确定中风一周内皮质脊柱的功能状态

此协议用于在中风后 1 周内评估皮质脊髓功能。它可用于选择和分层患者在干预试验，旨在改善上肢运动恢复和结果，并在临床实践中预测上肢功能结果中风后3个月。

中风后上肢（UL）功能恢复的个体间变异性高，这意味着仅凭临床评估很难预测个体的康复潜力。皮质脊柱的功能完整性是恢复UL功能的重要预后生物标志物，尤其是对于有严重初始UL损伤的人。本文提出了在中风后1周内评估皮质脊柱功能的协议。该协议可用于选择和分层患者在干预措施的试验，旨在改善UL电机恢复和中风后的结果。该协议还构成了PREP2算法的一部分，该算法预测了个人患者在中风后3个月的UL功能。该算法在中风后几天内按顺序组合了UL强度评估、年龄、颅内磁刺激和中风严重程度。在其他地方介绍了在临床实践中使用PREP2的好处。本文重点介绍了使用UL强度评估和颅内磁刺激来评估皮质脊柱功能。

上肢功能在中风后通常受损，而UL功能的恢复对于恢复日常生活活动的独立性很重要^。中风康复试验通常旨在改善UL恢复和中风后的结果。大多数中风康复研究是在慢性阶段（>6个月中风后）对患者进行的，但大多数康复发生在中风^2、3之后。需要在中风后立即对患者进行更多的研究，为康复实践建立证据基础。

在中风后不久进行研究时，最大的挑战之一是在中风后最初几周和几个月内恢复的背景下检测干预的效果。临床表现和恢复中的主题间变异性高会产生噪音，从而掩盖干预措施的有益效果。干预和对照组通常在初始神经损伤的临床测量上进行平衡。然而，这些措施往往对患者后续康复潜力的预测不佳，特别是那些有严重初始损伤^的4，5。这意味着，可以匹配组基线临床措施，而不是匹配其恢复潜力，这使得更难确定干预的效果。生物标志物可以通过识别单个患者的运动恢复潜力来解决这一挑战，以便组可以精确匹配和分层^6，7，8。生物标志物也可用于选择最有可能对干预的已知或假设作用机制⁶作出反应的患者。

皮质脊柱（CST）的功能完整性是预测脑卒中^{5、8、9、10、11、12}后UL功能恢复的关键生物标志物。CST 将从主运动皮层到脊髓的降序运动输出输送至脊髓，对于协调和精细运动控制至关重要。中风后功能性CST的患者比没有功能性CST的患者更有可能恢复力量、协调和灵巧。临床评估足以证实CST在轻度受损患者中，有^13、14、15等功能。然而，有更严重的初始损伤的患者可能或可能没有功能CST，并且神经生理学评估使用颅内磁刺激（TMS）需要9，10，11，16，17。

TMS是一种非侵入性和无痛的技术，可用于测试CST功能^18。TMS线圈在主运动皮层上提供磁刺激，在CST中产生下降的排球，在反向肢体¹⁹的肌肉中产生运动激发的电位（MEP）。皮面臂或手 （MEP+） 中存在 MEP 表示 CST 功能正常，并且具有更大的 UL 功能恢复潜力。MEP-患者最有可能有较差的UL恢复，没有恢复协调和灵巧的手功能^{4，6，9，12，16。}

测试所有使用TMS的患者是不切实际的和不必要的，因为那些有轻度初始损伤的人最有可能有一个功能CST^17。因此，需要一种分层方法，以便TMS仅用于较严重的初始损伤患者。PREP2算法是结合临床测量和TMS来评估CST功能，并预测中风后3个月可能的UL结果（图1）17。PREP2从第3天开始，通过测试肩部诱拐和手指伸展在腹臂的强度（SAFE分数），使用医学研究委员会等级。如果这些等级的总和为 10 中的 5 个或更多，则假定患者是 MEP+是"安全的"。这些患者预期在中风后3个月内会有良好或优异的UL结果，这取决于他们的¹⁷岁。这些患者不需要 TMS 来确定 MEP 状态，从而最大限度地减少了患者的成本和不必要的测试。

在行程后的第 3 天，安全分数低于 5 的患者需要 TMS 来确定其 CST 的功能完整性。如果MEP可以从皮质扩展器鲤鱼径向（ECR）或第一背间肌（FDI）肌肉中引出，则患者为MEP+，预计在中风后3个月内恢复手的精细运动控制。大约一半的SAFE得分低于5分的患者在第3天中风后是MEP+。重要的是，患者可以有一个安全得分低至零，是MEP+。这表明，在这个患者亚组中需要TMS，因为单靠临床评估无法区分有或没有功能性CST的患者。MEP- 患者有显著的 CST 损伤。这些患者预计将有一个有限或较差的UL功能结果，这取决于他们的整体中风严重程度，测量与国家健康研究所中风量表（图^1）17。这些MEP-患者预计不会重新获得协调和灵巧的手指控制，可以组合在一起进行研究。

图 1:PREP2 算法。SAFE = 肩部诱拐，手指延伸分数，这是医学研究委员会每个运动5个分数的总和，总SAFE分数10。MEP+ – 使用颅内磁刺激，可以从 Paretic 扩展器卡皮径向 （ECR） 和/或 Paretic UL 的第一背间肌 （FDI） 肌肉中产生电机唤起电位。NIHSS – 国家卫生研究院中风量表。该算法预测了四种可能的 UL 功能结果之一，在冲程后 3 个月。每个预测类别都与康复焦点相关，可用于定制UL治疗^2。彩色点按比例表示 PREP2 算法的准确性。这些点根据结果类别进行颜色编码，实际达到3个月蛙泳后（绿色 =优秀;蓝色 = 好;橙色 = 有限;红色 = 差）。图转载自Stinear等人¹⁷。请点击此处查看此图的较大版本。

在临床实践中，PREP2预测了四个结果类别之一，可用于为单个患者定制康复，并帮助患者和家庭了解他们对UL恢复的期望。迄今为止，PREP2是唯一一个经过外部验证的UL预测工具，将临床评估和生物标志物信息结合在决策树¹⁷中。它也是唯一的UL预测工具，研究实施在临床实践^20，21的效果。PREP2预测对大约75%的患者是准确的，对17%的患者过于乐观，对8%的患者在中风^后3个月过于悲观。对于MEP-患者，准确率最高（90%的MEP-患者准确），突出使用TMS识别这些严重损伤下降运动通路¹⁷的患者的价值。在中风^后22年的2年，大约80%的患者PREP2仍然是正确的。这支持使用PREP2预测UL功能电机在3个月和长期的结果。有关提供PREP2预测并在临床实践中使用它们的信息不在本方法论文的范围之内，但详细的资源可在线查阅^23。

PREP2为研究人员提供了一个工具，用于选择和分层患者进行临床试验。这使得患者不仅根据基线临床特征，而且其神经生物学潜力对UL恢复进行分组。尽管越来越多的证据表明使用TMS作为UL恢复的预后生物标志物，但在亚急性中风患者的医院环境中，对TMS协议缺乏熟悉可能是在研究中使用TMS的一个障碍。因此，本协议旨在演示如何使用SAFE评分和TMS来评估中风后早期住院患者的CST功能。

与人类参与者进行的所有研究都必须获得适当的机构伦理委员会的人德性批准，研究必须按照赫尔辛基宣言进行。

1. 患者筛查

1. 筛查所有患者在中风发病后 72 小时内是否适合 PREP2。
   注:患者如果在过去 72 小时内患有单侧缺血性或出血性中风，有新的 UL 弱点，且年龄超过 18 岁，则适合。

2. 安全分数

注意:确保注意力不集中或疲劳的患者集中在手臂上，以便准确评估力量。

1. 将患者的背部完全支撑并直立地放在床上或椅子上，用肘部伸展侧侧。
2. 展示肩部绑架。要求患者侧身抬起手臂，朝耳朵向上。使用医学研究委员会 （MRC） 等级对肩部诱拐强度进行评分。
   注:MRC 等级描述如下:0 = 无明显的肌肉活动;1 = 明显的肌肉活动，但没有运动;2 = 无重力的运动范围有限;3 = 对重力的全范围运动，但没有阻力;4 = 对重力和阻力的全范围运动，但比另一侧弱;5 = 正常功率。
3. 要获得4级或5级肩部诱拐分数，请把手放在患者手臂上，接近肘部并施加阻力。
   注:患者必须能够实现抗性全范围运动，才能获得 4 分或更高的分数。
4. 用手指完全弯曲，将皮板前臂置于前臂中，并在手腕下方提供支撑。
5. 演示手指延伸。要求患者伸直手指，并使用医学研究委员会等级对手指伸展强度进行评分。
6. 要对手指延长等级 4 或 5 进行评分，请在整个运动中对手指的地和、远端的元卡波卡哈兰关节施加阻力。
   注:患者必须能够达到完全延长抵抗，才能获得 4 分或更高的分数。
7. 要用不平等的强度对手指进行评分，请使用多数规则。如果三根手指具有相同的分数，则使用此分数。如果两根手指的分数低于其他两根手指，请使用较低分数。
8. 将肩部诱拐和手指延伸的 MRC 等级加在一起，得出 10 分的 SAFE 分数。如果患者在中风后的第 3 天的安全分数为 5 或以上，则可以假定他们有功能性皮质脊柱，并且不需要 TMS。如果患者在中风后的第 3 天的安全分数低于 5，则需要 TMS 来确定其 MEP 状态。

3. 颅内磁刺激（TMS）

1. 评估患者是否适合 TMS。
   1. 与患者一起填写TMS安全检查表，识别与TMS²⁴的绝对和相对禁忌症。
      注:此信息应通过患者和家庭面谈以及医疗记录收集。有关详细信息，请参阅代表性结果部分。
   2. 请患者的医生检查 TMS 检查表，并在适当时批准。
   3. 在 TMS 测试当天，与临床团队和患者一起检查患者的身体状况，以确保自检查表签署以来没有变化。
      注意:要考虑的事件包括头部受伤的跌倒、癫痫发作、如果患者在医疗上身体不适、血糖低下或血压不稳定。确保患者在检查前已服用所有处方药物。
2. 准备环境。
   1. 从床边取下家具。将床移离墙壁，为 TMS 装置留出空间。
   2. 将 TMS 单元放在床头朝向残肢对面的一侧。将 TMS 装置角度，以便交付 TMS 的人员可以轻松看到屏幕。
   3. 测试 TMS 设置，检查其是否正常工作。
      注:此协议使用单脉冲 TMS 单元。肌电图 （EMG） 信号可在 2 kHz 下采样，并通过 10 Hz 高通滤波器和 1，000 Hz 低通滤波器进行滤波。EMG 设备需要由 TMS 单元触发，以便 EMG 跟踪在 TMS 刺激之前至少从 50 毫秒开始，在 TMS 刺激后至少结束 50 毫秒。
   4. 确保熟悉在 TMS 评估室调用紧急援助的协议，以在需要的情况下。
3. 准备病人。
   注:静脉注射（IV）线、鼻胃喂养或通过鼻管补充氧气浓度低的患者可以使用TMS进行检测，前提是治疗医生认为他们医学上稳定。补充氧气应在整个 TMS 会话中继续。通过静脉输液管路暂停和断开鼻胃喂养和非必需液体，将更容易进行TMS评估。
   1. 脱去覆盖前臂的任何衣物。拆下覆盖色心手腕的任何物品，如手表或识别手镯，以便放置 EMG 电极。
   2. 将皮板臂放在枕头上，前臂前臂前垂，从肘部完全支撑到手部。
   3. 用帕雷前臂来定位外伸血管径向（ECR）肌肉的肌肉腹部。识别肌肉腹部上两个表面 EMG 电极的位置，考虑 IV 导管或敷料的位置等因素。
      注:必须至少将一个电极放置在肌肉腹部。这可能需要与护理人员讨论在测试前重新定位敷料（如果可能的话）。
   4. 使用酒精皮肤清洁抹布清洁每个电极部位的皮肤。对每个电极部位进行扫描以去除任何毛发。用磨料霜或胶带轻轻磨砂电极部位。小心皮肤脆弱，避免皮肤破损。
   5. 在每个部位牢固地应用自粘一次性记录电极。
   6. 找到第一个背交间肌 （FDI） 的电极位点。一个电极将放置在FDI肌肉腹部和一个在手的背。
      注: 电极放置可能因患者因素（如静脉导管或敷料的位置）而异。
   7. 准备皮肤并应用上述自粘记录电极。
   8. 将参考电极带放在手臂周围，紧紧接近肘部。或者，准备皮肤，并在腐殖质的侧侧史诗上放置一个自粘参考电极。
4. 将患者放在床上进行测试。
   1. 放下床轨。将患者尽可能高地移到床边，并朝非帕雷面的床边移动。
      注:患者只能由经过培训的工作人员移动。
   2. 出于安全考虑，将床轨放回护栏侧。如果可能，拆下床的床头板，并拆下任何未使用的附加在床上的 IV 杆，这些电杆可能会妨碍线圈位置。
   3. 尽可能高地抬起床头。将枕头放在患者背部后面，使其处于直立坐姿，而他们的头没有接触床。不要把枕头放在头后面。如果可能的话，提高膝盖，以防止患者在测试期间滑下床。
   4. 确保皮板前臂处于原位，并由枕头从肘部到手腕完全支撑。将 TMS 线圈固定到患者头部，检查是否有足够的 TMS 线圈访问。根据需要调整患者的位置。
5. 将患者放在椅子上或轮椅上进行测试（替代选项）。
   1. 确保患者直立舒适地坐在椅子上。在每个手臂下面放一个枕头。确保枕头前臂有前臂支撑并完全支撑。
6. 检查 EMG 跟踪:连接患者和 EMG 装置之间的电缆。检查以确保 EMG 信号没有任何电气噪声。
7. 交付 TMS。
   1. 应有两名经过培训的工作人员参加 TMS 测试。指示病人向前看，保持头脑不动，睁开眼睛。
   2. 持线圈的人应站在患者头部旁边，放在其非parea的一侧，并将线圈的中心放在受中风影响的半球的主要运动皮层的位置上。这与闭内线的顶点大约 4 厘米的横向。
      注: 识别起动线圈位置的另一种方法是测量从顶点到耳前约三分之一的距离。
   3. 将线圈的手柄向后指向，在中端平面上以大约 45° 角定向，在底层组织中产生后到前电流。
      注:该协议中使用的线圈为平面图8线圈，但也可以使用品牌线圈或圆形线圈。
   4. 调整床高，使线圈支架舒适。如有必要，请使用步骤。第二个人（不是线圈支架）负责在整个TMS会话期间监测患者舒适度。他们可以站在床脚，以监测患者，并确保患者保持中性头部位置或从床边监控患者，同时根据需要调整 TMS 单元控制。
      注: 这取决于所使用的单个 TMS 设置。应监测患者的舒适程度、警觉性以及任何不良反应，如对 TMS 的血管反应。
   5. 从刺激强度为 30% 的最大刺激器输出 （MSO） 开始。在每个强度和头皮位置增加强度 10% MSO 步骤，刺激 3 到 5 个。
   6. 在每个方向（前、后、中、侧）以 1 厘米步系统地移动线圈，以找到在记录的肌肉中产生 MEP 的最佳位置。可能还需要对线圈旋转进行少量调整。
   7. 继续增加刺激强度并移动线圈，直到在一块或两块肌肉中持续观察 MEP，或直到达到 100% MSO。
   8. 如果达到 100% MSO 且未观察到 MEP，则使用主动促进来增加皮质运动兴奋度和引发 MEP 的可能性。要求患者用双臂将枕头抱在胸前，尽量激活其皮套 UL。对于没有远端 UL 活性的患者，请他们抬起并缩回肩梁。
8. 对患者的 MEP 状态进行分类。
   1. 如果观察到任何振幅的 MEP 响应至少五个刺激，且延迟一致，则将患者分类为 MEP+。这既可以是休息的，也可以是在自愿调解期间。外国直接投资延迟通常为 20-30 毫秒，而紧急CR 延迟通常为 15-25 毫秒，MEP 不必超过峰值到峰值振幅 50 μV。
   2. 将患者归类为 MEP - 如果 MEP 在休息时或尝试自愿调解时不能以 100% MSO 进行诱导。
9. 取出电极，用酒精擦拭皮肤。皮肤可能略带红色，但这通常无需任何治疗即可解决。

SAFE 分数和 TMS 可用于在中风后一周内确定 CST 的功能状态。在 3 日安全得分至少为 5 的患者，或使用 TMS 测试时为 MEP+的患者，具有功能性 CST，并有望至少恢复一些协调和灵巧。MEP- 患者没有功能性 CST，因此可能仅限于近端手臂运动和手部总运动的改善。因此，CST 的功能状态可用于根据患者恢复灵巧手功能的能力选择患者进行试验。

PREP2 算法通过使用此协议获取 SAFE 分数和 MEP 状态来预测 UL 功能结果。PREP2算法已经开发和验证在18岁或以上的患者中，缺血或出血性中风和新的UL弱点，如其他地方详细描述^{16，17，20。}PREP2 算法的一个重要组件是确定安全分数低于 5 的患者使用 TMS 的 MEP 状态。必须评估患者是否适合该手术。这包括完成一份安全检查表，该清单随后由主治医生审核和批准。该检查表的目的是识别使用 TMS 的任何禁忌症或预防措施，例如心脏起搏器、癫痫发作、脑部手术和头部损伤。TMS 的禁忌和预防措施已经确立，并之前详细描述了^24。

如果 MEP 始终处于适当的延迟（FDI 为 20–30 ms，ECR 为 15–25 ms）且具有任何峰值到峰值振幅，则患者被视为 MEP+。无论在休息时或尝试自愿 UL 促进时，患者都是 MEP+。MEP 只需要在一个肌肉中存在，患者才被视为 MEP+。该协议不同于其他协议，这些协议可能要求 MEP 在峰值到峰值振幅中超过 50 μV，至少 5 条 10 条跟踪。这些其他方案旨在建立患者的休息运动阈值，作为进一步神经生理学评估的基础。对于 UL 恢复的预测，MEP 的简单存在或不存在比 MEP 振幅更强，并且识别其余电机阈值不需要^{8、9、16、25}。

图2、图3和图4提供了中风后1周内使用TMS测试的患者的EMG记录示例。

图2:MEP+患者的例子。（A） 该患者有在Pareat FDI（上痕）和ECR肌肉（底部痕迹）的MEPs。正如预期的那样，外国直接投资MEP延迟（25毫秒）略长于ECR（21毫秒）。（B） 这个病人在FDI和ECR肌肉中拥有MEP。ECR MEP 振幅较小（40 μV），但发生在适当的延迟处。虽然这位患者显然拥有大量的 FDI MEP，但仅根据 ECR 跟踪，他们将被视为 MEP+。（C） 该患者在 FDI 肌肉 （40 μV） 中具有一个小 MEP，在 ECR 肌肉中没有 MEP。MEP 以适当的延迟（27.5 毫秒）发生。此患者可被视为 MEP+，因为在至少五条跟踪上观察到 MEP（请参阅协议中的步骤 3.8.1）。请点击此处查看此图的较大版本。

图3:MEP患者的例子。这些患者未能在休息期间以 100% MSO 证明 MEP，并试图积极的双边促进来增加引发 MEP 的可能性。EMG 痕迹在调解期间不显示肌肉活动，因为严重性。（A） 这个病人在任一肌肉中没有任何振幅的MEP，尽管所有的努力都引出一个。（B） 这名患者在 FDI 肌肉（顶部痕迹）中没有 MEP。底部跟踪 （ECR） 包含刺激伪影的长尾。当任一肌肉的延迟窗口期间都存在这种情况时，识别 MEP 可能很困难。有关排除 EMG 噪声问题的建议，请参阅图 4。如果问题无法解决，则使用 FDI 跟踪的结果，在这种情况下，这是 MEP-。（C） 在 ECR 肌肉 EMG 跟踪中看到的波动不是 MEP。这是一个马达装置偶尔发射。这些可以识别，由于其均匀的形状和外观在延迟，不对应于ECR的预期延迟。请点击此处查看此图的较大版本。

图4:受电噪声污染的EMG跟踪示例。（A） 这名病人的两块肌肉上都含有MEP，尽管FDI痕迹中有电噪声，但可以清楚地识别。（B） 这个病人只有ECR的MEP。在 EMG 录制过程中，噪声信号可能是一个常见问题。研究人员需要考虑噪音是环境（由于室内或 EMG 设置中的电气噪声问题）还是生物噪声（患者的底层肌肉活动）。故障排除建议包括但不限于检查皮肤准备是否充分、电极与皮肤失去接触（如果患者手上有汗水，这尤其常见于 FDI），接地带或电极出现问题，电缆牢固地连接到患者和 EMG 装置，在测试期间有人触摸患者或 TMS 手推车，将床从电源上拔下，调整照明（关闭荧光灯），以及调整患者位置，以便他们能够放松与他们的 URL 完全支持枕头。在这两个痕迹中，背景噪声只存在于一个肌肉中。这表明噪音问题特定于该肌肉的设置（例如，电缆松动、电极传导不良（由于与皮肤接触不足或电极有故障）。两个肌肉的示踪中存在噪音表示接地电极或表带问题或环境中的电气噪音。请点击此处查看此图的较大版本。

使用MEP状态评估的CST功能是UL恢复和中风后结果的关键预后生物标志物。共有95%的患有功能性CST的患者在中风后1周达到行动研究手臂测试（ARAT）得分至少34分，57分，3个月后为^17。相反，100%没有功能CST的患者在中风后1周达到ARAT得分小于34在中风^{后3个月17。}在中风后一周内评估CST功能，可以改善患者选择和分层试验，旨在改善UL恢复和中风后的结果。

TMS 评估的首要考虑因素是患者安全。在 TMS 评估之前，TMS 安全检查表应由医生审核并签名。在 TMS 评估当天，还需要与患者一起检查该检查表，以确认其检查表答案没有变化。在单独的手术室而不是在患者的床位内进行 TMS 测试可能更合适。在这种情况下，表面EMG的皮肤准备和电极放置可以在患者的病床空间内进行，然后再运送到手术室进行TMS测试。在床位处为患者准备可最大限度地减少手术时间，对于某些患者来说，这可能更可以忍受。如果患者被运送到手术室进行测试，请务必确保所有补充医疗设备（如氧气治疗、静脉注射管、导管、充气床垫）在运输过程中和之后都能正常工作。

患者定位也是一个重要的考虑因素。如果在床上而不是椅子上接受测试，那么中风后非常疲劳的病人可能会更舒适。在床上测试患者可能更具挑战性，但仔细定位患者后，可以将 TMS 线圈适当地放置在具有正确线圈方向的马达皮层的 UL 表示上。在椅子上测试患者，使用 TMS 线圈可以更轻松地访问头部，但可能会为患者转场带来更大的挑战。

此协议中描述的 TMS 设置可能因可用的 TMS 设备和患者因素而异。这里使用了扁平图8线圈，但可以用图八品牌线圈或圆形线圈代替。同样，电极放置可能因电极引线的长度或皮肤病变、IV 导管和敷料引起的放置问题而异。典型的FDI放置涉及一个电极在FDI肌肉腹部和一个在第二个元卡波兰关节的横向方面。该协议描述了用于FDI电极定位的腹部-田蒙太奇，第二个电极位于手的背。如果患者有汗水或电极本身太大，无法适应标准配置，则将第二电极放在手部两端非常有用。

准确完成 TMS 评估至关重要，尤其是在确定患者为 MEP 时。如果可能的话，需要尽一切努力来诱导MEP，包括以高达100%MSO的刺激，确保患者在测试期间睁开眼睛保持清醒，以及促进一只或双臂的肌肉激活。该协议中描述的技术不使用神经导航来识别 TMS 线圈的热点。这消除了磁共振成像 （MRI） 扫描的需要，并缩短了会话时间。然而，这也意味着，线圈的运动，而寻找最佳刺激位置必须系统和彻底，以确保所有的努力，以引起MEP。

TMS 仅适用于安全分数低于 5 的患者。这意味着仅需要大约三分之一的患者使用 TMS，从而降低了成本并提高了可访问性。如果TMS不可用，即使MRI生物标志物有¹⁷个可用，SAFE得分低于5的患者的预测准确性也会下降到55%。对于安全得分为 5 或 5 以上的患者，没有 TMS 访问权限的研究和临床站点仍然可以完成 PREP2 算法的前半部分。然而，这将限制患者选择研究试验到那些有轻度至中度UL弱。

SAFE 评分和 TMS 在临床实践中非常有用，为研究人员提供基于 CST 功能和患者神经生物学能力进行 UL 恢复的临床试验选择和分层患者的原则方法。

作者没有什么可透露的。

作者感谢温斯顿·比布洛教授和哈里·乔丹对这项工作的宝贵贡献。这项工作由新西兰卫生研究理事会资助。