手掌触觉刺激诱发皮层感觉功能成像研究
作者：张 熙 张微微
单位：北京军区总医院神经内科邮政编码 100700
关键词：磁共振功能成像；躯体感觉；手掌触觉刺激
北京医学000601 【摘要】 目的 用磁共振功能成像(functional magnetic resonance,fMRI)技术研究建立恒定的感觉皮层功能图像检查方法。方法 7例健康受试者和1例左顶部脑肿瘤患者，均为男性。感觉刺激采用毛刷触刷右手掌面，刷动频率1Hz。fMRI图像检查采用1.5T场强、超高速自旋回波成像方法(EPI)。TR=3sec,TE=60ms,128×128矩阵，扫描层厚6mm，视野20cm。试验过程采用无刷动刺激(Rest)和触刷(stimuli)两种模式，重复三次，在4.5分钟内共采集450帧EPI图像。结果 原始数据经图像重建和显著性处理分析，受试者均获得对侧皮层感觉区功能信号，成功率100%。结论 用毛刷触刷法可获得理想的感觉功能图像。该项技术对脑内病灶的定向或手术治疗中避免正常结构的损害有指导意义。
, http://www.100md.com
fMRI of somatosensory cortex induced by tactile stimulation to palm and fingers
Zhang Xi,Zhang Weiwei
(Neurology Department,Beijing Military General Hospital,Beijing 100700)
【Abstract】 Objective To establish a stable method for detecting activated contralateral somatosensory cortex induced by tactile stimulation using functional MRI at 1.5 tesla.Methods Echo-planar imaging,TE=60ms,TR=3sec,flip angle=90,FOV=20cm,128×128 matrix,slice=6mm,was performed with sections at five axial level.The tactile stimulation was performed by brushing the right palm and fingers at rate 1 Hz in 7 normal volunteers and one patient with left parietal tumor.A paradigm consisting of two conditions,brushing palm stimulation (task) and no stimulation reference state (rest),was repeated three times.Results Task activation of the postcentral gyrus gave a significant signal increase in all subjects (100%).Conclusions Our results indicate that the brushing stimulation to the palm and fingers might be feasible for acquisition of sensory functional mapping.
, 百拇医药
【Key words】 fMRI Tactile stimulation Somatosensory
磁共振功能成像(functional magnetic resonance,fMRI)技术用于脑功能研究始于90年代初期，其成像原理是基于神经组织功能活动或兴奋时局部血流量增多，毛细血管床含氧血红蛋白增加高于去氧血红蛋白，形成局部区域去氧血红蛋白比值相对降低，即顺磁性物质减少，在超高速平面回波成像(echo planar image,EPI)下很大程度上可获得局部区域的高信号图像，该技术又称血氧水平依赖性对比成像(blood oxygenetion level dependent,BLOD)。它具有极好的空间和时间分辨率，无需使用外源性对比剂，在脑功能研究领域发展较快。近几年功能成像的临床研究也倍受重视，比如，对于优势半球语言功能区的判定，有望取代癫痫患者术前Wada测试法[1]，对运动、感觉、视觉、听觉及高级功能活动图像研究结果，可提供给术者，在术中避开功能结构、减少或避免对功能区的损害。
, 百拇医药
对皮层感觉功能图像的研究已有部分报道，但由于试验方法不同，功能图像检出率差别较大，Hara[2]以痛刺激掌面诱发的功能图像阳性率为80%，而其触觉图像检出率只有25%。
本项研究以毛刷反复触刷掌面，激活对侧中央后回上部皮层感觉活动，以建立稳定的感觉功能图像检查方法。
材料与方法
一、研究对象
7例自愿受试者均为健康男性，年龄28～38岁，右利手，无神经系统疾病、外伤及抽搐病史。1例右侧顶部脑胶质瘤患者，于术前进行了周边区域的感觉功能图像分布评价。
二、fMRI检查方法
1.仪器设备
, 百拇医药 采用1.5T GE signa MRI(Milwaukee,USA)。扫描时使用头线圈，常用场平面回波成像序列(EPI)，TR=3sec,TE=60ms 128×128矩阵，扫描层厚6mm，翻转角90°，视野(fov)20cm。
2.触觉刺激方法
用毛刷触刷手掌面以诱发对侧皮层感觉区兴奋。刷动装置：毛刷柄端与装置上的活塞连接，推动活塞的动力由MR室外的气压泵提供，气泵提供的气压变换经硬质塑料管与活塞连接，使活塞来回刷动，触刷范围包括整个掌面。刷动频率1Hz，装置开关由操作者在MR室外控制。
3.fMRI图像采集方案
受试者取仰卧位，头部固定于头支架内以避免因头部活动时出现伪影图像。右手掌面朝上。首先获得矢状位加权像，以此确定5个水平层面位置，手感觉区包括在所取层面范围内。功能图像扫描在静态(rest)和感觉诱发(stimuli)交替进行。首先进行45秒静态图像扫描，每个层面可得到15帧背景图像，接着启动刷动开关，持续刷动45秒。上述静态与感觉诱发各重复3次，在4.5分钟内，共摄取450帧EPI图像。
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三、fMRI原始数据处理与分析
采用Epirecon软件对上述原始数据进行图像再建处理，以三维功能图像分析软件包EvIdent对各层面功能图像进行t检验、显著性分析。考虑到刷手启动与获得功能图像之间存在时间差，每层连续扫描的前3帧图像在显著性分析前予以放弃。
结 果
7例受试者对侧皮层手感觉区各层面均获得功能图像(100%)，高信号主要分布在感觉皮层灰质内，而白质无功能信号，其他皮层功能区未见到高信号，五个层面的感觉信号区范围由下至顶侧渐缩小。图1～5(封底)所示每个层面手的感觉功能图像，黄色信号代表手感觉功能的皮层范围(P<0.0001)。当刷手刺激时，相应皮层感觉功能强度增高，静态时信号很低。图6(封底)显示左顶部胶质瘤患者手术前瘤体后部皮层功能图像，高信号范围为与肿瘤毗邻的感觉功能区。
讨 论
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fMRI用于脑功能研究十分活跃，在视、听、运动、语言及学习记忆等高级神经活动已有成功的研究报告[3～7]。但是，感觉刺激诱发的功能图像研究，因方法问题，图像的阳性获得率不恒定。Rao等[8]研究指动频率与功能信号强度的关系，发现指动越快其图像信号越强。本项研究用毛刷触刷掌面诱发感觉区皮层兴奋，尽管刷动频率只为1Hz，但是，实际上该毛刷对掌面是持续性触刷刺激，故其功能图像获得率较高(100%)。此方法对受试者无不适影响，易被受试者所接受。
fMRI对脑功能的研究，不但有助于揭示脑结构与功能的关系，也在临床神经病研究领域显示出明显的优势，比如，将fMRI对语言优势半球的研究与传统的Wada测试进行对比，一致性极好，可望取代Wada测试。此外，通过对脑功能区的确定，明确功能区与病灶的毗邻关系，在制定外科手术或定向治疗方案中以求最大限度地减少功能区的损害具有重要的参考价值。本研究中的脑肿瘤患者经手术治疗后，其对侧肢体的感觉功能得到了部分保留，表明此项检查在脑外科治疗中使术者尽可能避开功能结构有着重要的指导作用。
, 百拇医药
参 考 文 献
1.Binder JR,Swanson SJ,Hammeke TA,et al.Determination of language dominance using fMRI:a comparison with the Wada test.Neurology,1996,46:978.
2.Hara K,Shimizu H,Nakasato N,et al.Evaluation of various somatosensory stimulations for functional MRI.Brain & Nerve,1997,49:65.
3.Miki A,Nakajima T,Fujita M,et al.Functional magnetic nesonance imaging of primary visual cortex:evaluation of human afferent visual system.Japanese Journal of Ophthalmology,1995,39:302.
, http://www.100md.com
4.Pugh KR,Offywitz BA,Shaywitz SE,et al.Auditory selective attention:a fMRI investigation.Neuroimage,1996,4:159.
5.Van Ostende S,Van Hecke P,Sunaert S,et al.fMRI studies of the supplementary motor area and the premotor cortex.Neuroimage,1997,6:181.
6.Yousry TA,Schmid UD,Alkadhi H,et al.Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus.A new landmark.Brain,1997,120:141.
7.Barch DM.Brawer TS,Nystrom LE,et al.Dissociating working memory from task difficulty in human prefrontal cortex.Neuropsychalogia,1997,35:1373.
8.Rao SM,Bandettini PA,Binder JR,et al.Relationship between finger movement rate and functional magnetic resonance signal change in human primary motor cortex.Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism,1996,16:1250.
(本文图1～6见封底)
(收稿：1999-08-10 修回：2000-05-09), http://www.100md.com
单位：北京军区总医院神经内科邮政编码 100700
关键词：磁共振功能成像；躯体感觉；手掌触觉刺激
北京医学000601 【摘要】 目的 用磁共振功能成像(functional magnetic resonance,fMRI)技术研究建立恒定的感觉皮层功能图像检查方法。方法 7例健康受试者和1例左顶部脑肿瘤患者，均为男性。感觉刺激采用毛刷触刷右手掌面，刷动频率1Hz。fMRI图像检查采用1.5T场强、超高速自旋回波成像方法(EPI)。TR=3sec,TE=60ms,128×128矩阵，扫描层厚6mm，视野20cm。试验过程采用无刷动刺激(Rest)和触刷(stimuli)两种模式，重复三次，在4.5分钟内共采集450帧EPI图像。结果 原始数据经图像重建和显著性处理分析，受试者均获得对侧皮层感觉区功能信号，成功率100%。结论 用毛刷触刷法可获得理想的感觉功能图像。该项技术对脑内病灶的定向或手术治疗中避免正常结构的损害有指导意义。
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fMRI of somatosensory cortex induced by tactile stimulation to palm and fingers
Zhang Xi,Zhang Weiwei
(Neurology Department,Beijing Military General Hospital,Beijing 100700)
【Abstract】 Objective To establish a stable method for detecting activated contralateral somatosensory cortex induced by tactile stimulation using functional MRI at 1.5 tesla.Methods Echo-planar imaging,TE=60ms,TR=3sec,flip angle=90,FOV=20cm,128×128 matrix,slice=6mm,was performed with sections at five axial level.The tactile stimulation was performed by brushing the right palm and fingers at rate 1 Hz in 7 normal volunteers and one patient with left parietal tumor.A paradigm consisting of two conditions,brushing palm stimulation (task) and no stimulation reference state (rest),was repeated three times.Results Task activation of the postcentral gyrus gave a significant signal increase in all subjects (100%).Conclusions Our results indicate that the brushing stimulation to the palm and fingers might be feasible for acquisition of sensory functional mapping.
, 百拇医药
【Key words】 fMRI Tactile stimulation Somatosensory
磁共振功能成像(functional magnetic resonance,fMRI)技术用于脑功能研究始于90年代初期，其成像原理是基于神经组织功能活动或兴奋时局部血流量增多，毛细血管床含氧血红蛋白增加高于去氧血红蛋白，形成局部区域去氧血红蛋白比值相对降低，即顺磁性物质减少，在超高速平面回波成像(echo planar image,EPI)下很大程度上可获得局部区域的高信号图像，该技术又称血氧水平依赖性对比成像(blood oxygenetion level dependent,BLOD)。它具有极好的空间和时间分辨率，无需使用外源性对比剂，在脑功能研究领域发展较快。近几年功能成像的临床研究也倍受重视，比如，对于优势半球语言功能区的判定，有望取代癫痫患者术前Wada测试法[1]，对运动、感觉、视觉、听觉及高级功能活动图像研究结果，可提供给术者，在术中避开功能结构、减少或避免对功能区的损害。
, 百拇医药
对皮层感觉功能图像的研究已有部分报道，但由于试验方法不同，功能图像检出率差别较大，Hara[2]以痛刺激掌面诱发的功能图像阳性率为80%，而其触觉图像检出率只有25%。
本项研究以毛刷反复触刷掌面，激活对侧中央后回上部皮层感觉活动，以建立稳定的感觉功能图像检查方法。
材料与方法
一、研究对象
7例自愿受试者均为健康男性，年龄28～38岁，右利手，无神经系统疾病、外伤及抽搐病史。1例右侧顶部脑胶质瘤患者，于术前进行了周边区域的感觉功能图像分布评价。
二、fMRI检查方法
1.仪器设备
, 百拇医药 采用1.5T GE signa MRI(Milwaukee,USA)。扫描时使用头线圈，常用场平面回波成像序列(EPI)，TR=3sec,TE=60ms 128×128矩阵，扫描层厚6mm，翻转角90°，视野(fov)20cm。
2.触觉刺激方法
用毛刷触刷手掌面以诱发对侧皮层感觉区兴奋。刷动装置：毛刷柄端与装置上的活塞连接，推动活塞的动力由MR室外的气压泵提供，气泵提供的气压变换经硬质塑料管与活塞连接，使活塞来回刷动，触刷范围包括整个掌面。刷动频率1Hz，装置开关由操作者在MR室外控制。
3.fMRI图像采集方案
受试者取仰卧位，头部固定于头支架内以避免因头部活动时出现伪影图像。右手掌面朝上。首先获得矢状位加权像，以此确定5个水平层面位置，手感觉区包括在所取层面范围内。功能图像扫描在静态(rest)和感觉诱发(stimuli)交替进行。首先进行45秒静态图像扫描，每个层面可得到15帧背景图像，接着启动刷动开关，持续刷动45秒。上述静态与感觉诱发各重复3次，在4.5分钟内，共摄取450帧EPI图像。
, http://www.100md.com
三、fMRI原始数据处理与分析
采用Epirecon软件对上述原始数据进行图像再建处理，以三维功能图像分析软件包EvIdent对各层面功能图像进行t检验、显著性分析。考虑到刷手启动与获得功能图像之间存在时间差，每层连续扫描的前3帧图像在显著性分析前予以放弃。
结 果
7例受试者对侧皮层手感觉区各层面均获得功能图像(100%)，高信号主要分布在感觉皮层灰质内，而白质无功能信号，其他皮层功能区未见到高信号，五个层面的感觉信号区范围由下至顶侧渐缩小。图1～5(封底)所示每个层面手的感觉功能图像，黄色信号代表手感觉功能的皮层范围(P<0.0001)。当刷手刺激时，相应皮层感觉功能强度增高，静态时信号很低。图6(封底)显示左顶部胶质瘤患者手术前瘤体后部皮层功能图像，高信号范围为与肿瘤毗邻的感觉功能区。
讨 论
, http://www.100md.com
fMRI用于脑功能研究十分活跃，在视、听、运动、语言及学习记忆等高级神经活动已有成功的研究报告[3～7]。但是，感觉刺激诱发的功能图像研究，因方法问题，图像的阳性获得率不恒定。Rao等[8]研究指动频率与功能信号强度的关系，发现指动越快其图像信号越强。本项研究用毛刷触刷掌面诱发感觉区皮层兴奋，尽管刷动频率只为1Hz，但是，实际上该毛刷对掌面是持续性触刷刺激，故其功能图像获得率较高(100%)。此方法对受试者无不适影响，易被受试者所接受。
fMRI对脑功能的研究，不但有助于揭示脑结构与功能的关系，也在临床神经病研究领域显示出明显的优势，比如，将fMRI对语言优势半球的研究与传统的Wada测试进行对比，一致性极好，可望取代Wada测试。此外，通过对脑功能区的确定，明确功能区与病灶的毗邻关系，在制定外科手术或定向治疗方案中以求最大限度地减少功能区的损害具有重要的参考价值。本研究中的脑肿瘤患者经手术治疗后，其对侧肢体的感觉功能得到了部分保留，表明此项检查在脑外科治疗中使术者尽可能避开功能结构有着重要的指导作用。
, 百拇医药
参 考 文 献
1.Binder JR,Swanson SJ,Hammeke TA,et al.Determination of language dominance using fMRI:a comparison with the Wada test.Neurology,1996,46:978.
2.Hara K,Shimizu H,Nakasato N,et al.Evaluation of various somatosensory stimulations for functional MRI.Brain & Nerve,1997,49:65.
3.Miki A,Nakajima T,Fujita M,et al.Functional magnetic nesonance imaging of primary visual cortex:evaluation of human afferent visual system.Japanese Journal of Ophthalmology,1995,39:302.
, http://www.100md.com
4.Pugh KR,Offywitz BA,Shaywitz SE,et al.Auditory selective attention:a fMRI investigation.Neuroimage,1996,4:159.
5.Van Ostende S,Van Hecke P,Sunaert S,et al.fMRI studies of the supplementary motor area and the premotor cortex.Neuroimage,1997,6:181.
6.Yousry TA,Schmid UD,Alkadhi H,et al.Localization of the motor hand area to a knob on the precentral gyrus.A new landmark.Brain,1997,120:141.
7.Barch DM.Brawer TS,Nystrom LE,et al.Dissociating working memory from task difficulty in human prefrontal cortex.Neuropsychalogia,1997,35:1373.
8.Rao SM,Bandettini PA,Binder JR,et al.Relationship between finger movement rate and functional magnetic resonance signal change in human primary motor cortex.Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism,1996,16:1250.
(本文图1～6见封底)
(收稿：1999-08-10 修回：2000-05-09), http://www.100md.com
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