聯(lián)合確定性纖維追蹤技術(shù)和注意網(wǎng)絡(luò)測試研究海馬硬化型癲癇結(jié)構(gòu)和執(zhí)行功能的結(jié)果分析

何芳　胡天蘭　王強(qiáng)

【摘要】 目的：聯(lián)合確定性纖維追蹤技術(shù)和注意網(wǎng)絡(luò)測試（attentional network test，ANT）探討海馬硬化型癲癇患者腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)損害與執(zhí)行功能的關(guān)系。方法：對(duì)43例海馬硬化性癲癇患者及42例性別、年齡、受教育年限相匹配的健康對(duì)照者進(jìn)行ANT和DTI掃描，采用PANDA軟件及確定性纖維追蹤技術(shù)分析DTI數(shù)據(jù)，以及E-Studio軟件計(jì)算執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間（reaction time，RT）。結(jié)果：與健康對(duì)照組相比，患者組雙側(cè)額上回、雙側(cè)側(cè)扣帶回及顳中回各向異性值（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、纖維數(shù)量（fiber number，F(xiàn)N）明顯低（P<0.05），執(zhí)行RT明顯長（P<0.05）;患者組右側(cè)額上回FA值與執(zhí)行RT及FN值與執(zhí)行RT均呈負(fù)相關(guān)（r=-0.36，P=0.018;r=-0.309，P=0.044）。結(jié)論：海馬硬化型癲癇患者白質(zhì)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行功能均受損，其右側(cè)額上回FA、FN值與執(zhí)行RT呈負(fù)相關(guān)。

【關(guān)鍵詞】 彌散張量成像; 癲癇; 執(zhí)行功能; 各向異性值; 纖維數(shù)量

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.11.007 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 B 文章編號(hào) 1674-6805（2019）11-00-03

Analysis of the Results of Structural and Executive Function of Hippocampal Sclerosis Epilepsy by Combined Deterministic Fiber Tracing and Attentional Network Test/HE Fang，HU Tianlan，WANG Qiang.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（11）：-19

【Abstract】 Objective：To investigate the relationship between the white matter deficits and the execution function of hippocampal sclerotic epilepsy patients by using deterministic tractography and attentional network test（ANT）.Method：43 patients with hippocampal sclerotic epilepsy and 42 healthy controls with gender，age and years of education were examined by ANT and DTI.PANDA software and deterministic fiber tracing technique were used to analyze DTI data，and E-Studio software was employed to compute executive reaction time（RT）.Result：Compared with the healthy control group，anisotropy（FA），fibrous quantity（FN） of the bilateral superior frontal gyrus，bilateral bilateral cingulate gyrus and middle temporal gyrus in the patients group were significantly decreased（P<0.05），and the executive reaction time was significantly prolonged（P<0.05）;the FA and FN values ??on the right frontal were negatively correlated with the response time（r=-0.36，P=0.018.r=-0.309，P=0.044）.Conclusion：The white matter structure and executive function of hippocampal sclerotic epilepsy are impaired，and the FA and FN values ??on the right frontal are negatively correlated with the response time.

【Key words】 Diffusion tensor imaging; Epilepsy; Executive function; Fractional anisotropy; Fiber number

First-authors address：Tianyou Hospital Affiliated to Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430000，China

癲癇患者反復(fù)放電可導(dǎo)致神經(jīng)元變性、髓鞘缺失和軸突膜退化，從而損傷白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)及基于這些結(jié)構(gòu)的認(rèn)知功能，如記憶、注意、情緒等[1]。近些年來許多學(xué)者報(bào)道了癲癇患者白質(zhì)纖維受損[2]，甚至研究了不同類型的癲癇患者其白質(zhì)纖維受損嚴(yán)重性不一。癲癇患者存在執(zhí)行功能的損害報(bào)道也甚多[3-4]，然而鮮有海馬硬化型癲癇患者白質(zhì)結(jié)構(gòu)受損與執(zhí)行功能關(guān)系的報(bào)道，本研究聯(lián)合應(yīng)用確定性纖維追蹤技術(shù)和注意網(wǎng)絡(luò)測試，探討海馬硬化型癲癇患者腦白質(zhì)纖維完整性和執(zhí)行功能的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2015年8月-2017年8月在筆者所在醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科就診的海馬硬化型癲癇患者43例。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）磁共振示海馬萎縮或硬化;（2）腦電圖顯示癇性病灶位于顳葉;（3）臨床診斷為癲癇患者。同時(shí)滿足以上3項(xiàng)則納入研究。所有患者均按照抗癲癇聯(lián)盟治療指南服藥，排除患有可能影響智力的疾病者及全身性疾病患者。同時(shí)期選擇與患者組年齡、性別、受教育年限相匹配的健康志愿者42例作為對(duì)照組，研究對(duì)象均為右利手。

1.2 ANT數(shù)據(jù)采集

所有被試者在行ANT之前，需進(jìn)行簡單培訓(xùn)講解，內(nèi)容為：計(jì)算機(jī)屏幕中心可出現(xiàn)“+”，以及提示信號(hào)“*”，靶信號(hào)“→”和“←”。提示信號(hào)分為五種：（1）無提示：電腦屏幕中心只有“+”出現(xiàn);（2）中心提示：電腦屏幕中心出現(xiàn)單個(gè)提示信號(hào);（3）雙重提示：注視點(diǎn)上方和下方提示信號(hào)同時(shí)出現(xiàn);（4）空間提示：提示信號(hào)在注視點(diǎn)上方出現(xiàn);（5）空間提示：提示信號(hào)在注視點(diǎn)下方出現(xiàn)。其中，空間提示能預(yù)測靶信號(hào)的位置。靶信號(hào)是一行五個(gè)箭頭的中間箭頭，讓被試熟練流程后開始預(yù)測試，被試在預(yù)測試基本掌握后才能進(jìn)行正式測試，正式測試時(shí)要求被試注意力集中，快而準(zhǔn)地判斷靶箭頭的方向，向左或向右。計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)記錄下被試的正確率和反應(yīng)時(shí)間，整個(gè)測試過程分3次進(jìn)行，每次約8 min，中間可休息2～4 min，全程約30 min。執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間=箭頭方向不一致反應(yīng)時(shí)間-箭頭方向一致反應(yīng)時(shí)間，該值越大，提示執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)效率越差。

1.3 DTI數(shù)據(jù)采集

使用GE SIGNAL HDe 1.5T超導(dǎo)磁共振，在標(biāo)準(zhǔn)的頭線圈內(nèi)完成掃描，掃描時(shí)采用海綿墊固定頭部，戴上耳塞消除噪音干擾，囑被試平臥不動(dòng)。常規(guī)掃描T1、T2像排除腦結(jié)構(gòu)異常的被試。DTI掃描參數(shù)：采用ZOOM梯度場，彌散-平面回波成像序列橫軸位掃描，重復(fù)時(shí)間8 800 ms，回波時(shí)間70 ms，層厚2 mm，間距0 mm，掃描視野240 mm×240 mm，矩陣128×128，采集次數(shù)為2，采用b值為1 000 m2/s彌散敏感梯度為非同一直線上的32個(gè)梯度方向，掃描時(shí)間為10 min 19 s。3D_T1像掃描參數(shù)：重復(fù)時(shí)間20 ms，回波時(shí)間4 ms，層厚1 mm，180層，掃描視野24 cm×24 cm，翻轉(zhuǎn)角12°，激勵(lì)次數(shù)1次，掃描時(shí)間為6 min 41 s。

1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在Linux虛擬機(jī)下運(yùn)用MATLAB R2013b及PANDA工具包[5]，首先將DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到NIFTI格式，去除顱骨和頭皮等非腦組織，剪裁掉腦實(shí)質(zhì)以外空間，然后進(jìn)行渦流及頭動(dòng)校正、圖像進(jìn)行平均化及標(biāo)準(zhǔn)化配準(zhǔn)，得到的FA圖制作平均FA模板并提取其骨架，生成平均的FA骨架，最后將所有被試標(biāo)準(zhǔn)化的FA圖投射到該平均的FA骨架。

1.5 數(shù)據(jù)后處理

運(yùn)用PANDA進(jìn)行確定性纖維追蹤，轉(zhuǎn)角大于45°時(shí)停止纖維追蹤，閾值定在0.2～1 mm，可得到全腦AAL（anatomical automatic labeling）模板116個(gè)腦區(qū)纖維FA、FN值。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料以（x±s）表示，兩組均數(shù)比較采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料的比較采用字2檢驗(yàn)，患者組明顯受損腦區(qū)的FA、FN值與執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間相關(guān)性分析采用直線相關(guān)分析，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

兩組被試年齡、性別、受教育年限差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間（RT）差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表1。

患者組雙側(cè)額上回、雙側(cè)側(cè)扣帶回及右側(cè)顳中回各向異性值（FA值）、纖維數(shù)量（FN）較健康對(duì)照組明顯低（P<0.05），見表2。

患者組右側(cè)額上回FA值及FN值均與執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)（r=-0.36，P=0.018;r=-0.309，P=0.044），見圖1、圖2。

3 討論

DTI技術(shù)由于能夠無創(chuàng)地顯示神經(jīng)纖維形態(tài)，目前已被廣泛應(yīng)用于臨床研究，如精神分裂癥、抑郁癥、癲癇、腦梗死等疾病。其原理主要是水分子在有髓纖維的髓鞘里成各向異性擴(kuò)散，從而間接反映纖維束的完整性。確定性纖維追蹤成像技術(shù)是DTI的一個(gè)重要組成部分，因其能在活體顯示腦白質(zhì)纖維束?，F(xiàn)廣泛用于神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航、術(shù)前準(zhǔn)備、術(shù)后評(píng)估等領(lǐng)域。確定性纖維追蹤原理是依據(jù)體素所含的張量信息來表示纖維束的走向，然后根據(jù)設(shè)定的追蹤策略來連接相鄰體素。高玉軍等[6]應(yīng)用該方法發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇患者內(nèi)側(cè)額上回白質(zhì)纖維的數(shù)量、完整性存在顯著的損害。李志勇等[7]也發(fā)現(xiàn)兒童顳葉癲癇患者顳葉纖維束FA值較對(duì)照組明顯降低。這些研究表明癲癇患者白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)受損，其受損部位并不僅局限于放電部位，顳葉外的白質(zhì)纖維也可受損。筆者的這項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)患者組雙側(cè)額上回、雙側(cè)側(cè)扣帶回及顳中回纖維完整性受損，與之前研究結(jié)果基本一致?；颊叱霈F(xiàn)顳葉外白質(zhì)纖維受損原因可能是顳葉在解剖結(jié)構(gòu)上通過Papez環(huán)路與扣帶回、額葉內(nèi)側(cè)緊密相連，當(dāng)海馬癇性放電時(shí)可能通過該通路損傷扣帶回和額葉。

海馬硬化型癲癇是常見的癲癇類型之一，該類型患者常常伴有認(rèn)知功能異常，注意是一切認(rèn)知功能的基礎(chǔ)，注意網(wǎng)絡(luò)由Posner于1990年首次提出，他把注意網(wǎng)絡(luò)分警覺、定向、執(zhí)行三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)。Fan等開發(fā)了注意網(wǎng)絡(luò)測試（ANT）軟件，因其設(shè)計(jì)合理、操作簡單并且重復(fù)性好，現(xiàn)廣泛用于帕金森、顳葉癲癇等研究[8-10]。筆者的ANT結(jié)果發(fā)現(xiàn)海馬硬化型癲癇患者執(zhí)行功能明顯受損（P<0.05），這與文獻(xiàn)[9]的研究結(jié)果相似。執(zhí)行功能是注意功能的核心部分，是一種高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)，Xu等[11]發(fā)現(xiàn)前額葉是執(zhí)行功能的腦功能基礎(chǔ)，Atsumichi等[12-13]運(yùn)用任務(wù)態(tài)功能磁共振成像發(fā)現(xiàn)被試前額葉明顯激活，并且認(rèn)為前額葉是執(zhí)行功能的主要介質(zhì)，表明前額葉與執(zhí)行功能有非常重要的關(guān)系。其可能機(jī)制是因?yàn)榍邦~葉皮質(zhì)是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的中樞系統(tǒng)，而默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)涉及注意、語言、智力、記憶等各個(gè)方面[14]，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)受損可能與癲癇患者執(zhí)行功能受損有關(guān)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)海馬硬化型癲癇患者額葉白質(zhì)纖維受損，并且右側(cè)額上回FA、FN值分別與執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，這可能就是其執(zhí)行功能異常的病理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

本研究不足之處在于不能排除抗癲癇藥物的影響，不同類型抗癲癇藥物可能會(huì)損傷認(rèn)知功能[15]。另外，磁場的不均勻性可能會(huì)對(duì)小纖維素的顯示效果不佳，這導(dǎo)致DTI技術(shù)有一定的局限性?？傊?，筆者的研究發(fā)現(xiàn)了海馬硬化型癲癇患者白質(zhì)結(jié)構(gòu)和執(zhí)行功能均受損，其右側(cè)額上回FA、FN值與執(zhí)行反應(yīng)時(shí)間呈負(fù)相關(guān)，這可能是海馬硬化型癲癇執(zhí)行功能障礙的病理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

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