论文摘要
目的:关于针刺脑功能磁共振成像研究很多,但是各研究结果之间差异很大,因此进行可重复性研究成为评价针刺功能成像的重要环节,但是在国内尚未见到此类报道。作为针灸发源地的我国,更有进行此类研究的必要性。针对各研究之间差别很大这一缺陷,本研究利用功能磁共振成像（functional Magnetic ResonanceImaging,fMRI）平面回波序列（echo planar imaging,EPI）血氧水平依赖（bloodoxygenation level dependent,BOLD）技术分别针刺位于足阳明胃经（stomachmeridian,ST）上的足三里穴（ST36）和足少阴肾经（kidney meridian,KI）上的太溪穴（KI3）及非穴位点进行多次脑功能磁共振成像实验,探讨针刺特定穴位及非穴位点后引起的脑功能变化及其各功能区在脑内定位的异同和分布规律;并以右手对指运动作为对照组,探讨应用fMRI来观测针刺引起的脑功能活动区域信号变化的可重复性。方法:为了避免各种可能的干扰因素对每次实验结果造成影响,本研究中,每次实验采用完全相同的实验条件。每次实验均由同一针刺者,针刺相同的穴位,针刺过程中受试者针刺顺序,时间等因素都保持一致。其具体方法如下:选择无任何中枢神经系统症状及体征的健康在校大学生、硕士研究生志愿者12名,其中男性7人,女性5人,年龄20～30岁,平均年龄23岁。所有志愿者均为右利手,无任何不良嗜好及药物滥用史。实验前1周内无任何服药史及针灸史,女性志愿者避免月经期实验。对所有志愿者行5次完全相同的磁共振扫描过程,每一扫描过程中包括如下4次功能成像扫描:应用电针分别针刺足三里穴（ST36）、太溪穴（KI3）及非穴位点,右手对指运动（频率2HZ）作为针刺功能磁共振成像扫描的对照组。对于每一受试者,针刺足三里（ST36）、太溪（KI3）、非穴位点三点的顺序是随机的,但是在其余的4次实验过程中,顺序保持一致,且每次实验每一受试者扫描时刻保持一致。半数受试者对指运动在其它3个任务之前,半数在其它3个任务之后。每一志愿者的实验顺序采用随机抽签的方式决定,同一志愿者的相邻两次实验之间至少间隔两周。磁共振成像设备使用德国Siemens公司产1.5 T（Magnetom Sonata,SiemensMedical Solution,Germany）超导磁共振扫描仪,四通道相控阵头线圈,梯度场强度40 mT/m/s。每次实验过程中,首先进行解剖像及场图扫描。常规解剖像采用自旋回波（spin echo,SE）序列获得轴位T1WI（T1 weighted image）图像,扫描线平行于前连合与后连合之间的连线（AC-PC线）,扫描范围自额顶部头皮组织至颅底,覆盖整个大脑及小脑实质,共获得35层图像。成像参数TR=500 ms,TE=11 ms,层厚4 mm,层间隔0.4 mm,视野（FOV）200 mm,激励次数2,反转角度70°,矩阵192×75,带宽130 Hz/Px,成像时间4分54秒。采用与T1wI完全相同的扫描方位、层厚、层间距、层数、视野进行场图（field mapping）扫描和脑功能磁共振成像。功能像扫描采用BOLD法,成像参数为TR=3000 ms,TE=50 ms,激励次数1,反转角度90°,矩阵64×100,带宽2604 Hz/Px,成像时间12分21秒,共采集245次。针刺刺激实验采用ON/OFF模式进行组块设计,采用“OFF-ON-OFF”即“静息—刺激—静息”模式。功能成像BOLD序列245次采集过程中,第1～85次为静息状态,第86次采集开始时扎针并同时通电刺激,第165次采集结束时拔针,随后的第166～245次采集为静息状态。对指运动实验组块设计采用与针刺刺激相同的组块设计,受试者根据提示,用拇指弹示指与中指做对指运动,频率为2HZ。电针仪使用上海医疗器械高技术公司生产的G6805-2多功能治疗仪,采用连续波,频率2 Hz,电压6伏,电流可调范围为0.8毫安～4.0毫安。针刺针使用苏州医疗用品有限公司生产的“华佗牌”针灸针,规格为Φ0.35 mm×40 mm。实验前分别测量每位受试者的血压、呼吸频率及脉搏。所有受试者选择统一的视听屏蔽环境。用棉球塞紧外耳道并佩戴耳机、眼罩,磁体室内仅保留微弱灯光,供针灸者照明用。实验前保证每位志愿者至少静息30分钟。采用运行于Matlab平台的SPM99（SPM99,The Welcome Department ofCognitive Neurology,University College London,UK）分析软件将实验所得数据进行处理。为减少实验开始时扫描序列转换、噪音变频及受试者心理因素对实验结果的影响,数据处理时将针刺开始时的前5次采集得到的数据去除,共用240幅图像参加分析。图像经过对齐后,标准化到MNI（Montreal Neurologic Institute,加拿大蒙特利尔神经研究所）空间,采用8×8×8 mm半高宽高斯核平滑。平滑后的数据按照广义线性模型进行估计,刺激期间数据减去第1个静息状态数据出现阳性脑功能信号者为脑区信号升高或激活;反之,第1个静息状态数据减去刺激期间数据出现阳性脑功能信号者为脑区信号减低或抑制。结果叠加到标准脑上显示。数据分析采用个体分析和固定效应模式及随机效应模式组分析进行处理,为直接比较穴位针刺点及非穴位针刺点激活模式的不同,采用单因素方差分析（ANOVA,within-subiects）来比较不同刺激状态（针刺足三里、太溪及非穴位对照点）的激活模式。脑功能区域的解剖位置、Broadmann区（BA）定位、中心坐标由平均脑功能图得出。为探讨针刺脑功能成像的可重复性,观察每一受试者在每一功能扫描过程中脑功能激活图,并观察每次实验的组分析脑功能激活图。为定量比较针刺与对指运动脑功能磁共振成像的可重复性,选取相应的感兴趣区（Region Of Interest,ROI）,把所有志愿者在所有实验过程感兴趣区β值提取出来,进行组内相关分析,并计算组内相关系数（intra-class correlation coefficient,ICC）,来比较针刺组与对指运动组的可重复性。结果:12名志愿者中,10人完成了全部扫描过程,其中一名受试者经过2次实验后退出,另一名受者经过3次实验后退出。我们只对数据完整的10名志愿者的数据进行分析。在所有5次相同的实验过程中,针刺足三里（ST36）、太溪（KI3）两穴位,志愿者得气感觉及范围无明显差别;但是针刺两穴位点得气感觉及范围评分都大于非穴位针刺点（p值分别为p＜0.01,0.05）。通过对数据完整的10名志愿者进行的5次功能成像所有数据进行随机效应组分析显示:右手对指运动引起下列部位BOLD信号明显升高:左侧初级运动中枢（M1）,初级躯体感觉中枢（S1）丘脑及壳核,双侧前额叶皮质（supplementarymotor area,SMA）,岛叶/岛盖及小脑,前额叶脑回中部也可见BOLD信号升高;没有观察到信号减低区。针刺足三里（ST36）、太溪（KI3）均可见双侧中央后回及中央旁小叶,对侧丘脑,同侧小脑皮层,BOLD信号升高。此外针刺足三里（ST36）时可以看到左侧前额叶皮质及右侧丘脑激活,而针刺太溪（KI3）时,左侧岛叶,左侧颞叶亦可见激活区。针刺两点时均可以看到以下部位BOLD信号降低:双侧前额叶眶回,双侧扣带回,同侧海马复合体;此外针刺太溪（KI3）时,可见同侧小脑皮质信号减低。而针刺非穴位点时可见对侧丘脑、岛叶、双侧扣带回等部位BOLD信号增高,但是BOLD信号减低区广泛分布于脑组织,无法精确定位。经单因素方差分析针刺足三里及太溪有相似的激活模式,与针刺非穴位点有明显差别。从每一受试者在每一功能扫描过程中脑功能激活图来看,对于对指运动,同一受试者在不同次实验过程中BOLD信号及同一次实验过程中不同个体间的BOLD信号变化较为恒定,每次实验组分析结果脑激活图也较恒定;对于针刺三点,同一受试者在不同次实验过程中BOLD信号及同一次实验过程中不同个体问的BOLD信号均有较大变异,但每一次实验所有志愿者组分析结果相对恒定。定量比较对指运动及针刺三点引起的脑功能信号变化的可重复性,对针刺三点及对指运动各激活区进行组内相关性分析,计算组内相关系数,对指运动各激活部位组内相关系数明显高于针刺组（p＜0.05,Kruskal-Wallis检验）。结论:1.针刺足三里穴（ST36）、太溪穴（KI3）,志愿者得气感觉及针刺过程中脑功能区活动平均信号变化有着相似的模式;针刺非穴位点,引起的脑功能区激活模式与针刺上述两穴位点明显不同。2.针刺脑磁共振功能成像的可重复性明显低于对指运动对照组。这反应了相对于对指运动,针刺引起的脑功能信号变化信噪比较低,阈值之上的小幅度激活测量的可靠性较差。3.多次针刺脑磁共振功能成像,尽管所有志愿者在每次实验中激活模式存在较大的变异,但每次实验所有志愿者数据经组分析所得到的脑激活模式变异较小,功能磁共振成像仍是研究针刺对中枢神经系统平均作用的一种重要方法。4.同一受试者在每次相同实验过程中脑激活模式有一定的变异,应用fMRI来研究针刺脑功能活动时,为了解针刺某特定穴位点特定个体脑激活模式,需行多个时相的功能磁共振扫描,以获得精确的脑激活模式图像。