多语言任务功能磁共振指导国人语言区动静脉畸形切除手术

邓晓峰，蔡呼苏乐，王培炯，王波，张东，王硕，曹勇，赵继宗，张岩

语言是人类相对特有且重要的功能。重要的语言区除传统Broca区与Wernicke区外，对于国人，还有优势半球额中回[1-5]。因此，对于国人语言区病变，如需行开颅手术治疗，需在术前较全面定位各个语言区，用于指导手术入路，以期降低术后语言功能障碍发生率。本课题组前期设计了一套针对汉语语言区的多语言任务用于功能磁共振（functional MRI，fMRI），包括同义字判断、单字朗读与听力理解任务，并将其应用于正常人群及语言区病变患者，结果显示该组任务能够较准确且相对全面地定位国人语言区[6]。

动静脉畸形（arteriovenous malformations，AVM）是一种先天性脑血管疾病[7]，研究显示累及优势半球语言区或位于语言区附近的AVM患者，其语言中枢可能发生功能重塑，尤其是右侧半球对应脑区的重塑[8-9]。目前对这种语言区右侧半球重塑的临床意义尚不清楚。本研究旨在将前期设计的多语言任务fMRI应用于语言区AVM患者，术前较全面激活主要语言区，术中使用神经导航系统指导手术入路及病变切除，术后评估语言功能变化，并探讨病变与激活区的关系对术后语言功能的影响。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象 2017年12月-2019年12月，连续性前瞻性纳入首都医科大学附属北京天坛医院神经外科收治的语言区AVM患者。

纳入标准：①爱丁堡利手量表评定为右利手；②母语为汉语；③年龄≥16岁；④能够配合fMRI检查；⑤AVM病变位于左侧大脑半球，并累及或靠近解剖定位上的语言区；⑥近1月内AVM无破裂出血史。

排除标准：①体内有金属植入物；②左利手或利手不明确；③文盲或不能良好配合fMRI检查的患者；④AVM出血在1个月以内；⑤既往行手术治疗过AVM；⑥合并其他颅内疾病。

语言区的定义：Broca区：传统Broca区[左侧额下回后部，为Brodmann分区（Brodmann area，BA）的44、45区]及中央前回腹侧部（BA 4区）；中国人汉语特有的语言中枢：左侧额中回（BA 9区）[10-11]；Wernicke区：左侧颞上回后部（BA 22区）、缘上回（BA 40区）、角回（BA 39区）。

1.2 临床指标收集及语言功能评估 收集患者的年龄、性别等人口学信息；收集症状、AVM病变位置、AVM的Spetzler-Martin分级（S-M分级）等临床指标。术前使用西方失语症语言量表（western aphasia battery，WAB）评估患者语言功能[12]。术后一周复查WAB明确有无语言功能障碍及程度，并与术前评分进行对比。

1.3 fMRI任务设计 使用3种语言任务，分别为同义字判断任务（对照：字符大小判断）、单字朗读任务（对照：舌水平运动）以及听力理解任务（对照：同一声音片段的倒序播放）[13]。任务采用组块设计，方式为“任务（24 s）-对照（24 s）-任务（24 s）-对照（24 s）……”，共6个周期（288 s）。所有汉字均来自《现代汉语频率词典》中，频率大于百万分之二十五。

1.4 磁共振数据采集 于中国科学院生物物理研究所（北京市磁共振脑成像中心）行MRI检查，采用西门子3T TrioTim磁共振扫描仪及标准12通道接收头线圈。先行定位像扫描，再行T2结构像扫描；然后在同样位置上扫描T2功能像[T2加权梯度回波，重复时间（repetition time，TR）2000 ms，回波时间（echo time，TE）29 ms，翻转角（flip angle，FA）90°，视野（field of view，FOV）220 mm×220 mm，矩阵64×64，体素大小3.4 mm×3.4 mm×4.0 mm]；最后行T1加权3D结构像扫描（TR 3560 ms，TE 5 ms，FA 7°，FOV 256 mm×256 mm，矩阵2 5 6×2 5 6，层厚1.0 m m，体素大小1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm）。

1.5 数据处理

1.5.1 偏侧化系数 在MATLAB2014b平台下使用SPM 12软件对数据行标准化预处理，然后使用XJview软件对数据进行分析，确定不同任务所激活的语言区位置并定量提取激活区体素。相关系数≥0.3（P＜0.001）并且连续像素数目（体素阈值）≥10的激活簇认为是有意义激活区（未校正）[8-9，13]。

感兴趣区（region of interest，ROI）定义：根据本课题前期研究，同义词判断任务、单字朗读任务的ROI定义为额中回及额下回，听力理解任务的ROI为颞上回、颞中回。分别提取不同任务左右半球各自ROI内的激活体素，并分别计算其偏侧化指数（laterality index，LI）。LI=（左半球激活区体素数-右半球激活区体素数）/（左半球激活区体素数+右半球激活区体素数）。LI＞0.20判定为左侧半球优势，＜-0.20判定为右侧半球优势；如在-0.20与0.20之间，则表示没有明显的偏侧性[14]。分别计算3种语言任务下各自的LI，并在不同任务之间两两比较其偏侧化的差异。

1.5.2 病变距语言区距离 使用Brainlab导航系统处理数据，测量病变距不同语言激活区的距离（lesion-to-eloquence distance，LED），取其最小值为参考值。根据术前fMRI结果设计手术入路，并在术中使用Brainlab导航系统行神经导航，避免语言功能损伤。

1.6 统计学方法 所有数据均使用SPS S（Windows version 18.0，IBM）进行统计分析。计量资料符合正态分布，则用表示，不符合正态分布，则用中位数（四分位数间距）表示，计数资料用率表示。术前和术后的WAB评分比较采用配对样本t检验；3项语言任务的偏侧优势率比较采用卡方检验。P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 共纳入31例患者，其中男性18例，女性13例，年龄16～51岁，平均30.6±10.3岁。主要临床表现包括癫痫14例（45.2%），头痛9例（29.0%），肢体运动障碍3例（9.6%），语言功能障碍2例（6.5%），但语言障碍这2例患者手术前均已好转，无症状6例（19.4%）。其中，4例（12.9%）患者有脑出血史，出血与fMRI扫描时间间隔1个月以上。

AVM病变位于额叶12例（38.7%），颞叶11例（35.5%），顶叶5例（16.1%），枕叶3例（9.7%）。S-M分级Ⅰ级患者2例（6.5%），Ⅱ级患者14例（45.2%），Ⅲ级患者12例（38.7%），Ⅳ级患者3例（9.6%）。最小LED：0～14.3 mm，平均5.5±3.4 mm。

2.2 语言功能 根据WAB结果，术前所有患者语言功能均正常；有2例患者术后出现语言功能障碍，一例表现为命名性失语，另一例表现为运动性失语。术后4项WAB分项评分（流畅性、听理解、复述、命名）及总分较术前均轻度下降，但均无统计学差异（表1）。

2.3 功能磁共振成像结果 所有患者均获得有效激活。同义字判断任务主要激活额中回（24/31，77.4%），其次是额下回、辅助运动区；单字朗读任务主要激活额下回（23/31，74.2%），其次是额中回（17/31，54.8%）、辅助运动区及中央前回；听力理解任务主要激活颞上回（30/31，96.8%），其次还有额中回、中央前回、顶下小叶以及辅助运动区（图1～图2，表2）。

3 项语言任务中，同义字判断任务有1例（3.2%）患者出现右侧半球优势，2例（6.5%）患者优势半球不显著；单字朗读任务有7例（22.6%）出现右侧半球优势，10例（32.3%）优势半球不显著；听力理解任务有6例（19.4%）出现右侧半球优势，2例（6.5%）优势半球不显著。单字朗读任务非左侧优势半球的比例（17/31，54.8%）显著高于同义字判断任务（3/31，9.68%，P＜0.001）及听力理解任务（8/31，25.8%，P=0.020）；听力理解任务的非左侧优势半球的比例高于同义字判断任务，但差异无统计学意义（P=0.096）（表3）。

2.4 术后语言功能障碍患者特点 2例患者术后出现新发语言障碍，其LED分别为0 mm和2.3 mm，且均为左侧半球优势；无语言障碍的29例患者平均LED为6.15±2.98 mm，仅有7例（24.1%）为左侧半球优势。

3 讨论

脑AVM是一种先天性血管性疾病，其主要临床表现是AVM破裂导致颅内出血、癫痫、头痛等。临床研究发现，未破裂出血的语言区AVM患者很少出现语言障碍，这与胶质瘤显著不同[8]。本课题组前期研究显示，此现象可能与AVM作为一种先天性病变、更容易出现语言功能重塑有关[8-9]。此外，课题组之前的研究还发现语言区重塑具有一定的解剖特异性，如病变累及Broca区，更容易引起右侧半球额下回的激活；如病变累及Wernicke区，更容易引起右侧半球颞上回的激活[15]。

不同语言任务所激活的脑区可能存在差异，导致基于不同语言任务的fMRI所判定的语言区优势半球可能不同[14，16]。因此需要一组较全面激活各个语言区的语言任务，综合判断语言区及各自的优势半球。同时，汉字是一种象形表义文字，大脑处理语言的方式与英语也存在一定差异[2，11，17-18]。研究显示，国人汉语语言区除了传统的Broca区和Wernicke区外，优势半球额中回也是重要的语言中枢，推测其在“字形-字义”和“字形-读音”的转化中可能起到重要作用[3，11，19-21]。

表1 术前、术后语言功能对比

图1 功能磁共振成像显示动静脉畸形患者不同语言任务激活不同脑区例1

图2 功能磁共振成像显示动静脉畸形患者不同语言任务激活不同脑区例2

表2 不同语言任务的主要激活部位及相应例数

因此，本课题旨在使用前期设计的多语言任务fMRI用于脑AVM患者，一是较全面激活国人主要汉语语言区，在病变切除过程中尽可能保护患者的语言功能；二是综合判断语言区优势半球，并进一步研究语言区优势半球的差异对预后的影响。

在语言区激活方面，3种语言任务各有对应的主要语言区。同义字判断任务主要激活额中回，其次是额下回，提示左侧半球额中回（BA 9区）在字义判断中可能起到重要作用[3]；单字朗读任务主要激活额下回，其次是额中回，提示传统Broca区在语言输出中起到重要作用，且额中回的激活提示BA 9区可能参与字形-字音转换[22-24]；听力理解任务主要激活颞上回，与既往研究一致[11]。

表3 不同语言任务对应的优势半球情况

在优势半球判定方面，3种语言任务的结果存在较大差异。其中，同义字判断任务仅有1例出现右侧半球优势，单字朗读与听力理解任务各有7例、6例出现右侧半球优势。推测该差异可能与病变部位有关，如前期研究显示，语言区重塑具有一定的解剖学特点[15]。同一患者的同一病变在不同的语言任务中可能导致不同的重塑模式。

在语言功能保护方面，本组患者术后总体WAB较术前无显著下降，仅2例患者术后出现新发语言功能障碍，提示使用该组语言任务定位语言区可有效保护患者的语言功能。

既往有很多研究分析术后语言功能障碍的危险因素，研究结果不尽相同。但基本一致的结论是病变距功能区越近，术后越容易出现语言功能障碍[25-28]。本研究在此方面的结果与既往文献一致。不同之处在于本课题使用3种语言任务综合分析语言区优势半球对预后的影响。在本研究中，语言障碍组左侧半球优势的比例为100%，而无语言障碍组左侧半球优势的比例为24.1%，已经表现出较明显的趋势，但因为语言障碍患者的样本量太小未行统计学检验，但根据结果推测使用该组3项语言任务所判断的语言区右侧半球优势可能是语言区AVM患者行手术治疗的保护因素。

本研究的主要不足之处在于纳入患者例数较少，不足以做较详细的统计学分析；同时没有分析纤维束成像与术后语言功能的关系，因此有待进一步研究。

综上所述，使用同义字判断、单字朗读、听力理解任务所组成的多语言任务行fMRI检查可较全面激活汉语主要语言区，有效保护语言区AVM患者的语言功能。不同任务的激活区及优势半球情况并不相同。推测病变距语言区距离＞3 mm及出现语言区右侧半球优势可能增加手术的安全性。

【点睛】术前使用同义字判断、单字朗读、听力理解任务所组成的多语言任务fMRI检查可较全面激活汉语主要语言区，有效保护语言区动静脉畸形患者的语言功能。