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目的:目前有越来越多的证据表明意识障碍患者应用经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)之后能发生行为和神经功能改变,但是关于功能改变的神经影像学基础证据有限。本研究旨在研究tDCS对慢性意识障碍患者的促醒疗效及对脑白质纤维的影响。方法:采用随机交叉对照试验设计。每位患者随机在左侧前额叶皮层接受10次真刺激和10次假刺激,持续2周;相隔2周的洗脱时间。使用昏迷恢复量表修订版(coma recovery scale-revised,CRS-R)对意识水平进行评估,而且应用弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)评估白质纤维。结果:共6位意识障碍患者完成了研究。行为学水平方面,真刺激治疗前后CRS-R量表没有发生显著的改变(F=5.263,p>0.05)。神经影像方面,基于白质骨架的空间统计分析显示,假刺激之后的胼胝体压部和膝部、大钳、小钳、胼胝体体部、双侧内囊、双侧外囊这几个部位的平均扩散率(mean diffusivity,MD)平均值及在胼胝体膝部、小钳、大钳、右侧内囊和右侧外囊区域的径向扩散率(radial diffusivity,RD)平均值显著高于基线水平(p<0.05),而在真刺激治疗后未见影像学指标有明显差异(p>0.05)。进一步的感兴趣纤维束影像学分析显示,假刺激治疗后的白质纤维如左侧扣带束海马部(假刺激:0.56±0.08 vs.真刺激:0.52±0.05,p=0.007)、左侧皮质脊髓束(假刺激:0.62±0.08 vs.真刺激:0.59±0.08,p=0.016)、小钳(假刺激:0.87±0.06 vs.真刺激:0.84±0.05,p=0.036)的RD值与真刺激相比显著升高。此外,真刺激治疗前后白质纤维DTI指标与意识水平的相关性分析显示,CRS-R总分差值与右侧丘脑前辐射影像学指标MD平均值(r=0.937,p=0.006)、RD平均值(r=0.876,p=0.022)呈显著的正相关性,而与左侧上纵束MD平均值(r=-0.842,p=0.035)、RD平均值(r=-0.914,p=0.011)值显示出显著的负相关。其次,还观察到了多条感兴趣纤维束的影像学指标与CRS-R量表子项存在显著的相关性。结论:尽管tDCS刺激左侧背外侧前额叶皮质在慢性意识障碍患者中未显示出显著的行为学促醒疗效,但引起了相关白质区域影像学指标的变化,而且与行为学的改变呈现出显著的相关性。tDCS可能通过减缓白质纤维脱髓鞘、细胞水肿等机制促进脑结构网络的恢复,提示了tDCS对改善意识水平具有潜在的应用价值。