤维巾大约有10%一15% 未交叉 ,即锥体束中约有10% 

15%的纤维来自同侧运动皮质, 对侧皮质或其形成的纤维 

束损伤时,f—J侧的支配作』{J就体现ff{米。运动皮质功能的改变 

除 损伤相关的功能=币=组仃火外,也依赖“动作经验”的累积, 

即}∈期的活动可改造神经突触,日.将这些信息储存于神经网络 

『11。 此,动作经验(包 康复介入) lf明显影响急性脑梗死后 

的恢复程度 。但目前对于康复 JIl练促进脑功能重组的本质 

了解仍十分有限,对于急性腑梗步匕后如何进行最有效的康复以 

达到最大程度的神经功能恢复,并没有特定的最佳治疗方案和 

策略。 

3.2 急性脑梗死患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 

从上述研究结果可以看f¨正常对照组踝关 运动主要激 

活对侧SMI区,激活区形念晕斑片状或者小规则状,此外对侧 

PM区、SMA区、颞叶、忱时‘也有不同程度的激活。说明一侧肢 

体运动主要受对侧大脑半球支配。急性脑梗死患者健侧踝关 

节运动主要激活对侧SM1 ,此外PM 、SMA区、颞叶、枕叶、 

小脑半球也有不同程度的激活,与正常对照组激活区相似;患 

侧踝关节运动时除了埘侧半球SMI区激活之外,同侧SM1 、 

PM区等也叮见不同程度的激活,对侧l半球的激活体积大部分 

大于同侧。对患者腑功能成像结果的分析表明,患侧踝关节运 

动需要双侧感觉运动皮质、辅助运动 、运动前 等 域的协 

同参与。选择急性期是为了尽量排除治疗冈素及后期fJj现嘀 

功能 补偿性重组对SM1的影响。从总体情况及数值上观察, 

健侧半球SM1激活范罔有大于患侧的趋势。这一点与Mar— 

shall等。的研究结论卡H仿。人仃J长期以来认为初级运动区Ml 

仅仅是运动的执行 ,相对于次级运动区作用低级。然而有学 

者提出初级运动区的子区域参与运动的准备和学习的过程,初 

级运动区不仅仅是运动执行区,也是序列运动组织区 。Ml 

不仅参与运动的准备与执行,并且沿中央前回从外侧至内侧激 

活信号有逐渐减弱的趋势 。并且有研究发现,一些原来认为 

只参与运动准备的次级运动区如SMA、PMC、PPC也可以参与运 

动执行 ]。PM、SMA等都有纤维参与皮质脊髓的组成,构成一 

个强大、广泛的运动指挥网络,在正常情况下,这些区域不发挥 

或仅发挥很小的作用,当主要的运动功能皮质或其通路受到损 

伤时,这些区域就会发挥代偿作用 。川。本研究还观察到急性 

腑梗死患者大部分可见小脑半球的激活,这一点与Small等 

的研究基本一致,提示小脑在脑梗死后功能恢复中起着中介作 

用。颞叶主要与语言和听觉有关,该区域的激活可能为脑梗死 

后非运动功能区对运动功能的补偿,或许语言、听觉功能与运动 

功能之间的联系更为紧密,同时也不能排除试验过程中佩戴耳 

机对听觉中枢的刺激有关,少数病例有枕叶激活,可能与试验过 

程中患者未闭眼,产生视觉刺激有关。本文选择了与急性脑梗 

死患者年龄 配的正常志愿者作为对照,避免了患者本人健侧 

踝关节作为对照的不足,从而增加了结果的可靠程度。 

日前认为脑血管病后的巾枢神经系统发生可塑性变化时, 

存存三种类型的运动功能皮质重组:一是患侧受累及的主要运 

动区发生移位;二是患侧未受累及的主要运动区仍有激活;三是 

非主要运动区的功能明显激活”J。中枢神经系统可塑性(plas— 

ticity)理论认为,脑功能具有可塑性,功能可以通过重构而恢 

复。Munk的替代说提出未受损的皮层区能承担损伤区南于损 

伤而丧失的功能,成为以后的功能重组理论(functional reorgani— 

zation theory)的先驱。先前研究就脑梗死后运动恢复的神经机 

制提出了不同的观点,认为运动功能的恢复或是南于患侧半球 

损伤周同腩区的作用 J,或是由于健侧半球不同运动 域的代 

偿 J。然 另有研究认为,卒中早期的运动恢复更依赖于双侧 

半球运动区及非运动区的功能重组 。 

3.3 fMRI在临床中的指导意义 

fMRI对急性缺血性脑』f『【管病诊断具有很大的优势,且为其 

及时有效地治疗提供直观的影像学资料。元小冬等 选择酋‘ 

次、单发脑梗死急性期患者16例,结果 示16例脑梗死患者治 

疗后对侧SMC激活体积、强度及FM评分大于治疗前(P<0. 

05),表明脑梗死急性期进行早期康复治疗可以引起患侧SMC 

区卡Ij应的变化,加速患肢功能的恢复。楼小琳等 选择l0例 

首次发病的急性蕈症脑梗l步匕患者,发现功能磁共振可为测量脑 

m流动力学指标提供一种量化的方法,尤其对于重症腑缺m患 

者,它可以快速、准确、无创地评价其腑 流动力学状态,是临床 

治疗和评价预后较客观的指标。在缺血性脑卒中早期fMRI阴 

性对临床处理更重要的意义足能延长时间赢得更多的溶栓机 

会。目前认为在rt—PA溶栓24 h后才加用阿司匹林,而在溶栓 

后24 h内,如何维持溶拴效果还是有待解决的问题 。 

3.4偏侧化指数的相关-陛研究 

偏侧化指数最早由Crainer等 捉ff{,反映了两侧大脑半 

球对运动支配的平衡协调,LI值的变化范围理论上应为一1一 

+1,+1表示仪对侧半球激活,一1表示仅同侧半球激活。已有 

的研究结果表明,正常被试LJ值多分布存0一+1之间,体现 

了对侧支配为主的规律,脑缺m患者的Ll值分布更广,变异更 

大 。u值越大表明运动肢体受对侧半球支配的趋势越强,lJl 

值越小表明运动肢体受同侧半球支配的趋势越强。患者健侧踝 

天节运动时ROI的LJ值明显大于患侧,说明急性脑梗夕匕患者患 

4 南京体育学院学报(自然科学版) 第9卷 

侧肢体受对侧半球支配的能力较正常弱,这与以往的研究结果 

开辟了广阔的前景,而多学科之间的合作使之在医学领域得以 

正确、成熟地应用。应进一步研究患者治疗后的变化,进行随 

致 。患者组中有3例LI为负值,分析其最可能的原因是某 

些因单侧缺血致偏瘫的脑梗死患者,功能运动传导通路重组, 

访,增加病例数,为脑梗死急性期的脑功能重组提供科学依据。 

当然fMRI在急性脑缺血性疾病中的临床价值已经被公认, 

并且取得了许多突破性的研究成果,其临床应用在国外正积极 

开展。卒中患者运动功能是一个复杂的过程,其机制仍旧不清 

楚。目前的发展趋势是一方面克服其局限性和不足之处,开拓 

通过非交叉皮质脊髓束或其他间接非交叉通路,恢复脑损伤前 

偏瘫侧踝关节与非梗死半球初级运动皮质之间的联系 。偏 

侧化的出现说明患者执行运动任务时功能区中心发生移位,可 

能是脑梗死之后的一段时间内各个腑区对患侧肢体运动做出 

的适应性反应。由于患者之间个体差异较大,这种短时问内的 

更厂 阔的临床应用范围;另一方面是将fMRI与其他技术联合应 

反应尚不能说是运动功能区的完全代偿。如果对同一个患者 

进行长时间的纵向研究,得到的结论将较为可靠 23 J。然而,有 

些学者认为 研究中可能存在一些影响因素,比如如何保证不 

同患者之间运动任务执行情况的一致性,包括患者运动的频 

率、力度、试验过程中的心理作用等,最终导致激活部位与激活 

体积的差异,因此将激活的体积作为评价指标欠妥当,因此,该 

指标还有待于进一步研究。 

用。例如,将fMRI和PET采用图像融合或配准技术,就可得到 

更多的脑功能性活动信息;fMRI如果与具有时间特性的脑电图 

或脑磁图相结合,就有可能解决脑区域性活动的时间问题。 . 

RI可以对卒中患者运动功能区的激活情况及非运动功能区在 

运动过程中的参与做一定的描述,但这只是初步的进展,卒中患 

者的运动康复治疗才是关键。因此,要对卒中患者应进行积极 

康复治疗,提高患者的生活质量。 

4可能影响功能磁共振结果的因素 

4.1声音 

参考文献: 

[1]郑恩竞.人体解剖学[M].北京:人民卫生出版社,2002: 

683. 

fMRI对微小运动相对较敏感,可能会对图像质量及结果有 

影响,可能造成假阳性,即将噪声信号当作神经活动信号,也可 

能造成假阴性,即真正的神经活动信号被噪声所掩盖。然而在 

数据分析过程中,可以通过抑制噪声将这两者都减小,从而尽 

可能识别出真正的神经活动信息。同时,因本实验刺激任务是 

患者通过佩戴特殊材质的耳机听取录音来执行的,在听取录音 

的过程中,会有听取声音、做出相应的反应等一系列的认知活 

[2] 李擎,王人卫等.优秀羽毛球运动员运动创伤的流行病学 

调查与分析[J].上海体育学院学报,2009,(2):70—73. 

[3] [4][5][6]成万祥,魏书涛,张胜年.人体不同高度下落 

地面冲击力及下肢关节月JP力矩变化特征研究[J].成都体 

育学院学报,2010,(3):64—68. 

[7] 任绮.运动心脏重塑与TGF—B信号转导途径研究进展 

[J].上海体育学院学报,2010,(2):97—101. 

[8] 马楚虹.基于人体运动学的腓骨头关节面倾斜度测量研 

究[J].成都体育学院学报,2009,(3):78—80. 

19 J 吴丽君.番茄红素及运动对人体T淋巴细胞亚群的影响 

[J].成都体育学院学报,2010,(8):65—69. 

[1 O]Calautti C,Baron JC.Functional neuroimaging studies of motor 

recovery after stroke in adults:a review.Stroke,2003,(34): 

1553—1566. 

动,这些也可能导致脑区的激活。 

4.2主动运动任务对fMRI的影响 

凶本实验刺激任务设计为患者健侧、患侧踝关节的主动背 

屈、趾屈,因此在完成任务的过程中,身体处于一个相对的动态 

变化中,尤其是患侧主动运动时,即使单个关节的简单运动也 

需要关节周围多组肌肉收缩来配合。踝关节的背伸、趾屈不排 

除伴有膝关节收缩,以及对侧肢体的运动。凶此,踝关节运动时 

在运动皮层观察到的激活区可能含有膝关节运动成分,进而可 

能会影响实验结果;同时,执行主动任务过程中,患者对任务的 

注意、准备等认知过程,都会在脑部产生相应的激活从而影响 

结果;不同的患者在执行同一运动任务时,其运动的不一致性 

也可能会导致结果的差异。 

4.3 受试者踝关节运动频率 

[11]丁萌.体育运动对体质调整作用的中医学探讨[J].体育 

科学,2008,(11):82—86. 

[12]黄志刚.中年女性膝关节肌群收缩能力与下肢运动素质分 

析[J].西安体育学院学报,2010,(4):42—46. 

[13][14][15][16]王敬浩.太极拳运动对老年肥胖Ⅱ型糖尿 

病患者神经肽Y的影响[J].体育与科学,2003,(4):54 

有实验证明踝关节运动频率与对侧第一运动皮层信号变 

化的百分率成正相关。Sadato等 研究发现,运动的频率和力 

度对运动功能区的激活有着重要的影响。当运动频率从1Hz 

增加到4Hz时脑初级运动皮层信号强度呈线性增加,因此脑运 

动功能激活区及其信号变化与运动频率及运动复杂程度有很 

大相关性。 

此外,心理因素也可能是影响fMRI结果的来源之一 

因素对fMRI结果产生干扰。 

, 

58. 

『17]喻品.我同残疾人乒乓球运动开展现状与对策研究[J]. 

沈阳体育学院学报,2010,(4):34—38. 

[18]聂晶.VEGF及其受体基因多态性与有氧运动能力表型的 

关联研究[J].体育科学,2010,(8):37—42. 

[19][20][21][22]易文波.运动训练与补充谷氨酰胺的剂量 

和效果[J].体育与科学,2010,(4):52—58. 

[23]李世成.个体化补充抗疲劳促恢复饮料对运动人体血糖应 

虽然在试验之前进行了预演,但仍不能排除焦虑、恐惧等心理 

本试验的局限性在于样本量相对较小,脑功能区重塑的资 

料还不够完整,统计数据不够充分。此外,目前国内众多学者用 

于fMRI的处理软件很多,处理方法也不完全一致,对实验的结 

果和结论影响很大。不断更新的分析软件为脑功能成像研究 

答及体能恢复的影响[J].西安体育学院学报,2010,(3): 

24—28. 

[24][25][26][27]刘洵.心肌梗塞患者康复早期适宜运动强 

度探讨[J].天津体育学院学报,2004,(2):65—69. 

2024年11月1日发(作者:仪华茂)

第9卷第4期 

南京体育学院学报(自然科学版) 

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Journal of Naniing Institute of Physical Education(Natural Sc

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Dee.201O 

2010年12月 

·

科研课题· 

急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 

高 润 ,任彦景 ,钱竞光 

(1.南京脑科医院,汀苏南京210029;2南京叶f医药大学,江苏南京210029;3.南京体育学院,江苏南京210014) 

摘要:目的:利用功能磁共振成像(fMRI)技术,观察急性脑梗 

死患者的运动相关皮层的激活图,探讨卒中后踝功能障碍及恢 

复的脑功能相关性改变。方法:采用1.5T磁共振成像系统对 

10例急性脑梗死患者和5例正常志愿者进行BOLD—fMRI检 

查,采用健侧、患侧踝关节背伸、趾屈运动作为刺激任务,比较正 

常志愿者与急性脑梗死患者踝关节运动时脑部激活情况的异 

同,并采用IJI为指标,观察急性脑梗死患者健侧、患侧踝关节运 

动时脑部激活的差异。结果:正常对照组踝关节运动主要激活 

对侧SM1区,激活区形态呈斑片状或者不规则状,此外对侧PM 

区、SMA区也有不同程度的激活。急性脑梗死患者健侧踝关节 

运动主要激活对侧SM1区,此外对侧PM区、SMA区、颞叶、枕 

叶、小脑半球、额叶等也有不同程度的激活,与正常对照组激活 

区相似;患侧踝关节运动(主观运动)时除了对侧半球SM1区激 

活之外.同侧SM1区、PM区也可见不同程度的激活,对侧半球 

的激活体积大部分大于同侧。根据公式计算出LI值,结果显示 

健侧、患侧踝关节运动lJl值之间存在显著性差异(P<0.05)。 

结论:fMRI可以客观的显示急性脑梗死后患者大脑运动皮层的 

激活情况,提示存在脑功能代偿与重组,fMRI作为监测和研究 

急性脑梗死后运动功能恢复的有用工具,在 临床治疗中具有重 

要的指导意义。 

关键词:功能磁共振成像(fMRI);急性脑梗死;踩关节 

中图分类号G804.5 文献标识码A 

文章编号1671—5950(2010)04—0001—04 

Hemiplegic Patients with Acute Cerebral Dysfunction Ankle 

fnRI Study//GAO Run ,REN Yan—jing ,QIAN Jin—guang 

Abstract:0bjective:to use functional magnetic resonance imaging 

(fMRI)technology,acute cerebral infarction were related to the 

movement of the cortex,sports functional activation graph chara(:ter— 

istics and ankle joint function and the related parts of the brain,to 

guide clinical rehabilitation.Methods:1.5T MRI systems of 10 pa— 

tients with aclJte cerebral infarction and 5 normal volllnteers 11se 

BOLD—fMRI examination,the use of the contralateral,ipsilateral 

ankle dorsilfexion,toe flexion as the stimulus task,compared to 

normal volunteers ankle joint in patients with acute cerebral infarc— 

tion during exercise the brain activation of the similarities and dilfer一 

收稿日期:2010—10—07;修回日期:2010—11—17 

基金项目:南京市医学科技发展项目重点课题;项目编号: 

ZKX06026。 

第一作者简介:高润,男,汀苏淮安人,硕士;研究方向:运动生 

物力学。 

ences,and using LI as an indicator in patients with acute cerebral 

infarction contralateral,ipsilateral ankle nlovelnent differenees.Re— 

sults:In normal control group,the main activation of the eontralat— 

eral ankle SM 1 area,activated form of patchy areas or irregular 

shapes,in addition to the contralateral PM area,SMA area there 

are different degrees of activation.Acute cerebral infarction mainly 

activated contralateral ankle area eontralateral SMI,in addition to 

the eontralateral PM area,SMA area,temporal lobe,occipital lobe, 

cerebellum.frontal lobe.also have diiferent levels of activation, 

with the normal control group,the similar activation;ipsilateral an— 

kle area when the addition to the contralateral hemisphere SM 1 acti— 

vation.the ipsilateral SM I area.PM can be seen are also different 

degrees of activation of the contralateral hemisphere ipsilateral acti— 

vation volume is larger than most.LI values calculated according to 

the fi)rmula,the calculation results show that LI value on the side, 

between LI ankle nlovement signiifcantly(P<0.05).Conclusion: 

the physiological experiments using fMRI can objectively show pa— 

tients after acute cerebral infarction of the motor cortex,the brain 

activated,indicating that the existence of brain function and physio— 

logical experiments using fMRI,eompensatmT as monitoring and re— 

search in acute cerebral infarction after sports functional recovery 

useful tools in clinical treatment,has important signiifcance. 

Key words:functional magnetic resonance imaging(fMRI),acute 

cerebral infarction,ankle joints 

Author’s address:1.Brain Hospital,Nanjing 210029,China;2. 

Nanjing University of Traditional Chinese Medicine 2 1 0029;3. 

Nanjing Sports Institute,Nanjing 210014,China 

1资料和方法 

1.1研究对象 

自2009年9月至2010年6月,南京市脑科医院神经内科 

将10例急性脑梗死患者纳人研究范围,男4例,女6例,年龄26 

69岁,人院时偏瘫侧存存显著的运动功能障碍(表1)。入选 

标准:(1)符合1995年中华医学会第四届全国脑血管病学术会 

议通过的《各类脑血管疾病诊断要点》中的“脑梗死”诊断标准, 

经CT或MRI证实;(2)发病年龄为25~75岁之间;(3)急性起 

病,病程在48小时以内;(4)患侧肢体功能障碍,肌力为0~3 

级;(5)第一次脑梗死,单侧肢体偏瘫患者或既往有脑梗死病史 

但无明显后遗症者;(6)生命体征平稳,排除心、肺、肝、肾、造血 

2 南京体育学院学报(自然科学版) 

1.2试验方案 

1.2.1扫描设备及参数 

第9卷 

系统和内分泌的严重原发病、精神病患者、肿瘤患者、理解能力 

正常、无明显认知功能障碍;(7)签署知情同意书且能坚持遵医 

嘱治疗者。同时选取5例正常志愿者为对照组,男2例,女3 

采用GE—signa 1.5Tesla超导MRI扫描仪。刺激参数:TR 

=3000ms,TE=40ms,FOV=240ram,matrix:64×64×16,voxel 

例,年龄20~70岁之间,头颅MRI及MRA均无明显异常,无神 

经、精神疾病及外伤史。 

表1 10例患者临床资料 

:3.75×3.75×5m ,Flip angle=90度,层数:30层,层厚:4mm, 

层距:0mm。 

1.2.2刺激任务 

性别年龄 梗死部位 患侧下 下肢 

肢肌力FMA评分 

刺激任务分为静息期和活动期,活动期又分为健侧背伸、 

趾屈,患侧背伸、趾屈四种。刺激任务开始之前休息21秒,静息 

期和活动期均为15秒,交替进行,共381秒。如图。 

1.2.3操作方法 

扫描过程中患者头部固定,闭上双眼、安静平躺。佩戴耳机 

(特殊材质耳机,对扫描结果无影响)以接收刺激任务。试验过 

程中叮嘱受试者精神集中于运动的踝关节,尽量排除杂念,其 

余部位保持放松状态不动。扫描时,操作者在扫描间内观察患 

者完成任务的情况。扫描前受试者接受模拟训练,熟悉试验操 

作的一般规则、程序和环境,以减少心理紧张。 

———、,———

一/ 

————、,— 

———Y———一/ ———

、,— 

健侧背伸 

1.2.4数据分析 

健侧趾 

患侧背伸 患侧趾 

SMA区、颞叶、枕叶、小脑半球、额叶等也有不同程度的激活,与 

正常对照组激活区相似;患侧踝关节运动时除了对侧半球SM1 

提取采集的数据,在Matlab平台下运行的SPM8脑功能图 

像专业分析软件进行处理分析。空间预处理包括间隔扫描层 

间的时间校正、基于刚性配准的头动校正,个体图像重采样为3 

×3×3mm,归一化到MNI坐标系统,以全高半宽(FWHM)8nlII1 

×8mm×8lllnl的高斯核进行各向同性平滑,采用标准血流代谢 

函数构建回归模型。 

1.3观察指标 

1.3.1 非量化指标 

区激活之外,同侧SM1区、PM区也可见不同程度的激活,对侧 

半球的激活体积大部分大于同侧(见图2)。根据公式计算出IJI 

值,结果显示健侧、患侧踝关节运动Ll值之间存在显著性差异 

(P<0.05) (表2) 

表2不同侧踝关节运动激活体积及LI值 

观察双侧大脑半球主要感觉运动区(SM1)、运动前区 

(PM)、补充运动区(SMA)及非运动区等的激活位置、范同及出 

现率等。 

1.3.2量化指标 

计算激活区体积,在Talairach坐标系下确定感兴趣 

(ROI),计算激活体素数目,由此计算偏侧化指数(Laterality in— 

dex,LI):LI=(C—I)/(c+I),C指对侧半球ROI的激活体积,I 

健侧踝关节运动I I值之间存在显著性差异(P<0.05) 

指同侧半球ROI的激活体积。 

1.4统计学分析 

应用SPSSI6.0进行数据处理,对患者左、右侧踝关节运动 

的偏侧化指数(LI)之间的差异进行统汁学分析。 

2结果 

2.1 正常对照组踝关节运动的fMRI结果 

正常对照组踝关节运动主要激活对侧SM1区,激活区形态 

呈斑片状或者不规则状,此外,对侧PM区、SMA区也有不同程 

度的激活(见图1)。 

2.2试验组踝关节运动的fMRI结果 

健侧踝关节运动主要激活对侧SM1区,此外对侧PM区、 

一■ 

一 

第4期 高 润,等:急性脑梗死偏瘫患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 3 

一 

图2 患者 

3讨论 

3.1 运动功能通路的研究 

运动皮质功能 位于叶l火前【nj干¨rl1央旁小叶的前部,属于 

M1(Broadmann4 )币¨SMA(Broadmann 6 I义=) 。研究表明,运 

动的产生是存大脑运动皮质、锥体束及锥体外系、运动器官的 

共同参与下完成。运动功能是南腑部不同部位的网络联接完 

成的,肢体运动主要起源于第一运动皮层(M1),副运动皮层 

(SMA)的皮质脊髓束及起源于运动前区(PMA)的皮质网状脊 

髓束。患侧踝关节运动时,脑功能改变主要位于对侧第一运动 

(MI)/感觉(s1)皮层和副运动皮层(SMA),同侧第一运动皮层 

也可见少量激洒,这与其他研究相仿 ’ 。皮质脊髓侧束发出 

的纤维巾大约有10%一15% 未交叉 ,即锥体束中约有10% 

15%的纤维来自同侧运动皮质, 对侧皮质或其形成的纤维 

束损伤时,f—J侧的支配作』{J就体现ff{米。运动皮质功能的改变 

除 损伤相关的功能=币=组仃火外,也依赖“动作经验”的累积, 

即}∈期的活动可改造神经突触,日.将这些信息储存于神经网络 

『11。 此,动作经验(包 康复介入) lf明显影响急性脑梗死后 

的恢复程度 。但目前对于康复 JIl练促进脑功能重组的本质 

了解仍十分有限,对于急性腑梗步匕后如何进行最有效的康复以 

达到最大程度的神经功能恢复,并没有特定的最佳治疗方案和 

策略。 

3.2 急性脑梗死患者踝关节运动功能障碍的fMRI研究 

从上述研究结果可以看f¨正常对照组踝关 运动主要激 

活对侧SMI区,激活区形念晕斑片状或者小规则状,此外对侧 

PM区、SMA区、颞叶、忱时‘也有不同程度的激活。说明一侧肢 

体运动主要受对侧大脑半球支配。急性脑梗死患者健侧踝关 

节运动主要激活对侧SM1 ,此外PM 、SMA区、颞叶、枕叶、 

小脑半球也有不同程度的激活,与正常对照组激活区相似;患 

侧踝关节运动时除了埘侧半球SMI区激活之外,同侧SM1 、 

PM区等也叮见不同程度的激活,对侧l半球的激活体积大部分 

大于同侧。对患者腑功能成像结果的分析表明,患侧踝关节运 

动需要双侧感觉运动皮质、辅助运动 、运动前 等 域的协 

同参与。选择急性期是为了尽量排除治疗冈素及后期fJj现嘀 

功能 补偿性重组对SM1的影响。从总体情况及数值上观察, 

健侧半球SM1激活范罔有大于患侧的趋势。这一点与Mar— 

shall等。的研究结论卡H仿。人仃J长期以来认为初级运动区Ml 

仅仅是运动的执行 ,相对于次级运动区作用低级。然而有学 

者提出初级运动区的子区域参与运动的准备和学习的过程,初 

级运动区不仅仅是运动执行区,也是序列运动组织区 。Ml 

不仅参与运动的准备与执行,并且沿中央前回从外侧至内侧激 

活信号有逐渐减弱的趋势 。并且有研究发现,一些原来认为 

只参与运动准备的次级运动区如SMA、PMC、PPC也可以参与运 

动执行 ]。PM、SMA等都有纤维参与皮质脊髓的组成,构成一 

个强大、广泛的运动指挥网络,在正常情况下,这些区域不发挥 

或仅发挥很小的作用,当主要的运动功能皮质或其通路受到损 

伤时,这些区域就会发挥代偿作用 。川。本研究还观察到急性 

腑梗死患者大部分可见小脑半球的激活,这一点与Small等 

的研究基本一致,提示小脑在脑梗死后功能恢复中起着中介作 

用。颞叶主要与语言和听觉有关,该区域的激活可能为脑梗死 

后非运动功能区对运动功能的补偿,或许语言、听觉功能与运动 

功能之间的联系更为紧密,同时也不能排除试验过程中佩戴耳 

机对听觉中枢的刺激有关,少数病例有枕叶激活,可能与试验过 

程中患者未闭眼,产生视觉刺激有关。本文选择了与急性脑梗 

死患者年龄 配的正常志愿者作为对照,避免了患者本人健侧 

踝关节作为对照的不足,从而增加了结果的可靠程度。 

日前认为脑血管病后的巾枢神经系统发生可塑性变化时, 

存存三种类型的运动功能皮质重组:一是患侧受累及的主要运 

动区发生移位;二是患侧未受累及的主要运动区仍有激活;三是 

非主要运动区的功能明显激活”J。中枢神经系统可塑性(plas— 

ticity)理论认为,脑功能具有可塑性,功能可以通过重构而恢 

复。Munk的替代说提出未受损的皮层区能承担损伤区南于损 

伤而丧失的功能,成为以后的功能重组理论(functional reorgani— 

zation theory)的先驱。先前研究就脑梗死后运动恢复的神经机 

制提出了不同的观点,认为运动功能的恢复或是南于患侧半球 

损伤周同腩区的作用 J,或是由于健侧半球不同运动 域的代 

偿 J。然 另有研究认为,卒中早期的运动恢复更依赖于双侧 

半球运动区及非运动区的功能重组 。 

3.3 fMRI在临床中的指导意义 

fMRI对急性缺血性脑』f『【管病诊断具有很大的优势,且为其 

及时有效地治疗提供直观的影像学资料。元小冬等 选择酋‘ 

次、单发脑梗死急性期患者16例,结果 示16例脑梗死患者治 

疗后对侧SMC激活体积、强度及FM评分大于治疗前(P<0. 

05),表明脑梗死急性期进行早期康复治疗可以引起患侧SMC 

区卡Ij应的变化,加速患肢功能的恢复。楼小琳等 选择l0例 

首次发病的急性蕈症脑梗l步匕患者,发现功能磁共振可为测量脑 

m流动力学指标提供一种量化的方法,尤其对于重症腑缺m患 

者,它可以快速、准确、无创地评价其腑 流动力学状态,是临床 

治疗和评价预后较客观的指标。在缺血性脑卒中早期fMRI阴 

性对临床处理更重要的意义足能延长时间赢得更多的溶栓机 

会。目前认为在rt—PA溶栓24 h后才加用阿司匹林,而在溶栓 

后24 h内,如何维持溶拴效果还是有待解决的问题 。 

3.4偏侧化指数的相关-陛研究 

偏侧化指数最早由Crainer等 捉ff{,反映了两侧大脑半 

球对运动支配的平衡协调,LI值的变化范围理论上应为一1一 

+1,+1表示仪对侧半球激活,一1表示仅同侧半球激活。已有 

的研究结果表明,正常被试LJ值多分布存0一+1之间,体现 

了对侧支配为主的规律,脑缺m患者的Ll值分布更广,变异更 

大 。u值越大表明运动肢体受对侧半球支配的趋势越强,lJl 

值越小表明运动肢体受同侧半球支配的趋势越强。患者健侧踝 

天节运动时ROI的LJ值明显大于患侧,说明急性脑梗夕匕患者患 

4 南京体育学院学报(自然科学版) 第9卷 

侧肢体受对侧半球支配的能力较正常弱,这与以往的研究结果 

开辟了广阔的前景,而多学科之间的合作使之在医学领域得以 

正确、成熟地应用。应进一步研究患者治疗后的变化,进行随 

致 。患者组中有3例LI为负值,分析其最可能的原因是某 

些因单侧缺血致偏瘫的脑梗死患者,功能运动传导通路重组, 

访,增加病例数,为脑梗死急性期的脑功能重组提供科学依据。 

当然fMRI在急性脑缺血性疾病中的临床价值已经被公认, 

并且取得了许多突破性的研究成果,其临床应用在国外正积极 

开展。卒中患者运动功能是一个复杂的过程,其机制仍旧不清 

楚。目前的发展趋势是一方面克服其局限性和不足之处,开拓 

通过非交叉皮质脊髓束或其他间接非交叉通路,恢复脑损伤前 

偏瘫侧踝关节与非梗死半球初级运动皮质之间的联系 。偏 

侧化的出现说明患者执行运动任务时功能区中心发生移位,可 

能是脑梗死之后的一段时间内各个腑区对患侧肢体运动做出 

的适应性反应。由于患者之间个体差异较大,这种短时问内的 

更厂 阔的临床应用范围;另一方面是将fMRI与其他技术联合应 

反应尚不能说是运动功能区的完全代偿。如果对同一个患者 

进行长时间的纵向研究,得到的结论将较为可靠 23 J。然而,有 

些学者认为 研究中可能存在一些影响因素,比如如何保证不 

同患者之间运动任务执行情况的一致性,包括患者运动的频 

率、力度、试验过程中的心理作用等,最终导致激活部位与激活 

体积的差异,因此将激活的体积作为评价指标欠妥当,因此,该 

指标还有待于进一步研究。 

用。例如,将fMRI和PET采用图像融合或配准技术,就可得到 

更多的脑功能性活动信息;fMRI如果与具有时间特性的脑电图 

或脑磁图相结合,就有可能解决脑区域性活动的时间问题。 . 

RI可以对卒中患者运动功能区的激活情况及非运动功能区在 

运动过程中的参与做一定的描述,但这只是初步的进展,卒中患 

者的运动康复治疗才是关键。因此,要对卒中患者应进行积极 

康复治疗,提高患者的生活质量。 

4可能影响功能磁共振结果的因素 

4.1声音 

参考文献: 

[1]郑恩竞.人体解剖学[M].北京:人民卫生出版社,2002: 

683. 

fMRI对微小运动相对较敏感,可能会对图像质量及结果有 

影响,可能造成假阳性,即将噪声信号当作神经活动信号,也可 

能造成假阴性,即真正的神经活动信号被噪声所掩盖。然而在 

数据分析过程中,可以通过抑制噪声将这两者都减小,从而尽 

可能识别出真正的神经活动信息。同时,因本实验刺激任务是 

患者通过佩戴特殊材质的耳机听取录音来执行的,在听取录音 

的过程中,会有听取声音、做出相应的反应等一系列的认知活 

[2] 李擎,王人卫等.优秀羽毛球运动员运动创伤的流行病学 

调查与分析[J].上海体育学院学报,2009,(2):70—73. 

[3] [4][5][6]成万祥,魏书涛,张胜年.人体不同高度下落 

地面冲击力及下肢关节月JP力矩变化特征研究[J].成都体 

育学院学报,2010,(3):64—68. 

[7] 任绮.运动心脏重塑与TGF—B信号转导途径研究进展 

[J].上海体育学院学报,2010,(2):97—101. 

[8] 马楚虹.基于人体运动学的腓骨头关节面倾斜度测量研 

究[J].成都体育学院学报,2009,(3):78—80. 

19 J 吴丽君.番茄红素及运动对人体T淋巴细胞亚群的影响 

[J].成都体育学院学报,2010,(8):65—69. 

[1 O]Calautti C,Baron JC.Functional neuroimaging studies of motor 

recovery after stroke in adults:a review.Stroke,2003,(34): 

1553—1566. 

动,这些也可能导致脑区的激活。 

4.2主动运动任务对fMRI的影响 

凶本实验刺激任务设计为患者健侧、患侧踝关节的主动背 

屈、趾屈,因此在完成任务的过程中,身体处于一个相对的动态 

变化中,尤其是患侧主动运动时,即使单个关节的简单运动也 

需要关节周围多组肌肉收缩来配合。踝关节的背伸、趾屈不排 

除伴有膝关节收缩,以及对侧肢体的运动。凶此,踝关节运动时 

在运动皮层观察到的激活区可能含有膝关节运动成分,进而可 

能会影响实验结果;同时,执行主动任务过程中,患者对任务的 

注意、准备等认知过程,都会在脑部产生相应的激活从而影响 

结果;不同的患者在执行同一运动任务时,其运动的不一致性 

也可能会导致结果的差异。 

4.3 受试者踝关节运动频率 

[11]丁萌.体育运动对体质调整作用的中医学探讨[J].体育 

科学,2008,(11):82—86. 

[12]黄志刚.中年女性膝关节肌群收缩能力与下肢运动素质分 

析[J].西安体育学院学报,2010,(4):42—46. 

[13][14][15][16]王敬浩.太极拳运动对老年肥胖Ⅱ型糖尿 

病患者神经肽Y的影响[J].体育与科学,2003,(4):54 

有实验证明踝关节运动频率与对侧第一运动皮层信号变 

化的百分率成正相关。Sadato等 研究发现,运动的频率和力 

度对运动功能区的激活有着重要的影响。当运动频率从1Hz 

增加到4Hz时脑初级运动皮层信号强度呈线性增加,因此脑运 

动功能激活区及其信号变化与运动频率及运动复杂程度有很 

大相关性。 

此外,心理因素也可能是影响fMRI结果的来源之一 

因素对fMRI结果产生干扰。 

, 

58. 

『17]喻品.我同残疾人乒乓球运动开展现状与对策研究[J]. 

沈阳体育学院学报,2010,(4):34—38. 

[18]聂晶.VEGF及其受体基因多态性与有氧运动能力表型的 

关联研究[J].体育科学,2010,(8):37—42. 

[19][20][21][22]易文波.运动训练与补充谷氨酰胺的剂量 

和效果[J].体育与科学,2010,(4):52—58. 

[23]李世成.个体化补充抗疲劳促恢复饮料对运动人体血糖应 

虽然在试验之前进行了预演,但仍不能排除焦虑、恐惧等心理 

本试验的局限性在于样本量相对较小,脑功能区重塑的资 

料还不够完整,统计数据不够充分。此外,目前国内众多学者用 

于fMRI的处理软件很多,处理方法也不完全一致,对实验的结 

果和结论影响很大。不断更新的分析软件为脑功能成像研究 

答及体能恢复的影响[J].西安体育学院学报,2010,(3): 

24—28. 

[24][25][26][27]刘洵.心肌梗塞患者康复早期适宜运动强 

度探讨[J].天津体育学院学报,2004,(2):65—69. 

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