脊髓神经功能的功能磁共振成像研究

脊髓神经功能的功能磁共振成像研究 脊髓神经功能的功能磁共振成像研究 作者: 王伟东，孔抗美，吴仁华,摘要,随着功能磁共振成像(fMRI)技术在脑功能研究方面的广泛应用，脊髓fMRI研究也在逐步展开。通过动物实验及临床试验，发现fMRI可对相应脊髓神经功能区进行定位，突破了既往仅在解剖学、生理学和病理生理学研究的格局，对刺激后脊髓神经活动有了新的发现和深入理解，并在临床中得到了初步应用。 ,关键词,脊髓;功能磁共振成像 功能磁共振成像(fMRI)技术是利用脑组织被激活时血氧水平尤其是磁敏感性的变化导致T2弛豫时间的变化来成像的,1,4,，并成为研究正常脑功能活动及临床实践的一个重要手段。目前关于应用fMRI研究脊髓神经功能的报道不多。这主要是由于脊髓本身的结构形态细长，伴有明显的脑脊液搏动效应，加上心脏和呼吸的影响，相关功能研究受到技术限制。Yoshizawa等,5,通过手运动刺激对健康志愿者进行颈脊髓的功能成像，fMRI检测到颈脊髓功能激活区域和理论对应区域相一致，并认为用fMRI技术检测脊髓神经功能是可行的。后续研究提示合理应用fMRI技术将有望对脊髓功能定位、疗效监测、治疗指导等方面的研究具有重要的临床意义。 1 正常脊髓的fMRI研究 11 运动刺激的脊髓fMRI特征 上肢运动刺激可引起颈脊髓灰质中间外侧区域的激活，同时也引起脊髓前角的信号轻度增强。有人对健康志愿者进行最大力度握拳(频率2Hz)实验，以第7颈椎为中心行15T_fMRI研究，提示血氧水平依赖(BOLD)效应图像信号强度值约为48%,5,。激活区域位于同侧脊髓中部和前角灰质，包括运动神经元、皮质脊髓束的终端神经轴突和供应脊髓神经元的毛细血管。Stroman等,6,应用30T_fMRI技术研究颈脊髓的BOLD效应成像，发现运动刺激时颈脊髓功能激活区信号增强值约为70%，静息时信号恢复正常。有认为运动刺激可以单独或同时激活同侧C6,T1脊髓前角或后角神经功能区。Madi等,7,用15T_fMRI技术对运动刺激后颈脊髓神经功能激活的成像进行分析，发现激活区域与颈脊髓的实际解剖位置相一致，并具有相当的可靠性。实验结果提示在所有对象的图像中均有BOLD效应，信号增强值为05%,70%。相同运动刺激条件下，运动量大小与信号增强具有线形相关性。功能激活区分布于整个脊髓，主要激活区与实际对应的脊髓解剖位置相一致。例如，屈肘运动(肱二头肌对应C 5、C6)引起C 5、C6 fMRI信号改变，伸腕(桡侧腕长、腕短伸肌对应C6,7)在5/6实验对象的图像中有C6,7fMRI信号改变。张劲松,8,对7例健康右利手志愿者进行握拳、屈腕及穴位按压试验，采用15T磁共振系统，运用单次激发平面回波成像(EPI)扫描序列进行颈脊髓功能成像并进行BOLD功能分析，结果发现7例均不同程度激活相应脊髓兴奋区，握拳试验和屈腕试验主要激活C4,T1支配区，信号增加强度一般在10%,20%之间。 下肢运动刺激同样可以应用BOLD_fMRI技术观察腰脊髓神经功能的激活情况。研究发现双侧下肢踝关节主动运动时，激活区同时位于腰脊髓的运动及感觉功能区，主要有S2,3脊髓的左侧前后角、L5脊髓两侧前角、L1,4脊髓两侧前后角，信号增加强度一般在(119?10)%之间;而被动运动时，腰脊髓下段运动及感觉 功能区同时激活，上段只有运动功能区激活，主要有S2,3脊髓两侧后角、L4右侧前角及中部、L1,3两侧前角，信号增加强度一般在(124?11)%之间,9,。 12 感觉刺激的脊髓的fMRI特征 研究发现冷刺激手和前臂不同皮肤感觉区后，脊髓神经激活区所在层面与感觉区域密切相关,10,。结果表明刺激右手掌拇指区相当于刺激正中神经，颈脊髓激活区分布在C5,8，以C6最为明显;刺激小指区相当于刺激尺神经，对应颈脊髓激活区分布在C7和C8，而C6激活不明显;刺激前臂肘区相当于刺激前臂外侧皮神经，对应脊髓激活区分布在C5,6，向下延伸至C7有稍低信号激活,10,。Stroman等,11,还通过温度刺激L4脊髓感觉分布区，fMRI脊髓功能激活区成像主要位于同侧脊髓后角(第?,?细胞层)，脊髓中央灰质区(第?细胞层)也有较为明显的激活;脊髓前角第?细胞层同样可以观察到激活，可能是前‎‎角运动神经元对感觉刺激负反射的结果所致;前正中裂激活现象可能是其本身血管血流量改变引起。在对侧脊髓也有激活现象，但并不明显，激活区多数位于后角及中部灰质。激活信号增加值与刺激温度高低相关，29?刺激时信号增加(26?11)%，15?时(32?05)%，10?时(70?09)%。10?刺激主要通过皮肤伤害感受器引起激活，激活区明显位于同侧脊髓后角(第?,?细胞层)的表层，而灰质前角及中部激活明显减少;对侧后角区及中部运动区(第?细胞层)也有更为明显的激活。 电刺激肘部正中神经后引起下段颈脊髓(主要为C4,T7)功能区的激活,12,，信 15%。Backes等,12,对电刺激肘部正中神经(频率1Hz，电流20,号增强约8%, 40mA)进行BOLD_fMRI分析。矢状面fMRI提示7例实验对象中有5例出现颈脊髓下段激活，而横断面(C6,7)fMRI只有2例出现激活。研究结果并未发现电刺激后脊髓在横断面的具体激活区域。 13 穴位刺激的脊髓fMRI特征 有人对7例健康右利手进行穴位按压试验(常用合谷穴)，结果显示兴奋点分布较散在，信号增加强度略低。虽然C4平面激活频率较高，但总体而言，按压穴位引起的激活点信号增加强度值较低，且分布比较散在，缺乏集中性，甚至C2(超出臂丛范围)亦受到明显激活,8,。由于腧穴的传导机理不明，尚不能用目前的神经系统理论加以解释，因此功能磁共振成像的研究有望对此进行更深入的研究。 2 脊髓损伤的fMRI研究 近几年，脊髓fMRI开始被应用到脊髓损伤的研究。通过热刺激应用fMRI技术对正常及损伤脊髓进行功能成像的研究结果表明，在热刺激条件下应用fMRI技术能检测到于脊髓损伤水平下有相对固定的神经功能激活区,11，13,。肯定了脊髓fMRI技术的可靠性及其临床应用意义。实验通过对小腿内的热刺激可以激活脊髓的腰段，正常对照组提示主要激活区域位于同侧，尤其是在脊髓的后角、中部及前角(功能区)。这可能与脊髓对热刺激的负反射作用有关,16,。同时发现对侧有较少显着激活区，主要集中在前角与中部。不完全脊髓损伤组激活情况 ?具有感觉功能组，脊髓对热刺激的激活情况与正常对照组相似; ?未具有感觉功能组激活比正常对照组少，于同侧前角区明显减少。而完全脊髓损伤组，根据损伤脊髓的水平，激活呈多样化。同侧前角区域激活更少，而同侧及对侧前角脊髓灰质均明显激活。因此，认为脊髓前角灰质神经元功能的激活是对冷或有害刺激的一种反射，这与脊髓损伤后下传通路的中断有关。正常和损伤脊髓的 功能激活区域对温度刺激(15,29?)的信号增加强度值相似(约为20%,30%)，低 于这个温度(10?)刺激的信号增加强度值更大(70%,80%),11，13,。