基于體素的MRI 陰性成人顳葉癲癇灰質結構研究

楊釩 賈文霄 罕迦爾別克·庫錕 丁爽 王云玲

癲癇是由多種病因引起大腦神經元活動過度或同步異常所致大腦功能障礙的一類慢性神經系統疾病［1］，已成為一個主要的全球健康問題［2］。顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）是局灶性癲癇中最常見的形式，具有發病率高，易造成相關功能受損的特點［3,4］，多數病例已表現出耐藥性，作為手術候選者。TLE 常見病因為海馬硬化（hippocampal sclerosis，HS）、腫瘤、局灶性皮層發育不良（focal cortical dysplasia，FCD）及外傷等［5'7］。在臨床工作中，約30%的TLE 患者表現為MRI 陰性，對該群體建立相應的診療方案受到影響［8］。

MRI 陰性TLE 是指在常規結構MRI 上無可見的任何致癇灶，如海馬硬化、腫瘤等，但具有典型TLE 的臨床電生理表現。隨著醫師診斷水平、掃描儀的發展、彌補視覺分析的一些手段及病理學發展等持續更新，已經將許多過去被認為是MRI 陰性的TLE 病例推進到病變陽性組，檢測出HS、FCD、胚胎發育不良性神經上皮腫瘤（dysplastic neuroepithelial neoplasms，DNET）等微小病灶［9］。目前研究中對MRI陰性TLE的診斷多以1.5T或3.0TMRI為標準［10］，有關TLE 的人群研究都是基于電臨床表現，并不包括影像技術作為額外的診斷特征，因此實際MRI 陰性TLE 在普通人群中的比例仍然未知。

Kogias 等［11］報道了3.0TMRI表現正常的難治性TLE 患者的術后病理結果，提示MRI 陰性TLE 患者存在MRI 上視覺評估未見的潛在顳葉表現，有部分學者提出MRI 陰性TLE 與海馬硬化型內側顳葉癲癇（mesial temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis，MTLE'HS）屬于同一癲癇類型［12］，但也有文獻報道MRI 陰性TLE 和MTLE'HS 是兩個獨立的類型，其中臨床表現、電生理學特征以及神經功能的改變上存在著不同［13,14］。本研究從爭議點出發，旨在基于體素形態計量學（voxel'based morphometry，VBM）方法探討未使用抗癲癇藥物的MRI 陰性TLE 患者的腦結構形態學改變，探討MRI陰性TLE和MTLE'HS癲癇損傷模型，分析異常腦區形態學特征與臨床特征的相關性，進一步加深對MRI 陰性TLE的認識，從而為患者建立臨床診療方案提供了依據。

資料與方法

1.一般資料

回顧性收集2020 年4 月～2021 年5 月就診于新疆醫科大學第一附屬醫院，且經臨床確診為顳葉癲癇患者，年齡范圍為18～65 歲，教育程度不限。其中MRI 陰性TLE 組21 例，男9 例，女12 例，年齡24～57（38.29±12.70）歲，病程8～252［24（12，54）］個月；MTLE'HS 組20 例，男6 例，女14 例，年齡24～53（32.70±8.05）歲，病程12～360［78（39，114）］個月；對照組為同期在我院體檢的健康志愿者，共25 例，男16 例，女9 例，年齡20～60（40.76±11.78）歲。研究對象一般情況見表1。本研究經新疆醫科大學臨床試驗倫理委員會批準，所有被試者或其家屬在磁共振檢查前均知情同意并簽署研究相關知情同意書。

表1 研究對象的一般情況比較

2.研究方法

健康對照組納入標準：18 歲以上；右利手；腦磁共振檢查結果正常。

中石化某分公司常減壓裝置設計規模為8.0 Mt/a，設計加工原油為儀長管輸油，屬于偏重的原油。裝置于2010年10月份首次建成投產，在2014年3月份進行了首次停工大檢修，2017年4月份計劃進行第二次停工大檢修，為了在本次停工期間，實現密閉排放和安全停工，借鑒以往的經驗，通過各種措施和方案，實現了密閉吹掃，整個停工過程中無亂排、無亂放、無異味。停工后設備打開較為干凈，為安全檢修提供有力保障。

臨床信息：采用SPSS 26.0 軟件進行數據分析。性別（計數資料）以相對數構成比（%），采用χ2檢驗。年齡、受教育年限、病程、起病年齡等計量資料，若呈正態分布以均數±標準差表示，采用單因素方差分析分析，兩兩比較行LSD't 檢驗；非正態分布的計量資料以M（Q1，Q3）表示，采用Mann'Whitney U 檢驗。以P<0.05 為差異有統計學意義。

從上述MRI 陰性TLE與TLE'HS 灰質體積分析結果中提取差異性ROI 區域，將數值導入SPSS 26.0軟件中，采用Spearman 相關分析兩組ROI 的灰質體積均值與病程、起病年齡之間的相關性。

基于MTLE'HS 組與MRI 陰性TLE 組灰質體積差異圖作為ROI 提取患者灰質體積均值，分析其與病程、起病年齡的相關性。發現MTLE'HS 組與MRI 陰性TLE 組灰質體積均值分別與其病程無相關性（P>0.05）。發現MTLE'HS 組與MRI 陰性TLE 組灰質體積均值分別與其起病年齡無相關性（P>0.05）。

3.數據采集

收集一般人口統計信息。

統計參數映射（statistical parameter mapping，SPM）圖像分析方法使用dcm2nii（http://www.cabiatl.com/mricro/mricron/dcm2nii.html）將三維MPRAGE數據的DICOM 文件轉換為.nii 格式。基于Matlab R2017a軟件中CAT12工具包（http://dbm.neuro.uni'jena.de/cat/）中的VBM 方法分析MPRAGE 數據。VBM 基于Matlab R2017a 平臺，采用CAT12 工具包對T1結構像進行分析。首先進行頭動校正，然后在原始空間內將T1腦結構像分割成灰質、白質、腦脊液圖像。分割結束后，檢測所分割圖像的同質性。通過非線性變換與標準模板實現最佳配準，以8 mm 半寬高對灰質、白質進行平滑處理，平滑處理后的圖像用于進行統計分析。

4.圖像處理及分析

所有受試者在Siemens Skyra 3.0 T 磁共振儀上進行圖像采集，采用12 通道頭線圈進行掃描。所有研究對象先行常規MRI 檢查，包括軸位T1WI、T2WI、T2'FLAIR 掃描，以排除顱內其他器質性病變。加之使用三維磁化準備快速梯度回波（magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE）序列進行腦結構T1WI 采集，矢狀位掃描，范圍覆蓋全腦。掃描參數：（1）T2WI 序列：TR 5000 ms，TE 125 ms，視野220 mm×200 mm，激勵次數1，掃描層數20 層，層厚6 mm，間隔0.6 mm，掃描時間35 s，偏轉角120°。（2）T2'FLAIR序列：TR 9000 ms，TE 127 ms，視野220 mm×200 mm，激勵次數1，掃描層數20 層，層厚6 mm，間隔0.6mm，掃描時間1min48s，偏轉角180°。（3）MPRAGE 序列：TR 2300 ms，TE 2.32 ms，翻轉角8°，掃描視野240 mm ×240 mm，矩陣256 × 256，激勵次數1 次，層厚0.9 mm，層間距0，掃描時間5 min 21 s。

黑洞——一種密度大到連光都無法逃逸的天體——是愛因斯坦廣義相對論的一個驚人產物。廣義相對論認為，我們稱之為“引力”的這種現象，實際上是時空幾何的一種扭曲。根據這個理論，當某個地方集中了太多物質或能量后，時空就會產生變化：時間會變慢，物質會收縮并且消失在那些宇宙天坑（也就是黑洞）里。

5.統計學分析

MRI 陰性TLE 組納入標準：MTLE 診斷標準參照2010 年國際抗癲癇聯盟（International League Against Epilepsy，ILAE）標 準［15］，由神經內科醫師根據病史回顧、發作癥狀、發作間期腦電圖檢查診斷為TLE；發作期及發作間期腦電圖提示癇樣放電起源于單側顳葉；由兩位影像診斷醫師綜合評估高分辨3.0 T 磁共振檢查未發現明顯致癇灶，包括排除HS、FCD、腫瘤、血管畸形等；被試者能配合全程MRI 相關檢查；患者在初次發病至本次檢查期間未服用抗癲癇藥物。

帶著這樣的思考，我們進行了“智慧珠”實驗，總時長1小時，在初步認識實驗材料之后，學生可按研究興趣分組實驗。

VBM 分析：基于體素的統計學分析采用SPM 12 軟件進行，對健康對照組（healthy controls，HC）與MRI 陰性TLE、HC 與MTLE'HS 分別行兩樣本t 檢驗進行灰質體積比較，將全腦體積作為協變量。多重比較校正（false discovery rate，FDR）P<0.05 被認為有顯著差異，Cluster 值>50 時被報道。結果圖像使用Xjview 展示。

這是我遇見的最盛大最古老的一棵樟。我驚訝于它的輪廓之美，在藍的天，遠的山，阡陌交通的背景下，成就了一幅剪影，以孔雀開屏的姿勢立在天地之間。樹冠之大，我只有在遠遠地隔著一條馬路的時候才能把它完全收進視野，而在我踏進孔雀的腹地后，它的任何一根羽毛都足以把我淹沒。

圖5 （a）、（b）中，實線表示降水量偏多狀態，虛線表示降水量偏少狀態，系數為零表示降水變化的突變點。圖5（c）、（d）反映能量隨時間尺度的分布。

MTLE'HS 納入標準：MTLE 診斷標準參照2010 年ILAE標準［15］，由神經內科醫師根據病史回顧、發作癥狀、發作間期腦電圖檢查診斷為TLE；發作期及發作間期腦電圖提示癇樣放電起源于單側顳葉；由兩位影像診斷醫師綜合評估高分辨3 T磁共振檢查表現為單側HS（包括海馬體積縮小、T2'FLAIR 序列信號增高、顳角較對側擴大、海馬形態異常等），無其他明顯結構異常；被試者能配合全程MRI 相關檢查。

結果

1.兩獨立樣本t 檢驗比較受試者灰質體積

與對照組相比，MTLE'HS 組表現為雙側杏仁核、海馬、海馬旁回、顳極（顳上回）、楔前葉、顳中回、左側梭狀回、左側角回、右眶部額上回、右前扣帶回和帶扣帶腦回、右顳上回、右補充腦區、右小腦等腦區灰質體積的縮小。在損傷趨勢圖上發現MTLE'HS 組患者的灰質體積減小區廣泛，且損傷呈雙側改變（圖1，表2）。

表2 MTLE'HS 組較對照組灰質體積減少腦區分布

圖1 MTLE'HS 組較對照組灰質體積減少腦區分布圖

與對照組相比，MRI 陰性TLE 組與MTLE'HS 組均表現出廣泛的灰質體積降低。與對照組相比，MRI陰性TLE 組表現為左眶部額下回（左顳極：顳上回）、左梭狀回、右舌回（右梭狀回）、右顳中回、右楔葉、左枕上回、右枕上回（右頂上回）、右中央旁小葉等腦區灰質體積減小（圖2，表3）。

表3 MRI 陰性TLE 組較對照組灰質體積減少腦區分布

圖2 MRI 陰性TLE 組較對照組灰質體積減少腦區分布圖

2.相關性分析

排除標準：患者不配合或不耐受MRI 檢查過程；合并其他神經系統疾病及嚴重的其他系統性疾病；既往顱腦外傷史，腦血管病史、腦腫瘤病史或手術史。

討論

1.研究設計

腦形態學改變有助于進一步了解神經系統疾病，各種自動化軟件程序被設計用來提供一個自動化框架來檢測結構MRI 成像數據中的腦形態變化。研究人員評估了不同的自動腦分割程序（如SPM、FreeSurfer 和FSL）在阿爾茨海默氏癥或輕度認知障礙患者中的可靠性，發現使用SPM 程序得到的分割結果比使用FreeSurfer或FSL 得到的分割結果更可 靠［16］。基于上述發現，本研究決定使用SPM 工具箱中的CAT12 進行VBM 分析。對照組對于使用VBM 檢測結構異常中起到至關重要的作用，一項VBM 設計有關協變量優化選擇的研究中，使用了不同的匹配和協變量納入策略來確定VBM檢測HS 患者異常的最佳設計。研究表明，將總顱腦體積（total intracranial volume，TIV）作為單協變量用于HS 的VBM的灰質分析研究方法是最優的［17］。一般來說，通常用于VBM 的ANCOVA的優化設計，包括與因變量相關但不與彼此或任何獨立預測因子相關的少量協變量。如果違反該條件，顯著相關（多重共線性）的存在會降低統計結果的穩健性，因為它會導致分析模型的過擬合［18］。由于TIV 和性別、年齡之間存在很大程度的多重共線性，研究不建議將其作為額外的協變量。因此，本研究僅將TIV作為協變量用于灰質體積的研究，而并未納入其他變量。

茉心笑道：“小主放一百二十個心，是主子娘娘身邊的蓮心親口來告訴奴婢的，說是聽見皇上與主子娘娘說的。給蓮心一萬個膽子，她也不敢撒這樣的彌天大謊啊！”

2.MTLE'HS 患者的腦損傷模式

首先比較MTLE'HS 組患者與對照組，來描述MTLE'HS 患者的腦損傷模式，結果表示MTLE'HS 患者與對照組相比，灰質體積減少區域分布于雙側杏仁核、海馬、海馬旁回、顳上回、楔前葉、顳中回、左側梭狀回、左側角回、右眶部額上回、右前扣帶回和帶扣帶腦回、右補充腦區、右小腦等腦區，且損傷多呈雙側改變。損傷較嚴重的區域分布于杏仁核、海馬、海馬旁回，這些腦區屬邊緣系統，此網絡與海馬間存在結構上或功能上的連接，是TLE 的主要繼發腦區［19］。邊緣系統參與記憶、注意和情感行為等認知功能，與TLE 有關的認知功能損害有關。杏仁核參與癲癇樣活動的產生與傳播，與MTLE 情緒障礙有關［20］。有研究發現TLE 患者通常伴有杏仁核體積的減少［21］。既往研究報道，在MTLE'HS 患者中灰質減少區域位于海馬、丘腦、島葉、殼核、海馬旁回、顳上回、額區、中央后回、小腦和扣帶回［22］。

3.MRI 陰性TLE 患者的腦損傷模式

雖然MRI 陰性TLE 在視覺分析上似乎無可見的致癇灶，筆者通過結構磁共振協方差分析的模式基于體素的形態測量法，使用灰質體積測量進行組級分析，比較MRI 陰性TLE 組、MTLE'HS組與對照組之間的灰質萎縮模型，探討了MRI 陰性TLE 患者的腦損傷模式。通過比較MRI 陰性TLE 患者與對照組，來描述MRI 陰性TLE 患者的腦損傷模式，結果表示MRI 陰性TLE 患者與對照組相比，灰質體積減少區域分布于雙側梭狀回、左顳上回、右顳中回、右楔葉、左枕上回、右頂上回、右中央旁小葉等腦區。MRI 陰性TLE 患者中海馬未見明顯萎縮，但部分顳葉結構表現了皮層的萎縮，可能是由于顳葉腦區放電導致神經元缺血缺氧改變繼發改變周圍結構的改變。先前有關研究顯示MRI 陰性TLE 灰質體積減少區位于丘腦、島葉、海馬旁回、顳上回和顳下回、額皮質和眶額皮質、中央后回、小腦和扣帶回中［23］。在這部分的研究中雖然MRI 陰性TLE 患者也表現出彌漫性的腦損傷模式，但本研究的結果與既往研究所示萎縮腦區不同。

4.MRI 陰性TLE 與MTLE'HS 的比較

研究中發現MRI 陰性TLE 與MTLE'HS 患者存在一些相似處，即在顳上回、顳中回、梭狀回區域發生了萎縮。二者都存在顳葉皮層結構萎縮，這種改變可能與癲癇網絡有關，但萎縮腦區也存在差異，說明TLE 癲癇網絡結構損傷的復雜，這些結構在病理層面上相互作用從而影響癲癇發作期、發作間期的臨床表現［24］。既往對于MTLE'HS患者進行研究時發現了丘腦的萎縮［25］，但在本研究中兩種患者中均無法發現此改變，未能在本研究中驗證連接前丘腦和顳葉內側的癲癇網絡，說明癲癇網絡的復雜性。本研究也提示MTLE'HS 患者腦損傷較MTI 陰性TLE 腦損傷更嚴重，但這種損傷趨勢與病程和起病年齡無相關性。

本文尚存在不足之處：研究所納入的研究對象數量有限，未能對患者患病側別進行亞類區別。考慮到抗癲癇藥物、藥物種類及劑量等因素對于疾病的影響，對MRI 陰性TLE 嚴格控制，而對于MTLE'HS 患者尚未能排除藥物帶來的混淆。

綜上通過本次研究，發現通過結構磁共振協方差分析的模式基于體素的形態測量法研究探討MRI 陰性TLE 與MTLE'HS 患者腦結構損傷模型，發現MTLE'HS 患者存在以邊緣系統為主的雙側廣泛的灰質結構損傷，盡管MRI 陰性TLE 也存在彌漫性的灰質萎縮模式，但在分布上與MTLE'HS 患者存在差異，提示二者可能存在不同的病理生理機制。