目的:采用弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)技术探讨传导束功能对卒中后失语(post-stroke aphasia,PSA)影响｡
方法:纳入PSA患者14例,同时招募性别､年龄匹配的健康人18例作为对照｡收集一般临床资料､西方失语成套测验(Western aphasia battery,WAB)结果,对两组被试进行DTI 检查并分析数据,研究弓状束(arcuate fasciculus,AF)､上纵束(superior longitudinal fasciculus,SLF)､下纵束(inferior longitudinal fasciculus,ILF)损伤与PSA 发生相关性｡
结果:PSA患者存在优势侧AF､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ､ILF损伤,纤维束的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)､纤维数量､纤维长度皆明显下降(P<0.05),而优势侧SLF-I､非优势侧AF､SLF-Ⅰ､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ则无明显损伤(P>0.05),失语症组非优势侧ILF 纤维数量明显少于健康对照组(P<0.05),但FA 值､纤维长度未见明显下降(P>0.05)｡进一步对AF､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ､ILF损伤与失语症WAB评定结果进行相关性分析,发现具体单束纤维束损伤和WAB的失语商､自发言语､听理解､复述､命名得分都无明显相关性(P>0.05)｡
结论:优势侧大脑AF､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ､ILF损伤是PSA发生的重要中枢机制｡
关键词 卒中后失语;白质纤维束;弥散张量成像
论文《卒中后失语恢复期语言相关脑白质纤维束的偏侧化研究》发表在《中国康复医学》，版权归《中国康复医学》所有。本文来自网络平台，仅供参考。
卒中后失语恢复期语言相关脑白质纤维束的偏侧化研究
卒中后失语(post-stroke aphasia,PSA)是一种 获得性言语障碍,大约1/3 的卒中患者被诊断为失 语症 [1]｡随着现代影像学技术和解剖技术的快速发 展,发现语言功能区分布于多处皮层甚至皮层下,越 来越多研究也着重于探究白质纤维通路如何连接这 些语言功能区最终形成复杂精密的语言网络｡弥散 张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是一种磁 共振成像模式 [2],可以在微观水平上评估神经通路 的完整性,有助于诊断PSA 并进行机制探索 [3]｡各 向异性分数(fractional anisotropy,FA)是DTI 中最 常用来定量分析各项异性的指标,FA 的值范围从0 到1,FA值越大,表明大脑的白质纤维束走行方向的 一致性越好和神经髓鞘结构的完整度越高;反之则 说明纤维束受损越严重,研究认为DTI 有助于诊断 PSA 并进行机制探索 [4]｡2007 年,Hickok 和Poeppel 在前期经典模型基础上,结合语言的白质纤维传导 通路,提出了听觉语言加工的双流模型,该模型认为 语言通路存在两条网络通路,背侧通路和腹侧通 路 [5]｡上纵束(superior longitudinal fasciculus, SLF)/弓状束(arcuate fasciculus,AF)通路是背侧 通路的重要白质纤维连接通路,下纵束(inferior longitudinal fasciculus,ILF)通路则为腹侧通路解 剖上的重要白质纤维连接通路｡作者前期将SLF分 为Ⅰ､Ⅱ和Ⅲ三个束进行研究,发现Ⅱ束和Ⅲ束而不 是Ⅰ束受损参与PSA发生 [6]｡PSA发生的白质纤维 束机制尚未完全明确｡本研究拟采用DTI对PSA中 枢机制进行探索,主要研究AF､SLF 和ILF 在其中 所起作用,以期为预后判断､中枢干预提供依据｡
1 资料与方法
1.1 研究对象
选取2018 年1 月至2019 年12 月在我院康复医 学科住院且符合上述标准的PSA患者14例,所有患 者均接受了综合评估,包括病史和神经系统检查,神 经心理测试以及神经影像学检查｡另招募年龄､性 别､受教育年限与失语症组匹配的健康受试者18例 设为对照组｡两组受试者均为右利手,既往没有脑 器质性病变,无滥用精神类药物病史,并签署知情同 意书,本研究经我院医学伦理委员会批准,批准号为 (2015)临审第(259)号｡
1.1.1 纳入标准:①符合《中国急性缺血性脑卒中诊 治指南》 [7]和《中国脑出血诊治指南》 [8]首次诊断为缺 血性脑卒中或脑出血的患者,头颅MRI 或CT 检查 明确左侧大脑半球存在梗死或出血病灶;②西方失 语成套测验(Western aphasia battery,WAB)的失 语商(aphasia quotient,AQ)<93.8 分;③年龄在 30-75岁,右利手;④病程1-6个月;⑤神智清晰; 能够配合完成WAB评估和DTI检查;⑥自愿参加本 研究;本人或监护人愿意签署知情同意书｡
1.1.2 排除标准:①既往影响脑功能的疾病,如精神 类疾病､脑部器质性病变等;②有严重视听障碍､认 知障碍､构音障碍;③存在DTI 检查的禁忌证;④病 情不稳定,如恶性高血压､心力衰竭等｡
1.1.3 一般资料:本研究纳入PSA 患者共14 例,其 中男性10 例(占71.4%),女性4 例(占28.6%);最小 年龄37 岁,最大年龄72 岁,平均年龄(53.93±10.92) 岁;病程1-6个月,病程中位数4.5个月,WAB评定 AQ最小值1.8,最大值90.0,平均AQ 44.90.±29.94; 根据WAB评定的具体失语类型见表1｡
1.2 评定方法
1.2.1 言语功能评估:由经过专业培训的康复医学 科言语治疗师进行评定,采用WAB 评估14 例失语 症患者的言语功能｡同时根据评估结果计算得到 AQ｡
1.2.2 磁共振扫描:采用GE Signa 3.0 T超导型磁 共振成像仪对2组受试者进行头颅磁共振影像学检 查｡在进行头颅磁共振扫描前,以海绵隔音耳塞塞 住双耳,将头位尽量摆正,并将两块海绵放置于被试 双耳与检查线圈之间以固定头位,减少检查过程中 头动｡检查前告诉患者大概扫描时间(20min),并告知尽量在扫描过程中保持头部不动(严重听理解障碍患者配合肢体语言告知)｡所有受试者先进行T1 结构像的采集,然后再进行DTI扫描｡T1结构像采 集序列为T1-weighted 3-dimensional magnetization prepared rapid-acquisition gradient-echo,具体扫描 参数如下:重复时间TR 为2530ms,回波时间TE 为 2.34ms,反转时间为1100ms,翻转角为7°,视野FOV 为(256×256)mm 2,矩阵大小为256×256,层厚为 1mm,层数为192 层｡DTI 数据采集序列为singleshot spin-echo echo planar imaging sequence,具体 扫描参数如下:重复时间TR为8900ms,回波时间TE 为86ms,b-value=0 和1000s/mm 2,层厚为2mm,层数 为70 层,矩阵大小为128×128,视野大小FOV 为 (256×256)mm 2,扩散方向为64,分辨率为(2×2×2)mm 3｡
1.2.3 影像学数据处理:采用FSL 软件进行数据处
理,具体处理过程包括如下步骤:利用MRIcron软件 中的dcm2nii.exe 工具,将原始数据DICOM 转换为 NIFTI 格式｡采用FSL v5.0和SPM8 软件对DTI 图像进行预处理,包括头动涡流校正､梯度方向校正,获取大脑 mask､张量计算,最终得到FA 指标｡用Diffusion Toolkit进行全脑纤维的确定性追踪｡将纤维追踪的终止条件设置为转角阈值>45°或FA 值<0.2｡通过Trackvis软件浏览个体原始空间中的纤维追踪结 果,过滤掉长度<5mm的纤维,并统计全脑纤维的 数量､长度｡用Mricron Trackvis软件手绘感兴趣区(region of interest,ROI) [9-10]｡用TrackVis 进行基于ROI 的AF､SLF-Ⅰ､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ､ILF 纤维确定性追踪｡最终得到这些纤维束的FA 值､纤维数 量､纤维长度结果｡ 1.3 统计学分析 采用SPSS 20.0版统计学软件对数据进行统计 学分析｡计量资料以均数±标准差表示,两组间正 态分布的计量资料采用双样本t 检验,非正态分布 的计量资料采用非参数检验;计数资料以例数和百 分率表示,组间比较采用χ 2检验,不宜进行χ 2检验 时,采用秩和检验或Fisher 确切概率法｡最后,用 Pearson相关分析去检测DTI相关指标与WAB得分 是否相关｡即基于双样本t 检验的结果,提取存在 显著性意义的DTI 相关指标,然后计算这些指标与WAB 得分的皮尔逊相关系数｡P<0.05 为差异有显 著性意义｡
2 结果
2.1 两组受试者AF DTI张量指标结果比较 失语症组优势侧FA 值低于对照组(P<0.01), 纤维数量明显少于对照组(P<0.05),纤维长度较对照组短(P<0.01);两组间非优势侧FA 值､纤维数量､纤维长度无显著性意义(P>0.05),见表2｡
2.2 两组受试者SLF DTI张量指标结果 2.2.1 两组受试者SLF-ⅠDTI张量指标结果:优势 侧和非优势侧的FA值､纤维数量､纤维长度失语症组和对照组间差异无显著性意义(P>0.05),见表3｡
2.2.2 两组受试者SLF-ⅡDTI张量指标比较结果: 失语症组优势侧FA 值低于对照组(P<0.05),纤维传导性失语 Broca失语 Wernicke失语 命名性失语 Broca失语 Wernicke失语 Broca失语 传导性失语 完全性失语 Broca失语 Wernicke失语 命名性失语 Broca失语 完全性失语数量明显少于对照组( (P<0.05) ),纤维长度较对照组 (P<0.05) );两组间非优势侧FA 值､纤维数量､纤 维长度没有显著性意义( (P>0.05) ),见表4
2.2.3 两组受试者SLF-ⅢDTI张量指标比较结果: 失语症组优势侧FA 值低于对照组( (P<0.05) ),纤维 数量明显少于对照组( (P<0.05) ),纤维长度较对照组 (P<0.05) );两组间非优势侧FA 值､纤维数量､纤 维长度没有显著性意义( (P>0.05) ),见表5
2.3 两组受试者ILF DTI张量指标比较结果
失语症组优势侧FA值低于对照组( (P<0.05) 维数量明显少于对照组( (P<0.05) ),纤维长度较对照 组短( (P<0.05) );失语症组非优势侧纤维数量明显少 于对照组,差异有显著性意义( (P<0.05) ),而两组间 FA值及纤维长度无显著性意义( (P>0.05) ),见表6
2.4 失语症组患者白质纤维束DTI 张量指标结果 与WAB相关性结果
基于双样本t 检验的结果,提取两组受试者存 在显著性意义的DTI 相关指标,计算这些指标与 WAB得分的皮尔逊相关系数,未发现存在显著相关 (P>0.05)
表2 两组受试者弓状束(AF)DTI张量指标比较
(x±s)
| 组别 | 优势侧 | | | 非优势侧 | | |
| FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) | FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) |
| 失语症组 | 0.389±0.034 | 487.93±311.105 | 29.978±10.429 | 0.468±0.038 | 926.50±261.485 | 42.456±9.731 |
| 对照组 | 0.474±0.019 | 706.44±217.725 | 40.231±6.733 | 0.481±0.027 | 835.17±300.027 | 44.655±10.942 |
| t 值 | ﹣ 8.905 | ﹣ 2.338 | ﹣ 3.197 | ﹣ 1.132 | 0.903 | ﹣ 0.592 |
| P 值 | 0.000 ② | 0.026 ① | 0.004 ② | 0.267 | 0.374 | 0.559 |
注: (1) P<0.05 2P<0.01
表3 两组受试者上纵束I(SLF-I)DTI张量指标比较结果
(x±s)
| 组别 | 优势侧 | | | 非优势侧 | | |
| FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) | FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) |
| 失语症组 | 0.542±0.028 | 114.57±57.679 | 59.333±11.619 | 0.531±0.037 | 90.71±37.637 | 52.044±7.497 |
| 对照组 | 0.558±0.026 | 112.83±44.503 | 59.171±8.221 | 0.540±0.032 | 96.72±44.649 | 54.101±8.823 |
| t 值 | ﹣ 1.656 | 0.096 | 0.044 | ﹣ 0.726 | ﹣ 0.404 | ﹣ 0.698 |
| P 值 | 0.108 | 0.924 | 0.965 | 0.473 | 0.689 | 0.491 |
表4 两组受试者上纵束Ⅱ(SLF-Ⅱ)DTI张量指标比较
(x±s)
| 组别 | 优势侧 | | | 非优势侧 | | |
| FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) | FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) |
| 失语症组 | 0.271±0.180 | 60.43±68.357 | 30.967±23.556 | 0.484±0.043 | 246.14±97.646 | 63.445±13.591 |
| 对照组 | 0.501±0.023 | 164.56±91.491 | 63.152±12.115 | 0.490±0.030 | 229.17±118.037 | 64.607±9.059 |
| t 值 | ﹣ 4.745 | ﹣ 3.552 | ﹣ 4.656 | ﹣ 0.461 | 0.434 | 0.290 |
| P 值 | 0.000 ① | 0.001 ① | 0.000 ① | 0.648 | 0.667 | 0.774 |
注:①P<0.01｡
表5 两组受试者上纵束Ⅲ(SLF-Ⅲ)DTI张量指标比较
(x±s)
| 组别 | 优势侧 | | | 非优势侧 | | |
| FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) | FA | 纤维数量(根) | 纤维长度( mm ) |
| 失语症组 | 0.186±0.195 | 39.79±51.248 | 21.576±25.089 | 0.476±0.045 | 240.29±117.796 | 57.760±10.140 |
| 对照组 | 0.497±0.026 | 186.33±85.578 | 61.453±13.734 | 0.492±0.027 | 218.56±131.711 | 59.938±10.207 |
| t 值 | ﹣ 5.932 | ﹣ 5.655 | ﹣ 5.355 | ﹣ 1.304 | 0.484 | ﹣ 0.600 |
| P 值 | 0.000 ① | 0.000 ① | 0.000 ① | 0.202 | 0.632 | 0.553 |
(1) P<0.01
表6 两组受试者优势侧下纵束(ILF)DTI张量指标比较
(x±s)
3 讨论
本研究发现,PSA 患者存在明显的优势侧语言 相关白质纤维束损伤,AF､SLF-Ⅱ､SLF-Ⅲ､ILF 的 FA､纤维数量､纤维长度明显下降,这些关键白质纤 维束损伤导致语言网络连通受损,可能是PSA发生 的重要中枢机制之一｡双流模型是当代最具影响力 的大脑语音和语言组织的神经心理学模型之一,该 模型主要强调皮层区域之间的连接｡双流模型描述 了两条处理路线,即背侧流和腹侧流,它们分别支持 语音产生和语音理解 [11]｡AF 在语言通路中的关键 作用毋庸置疑｡AF 被认为是语言双流模型中背侧 流的主要纤维束,AF的损伤会引起如命名､复述､阅 读障碍等多种语言问题,其结构连接改变与语言功 能改善成正相关 [12]｡本研究中也发现PSA患者中优 势侧AF 的FA､纤维数量､纤维长度都明显下降,提 示存在明显AF损伤｡本研究同时发现与正常对照 相比较,失语症被试存在明显的优势侧SLF-Ⅱ､ SLF-Ⅲ损伤,纤维束FA 值､纤维数量､纤维长度皆 明显下降,而SLF-Ⅰ则无明显损伤｡证实了SLFⅡ､SLF-Ⅲ而不是SLF-Ⅰ损伤导致PSA 的发生,这 与既往研究一致,SLF-Ⅱ被认为起源于枕叶中前部/ 角回,经枕叶前部/顶下小叶/中央叶中部/额中回,终 止于额中回(侧额极) [13-14],其主要功能是参与工作 记忆和空间注意;SLF-Ⅲ将前顶下小叶与腹侧运动 前回和额后下回连接起来 [15],属语音产生和感知通 路,优势侧SLF-Ⅲ主要功能是参与发音调节｡相较 AF 和SLF,ILF 通路在PSA 发生的机制则存在争 议｡有研究认为ILF损伤会导致视觉失认症和面容 失认症､语义和词汇检索困难､失读症以及视觉情绪 识别障碍 [16]｡另一研究发现亚急性期PSA的命名恢 复与右侧而非左侧ILF完整性呈正相关 [17]｡更有有 研究认为其在语言功能定位存在争议,损伤ILF 并 不会导致语言障碍 [18]｡本研究发现,与对照组相比, PSA 组优势侧ILF 三项指标(FA 值､纤维数量和长 度)均显著受损,而非优势侧ILF有纤维数量显著减 少｡由此提示,优势侧ILF受损参与PSA发生,而非 优势侧ILF 指标的意义则需要进一步探讨｡因此, 本研究发现,与优势侧相比,非优势侧AF､SLF-Ⅱ､ SLF-Ⅲ､ILF则无明显损伤,说明PSA发生机制存在 明显中枢偏侧化｡
本研究进一步进行相关性分析,发现单束纤维 束损伤和PSA患者WAB的AQ､自发言语､听理解､ 复述､命名得分未见显著相关,提示PSA 的中枢损 伤机制更倾向于整体语言网络的连接破坏而不是单 个语言中枢或单束语言纤维束损伤｡这也符合目前 研究认为有很多皮层､皮层下区域､白质纤维参与构 成语言网络 [19]｡同时临床PSA患者往往也表现为多 个语言功能受损如听理解､表达､命名､阅读而仅仅 单个语言功能受损较少｡正如WAB 的AQ 所反映 的那样,其中构成AQ的四个因素中的三个(言语流 畅度､言语重复和命名)依赖于言语产生,整体失语 严重程度与广泛的皮质网络损伤有关,主要涉及背侧流,在较小程度上涉及腹侧流｡PSA 所致临床语 言功能障碍更多与整体中枢语言网络连通受损相 关,包括皮层已知的语言中枢和更多尚未明确的中 枢及其中的广泛白质纤维连接｡因此,针对失语症 的康复,除言语和语言治疗外,同时需要关注促进语 言网络重塑的中枢治疗｡
本研究为小样本横断面观察性研究,存在一定 局限性,如入组病例采取整月报告,其中4例处于病 程边界,因样本量较小,故仍将这4 例患者纳入研 究,同样因样本量原因,未能对不同病程､不同分类 的PSA患者进行分层研究;在语言功能评估方面也 存在一定不足,WAB的评估并不能很好反映PSA患 者语言功能障碍,未来需要结合更多语言专项测试 如反应时､命名测试等方法来更精准评估语言功能｡
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