唇腭裂（CLP）是口腔頜面部最常見的先天性缺陷。本研究采集23名未接受康復訓練、存在構音障礙的CLP患者(Bclp組)和23名經康復訓練后恢復構音清晰度的CLP患者(Aclp組) 在執行漢字發音任務時的功能磁共振成像數據，進行激活腦區分析，探索CLP患者經過構音障礙康復訓練后腦機制的變化。研究發現，Aclp組的運動皮層、布羅卡（Broca）區、韋尼克（Wernicke）區、小腦等腦區明顯激活，Bclp組的運動皮層等腦區僅表現出微弱激活，激活范圍小。本文比較了具有組間差異的腦區和共同激活腦區的腦活動水平變化，發現康復訓練使負向激活的腦區（小腦、左側運動區、Wernicke區等）活動水平提升到正向；同時提升了微弱激活腦區（右側運動區和Broca區等）的活動水平。本文研究結果提示，對CLP患者實施康復訓練可提高CLP患者與構音清晰度相關腦區的活動水平，構音清晰度相關腦區的激活強度值可作為一種可量化的客觀評價指標來評估康復訓練效果，對康復訓練方案的制定具有重要意義。
引用本文： 王夢悅, 李春林, 張文靜, 陳仁吉, 李霞. 基于功能磁共振成像的唇腭裂患者構音障礙康復訓練腦機制研究. 生物醫學工程學雜志, 2023, 40(1): 125-132. doi: 10.7507/1001-5515.202006068 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《生物醫學工程學雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
0 引言
唇腭裂（cleft lip and palate，CLP）是人類最常見的顱面畸形，給患者日常生活帶來不便，也給人類社會帶來一定的公共衛生負擔[1]。每年，全球CLP患兒的出生率高達1/700，在亞洲（尤其是在中國和日本）高達1/500 [2]。從遺傳學角度來說，臨床上將CLP 分為非綜合征型CLP（non-syndromic CLP，NSCLP）和綜合征型CLP，其中NSCLP占CLP的絕大部分。NSCLP患者常伴有面部畸形、言語障礙、認知障礙等[3-4]，對其生活質量、社交、工作、學習等方面造成很多不良影響。患者在接受手術治療后，仍可能存在構音清晰度障礙，需要進行言語治療或言語訓練[5-6]。
有文獻報道，CLP患者大腦功能存在異常[7]，例如：早期對CLP患者的腦功能進行比較研究發現，CLP患者發音時個體水平間大腦激活強度和范圍與正常受試者相比存在差異，當發/ pa /或/ ka /音時，CLP患者的初級感覺運動皮層的激活度更強且激活范圍更大[8-9]。有研究指出，單側完全性腭裂兒童與正常同齡人相比，在執行詞匯處理任務上的熟練程度基本一致，都涉及到類似的神經解剖學功能[10]。文獻[11]報道，單純腭裂的男孩(8～16歲)的閱讀流利性及其語音意識和視覺記憶相關，與正常同齡人相比，在非單詞押韻和線型判斷任務中，左側額下回和左側舌回的激活度降低。最近有研究發現，矯正手術后進行語言康復訓練的CLP患者，在進行漢字默讀任務時，大腦的激活模式與正常同齡人相似，但海馬區的激活強度與正常人相比強度增強[12]。目前，尚未有人對康復訓練前、后CLP患者的腦機制進行研究。臨床上主要應用構音清晰度量表來評價言語恢復效果，對于訓練后患者腦機制的恢復缺少客觀證據，進行康復訓練前后患者腦機制差異的比較研究，可以提供一種客觀全面的康復訓練效果的評估參數，對完善康復訓練方案的制定有重要意義。基于此，本研究通過采集尚未接受康復訓練和已接受康復訓練的兩組NSCLP患者的任務態功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）數據，分析兩組患者完成發音任務時腦活動的改變，對CLP患者構音障礙康復訓練帶來的腦區變化機制進行研究，從而對康復訓練后患者腦機制的恢復提供客觀評價指標。
1 材料和方法
1.1 受試者信息
本文共招募23名存在構音障礙且未接受康復訓練的NSCLP(before rehabilitation training’s NSCLP，Bclp)患者，15～37歲，男性/女性：11/12；23名接受康復訓練且恢復構音清晰度的NSCLP (after rehabilitation training’s NSCLP，Aclp)患者，17～36歲，男/女：14/9；分為兩組（Bclp組和Aclp組）參與fMRI成像。所有受試者均在北京口腔醫院招募，視力正常或矯正正常，右利手，無神經或精神功能障礙史。Aclp組要求受試者在接受矯正手術后6個月開始進行構音障礙康復訓練，每天訓練30 min，共30 d；并且在中文發音測試中的分數超過86分（滿分100分），86分及以上在臨床上被認為是語言康復的合格線[13]。具體訓練內容為：針對患者的發音共振問題進行咽閉功能訓練，通過感受從口腔流出的氣流，改善過度的鼻音和鼻漏問題。發音器官功能訓練著重于唇、舌、軟腭等發聲輔助器官的肌肉和關節的訓練，以增強其力量、伸展性、靈活性和準確性。康復訓練中的漢字來自漢語語音清晰度測試字表[13]，涵蓋了漢語所有音節，包括所有輔音和元音。所有受試者的人口統計學信息及臨床資料如表1所示，統計表明兩組受試者年齡、性別及受教育年限的差異均無統計學意義（P > 0.05），而兩組人群的構音評分差異具有統計學意義（P < 0.05）。本研究經首都醫科大學附屬北京口腔醫院倫理委員會審核批準，所有受試者均簽署了知情同意書。
表1
受試者的人口統計學信息及臨床資料
Table1.
The demographic and clinical data of the subjects
1.2 試驗設計
試驗采用組塊設計，利用fMRI技術記錄與漢字發音任務相關的腦活動。試驗時長為3 min，刺激漢字來自漢語語音清晰度測試字表Ⅰ（臨床上患者較易出現的異常發音）[13]，從100個漢字中隨機選取30個用于發音任務。該表涵蓋了漢字的所有音節，并在臨床上得到普遍應用。
試驗由三個發音組塊和三個靜息組塊交替進行，每個組塊持續30 s，如圖1所示。發音組塊由十個漢字組成：漢字呈現2 s后，十字注視點呈現1 s。當漢字出現時，要求受試者盡可能清晰讀出漢字的發音，發音結束后盡可能快速地按下右手邊的反應按鍵，以記錄發音時間。在靜息組塊中，十字注視點持續呈現30 s，要求受試者保持注視。
圖1
發音任務試驗范式
Figure1.
The experimental paradigm of pronunciation task
1.3 數據采集
對受試者的fMRI檢測在北京朝陽中西醫結合急診中心完成。使用磁共振成像儀（3.0-T trio, 西門子, 德國），數據采集的基本參數如下：層厚4 mm，掃描層數32層，體素大小為2.9 mm × 2.9 mm × 4 mm，重復時間/回波時間為3 000 ms/50 ms，偏轉角為90o，視野240 mm，分辨率為80 × 80。
同時還采集了所有受試者的T1加權圖像用于預處理的功能圖像配準，其參數為：層厚為1 mm，重復時間為9.4 ms，回波時間為4.6 ms，偏轉角為10 o，視野240 mm；體素大小為1 × 1 × 1 mm3。
1.4 數據預處理
使用統計參數圖12（statistical parametric mapping，SPM12）（網址為：https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）對fMRI數據進行預處理。數據處理步驟如下：首先移除前4個時間點（12 s）[14]，以消除瞬態效應。然后將中間層作為參考層進行時間層校正，消除由于掃描方式不同導致的層間采集時間的差異。受試者在數據采集過程中可能產生頭部運動，需要進行頭動校正，在空間上重新對齊到第一個腦圖。同時排除頭部運動超過6 mm的受試者，以減少潛在的運動偽影[15]。隨后，將其配準到該個體的T1圖像中。為了進行組水平的比較分析，需要進行空間標準化，先把T1加權像與標準模板配準，再將配準參數應用在功能像上。最后標準化后的圖像使用8 mm半高寬的高斯核進行空間平滑。
1.5 激活腦區分析
在個體水平分析中，每個受試者在每個體素上的時間序列以128 s進行高通濾波，去除低頻偽影，并使用SPM12中的一階自回歸模型對時間相關性進行校正[16-17]。然后將任務的開始時間和持續時間生成的封閉矩形函數作為回歸變量與每個體素的血氧水平依賴（blood oxygenation level dependent，BOLD）的信號擬合一般線性模型，做參數估計，得到每個體素的回歸系數β值，進行組內組間的統計比較。在組水平分析中，首先進行組內的統計分析，對兩組受試者全腦的回歸系數β值分別進行單樣本t檢驗（P < 0.05，k > 10），得到組水平的激活。然后進行組間的統計分析，分別將Aclp組和Bclp組的激活圖(P < 0.001)作為遮罩（mask）去除偽激活，對兩組受試者全腦的回歸系數β值進行雙樣本t檢驗（P < 0.001, k > 10），得到組間的差異激活結果。根據差異激活結果，選取了局部最大t值的體素為中心、半徑為8 mm的感興趣區（region of interest，ROI），同時選取了兩組共同激活的腦區作為ROI，并具體分析Bclp組和Aclp組患者ROI的腦活動變化。
2 結果
2.1 行為學結果
將從漢字出現到發音結束按下反應按鍵的時間定義為反應時間，對兩組受試者發音任務中每個漢字的反應時間進行統計分析，結果如圖2所示，Aclp組的平均反應時間是(1.28 ± 0.36) s；Bclp組的平均反應時間是(1.16 ± 0.40) s。組間比較結果顯示，Bclp組完成發音的平均反應時間短于Aclp組(P < 0.001，t = 3.26)。
圖2
發音任務的平均反應時間
Figure2.
The average response time of the pronunciation task
2.2 漢字發音任務激活結果
激活區域是由全腦體素的信號變化與試驗范式的一致程度來定義的。具體來講，對全腦體素的信號變化值與試驗范式進行廣義線性模型建模，每一個體素對應得到一個回歸系數β值，如果β值與0比差異具有統計學意義且大于0，則認為體素的信號變化與試驗范式一致，即該體素在試驗中被激活，激活強度用t值表征。
組內激活結果如圖3所示，比較全組人全腦的β值與0差異，采用單樣本t檢驗，得到全腦的統計圖（t值圖），t值代表激活強度。組內激活結果的團簇大小、解剖學和布羅德曼分區 (Brodmann area, BA)、統計結果(t值)及激活團簇中心坐標（x, y, z）匯總如表2所示。其中BA分區是布羅德曼(Brodmann)根據細胞結構將每個半球的大腦皮層劃分為52個區域，例如BA20表示該腦區位于布羅德曼分區系統中的20區，BA6表示該腦區位于布羅德曼分區系統中的6區。Bclp組的左右側中央前回、額中回、后扣帶回及小腦等腦區在P < 0.001閾值下激活具有統計學意義，團簇大小(k)大于10個體素；Aclp組的中央前回、中央后回、額上回、丘腦、顳下回及小腦等腦區在P < 0.001閾值下激活具有統計學意義。組間激活結果如圖3所示，比較兩組受試者激活區域的β值差異是否存在統計學意義，采用雙樣本t檢驗，得到部分腦區的統計圖（t值圖），t值代表差異激活強度。以Aclp組組內激活（P < 0.001）面積作為mask，組間比較結果發現， Aclp組在頂葉、枕葉及小腦等腦區的激活強度與Bclp組的相比具有統計學意且激活強度明顯高于Bclp組（P < 0.001, k > 10）。
圖3
發音任務的激活結果
Figure3.
The brain activation results of the pronunciation task
表2
發音任務的組內激活結果
Table2.
The brain activation results of the pronunciation task within groups
共選取12個ROI，結果如圖4所示。根據組間差異結果，選取了以局部t值最高體素為中心并以8 mm為半徑的9個ROI，左側枕葉BA18區(L.BA18)、左側中央旁小葉BA4區(L.BA4)、左側額中回BA6區（L.BA6）、韋尼克（Wernicke）BA22區、右側島葉BA13區（R.BA13）、左側海馬杏仁核(L.杏仁核)、左側丘腦腹側后內側核（L.丘腦）、右側小腦Ⅳ Ⅴ小葉（R.小腦）和左側小腦Ⅳ Ⅴ小葉（L.小腦）。同時為了全面考察無康復訓練和經康復訓練后CLP患者腦活動的改變，對Bclp組和Aclp組的激活結果進行比較，選取兩組共同激活的3個腦區作為ROI，分別是右側輔助運動區（supplementary motor area, SMA）BA6區、右側中央前回BA6區（R.BA6）和布羅卡（Broca）區。ROI的空間坐標(x, y, z)、腦區名稱、縮寫及雙樣本t檢驗的t值如表3所示。ROI的信號變化如圖4中的柱狀圖所示。結果顯示組間差異具有統計學意義的激活腦區，Bclp組信號變化均為負向，而Aclp組均為正向；在兩組共同激活的腦區結果中，兩組激活差異具有統計學意義，且Bclp組信號變化明顯低于Aclp組。
圖4
ROI選取和ROI信號變化柱圖
Figure4.
ROI selection and ROI signal change histogram
表3
ROI坐標及名稱
Table3.
The coordinates and names of ROIs
3 討論與結論
本研究旨在比較康復訓練后恢復構音清晰度的CLP患者與未接受康復訓練的CLP患者大腦活動的變化，分析康復訓練對患者腦功能的改善。當受試者進行漢字發音任務時，被激活的腦區與語言認知相關。Bclp組、Aclp組均在運動皮層，包括初級運動皮層BA4、運動前皮層BA6和SMA區BA6被激活，與以往的正常受試者漢語發音任務的研究一致[18-19]。同時，Aclp組在小腦、Wernicke區和枕葉也有較強的激活，這與其他研究中正常受試者對漢語語義處理的激活結果一致[20-22]。Bclp組組內激活強度較弱、激活范圍較小可能是由于Bclp組在發音習慣上存在較大的個體差異所導致的。而Aclp組較強的激活結果可能是由于標準化的康復訓練模式，使個人的發音習慣得到糾正，導致相關腦區的激活強度較強。
比較組間的激活差異，康復訓練使患者在額葉、枕葉及小腦的激活范圍和強度有大幅度的提高。根據組間差異激活選取的9個ROI，BA18位于枕葉，是初級視覺聯合區，與視覺信息處理相關；BA4是初級運動皮層，負責運動的執行；BA6是運動前皮層，被認為在復雜、協調的運動計劃中起著作用[23]。BA40位于頂葉；Wernicke區接收來自聽覺皮層的信息，形成語義，涉及到對書面語和口語的理解[24-25]。Wernicke區失語癥患者可說出具有正常語法、句法、語速、聲調和重音的句子，但不能理解看到和聽到的語句；杏仁核參與記憶鞏固的調節[26]；島葉和丘腦在語言產生過程中有助于控制呼吸[27-30]；兩側小腦Ⅳ Ⅴ小葉有助于清晰發音的規劃[30]。進一步比較組間ROI的信號變化，結果表明康復訓練使患者ROI腦活動的信號變化從負向恢復至正向。本試驗所用漢字與康復訓練所用漢字選自同一套語音清晰度字表，所以經康復訓練的患者熟悉試驗中出現的漢字，這可能導致與視覺相關的腦區，即BA18區，激活水平升高；同時，在康復訓練過程中，患者被反復訓練如何正確發聲，舌頭、軟腭、口腔和鼻腔的動作得到糾正，這些訓練成果體現在涉及認知（Wernicke區和杏仁核）、運動（BA6、BA40、島葉和丘腦）的腦區激活水平得到提升；同時清晰的發聲意味著患者可以更清晰地聽到漢字的讀音，從側面反映了聽覺腦區，即小腦，激活水平的提高。無康復訓練的患者，對試驗中出現的漢字無特殊記憶，雖然已接受手術矯正，擁有正常的口腔結構，但是錯誤的發音習慣和動作未被糾正，導致發音時大腦激活水平大大低于經康復訓練的患者。
同時比較兩組共同激活的腦區，發現康復訓練后，患者在SMA區，右側中央前回和Broca區的腦活動水平有所提升。有研究表明SMA區（BA6）在語言和手指的運動計劃中起重要作用[31]，右側中央前回（BA6）負責協調運動計劃[23]。因為本試驗涉及發音任務和手指按鍵任務，結合行為學結果，可能是由于康復訓練后受試者完成發音任務按下反應按鍵需要更長的時間，導致負責協調運動的SMA區和右側中央前回的腦活動水平增強。同時神經影像學研究表明，Broca區主要負責語言的產生[32-33]。 康復訓練糾正了患者的發音動作，提高了Broca區的腦活動水平。
康復訓練提高了與構音清晰度相關腦區的活動水平，具體表現在：不但使康復訓練前負向激活的腦區（小腦、左側運動區、Wernicke區等）活動水平提升到正向，同時提升微弱激活腦區（右側運動區和Broca區等）的活動水平。發音任務特定腦區的激活強度值或可作為一種可量化的客觀評價指標來評估康復訓練效果。
本研究的局限性在于，只比較了局部腦區的激活差異，從而找到了康復訓練的局部腦區激活機制。局部腦區間活動水平的改變可能是由于腦區和腦區之間的信息流動傳輸發生變化而導致的，但是本文沒有對腦區和腦區間的功能連接或有效連接的腦網絡進行分析，課題組將在今后的研究中進一步展開探討。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：王夢悅負責數據分析和論文撰寫；張文靜負責招募受試者和數據采集；李春林、李文吉和李霞指導方法理論和試驗設計，并指導論文撰寫。
倫理聲明：本研究通過了首都醫科大學附屬北京口腔醫院倫理委員會的審批（批文編號：CMUSH-IRB-KJ-PJ-2019-04）。
0 引言
唇腭裂（cleft lip and palate，CLP）是人類最常見的顱面畸形，給患者日常生活帶來不便，也給人類社會帶來一定的公共衛生負擔[1]。每年，全球CLP患兒的出生率高達1/700，在亞洲（尤其是在中國和日本）高達1/500 [2]。從遺傳學角度來說，臨床上將CLP 分為非綜合征型CLP（non-syndromic CLP，NSCLP）和綜合征型CLP，其中NSCLP占CLP的絕大部分。NSCLP患者常伴有面部畸形、言語障礙、認知障礙等[3-4]，對其生活質量、社交、工作、學習等方面造成很多不良影響。患者在接受手術治療后，仍可能存在構音清晰度障礙，需要進行言語治療或言語訓練[5-6]。
有文獻報道，CLP患者大腦功能存在異常[7]，例如：早期對CLP患者的腦功能進行比較研究發現，CLP患者發音時個體水平間大腦激活強度和范圍與正常受試者相比存在差異，當發/ pa /或/ ka /音時，CLP患者的初級感覺運動皮層的激活度更強且激活范圍更大[8-9]。有研究指出，單側完全性腭裂兒童與正常同齡人相比，在執行詞匯處理任務上的熟練程度基本一致，都涉及到類似的神經解剖學功能[10]。文獻[11]報道，單純腭裂的男孩(8～16歲)的閱讀流利性及其語音意識和視覺記憶相關，與正常同齡人相比，在非單詞押韻和線型判斷任務中，左側額下回和左側舌回的激活度降低。最近有研究發現，矯正手術后進行語言康復訓練的CLP患者，在進行漢字默讀任務時，大腦的激活模式與正常同齡人相似，但海馬區的激活強度與正常人相比強度增強[12]。目前，尚未有人對康復訓練前、后CLP患者的腦機制進行研究。臨床上主要應用構音清晰度量表來評價言語恢復效果，對于訓練后患者腦機制的恢復缺少客觀證據，進行康復訓練前后患者腦機制差異的比較研究，可以提供一種客觀全面的康復訓練效果的評估參數，對完善康復訓練方案的制定有重要意義。基于此，本研究通過采集尚未接受康復訓練和已接受康復訓練的兩組NSCLP患者的任務態功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）數據，分析兩組患者完成發音任務時腦活動的改變，對CLP患者構音障礙康復訓練帶來的腦區變化機制進行研究，從而對康復訓練后患者腦機制的恢復提供客觀評價指標。
1 材料和方法
1.1 受試者信息
本文共招募23名存在構音障礙且未接受康復訓練的NSCLP(before rehabilitation training’s NSCLP，Bclp)患者，15～37歲，男性/女性：11/12；23名接受康復訓練且恢復構音清晰度的NSCLP (after rehabilitation training’s NSCLP，Aclp)患者，17～36歲，男/女：14/9；分為兩組（Bclp組和Aclp組）參與fMRI成像。所有受試者均在北京口腔醫院招募，視力正常或矯正正常，右利手，無神經或精神功能障礙史。Aclp組要求受試者在接受矯正手術后6個月開始進行構音障礙康復訓練，每天訓練30 min，共30 d；并且在中文發音測試中的分數超過86分（滿分100分），86分及以上在臨床上被認為是語言康復的合格線[13]。具體訓練內容為：針對患者的發音共振問題進行咽閉功能訓練，通過感受從口腔流出的氣流，改善過度的鼻音和鼻漏問題。發音器官功能訓練著重于唇、舌、軟腭等發聲輔助器官的肌肉和關節的訓練，以增強其力量、伸展性、靈活性和準確性。康復訓練中的漢字來自漢語語音清晰度測試字表[13]，涵蓋了漢語所有音節，包括所有輔音和元音。所有受試者的人口統計學信息及臨床資料如表1所示，統計表明兩組受試者年齡、性別及受教育年限的差異均無統計學意義（P > 0.05），而兩組人群的構音評分差異具有統計學意義（P < 0.05）。本研究經首都醫科大學附屬北京口腔醫院倫理委員會審核批準，所有受試者均簽署了知情同意書。
表1
受試者的人口統計學信息及臨床資料
Table1.
The demographic and clinical data of the subjects
1.2 試驗設計
試驗采用組塊設計，利用fMRI技術記錄與漢字發音任務相關的腦活動。試驗時長為3 min，刺激漢字來自漢語語音清晰度測試字表Ⅰ（臨床上患者較易出現的異常發音）[13]，從100個漢字中隨機選取30個用于發音任務。該表涵蓋了漢字的所有音節，并在臨床上得到普遍應用。
試驗由三個發音組塊和三個靜息組塊交替進行，每個組塊持續30 s，如圖1所示。發音組塊由十個漢字組成：漢字呈現2 s后，十字注視點呈現1 s。當漢字出現時，要求受試者盡可能清晰讀出漢字的發音，發音結束后盡可能快速地按下右手邊的反應按鍵，以記錄發音時間。在靜息組塊中，十字注視點持續呈現30 s，要求受試者保持注視。
圖1
發音任務試驗范式
Figure1.
The experimental paradigm of pronunciation task
1.3 數據采集
對受試者的fMRI檢測在北京朝陽中西醫結合急診中心完成。使用磁共振成像儀（3.0-T trio, 西門子, 德國），數據采集的基本參數如下：層厚4 mm，掃描層數32層，體素大小為2.9 mm × 2.9 mm × 4 mm，重復時間/回波時間為3 000 ms/50 ms，偏轉角為90o，視野240 mm，分辨率為80 × 80。
同時還采集了所有受試者的T1加權圖像用于預處理的功能圖像配準，其參數為：層厚為1 mm，重復時間為9.4 ms，回波時間為4.6 ms，偏轉角為10 o，視野240 mm；體素大小為1 × 1 × 1 mm3。
1.4 數據預處理
使用統計參數圖12（statistical parametric mapping，SPM12）（網址為：https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）對fMRI數據進行預處理。數據處理步驟如下：首先移除前4個時間點（12 s）[14]，以消除瞬態效應。然后將中間層作為參考層進行時間層校正，消除由于掃描方式不同導致的層間采集時間的差異。受試者在數據采集過程中可能產生頭部運動，需要進行頭動校正，在空間上重新對齊到第一個腦圖。同時排除頭部運動超過6 mm的受試者，以減少潛在的運動偽影[15]。隨后，將其配準到該個體的T1圖像中。為了進行組水平的比較分析，需要進行空間標準化，先把T1加權像與標準模板配準，再將配準參數應用在功能像上。最后標準化后的圖像使用8 mm半高寬的高斯核進行空間平滑。
1.5 激活腦區分析
在個體水平分析中，每個受試者在每個體素上的時間序列以128 s進行高通濾波，去除低頻偽影，并使用SPM12中的一階自回歸模型對時間相關性進行校正[16-17]。然后將任務的開始時間和持續時間生成的封閉矩形函數作為回歸變量與每個體素的血氧水平依賴（blood oxygenation level dependent，BOLD）的信號擬合一般線性模型，做參數估計，得到每個體素的回歸系數β值，進行組內組間的統計比較。在組水平分析中，首先進行組內的統計分析，對兩組受試者全腦的回歸系數β值分別進行單樣本t檢驗（P < 0.05，k > 10），得到組水平的激活。然后進行組間的統計分析，分別將Aclp組和Bclp組的激活圖(P < 0.001)作為遮罩（mask）去除偽激活，對兩組受試者全腦的回歸系數β值進行雙樣本t檢驗（P < 0.001, k > 10），得到組間的差異激活結果。根據差異激活結果，選取了局部最大t值的體素為中心、半徑為8 mm的感興趣區（region of interest，ROI），同時選取了兩組共同激活的腦區作為ROI，并具體分析Bclp組和Aclp組患者ROI的腦活動變化。
2 結果
2.1 行為學結果
將從漢字出現到發音結束按下反應按鍵的時間定義為反應時間，對兩組受試者發音任務中每個漢字的反應時間進行統計分析，結果如圖2所示，Aclp組的平均反應時間是(1.28 ± 0.36) s；Bclp組的平均反應時間是(1.16 ± 0.40) s。組間比較結果顯示，Bclp組完成發音的平均反應時間短于Aclp組(P < 0.001，t = 3.26)。
圖2
發音任務的平均反應時間
Figure2.
The average response time of the pronunciation task
2.2 漢字發音任務激活結果
激活區域是由全腦體素的信號變化與試驗范式的一致程度來定義的。具體來講，對全腦體素的信號變化值與試驗范式進行廣義線性模型建模，每一個體素對應得到一個回歸系數β值，如果β值與0比差異具有統計學意義且大于0，則認為體素的信號變化與試驗范式一致，即該體素在試驗中被激活，激活強度用t值表征。
組內激活結果如圖3所示，比較全組人全腦的β值與0差異，采用單樣本t檢驗，得到全腦的統計圖（t值圖），t值代表激活強度。組內激活結果的團簇大小、解剖學和布羅德曼分區 (Brodmann area, BA)、統計結果(t值)及激活團簇中心坐標（x, y, z）匯總如表2所示。其中BA分區是布羅德曼(Brodmann)根據細胞結構將每個半球的大腦皮層劃分為52個區域，例如BA20表示該腦區位于布羅德曼分區系統中的20區，BA6表示該腦區位于布羅德曼分區系統中的6區。Bclp組的左右側中央前回、額中回、后扣帶回及小腦等腦區在P < 0.001閾值下激活具有統計學意義，團簇大小(k)大于10個體素；Aclp組的中央前回、中央后回、額上回、丘腦、顳下回及小腦等腦區在P < 0.001閾值下激活具有統計學意義。組間激活結果如圖3所示，比較兩組受試者激活區域的β值差異是否存在統計學意義，采用雙樣本t檢驗，得到部分腦區的統計圖（t值圖），t值代表差異激活強度。以Aclp組組內激活（P < 0.001）面積作為mask，組間比較結果發現， Aclp組在頂葉、枕葉及小腦等腦區的激活強度與Bclp組的相比具有統計學意且激活強度明顯高于Bclp組（P < 0.001, k > 10）。
圖3
發音任務的激活結果
Figure3.
The brain activation results of the pronunciation task
表2
發音任務的組內激活結果
Table2.
The brain activation results of the pronunciation task within groups
共選取12個ROI，結果如圖4所示。根據組間差異結果，選取了以局部t值最高體素為中心并以8 mm為半徑的9個ROI，左側枕葉BA18區(L.BA18)、左側中央旁小葉BA4區(L.BA4)、左側額中回BA6區（L.BA6）、韋尼克（Wernicke）BA22區、右側島葉BA13區（R.BA13）、左側海馬杏仁核(L.杏仁核)、左側丘腦腹側后內側核（L.丘腦）、右側小腦Ⅳ Ⅴ小葉（R.小腦）和左側小腦Ⅳ Ⅴ小葉（L.小腦）。同時為了全面考察無康復訓練和經康復訓練后CLP患者腦活動的改變，對Bclp組和Aclp組的激活結果進行比較，選取兩組共同激活的3個腦區作為ROI，分別是右側輔助運動區（supplementary motor area, SMA）BA6區、右側中央前回BA6區（R.BA6）和布羅卡（Broca）區。ROI的空間坐標(x, y, z)、腦區名稱、縮寫及雙樣本t檢驗的t值如表3所示。ROI的信號變化如圖4中的柱狀圖所示。結果顯示組間差異具有統計學意義的激活腦區，Bclp組信號變化均為負向，而Aclp組均為正向；在兩組共同激活的腦區結果中，兩組激活差異具有統計學意義，且Bclp組信號變化明顯低于Aclp組。
圖4
ROI選取和ROI信號變化柱圖
Figure4.
ROI selection and ROI signal change histogram
表3
ROI坐標及名稱
Table3.
The coordinates and names of ROIs
3 討論與結論
本研究旨在比較康復訓練后恢復構音清晰度的CLP患者與未接受康復訓練的CLP患者大腦活動的變化，分析康復訓練對患者腦功能的改善。當受試者進行漢字發音任務時，被激活的腦區與語言認知相關。Bclp組、Aclp組均在運動皮層，包括初級運動皮層BA4、運動前皮層BA6和SMA區BA6被激活，與以往的正常受試者漢語發音任務的研究一致[18-19]。同時，Aclp組在小腦、Wernicke區和枕葉也有較強的激活，這與其他研究中正常受試者對漢語語義處理的激活結果一致[20-22]。Bclp組組內激活強度較弱、激活范圍較小可能是由于Bclp組在發音習慣上存在較大的個體差異所導致的。而Aclp組較強的激活結果可能是由于標準化的康復訓練模式，使個人的發音習慣得到糾正，導致相關腦區的激活強度較強。
比較組間的激活差異，康復訓練使患者在額葉、枕葉及小腦的激活范圍和強度有大幅度的提高。根據組間差異激活選取的9個ROI，BA18位于枕葉，是初級視覺聯合區，與視覺信息處理相關；BA4是初級運動皮層，負責運動的執行；BA6是運動前皮層，被認為在復雜、協調的運動計劃中起著作用[23]。BA40位于頂葉；Wernicke區接收來自聽覺皮層的信息，形成語義，涉及到對書面語和口語的理解[24-25]。Wernicke區失語癥患者可說出具有正常語法、句法、語速、聲調和重音的句子，但不能理解看到和聽到的語句；杏仁核參與記憶鞏固的調節[26]；島葉和丘腦在語言產生過程中有助于控制呼吸[27-30]；兩側小腦Ⅳ Ⅴ小葉有助于清晰發音的規劃[30]。進一步比較組間ROI的信號變化，結果表明康復訓練使患者ROI腦活動的信號變化從負向恢復至正向。本試驗所用漢字與康復訓練所用漢字選自同一套語音清晰度字表，所以經康復訓練的患者熟悉試驗中出現的漢字，這可能導致與視覺相關的腦區，即BA18區，激活水平升高；同時，在康復訓練過程中，患者被反復訓練如何正確發聲，舌頭、軟腭、口腔和鼻腔的動作得到糾正，這些訓練成果體現在涉及認知（Wernicke區和杏仁核）、運動（BA6、BA40、島葉和丘腦）的腦區激活水平得到提升；同時清晰的發聲意味著患者可以更清晰地聽到漢字的讀音，從側面反映了聽覺腦區，即小腦，激活水平的提高。無康復訓練的患者，對試驗中出現的漢字無特殊記憶，雖然已接受手術矯正，擁有正常的口腔結構，但是錯誤的發音習慣和動作未被糾正，導致發音時大腦激活水平大大低于經康復訓練的患者。
同時比較兩組共同激活的腦區，發現康復訓練后，患者在SMA區，右側中央前回和Broca區的腦活動水平有所提升。有研究表明SMA區（BA6）在語言和手指的運動計劃中起重要作用[31]，右側中央前回（BA6）負責協調運動計劃[23]。因為本試驗涉及發音任務和手指按鍵任務，結合行為學結果，可能是由于康復訓練后受試者完成發音任務按下反應按鍵需要更長的時間，導致負責協調運動的SMA區和右側中央前回的腦活動水平增強。同時神經影像學研究表明，Broca區主要負責語言的產生[32-33]。 康復訓練糾正了患者的發音動作，提高了Broca區的腦活動水平。
康復訓練提高了與構音清晰度相關腦區的活動水平，具體表現在：不但使康復訓練前負向激活的腦區（小腦、左側運動區、Wernicke區等）活動水平提升到正向，同時提升微弱激活腦區（右側運動區和Broca區等）的活動水平。發音任務特定腦區的激活強度值或可作為一種可量化的客觀評價指標來評估康復訓練效果。
本研究的局限性在于，只比較了局部腦區的激活差異，從而找到了康復訓練的局部腦區激活機制。局部腦區間活動水平的改變可能是由于腦區和腦區之間的信息流動傳輸發生變化而導致的，但是本文沒有對腦區和腦區間的功能連接或有效連接的腦網絡進行分析，課題組將在今后的研究中進一步展開探討。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：王夢悅負責數據分析和論文撰寫；張文靜負責招募受試者和數據采集；李春林、李文吉和李霞指導方法理論和試驗設計，并指導論文撰寫。
倫理聲明：本研究通過了首都醫科大學附屬北京口腔醫院倫理委員會的審批（批文編號：CMUSH-IRB-KJ-PJ-2019-04）。
