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  • Stroke: 皮层下中风不同皮质脊髓束的亚纤维影响运动康复和脑结构

    发布时间:2020-11-25    浏览次数:    作者:Admin

    天津医科大学总医院、天津市功能影像重点实验室于春水教授课题组利用正常人高精度扩散谱成像(DSI)数据,构建出不同来源皮质脊髓束的亚纤维的精细解剖概率图,并进一步研究皮层下中风患者不同皮质脊髓束的亚纤维与运动功能康复和脑结构、功能变化的关系,相关研究成果于2020年6月17日在线发表在Stroke(2019年影响因子7.190,5年影响因子7.113),题目为Corticospinal Fibers With Different Origins Impact Motor Outcome and Brain After Subcortical Stroke。主治医师刘静纯为第一作者,于春水教授为通讯作者。

    中风是成人最常见的致残原因,以运动残疾最常见且危害最大,严重威胁国民的生命健康和生活质量。早期预测运动功能康复情况对于个体化的早期治疗策略的选择至关重要。因此,本研究旨在构建皮质脊髓束的精细解剖概率图,用于早期预测运动结果和了解皮层下中风后的继发性脑改变。本研究利用50名健康成人的DSI数据构建不同来源(包括初级运动皮层(primary motor cortex, M1)、初级感觉区(primary sensory area, S1)、运动前区(premotor cortex, PMC)和辅助运动区(supplementary motor area, SMA))的皮质脊髓束精细解剖概率图(图1)。然后,在健康成人中提取这些亚纤维的弥散指标与运动功能得分做相关分析。研究表明健康成人M1下行纤维的各向同性值与行走耐力测试中所走的距离呈负相关,SMA下行纤维的各向同性值与运动灵活性测试中完成的时间呈正相关(图2)。


    图1. 皮质脊髓束精细解剖概率图。A:追踪皮质脊髓束的感兴趣区,包括皮层区(M1、PMC、S1和SMA)、内囊(IC)后肢和大脑脚(CP)。B:双侧皮质脊髓束50%的概率模板(红色代表M1下行纤维;蓝色:SMA下行纤维;黄色:PMC下行纤维;绿色:S1下行纤维)。

    图2. 正常成人皮质脊髓束弥散指标与运动得分的关系。A:左侧M1下行纤维的各向同性值与运动耐力得分呈负相关。B:左侧SMA下行纤维的各向同性值与运动灵活性得分呈正相关。


    本研究中,天津医科大学总医院和天津市环湖医院、郑州大学第一附属医院放射科合作,采集了136名病灶位于基底节及其邻近区域的皮层下中风患者。联合皮质脊髓束损伤-症状关联分析和基于体素的病灶-症状图(voxel-based lesion-symptom mapping, VLSM)的方法,探究不同皮质脊髓束的亚纤维损伤对皮层下中风患者运动功能和脑结构及功能改变的影响。研究表明在慢性期中风患者中,M1和SMA下行纤维束的完整性与运动功能损害具有显著相关性(图3A,B),M1和SMA下行纤维早期损伤的百分比与慢性期的运动功能损害有关(图3C,D)。基于VLSM研究表明位于双侧M1和右侧SMA下行纤维束的急性期中风病灶与慢性期的运动功能损害有关(图4)。


    图3. 皮层下中风患者皮质脊髓束损伤与运动功能损害的关系。A,B:慢性期中风患者,四肢运动功能评分(WE_FM)与患侧M1和SMA下行纤维的各向异性分数(FA)值呈正相关。C,D:患侧M1和SMA下行纤维早期损害百分比与慢性期四肢运动功能评分(WE_FM)呈负相关。
    图4. 病灶位置与长期运动功能康复的关系。A:136名急性期皮层下中风患者的病灶概率图。B:基于体素的病灶-症状图(VLSM)表明皮层下左侧中风病灶组,病灶位置(浅蓝色)与长期运动康复情况相关。C:VLSM表明皮层下右侧中风病灶组,病灶位置(粉色)与长期运动康复情况相关。(红色代表M1下行纤维;蓝色:SMA下行纤维;黄色:PMC下行纤维;绿色:S1下行纤维)

          本研究利用高分辨率结构MRI和静息态fMRI技术,分别提取灰质体积(GMV)、各向异性分数(FA)值、局部一致性(ReHo)和功能连接值,深入探讨皮层下中风不同亚纤维对继发脑结构和功能改变的影响。研究表明M1下行纤维的早期损伤与M1-M1纤维的完整性呈负相关(图5),SMA下行纤维早期损害的百分比与右侧小脑灰质体积呈负相关(图6)。

    图5. 基于白质骨架的弥散统计分析(TBSS)表明皮层下中风患者M1下行纤维早期损害与慢性期白质纤维损害有关。A:左侧中风病灶组,左侧M1下行纤维早期损害与慢性期左侧皮质脊髓束和M1-M1纤维的各向异性分数(FA)值呈负相关。B:右侧中风病灶组,右侧M1下行纤维早期损害与右侧皮质脊髓束FA值呈负相关。

    图6. 皮层下中风患者皮质脊髓束的亚纤维早期损害与慢性期灰质体积的变化有关。A和B:SMA下行纤维束早期损害的百分比与健侧小脑的灰质体积呈负相关。C:慢性期中风患者运动功能严重损害与轻度损害亚组相比,右侧小脑灰质体积明显减小。

          本研究构建了皮质脊髓束的不同亚纤维精细解剖概率图,并进一步发现起源于M1和SMA的皮质脊髓束与中风后运动功能康复和脑结构改变密切相关,这两个皮层区域的皮质脊髓束精细解剖概率图有助于评估和预测皮层下中风患者的长期运动结果,为早期个体化康复治疗提供理论依据,进而提高中风患者运动功能康复效果。

    第一作者信息:刘静纯,天津医科大学总医院放射科主治医师
    研究方向:中风的多模态脑功能研究

    【论文信息】
    Liu J, Wang C, Qin W, Ding H, Guo J, Han T, Cheng J, Yu C. Corticospinal fibers with different origins impact motor outcome and brain after subcortical stroke. Stroke. 2020;51:2170-2178

    在线网址:
    https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/STROKEAHA.120.029508