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研究背景及目的:近期研究表明,皮质红核脊髓束在脑中风后运动功能障碍和功能恢复中也起着重要作用。本研究在体素水平上研究慢性基底节和桥脑中风患者红核纤维束各分支的微结构变化的差异以及红核纤维束各分支的受累情况与运动功能损伤之间的关系。研究内容及方法:在本研究中,我们首先基于HCP数据集100名健康受试者的弥散谱成像（diffusion spectrum imaging,DSI）数据,对红核纤维束分支,包括皮质红核束（corticorubral tract,CRT）、齿状核红核束（dentatorubral tract,DRT）和红核脊髓束（rubrospinal tract,RST）以及皮质脊髓束（corticospinal tract,CST）进行重建,并构建上述纤维束的组水平概率图。本研究另纳入93例基底节中风（capsular stroke,CS）患者,38例脑桥中风（pontine stroke,PS）患者以及87例性别和年龄匹配的正常被试（normal control,NC）。测量脑中风患者的梗死灶体积并且对被试的运动功能进行Fugl-Meyer评分。所有被试的弥散张量成像（diffusion tensor imaging,DTI）数据经预处理后提取弥散指标包括各向异性分数（fractional anisotropy,FA）、轴向弥散系数（axial diffusivity,AD）、径向弥散系数（radial diffusivity,RD）。根据病灶侧别将每类中风患者分为左侧病灶组和右侧病灶组,对每条纤维束进行基于体素的弥散定量分析（voxel-based analysis,VBA）,应用单因素方差分析比较CS、PS和NC之间的CRT、RST、DRT及CST的FA值的差异。并进一步将上述VBA分析中FA值有显著差异的团块定义为感兴趣区（regions of interest,ROI）,提取每个ROI的FA值、AD值及RD值进行事后检验,并应用FDR（false discovery rate）方法进行多重比较的校正。以被试的性别、年龄及不同扫描仪器为协变量,应用偏相关分析检验每条红核纤维束及CST微结构的完整性与运动功能损伤程度之间的关系。为进一步阐明红核纤维束的完整性是否独立地影响了残余的运动功能,将病灶同侧CST的FA值作为额外的协变量,计算红核纤维束每个分支的FA值与FMA评分之间的相关性是否显著（P<0.05,FDR校正）。为了考察红核纤维束的完整性对运动障碍严重程度的预测能力,我们构建了以总FMA得分为因变量,以双侧DRT和RST以及病灶同侧的CRT的FA值作为自变量的多元线性回归模型,并回归年龄、性别和扫描仪的影响,使用F检验评估统计学显著性（P<0.05,FDR校正）,并使用调整后的R2值评估模型的预测能力。结果:组间比较发现:CS组病灶同侧的CRT的FA值明显低于NC组;左侧CS组病灶对侧CRT的FA值明显低于NC组;PS组双侧DRT的FA值明显低于NC组;CS和PS患者双侧RST的FA均显著低于NC组。此外,脑中风患者病灶同侧CST的FA明显低于NC组。偏相关分析发现:CS组病灶同侧CRT的FA值与FMA总分和上肢运动评分呈显著正相关;CS组和PS组双侧RST的FA值与FMA评分呈显著正相关;PS组病灶对侧DRT的FA值与FMA总分、上肢及下肢评分呈显著正相关。在控制CST损伤对运动功能的影响后,RST的FA值和FMA评分之间仍然具有相关性。多元线性回归模型分析发现CS组红核纤维束FA值对FMA评分的预测效能R2为39.2%,PS组红核纤维束FA值对FMA评分的预测效能R2为48.8%。结论:在基底节中风的患者中,病灶主要对其同侧的CRT造成直接损伤并且对病灶双侧的RST造成间接损伤。双侧基底节区病灶对双侧的红核纤维束分支的影响不一致,右侧基底节区病灶造成双侧DRT的间接性损伤,而左侧基底节病灶无此效应。左侧病灶组中基底节区病灶可对病灶对侧的CRT造成间接性损伤,然而在右侧病灶组中没有出现病灶对侧CRT的损伤。在脑桥中风的患者中,病灶可对双侧的RST、DRT造成直接性和间接性损伤,而脑桥中风患者的CRT能够保持相对完整可能与病变位置离CRT较远,并且在人类的中枢神经系统中跨突触的逆行性变性较慢有关。CRT和RST的微结构的完整性与慢性期运动损伤的严重程度密切相关,并且RST的完整性与下肢运动功能损伤严重程度之间的相关性在去除同侧CST损伤对运动功能的影响后仍然存在,RST可能独立影响下肢的运动功能。多元线性回归分析,在去除CST损伤对运动功能的影响后,所有红核纤维束分支的FA值对基底节区和脑桥中风患者运动功能损伤程度具有预测效能,提示红核纤维束的完整性可以独立的影响基底节区和脑桥中风患者的运动功能。