腦卒中后失語癥彌散張量成像的研究進展

劉夢月 盛佑祥 趙 寧

深圳大學第六附屬醫(yī)院 華中科技大學協(xié)和深圳醫(yī)院，廣東 深圳 518000

腦卒中是一種以腦組織缺血或出血性損傷癥狀和體征為主要表現(xiàn)的急性腦血管疾病，具有發(fā)病率高、致殘率高、病死率高和復發(fā)率高的臨床特征[1]。隨著社會老齡化程度不斷加深、城鎮(zhèn)化發(fā)展進程日益加快及人民生活水平的不斷提高，亞健康的生活習慣日益凸顯，腦卒中發(fā)病率不斷上升，患病人群也呈逐漸年輕化趨勢。目前，腦卒中已成為我國居民死亡和殘疾的首要病因[2]。研究表明，我國40～74歲居民首次腦卒中標化發(fā)病率平均每年增長8.3%，≥40歲居民腦卒中標化患病率由2012年的1.89%上升至2016年的2.19%[3]。全球疾病負擔(GBD)研究數(shù)據(jù)顯示，2016年我國缺血性腦卒中患病率為1 762.77/萬人，出血性腦卒中患病率為406.16/10萬人。腦卒中因其高致殘性以及高病死率，在嚴重危害人民群眾的生命健康的同時，也降低了幸存者的生活質(zhì)量[4]。研究表明，產(chǎn)生各種類型言語或者語言障礙的腦卒中患者約占全體腦卒中患者的30%[5-6]。語言是人類最重要的交流溝通媒介，是人們彼此進行思想與意見傳達的主要表達方式，其中包含聲音、書寫的文字及展現(xiàn)的肢體語言等。失語癥指獲得性語言功能障礙，即后天具有的語言能力由于有關(guān)語言功能腦部受損出現(xiàn)的語言處理障礙，對語言理解與形成能力受損[7]。失語癥患者可產(chǎn)生各種語言或言語障礙，多表現(xiàn)為自發(fā)語言、命名、復述、閱讀、書寫以及理解方面的功能受限甚至喪失[8-9]。失語癥嚴重影響了患者的日常溝通交流能力，語言是認知功能中不可或缺的一部分，同時也影響著患者記憶、理解等方面功能。而且失語癥的發(fā)生嚴重影響腦卒中患者生活質(zhì)量及其回歸家庭、社會的能力，給患者、家庭及社會造成沉重的負擔。有學者認為，在患者發(fā)生腦卒中后應盡快給予言語治療[10]。恢復和改善患者的語言功能是腦卒中后功能康復的三大重要目標之一[11]。目前臨床上針對腦卒中后失語癥康復治療的效果并不十分顯著，對其機制的研究也并無統(tǒng)一的學界共識。確定腦卒中后失語癥發(fā)生和康復機制，對于臨床診斷、治療、康復及預后也具有重要意義[12]。本文就近年來關(guān)于腦卒中后失語癥的機制研究進展—綜述。

1 腦卒中后失語癥

現(xiàn)代醫(yī)學認為，腦卒中后失語癥是由于中樞神經(jīng)病損所導致的患者抽象信號思維障礙，進而喪失口語、文字的表達和領(lǐng)悟能力的臨床癥候群，是語言優(yōu)勢半球皮層及皮層下結(jié)構(gòu)廣泛的語言分布網(wǎng)絡損害所導致的獲得性語言障礙[13]。失語癥可由多種疾病引起，尤其是腦卒中(最常見的是左側(cè)大腦中動脈灌注的外側(cè)裂周區(qū)域的缺血性卒中)[5]。腦卒中導致的失語癥發(fā)病機制多由大腦語言功能區(qū)及其相關(guān)聯(lián)系神經(jīng)纖維受損引起[14]。因在語言的表述、理解以及與之相關(guān)的閱讀和書寫能力等方面存在障礙[8]，伴失語癥腦卒中患者的社交能力受到影響[9]，妨礙患者重新回歸社會，因此，恢復患者的語言功能顯得尤為重要和迫切。現(xiàn)代醫(yī)學針對失語癥的康復治療，主要是采取言語功能訓練治療的方法，包括構(gòu)音訓練、自發(fā)語言、文字表達及圖片命名訓練等。此外，隨著對失語癥認識的逐步深入及科技的發(fā)展，非侵入腦刺激技術(shù)(如經(jīng)顱直流電刺激tDCS、經(jīng)顱磁刺激TMS[15]等)、音樂療法、心理療法[16]也被廣泛運用于失語癥的治療中。

2 DTI原理與背景

彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)是一種基于常規(guī)磁共振影像技術(shù)發(fā)展出的新興影像表達方法。DTI是 MRI的一種特殊形式，不僅可以顯示每一個體素的信號強度，而且還能夠計算3維空間中張量方向的具體數(shù)據(jù)。然后將每一個體素展現(xiàn)出的單個箭頭根據(jù)神經(jīng)束方向的差異進行整理，生成一組方向箭頭。再經(jīng)由圖像數(shù)據(jù)的處理將每一組的方向箭頭進行加工，形成神經(jīng)束的線性圖像[17]。

大腦中的白質(zhì)纖維束呈幾何形式排列，由于彌散磁共振成像能夠清晰顯示大腦白質(zhì)纖維束，可以據(jù)此對白質(zhì)纖維束的排列形態(tài)展開多角度的研究[18-19]。目前已經(jīng)可以深入觀察到白質(zhì)纖維束中水分子運動的各向異性。白質(zhì)束排列密度與該區(qū)域的各向異性呈正比。在腦實質(zhì)中，腦白質(zhì)與大腦皮質(zhì)相比，其各向異性程度較高，而大腦皮質(zhì)的各向異性程度相對較低。因存在細胞膜，所以分子在細胞內(nèi)外及組織之間的移動過程中必須完成跨膜運動，而水分子在這一過程中則會發(fā)生彌散現(xiàn)象。由于神經(jīng)細胞膜的阻礙，水分子沿白質(zhì)纖維的運動或擴散比垂直于水分子的運動或擴散快，水分子運動在各個方向上各不一致，因此形成各向異性[20]。而平行運動和垂直運動之間水分子擴散的差異，構(gòu)建出彌散張量成像的圖像基礎(chǔ)[21]。各向異性分數(shù)(FA)數(shù)值以0～1范圍表示，是水分子各向異性成分與整個彌散張量形成的比值[22]。數(shù)值越小，表示彌散越不受限制；數(shù)值越大，則表示組織規(guī)則性不斷增加且具有方向性，神經(jīng)傳導功能也隨之加強[23]。所以可以通過FA值推斷大腦白質(zhì)纖維束內(nèi)細胞結(jié)構(gòu)的排列程度以及組織結(jié)構(gòu)的完整性。

DTI不僅通過各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)描述了組織內(nèi)水分子擴散的方向性，同時也通過表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)、平均擴散率(mean duffusivity，MD)、軸向彌散系數(shù)(axial diffusivity，AD)、徑向彌散系數(shù)(radialdiffusivity，RD)來更加具體地描述組織中的水分子擴散的方向和大小[24]。其中ADC 值衡量組織中水分子的彌散運動，反映水分子在彌散敏感梯度方向上的位移程度。ADC 受細胞內(nèi)外水的溫度、細胞膜通透性、黏滯度、比例的影響。MD可以反映組織的總含水量，表達水分子的總彌散活動和分子置換；在平行軸位置用AD描述，體現(xiàn)在水分子的擴散與運動中所受阻礙最小的方向，即為張量中的最大數(shù)值顯示。AD對于軸突的完整性和變性更為敏感[14]。垂直軸位置用RD描述，數(shù)值取決于兩個相對較低的張量數(shù)值計算的平均數(shù)值。RD能夠表達髓磷脂的完整程度[25]。DTI在皮層下水平的神經(jīng)束識別和估計方面具有獨特的優(yōu)勢[26]，目前在臨床診療與科研探索中均被廣泛應用，同時也被應用于許多大腦疾病的研究，如腦卒中、阿茨海默癥、大腦衰老等疾病。

3 腦卒中后失語癥DTI的研究進展

3．1評估進展腦卒中后失語癥的形成機制一直以來不明確，目前，較為被大眾認可的是失語癥的發(fā)生與大腦皮質(zhì)的語言功能區(qū)損傷有關(guān)。MORISAKI等[14]發(fā)現(xiàn)DTI可作為周圍神經(jīng)再生的良好指標，可作為多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的無創(chuàng)診斷工具。FRIDRIKSSON等[27]對70例各類型失語癥患者分類進行對比，發(fā)現(xiàn)Broca失語癥患者對Broca和Wernicke區(qū)均有損害。ELMER等[28]將24例健康受試者分為2組，通過同聲傳譯器進行干預，發(fā)現(xiàn)支持感覺運動耦合機制和語音清晰度的大腦區(qū)域的FA值降低，白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。SPINELLI等[29]發(fā)現(xiàn)，失語癥患者與健康對照相比，纖維束成像顯示右側(cè)縱向纖維束中FA減少和MD增加。KüMMERER等[30]發(fā)現(xiàn)，理解和復述障礙與背側(cè)或腹側(cè)纖維通路損傷有關(guān)。陳營等納入腦梗死后運動性失語患者11例，與同期健康者對照組相比左、右側(cè)大腦語言功能區(qū)FA值均降低，而ADC值變化不明顯。

失語癥的形成也與白質(zhì)纖維束的受損密不可分，特別是弓狀纖維束(arcuate fasciculus，AF)。BREIER等[31]對20例左半球卒中病史患者進行彌散張量成像，結(jié)構(gòu)MR成像和語言測試，發(fā)現(xiàn)左半球上縱、弓狀束的FA值越低，其重復口語的能力就越低，卒中后的理解障礙與左半球弓狀束的FA值較低有關(guān)。而在右半球的同型束沒有發(fā)現(xiàn)。FREY等[32]發(fā)現(xiàn)，人腦中44區(qū)與上縱束第三支的頂下小葉貫通有明顯的聯(lián)系，而45區(qū)通過極端囊纖維復合物與顳上回相連。弓狀束將后顳上區(qū)與位于44區(qū)和45區(qū)上方的背外側(cè)額葉區(qū)8和延髓區(qū)6連接起來。劉作武等[33]發(fā)現(xiàn)，Broca失語癥由語言功能區(qū)或白質(zhì)纖維相關(guān)結(jié)構(gòu)的損傷引起。ANDRADE等[33]對語言障礙患者進行彌散張量成像(DTI)和纖維束成像檢查弓狀束的完整性，DTI和纖維束成像提示患者弓狀束嚴重受損。運動性失語患者不同程度存在以前端改變?yōu)橹鞯淖髠?cè)弓狀束的損傷，并且損傷程度與失語病情嚴重程度呈正相關(guān)關(guān)系，表明弓狀束是前后語言功能分區(qū)相互聯(lián)絡的重要通道[34]。弓狀束前部損傷使得Broca區(qū)聯(lián)系中斷或分離，出現(xiàn)語言功能聯(lián)系異常，說明弓狀束在語言加工過程中承擔了重要角色[35]。

以上研究均證實，腦卒中后失語癥的病變部位與大腦特定功能語言區(qū)及弓狀纖維束有密切關(guān)系。大腦特定功能語言區(qū)域弓狀纖維束的損傷是導致腦卒中后失語癥的主要因素，臨床也可以據(jù)此作為評估患者病情的影像學輔助工具。但對于不同類型的失語癥之間病變部位及機制的特點與不同，目前研究尚較為欠缺，需要進行更為深入或細致化的研究才能探知。

3．2康復機制當前腦卒中后失語癥康復機制的理論研究學說眾多，但言語功能恢復與大腦功能區(qū)結(jié)構(gòu)的病變情況轉(zhuǎn)歸之間的聯(lián)系并無統(tǒng)一的說法。其中包括不同機制：同側(cè)病灶周圍腦組織的激活、對側(cè)大腦鏡像區(qū)的補償、血流再灌注[36]、神經(jīng)可塑性[37]以及語言功能重組等。其中腦卒中失語癥發(fā)生的早期，語言功能可具有一定程度上的自我恢復，主要為血流再灌注機制在其中發(fā)揮主要作用，而神經(jīng)可塑性和功能重組則在言語功能恢復的晚期較為重要[38]。而DTI主要觀察腦白質(zhì)水分子的變化，許多學者則在同側(cè)病灶周圍腦組織的激活與對側(cè)大腦鏡像區(qū)的補償兩項機制進行了深入研究。

腦卒中后失語癥患者同側(cè)病灶周圍腦組織的激活，可能與言語功能的康復情況密切有關(guān)。SCHLAUG等[39]納入6例患有左半球卒中伴中重度非流利性失語癥患者，在給予75次強化言語治療前后均予DTI檢測，發(fā)現(xiàn)治療后相較治療前AF纖維數(shù)量和AF體積評估顯著增加，提示患者言語功能的恢復與AF重塑相關(guān)。表明左側(cè)大腦半球損傷病灶周圍區(qū)與語言功能恢復聯(lián)系緊密。

許多學者提出，對側(cè)大腦鏡像區(qū)的補償也是腦卒中后失語癥的康復機制之一，即在大腦左半球卒中患者中，大腦右半球鏡像區(qū)對言語功能有補償作用。WAN等[39]對11例慢性卒中后因左半球損傷致失語癥的患者進行擴散張量成像和語言測試，并在15周言語治療干預后再進行復測，發(fā)現(xiàn)實驗組與對照組相比右側(cè)大腦半球中額下回、后顳上回和后扣帶回下方的白質(zhì)部分各向異性有所FA降低。提示語言功能改善與右腦結(jié)構(gòu)變化具有密切的聯(lián)系。大腦雙側(cè)弓狀纖維束結(jié)構(gòu)進行一定程度上的重建，使得完整性較前提高，語言功能的恢復很可能與這種變化有密切關(guān)系。BONILHA等[40]證實，弓形束的完整性在言語功能恢復中起作用，區(qū)域性左半球的連通性以及同源右半球是失語癥恢復的關(guān)鍵。探究腦卒中后失語癥的康復機制對臨床診療具有指導性的作用，而從大腦組織結(jié)構(gòu)層面的改變來展開，更是從根本上去探究失語癥的實質(zhì)。

大腦白質(zhì)纖維束作為大腦神經(jīng)信號傳遞的重要通路，在腦卒中后失語癥的發(fā)生中起著重要的作用，但其機制還未闡明，可以利用DTI技術(shù)進行深入研究，用于客觀有效地評估卒中后失語癥，并探究卒中后失語癥的康復機制。