擴散峰度成像在腦電圖表現正常兒童特發性全面性癲癇的研究

張玉珍，尹秋鳳，鄭慧，劉明，吳潔，汪登斌

癲癇是腦卒中以外神經系統第二常見病變，是大腦神經元突發性異常放電，導致短暫的大腦功能障礙及間歇性中樞神經系統功能失調的一種慢性疾病[1]。特發性全面性癲癇(idiopathic generalized epilepsy，IGE)的發生與基因相關，占所有癲癇的20%～30%[2-3]。盡管神經影像發展迅速，但腦電圖(electroencephalogram，EEG)對于檢測發作間期癲癇樣放電(interictal epileptiform discharges，IED)具有特異性，始終是評價癲癇腦功能的首選檢查。研究發現，有少量癲癇患者頭皮EEG結果正常[4]，筆者通過對9例EEG表現正常、但臨床診斷為IGE的患兒行MR擴散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)檢查，探討EEG表現正常的IGE患兒腦實質內是否存在異常改變及其發生原因。

材料與方法

1.一般資料

病例組兒童：搜集臨床擬診的IGE患兒9例，男孩4例，女孩5例。年齡3～10歲，平均6.07±2.67歲。納入標準：①出現癲癇各種臨床表現、符合IGE診斷，無家族癲癇病史，除外腦血管病、腫瘤、外傷等病變所致癲癇；②無小兒熱痙攣史，無腦炎、腦膜炎史；③無各種原因所致的智能障礙；④無腦缺氧史；⑤無長期低血糖史；⑥無精神病史；⑦頭皮EEG或視頻EEG檢查未見發作間期癇樣波；⑧符合以上7條行頭顱MR常規掃描未見病灶者。

正常對照(normal control，NC)組兒童：選擇性別、年齡分布與病例組基本匹配的18例兒童，男孩9例、女孩9例。年齡3.8～10.6歲，平均6.69±2.02歲。常規頭顱MRI檢查正常。體格檢查無神經系統陽性體征，除外腦血管病、腫瘤、外傷等病變；其余納入標準與病例組②～⑥相同。

2.MRI掃描方法

采用GE 3.0T Signa Horizon LX超導型MR掃描儀，標準頭部8通道相控陣線圈。所有兒童頭部海綿墊固定，雙耳予以耳塞。對無法自然入睡的兒童給予10%水合氯醛0.5 mL/kg，口服給藥鎮靜。掃描范圍包括整個大腦。患兒家屬簽署知情同意書。掃描參數：①橫軸面T2WI液體反轉恢復序列(fluid-attenuated inversion-recovery，FLAIR)：TR 8002 ms，TE 153.9 ms，回波鏈41.7 kHz，矩陣320×192，層厚5.0 mm，間隔1.5 mm。橫軸面擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)：TR 4800 ms，TE 75.7 ms，回波鏈250 kHz，矩陣160×160，層厚5.0 mm，間隔1.5 mm。矢狀面快速自旋回波序列(fast spin echo，FSE)TR 2560 ms，TE 116.6 ms，回波鏈50 kHz，矩陣384×224，層厚5.0 mm，間隔2.0 mm。橫軸面3D-T1WI快速擾相梯度回波序列(fast spoiled gradient echo，FSPGR)TR 713 ms/，TE 2.2 ms，回波鏈31.2 kHz，矩陣320×256，層厚1.0 mm，間隔0.5 mm，翻轉角15°。以上序列掃描視野均為24 cm×24 cm，采集次數1。DKI序列包括3個b值(0，1250 s/mm2，2500 s/mm2)，擴散敏感梯度場施加方向為25個，TR 14000 ms，TE 76.9 ms，回波鏈250 kHz，視野24 cm×16.8 cm，矩陣96×96，采集次數1，層厚2.5 mm，間隔0 mm，掃描時間約12分鐘。病例組及對照組兒童完成以上序列掃描、無運動偽影圖像納入最后統計分析。

3.數據處理流程

圖像預處理：采用統計參數圖SPM8軟件對DKI圖像數據進行預處理，采用FSL的BET和eddy_corr工具，將原始DWI數據進行去頭殼和渦流校正，并估計DKI三類參數：①部分各向異性參數(fraction anisotropy，FA)；②擴散系數，包括平均擴散系數(mean diffusion，MD)，平行于纖維方向擴散系數(axial diffusivity,AD，即MD∥)，垂直于纖維方向擴散系數(radial diffusivity，RD，即MD⊥)；③擴散峰度系數，包括平均峰度值(mean kurtosis，MK)，平行于纖維方向K值(axial kurtosis，AK，即MK∥)，垂直于纖維方向K值(radial kurtosis，RK，即MK⊥)。

圖像配準：將所有被試者的MR圖像都配準至標準空間，制作一個針對本組數據(3～11歲)的兒童大腦模板。制作流程為：①通過Template-O-Matic(TOM)工具生成7歲兒童的大腦模板，包括灰質、白質和腦脊液三個組織概率圖。②使用SPM unified segment工具將NC組數據無梯度的DWI數據S0圖進行配準。③將配準得到的NC組的S0圖像求平均值，并用8 mm半高全寬的高斯核對圖像進行平滑。最后將病例及對照組原始S0圖像數據與新得到的模板配準。

4.統計學方法及顯示差異方式

運用兩樣本t-test來統計病例組和NC組之間FA，MD和MK等參數的差異。統計閾值設為P<0.001。使用SPM中的視圖軟件xjview顯示DKI參數圖發現顯著差異的區域(region)，顯示體素簇大小(cluster size)大于50區域。使用蒙特利爾神經學研究所(Montreal Neurologic Institute，MNI)的標準腦圖譜坐標系定位差異區域的解剖部位，每個腦區的空間位置通過坐標值x、y、z(單位mm)表示。

結 果

FA、MD(MD∥、MD⊥)、MK(MK∥、MK⊥)參數結果中差異區域體素簇≥50的解剖部位及各體素簇大小，MNI坐標系位置(x,y,z)，最顯著區域大小，病例組及正常組之間有統計學差異的t值見表1～5。每個區域部位后方數字代表差異體素簇大小。其中MK及MK⊥中沒有明顯差異區域。

與NC組比較，FA減低區域主要位于左額葉白質、灰質中(圖1)，MD值增高的差異區域主要位于左側顳葉灰、白質中(圖2)。MD∥顯示異常區域有三組：第一組主要位于左側大腦半球葉下區域、豆狀核、殼核及左殼核等灰質核團及核外區域白質；第二組異常區域主要位于左側大腦半球葉下區域、顳葉及核外區域白質；第三組主要位于左側大腦半球邊緣葉、扣帶回、brodmann31區灰質及左扣帶回中部白質。MD⊥顯示異常區域有二組：第一組異常區域主要位于顳葉白質、左側大腦半球顳中回及左顳中回；第二組異常區域主要位于左側大腦半球枕葉白質及左枕中回。MK∥差異區域較少、僅在左側半球腦葉下區域有少量差異區域。

表1 病例組FA異常區域

表2 病例組MD異常區域

表3 病例組MD∥異常區域

表4 病例組MD⊥差異區域

表5 病例組MK∥差異區域

討 論

癲癇是一種反復發作的運動感覺、自主神經、意識和精神狀態不同程度障礙的病變。在全世界發病率約1%[1]，兒童每年癲癇發病率約萬分之四到萬分之十[5]。癲癇發作是指腦神經元異常和過度超同步化放電所造成的臨床現象，其特征是突然的一過性癥狀。由于異常放電的神經元在大腦中的部位不同，而有多種多樣的表現。

EEG主要觀察神經元的異常放電，具有操作簡單、技術成熟、費用低和無創性等優點，目前是臨床診斷癲癇致癇灶的首選方法。大部分癲癇患者EEG有一定異常表現，且采用適當的誘發手段，對致癇灶的陽性檢出率可達70%～80%[4,6-8]。但EEG也存在一定的局限性，特別是頭皮EEG，只覆蓋并記錄了大腦皮層三分之一的電生理活動，可能檢測不到杏仁核、海馬、島葉和大腦半球間等深層皮層的IED，而且在檢查過程中容易受頭皮、顱骨等因素的干擾，造成顯示異常病灶的范圍較實際大，不能準確定位致病灶等。本組均為兒童IGE，EEG檢查時間相對較長，存在EEG檢查時的配合不佳等因素，也可能是EEG未檢測到異常的原因之一，需要重復檢查以進行結果確認。

IGE在常規MRI檢查無異常表現，但并非表示癲癇發作后腦組織無損傷，可能是常規MRI上無法檢測到的損傷。DKI以水分子擴散的非高斯運動為理論基礎，通過MR多b值序列實現水分子在細胞內運動軌跡的頻率分布圖，進而反映神經元的微觀結構與環境。DKI在提供擴散特征敏感性上高于擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)[9-12]，DKI各參數值FA、MD和MK可能更有效地解釋大腦白質及灰質的變化，相對于DTI，DKI在癲癇研究中的優勢已有文獻報道[11-14]。

圖1 EEG正常病例組，FA存在差異的區域。a)冠狀面圖像；b)橫軸面圖像；c)矢狀面圖像。黃色區域為病例組與正常對照組之間存在差異的區域。 圖2 EEG正常病例組，MD存在差異的區域。a)冠狀面圖像；b)橫軸面圖像；c)矢狀面圖像。黃色區域為病例組與正常對照組之間存在差異的區域。

相對于FA，MK的優勢在于不依賴于組織結構的空間方位，MK可以用來描述各向同性結構灰質微觀結構的改變。因為灰質為各向同性結構，其FA值相當低，所以灰質的FA值不是敏感指標。而白質內存在纖維結構，FA值相對較高。DKI在檢測灰質等各向同性組織疾病上發揮重要作用，可以用于解決白質纖維束相互交叉這一問題，而在這一點上DTI存在明顯的局限性[15-16]。研究表明DKI的峰度參數在檢測兒童正常大腦發育方面具有潛在優勢[17]。本研究9個IGE病例，腦電圖未檢測到IED，但DKI各參數統計分析后發現了灰質存在差異的區域，雖然檢測結果較少且體素簇較小，但研究結果表明EEG陰性的IGE患兒腦白質及灰質中均發生了異常改變。

本組病例中均存在癲癇發作的癥狀，符合臨床IGE診斷，但發作間期EEG未發現IED。病例組與NC組比較，FA值有顯著差異的區域主要在左額葉白質、灰質中(表1，圖1)。MD值有顯著差異區域主要左側顳葉灰、白質中(表2～4，圖2)。MK值有顯著差異的區域較少，僅左側半球腦葉下區域的MK∥值有顯著差異(表5)。僅有少數研究報道了EEG陰性IGE的研究[18]，筆者進行了DKI全腦體素分析，研究了臨床診斷為IGE但未發現腦電圖異常的兒童的擴散峰度各特征值FA、MD和MK的異常分布，并與NC組進行了比較。本組DKI研究中，特別是MK只發現了很少的異常區域，分析可能與神經元異常放電較微弱有關，所以頭皮EEG亦未能檢測到IED。但也說明在臨床上存在癲癇癥狀患者，即使EEG無異常發現，也有行影像學檢查如DKI序列掃描的必要性，因為其各參數值可能發現該類患者腦內潛在的微量腦白質或灰質異常，且研究結果中顯示粒子簇最大者可能為致癇灶，但目前尚沒有手術結果進行證實。筆者認為DKI可為臨床進行抗癲癇藥物治療提供影像支持，也可為治療隨訪提供參考依據。

本研究有一些不足之處：首先兒童中根據臨床癥狀診斷IGE，但EEG陰性者數量較少，所以導致本組研究病例組數量較少，需要在今后研究中不斷積累病例數，使研究結果更具可信性；其次需要對本組病例進行DKI復查隨訪，特別是發展為難治性癲癇需手術治療者，可以隨訪并對致癇灶進行確認，以證實DKI結果的正確性；最后由于DKI序列掃描時間相對較長(約12分鐘)，圖像后處理時間偏長(平均每例需10小時)，兒童病例依從性較差，有待MRI技術和圖像后處理技術的不斷發展，在癲癇診斷、監測疾病進展等方面發揮更大的作用，從而在臨床進行廣泛應用。

DKI在部分EEG未檢測到癇樣波的IGE中可以發現常規MRI檢查不能顯示的隱匿性異常，FA、MD、MK值能比較準確地顯示癲癇發作后繼發的白質、灰質改變，從分子水平了解癲癇病灶局部組織和其他區域的病理改變，提示常規MRI陰性的腦內異常改變，對于臨床治療及隨訪有著重要的指導意義。DKI技術提高了MRI檢測癲癇病變的敏感性，有助于早期發現亞臨床隱匿病變，加深對癲癇病理變化的研究。