3.0 T高場磁共振磁化傳遞成像對特發(fā)性癲癇的研究

劉新峰，操玉萍，歐新偉，廖大偉，張國明，朱克文，彭嵐，張體江*

癲癇是由大腦神經(jīng)元過度放電導(dǎo)致的一過性神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，常伴有局部代謝、結(jié)構(gòu)、受體及血流等病理生理變化[1]。目前癲癇的治療主要以藥物控制為主，但對部分患者藥物治療效果不佳，稱為難治性癲癇，其中一部分難治性癲癇患者常規(guī)檢查不能顯示其病變區(qū)域，屬于特發(fā)性癲癇。磁化傳遞成像(MTI)是對大分子物質(zhì)微觀神經(jīng)病理變化具有較高敏感性技術(shù)，其在提高組織特征方面的應(yīng)用較多，如多發(fā)性硬化、阿爾茲海默綜合征等，即使常規(guī)MRI及CT掃描陰性，在磁化傳遞率(MTR)圖像也能顯示腦部病變區(qū)域，病理顯示這些區(qū)域存在神經(jīng)元及白質(zhì)髓鞘化的改變。筆者利用3.0 T高場MR MTI技術(shù)探討特發(fā)性癲癇患者的腦組織是否存在神經(jīng)病理變化。

1 材料與方法

1.1一般資料

搜集2011年1月至2011年12月間于遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院門診就診的癲癇患者32例，所有患者均經(jīng)神經(jīng)內(nèi)科2名經(jīng)驗豐富的高年資醫(yī)師依據(jù)國際抗癲癇聯(lián)盟(ILAE)的診斷標準[2]診斷為特發(fā)性癲癇，其中男17例，女15例，年齡7～25歲，平均年齡14歲，病程1/4個月到120個月，平均病程25個月。招募性別、年齡、利手及受教育程度無統(tǒng)計學(xué)差異的健康志愿者32名為對照組。所有受試者均無頭部外傷史、高熱驚厥、重要器官功能障礙及其他神經(jīng)精神疾病史。本研究經(jīng)本院倫理委員會審核通過。

1.2數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集均在西門子3.0 T Trio A Tim超導(dǎo)MR設(shè)備下進行，采用8通道頭線圈，選用快速梯度回波序列(gradient echo，GRE)對受試者分別行未施加和施加飽和脈沖時軸面掃描各1次，MTI序列參數(shù)：TR 35.00 ms，TE 4.92 ms，層厚3 mm，層間距 0 mm，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，偏轉(zhuǎn)角 25°，飽和脈沖頻率 1200 Hz，頻寬(bandwidth)30 Hz，全腦掃描共51層。

1.3圖像分析及統(tǒng)計學(xué)處理

MTI圖像分析是基于Matlab環(huán)境采用SPM2軟件進行基于體素分析，將MTI圖像依次進行如下處理：(1)圖像格式轉(zhuǎn)化：將每一受試者的原始圖像經(jīng)Efilm軟件、MRIcro軟件由Dicom格式轉(zhuǎn)換成Analyze格式，圖像分別為MT圖和No-MT圖，然后逐一進行映射配準；(2)MTR計算：運用統(tǒng)計參數(shù)圖軟件SPM2及MTR插件逐體素計算MTR值，得MTR圖像；(3)空間標準化：將MTR圖像配準到T1模板上采用軟件進行標準化處理；(4)去頭皮及顱骨:采用MRIcro軟件對標準化的圖像進行去頭皮及顱骨；(5)圖像平滑處理：設(shè)定全寬半高值為8 mm的各項同性高斯核進行平滑和降低噪聲處理。

統(tǒng)計學(xué)處理是將病例組和對照組平滑后的MTR圖像在SPM2軟件中采用兩樣本t檢驗進行統(tǒng)計分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義；采用SPM2軟件中Multiple regression分析MTR與病程相關(guān)性，取P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

與對照組比較，當(dāng)取體素水平P＜0.005，團簇取≥160體素時，癲癇組在以下腦區(qū)存在MTR值的降低：(1)雙側(cè)額中回、小腦前葉；(2)右側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、中央旁小葉、額上回；(3)左側(cè)頂下小葉。在簇水平，除右側(cè)大腦額中回外，余腦區(qū)均具有統(tǒng)計學(xué)意義(校正，P＜0.05)(表1，圖1)，沒有發(fā)現(xiàn)MTR升高腦區(qū)。相關(guān)分析顯示，左側(cè)小腦后葉及枕葉舌回、梭狀回MTR值與病程呈負相關(guān)(P＜0.05)(表2，圖2)。

3 討論

3.1 MTI技術(shù)原理及病理基礎(chǔ)

MRI以氫質(zhì)子為成像單位，人體組織內(nèi)氫質(zhì)子因運動狀態(tài)不同分為自由水和結(jié)合水，自由水呈現(xiàn)自由運動狀態(tài)，其T2值相對較長，可以為常規(guī)MRI掃描提供組織信號；結(jié)合水由于與核酸、蛋白質(zhì)、碳水化合物等物質(zhì)結(jié)合而運動受限，其T2值很短，不能為常規(guī)MRI提供有效的組織信號。MTI是在常規(guī)射頻脈沖激勵前施加偏共振頻率飽和脈沖，使結(jié)合池(大分子物質(zhì))飽和，由于自由水與結(jié)合水處于動態(tài)交換狀態(tài)，可以將飽和磁化狀態(tài)通過化學(xué)交換及偶極交聯(lián)傳遞給自由水，進而產(chǎn)生圖像信號對比。

MTI對疾病組織特征分析基于兩方面：一方面神經(jīng)病理改變導(dǎo)致水分子擴散程度改變，引起該區(qū)域自由水與結(jié)合水的量及比例改變，影響MT效應(yīng)；另一方面神經(jīng)病理改變影響了結(jié)合水與大分子物質(zhì)結(jié)合能力。研究表明白質(zhì)MTR反映的是白質(zhì)髓鞘化程度[3]，灰質(zhì)MTR變化反映的是灰質(zhì)的神經(jīng)元數(shù)量、形態(tài)及細胞膜組成蛋白和磷脂等的變化。

3.2特發(fā)性癲癇的體素分析(voxel-based analysis，VBA)分析

癲癇是一種由多種原因引起的慢性腦功能異常綜合征，癲癇發(fā)作可使神經(jīng)細胞損傷，進而引起膠質(zhì)細胞增生、突觸重塑及苔蘚纖維投射等腦功能及結(jié)構(gòu)的可塑性變化[4]，這些變化可引起癲癇再次發(fā)作，成為造成癲癇反復(fù)發(fā)作原因之一。這些微觀病理的改變常影響病變區(qū)域大分子物質(zhì)與水質(zhì)子結(jié)合能力及鄰近自由質(zhì)子量，導(dǎo)致磁化傳遞能力改變，因此本研究可以利用MTI對特發(fā)性癲癇的神經(jīng)病理改變進行探討，并利用基于體素分析法對圖像進行分析。基于體素分析屬于整體分析，可以逐體素對圖像進行分析，利用SPM2、MATLAB等軟件，將不同患者數(shù)據(jù)行統(tǒng)一標準化處理，再行統(tǒng)計學(xué)分析。一方面可以對全腦分析，避免微小病變因局部分析ROI的選擇而遺漏，另一方面不受人為因素影響，完全是在對病變分布特點不知的條件下進行，尤其適用于常規(guī)MRI檢查陰性的神經(jīng)精神疾病患者的研究，該方法在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中已顯示出臨床價值。

表1癲癇患者MTR降低腦區(qū) （相對于對照組）Tab.1The brain regions of MTR lower(compared with normal control group)

表2 MTR與病程呈負相關(guān)腦區(qū)Tab.2 The brain regions of negatively correlation

本研究顯示病例組較對照組MTR的降低區(qū)域主要位于雙側(cè)額中回、小腦前葉，右側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉及左側(cè)頂下小葉等腦區(qū)。這與Diniz等[5]的研究相符合，其研究小組利用MTI對內(nèi)側(cè)顳葉癲癇研究，結(jié)果顯示除顳葉區(qū)域存在MTR值下降外，腦的其他部位如額葉、小腦、頂葉、胼胝體等部位灰質(zhì)、白質(zhì)也存在MTR值下降，同時利用體素形態(tài)學(xué)(voxel-based morphometry，VBM)分析發(fā)現(xiàn)部分腦區(qū)存在腦萎縮，認為腦萎縮可能是MTR降低原因之一；除此之外，可能神經(jīng)元損傷也與之相關(guān)。從Diniz等[5]的研究可以看出，癲癇并不是局限于某個腦區(qū)，額頂顳葉均存在異常。國內(nèi)的研究也表明癲癇存在多腦區(qū)損傷[6]。提示癲癇存在的網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)系[7]造成了腦組織多腦區(qū)損傷。

額葉是指位于中央溝前方和外側(cè)溝上方的腦組織。中央前溝前方額葉部分被額上、下溝自上而下依次分為為額上、中、下回。語言、運動及發(fā)音等功能均與額葉密切相關(guān)，內(nèi)側(cè)前額葉指大腦半球間前額內(nèi)部的腦組織，其與情緒及記憶有關(guān)。額葉依靠纖維束與顳枕頂葉存在廣泛聯(lián)系。額葉受損，臨床表現(xiàn)為相應(yīng)語言、行為、記憶等異常。小腦與運動、平衡覺相關(guān)，通過小腦腳與腦干聯(lián)系，通過齒狀核與大腦聯(lián)系。頂下小葉包括角回及緣上回，主要與閱讀功能有關(guān)，通過纖維束與額葉相聯(lián)絡(luò)，共同維護軀體語言、感覺功能。由此可見軀體各項功能并不是受單一腦葉控制，而是各部腦組織存在廣泛聯(lián)系，共同維護人體各項功能。癲癇發(fā)作時，往往會表現(xiàn)多種功能障礙，如抽搐、意識障礙等。

圖1 病例組磁化傳遞率 （MTR）降低腦區(qū)疊加在T1WI模板的橫斷面圖。這些腦區(qū)包括雙側(cè)額葉、小腦前葉及左側(cè)頂葉等。彩色條表示T值。圖中左側(cè)代表解剖區(qū)右側(cè)，右側(cè)代表左側(cè)Fig.1The brain regions of MTR lower was displayed onT1WI.MTR reduction areas were mainly located in bilateral middle frontal gyrus,anterior cerebellar lobeand left inferior parietal lobule.The color bar represents the T value.The left side on behalf of the right in the figure，the right side on behalf of the left.

Ferini-Strambi等[8]利用 MTI研究常規(guī) MRI檢查為陰性的癲癇患者，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)額葉部分區(qū)域MTR值較對照組降低，這與本研究結(jié)果存在相同的腦區(qū)。Ferini-Strambi等[8]認為，MTR值降低，說明大分子物質(zhì)與周圍質(zhì)子磁化交換能力下降，反映髓鞘或軸突膜損傷；MTR信號強度，取決于該區(qū)域大分子物質(zhì)濃度。該研究者也認為MTR值降低也與膠質(zhì)細胞增生和病變周圍自由水增加有關(guān)聯(lián)。小腦、頂葉也是癲癇放電易損傷部位。Li等[9]測量特發(fā)性癲癇患者右側(cè)小腦各向異性分數(shù)(FA)明顯降低，F(xiàn)A代表各向異性的程度，反映水分子擴散受軸索的影響程度及軸索髓鞘化[10]，F(xiàn)A值下降，提示右側(cè)小腦存在損傷。另有研究也發(fā)現(xiàn)癲癇患者頂下小葉白質(zhì)往往存在萎縮[11]。

圖2 病例組MTR與病程呈負相關(guān)的腦區(qū)。這些腦區(qū)包括左側(cè)小腦后葉及左側(cè)枕葉舌回、梭狀回等。彩色條表示T值。圖中左側(cè)代表解剖區(qū)右側(cè)，右側(cè)代表左側(cè)Fig.2Negatively correlation was found in the occipital lingual gyrus,fusiform gyrus and left posterior lobe of cerebellum between MTR and the illness duration.The color bar represents the T value.The left side on behalf of the right in the figure，the right side on behalf of the left.

腦組織內(nèi)MTR值取決于大分子物質(zhì)完整性及病變周圍鄰近自由水的變化[12]，癲癇的致癇灶導(dǎo)致腦組織完整性破壞，造成鄰近自由水增加及T2弛豫增加，MTR就會降低，MTR值的下降反映軸突損傷、脫髓鞘、神經(jīng)元水腫、鐵沉積等[13]。遇濤等[14]手術(shù)切除難治性癲癇的癲癇灶，部分患者癇性放電消失，證實癲癇存在神經(jīng)病理變化。手術(shù)病理鏡下觀察癲癇超微結(jié)構(gòu)：神經(jīng)細胞變性、水腫、細胞內(nèi)脂褐素增多等；膠質(zhì)細胞反應(yīng)性增生；有髓神經(jīng)纖維髓鞘碎裂及無髓纖維的纖維樣結(jié)構(gòu)增多等[15]。這些癲癇超微結(jié)構(gòu)的改變與上述學(xué)者利用MTI對其的研究發(fā)現(xiàn)基本一致，進一步說明MTR對特發(fā)性癲癇神經(jīng)病理變化比較敏感。

3.3 VBA結(jié)果與腦電圖比較

本組病例均行腦電圖檢查，結(jié)果顯示：雙側(cè)或單側(cè)額區(qū)存在異常10例；頂枕區(qū)異常4例；雙側(cè)后顳存在異常1例，正常腦電圖17例。額葉、頂葉存在異常與VBA結(jié)果相符，顳葉存在異常，VBA結(jié)果并未顯示異常，這可能與該患者病程較短有關(guān)(病程1周)。大多數(shù)患者腦電圖表現(xiàn)正常，這可能與異常放電區(qū)位于內(nèi)側(cè)額葉深面有關(guān)，由于位置深異常電波不易傳出[16]，而VBA結(jié)果顯示MTR下降區(qū)域內(nèi)側(cè)前額葉，團簇最大(團簇大小1261)，對腦電圖檢查起了很好的補充作用；MTR異常區(qū)域除額葉、頂葉外，雙側(cè)小腦前葉也存在異常，腦電圖未明顯顯示，表明腦電圖在癲癇診斷方面確實存在不足。若聯(lián)合采用MTI與腦電圖對患者檢查手段，將大大提高癲癇診斷準確率。

3.4 MTR與臨床因素(病程)相關(guān)性

目前，大量研究表明，隨著病程延長癲癇患者腦組織病理損傷程度加重。白卓杰等[17]定側(cè)研究了13例左側(cè)顳葉癲癇，該組患者左側(cè)鉤束FA值與病程呈負相關(guān)，提示病程越長，軸突損傷越明顯。癲癇患者腦組織體積與病程也呈負相關(guān)[18]，病程越長，左內(nèi)側(cè)前額葉體萎縮越嚴重。袁翠平等[19]利用磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)對內(nèi)側(cè)顳葉癲癇研究時顯示，發(fā)病時間越長，雙側(cè)丘腦、基底節(jié)等皮層核團SWI信號下降越明顯，而SWI信號高低反映鐵沉積多少，病程越長，鐵濃度就越高，多巴胺異常代謝就加重。MTR與鐵沉積也存在一定關(guān)聯(lián)性，MTR值降低區(qū)域鐵的濃度提高，提示癲癇患者MTR與病程也呈負相關(guān)。

本研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)小腦后葉及左側(cè)枕葉舌回、梭狀回MTR值與病程呈負相關(guān)。表明這些部位隨病程延長，微觀神經(jīng)病理改變加重。但呈負相關(guān)區(qū)域與VBA分析發(fā)現(xiàn)MTR值的降低區(qū)域不一致，筆者認為可能與以下因素有關(guān)：(1)本組病例樣本量不夠大，可能會影響研究結(jié)果；(2)病例組存在異質(zhì)性，癲癇類型、發(fā)病年齡及發(fā)作持續(xù)時間長短以及是否處在用藥期均有可能影響研究結(jié)果。由于本研究樣本量不夠大(32例)，未進行亞組分析(如全面性、部分性癲癇及用藥組與非用藥組)，未來研究將進一步擴大樣本量，進行深入研究。

目前，國內(nèi)外采用MTI對癲癇的研究較少，本研究結(jié)果表明MTI能檢測特發(fā)性癲癇患者神經(jīng)病理改變，尤其是部分腦區(qū)的MTR值與病程呈負相關(guān)，提示隨病程延長，局部腦組織損傷越嚴重，進一步證實此技術(shù)能對特發(fā)性癲癇患者病理生理機制研究提供新的觀點。也將對腦電圖檢查手段顯示不足起到很好的補充。當(dāng)聯(lián)合采用MTI、DTI、SWI與腦電圖等檢查手段時，將大大提高癲癇的診斷及術(shù)前定位的準確率。

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