磁共振擴散張量成像技術在顳葉局灶性皮質發育不良中的應用研究

單春輝，暴云鋒，柳溪，孫吉林

作者單位：

河北省人民醫院醫學影像科，石家莊050051

局灶性皮質發育不良(forcal cortical dysplasias，FCD)是人類腦部發育疾病中的一個重要類型，是藥物難治性癲癇的主要原因之一[1]，FCD的形成原因及病理機制尚不清楚，目前有關其活體皮質區和白質區的對比研究較少。手術切除是FCD最有效的治療手段，其定位主要依靠磁共振成像檢查，但部分病灶會呈MRI陰性表現，影響術前評估[2]。擴散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技術可以通過測量組織內水分子的擴散運動能力及來間接反映微觀結構，是目前唯一能進行活體無創性研究白質纖維的新興技術[3]。有關DTI技術對顳葉FCD的文獻報道較少且不全面，本研究通過回顧性分析45例顳葉FCD患者的DTI與MRI圖像，探討DTI的部分各向異性參數(fraction anisotropy，FA)及表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)在FCD皮質區及白質區病變的評估價值及診斷意義。

1 材料與方法

1.1 研究對象

收集自2012年3月至2017年9月在我院醫學影像科就診，行 3.0 T頭顱MRI及DTI檢查的癲癇患者45例，健康對照者45名。其中癲癇患者男性28例，女性17例，年齡2～50歲，平均年齡(31.7±8.7)歲，病史2～13年，平均(4.8±2.2)年。健康對照組男性19名，女性26名，年齡2～50歲，平均年齡(30.1±7.7)歲。

病例入選標準：①臨床表現：反復癲癇發作，藥物治療效果欠佳；②我院功能神經外科行手術治療，術后病理證實為顳葉FCD；③除海馬硬化外，不具有腦腫瘤、腦血管病、顱內感染、顱內寄生蟲及其他腦部發育畸形等影像表現；④為避免其他組織的誤差影響，在FCDⅢ型中僅入選FCDⅢa進行研究，并在測量時將海馬組織摒除。臨床資料均由住院病歷中取得。健康對照入選標準：①體格檢查及MRI平掃無明顯異常；②年齡及性別與病例完全相符。

1.2 儀器設備

美國GE公司生產的Signa Excite 3.0 T HDxt雙梯度磁共振設備，8通道頭部正交線圈，GE ADW4.6 專用處理工作站。

1.3 掃描方法及技術參數

包括頭顱常規平掃及DTI掃描，并視情況添加海馬像平掃。常規平掃采用快速自旋回波序列(fast spin-echo，FSE)進行頭顱軸位T2WI、T1 FLAIR、T2 FLAIR及矢狀T1WI掃描；DTI軸位掃描層面與常規平掃一致，使用擴散加權單次激發自選回波(spin echo，SE)及平面回波(echo planar imaging，EPI)序列，在25個方向施加擴散梯度；海馬像采用兩種序列進行斜冠狀掃描。

DTI掃描技術參數如下：TR=8000 ms，TE=88.0 ms，掃描野為24 cm×24 cm，掃描矩陣=128×130，層厚=5.0 mm，層間距=0，NEX=1.0，Diffusion Direction為25個方向，b=1000 s/mm2，掃描時間=3 min 36 s。

1.4 DTI后處理及診斷分析

將DTI掃描圖像傳入GE ADW4.6工作站首先進行頭顱運動偽影矯正，再行測量分析。具體做法為：入組FCD患者的圖像，以手術切除部位為定位基礎，取顳葉病變最典型層面，于病變處相應位置(皮質組測量皮質病灶區、白質組測量白質病灶區、灰白質分界不清時以病理切片顯示結構為指導)放置感興趣區(region of interest，ROI)，之后應用軟件“對稱鏡像”功能，在對側部位相近區域放置相應相同的ROI (圖1～2)，取得兩側的ADC值及FA值；對照組取與患者病變同側且位置相近的區域以同樣方法進行測量。為避免主觀誤差，該方法在常規人工ROI技術基礎[4]上做出如下改進：ROI面積減小至為18 mm2，ROI內不含其他無關成分，分別對顳葉FCD病灶典型層面皮質區和白質區進行3次測量以具備普遍性，所得數據取平均值，數據以均數±標準差表示。

表1 入組FCD分型Tab.1 FCD type of entry group

表2 FCD診斷陽性表現情況Tab.2 Positive manifestation of FCD diagnosis

表3 FA及ADC值Perason相關性檢驗Tab.3 FA and ADC value Perason correlation test

表4 不同類型FCD的FA及ADC值Duncan檢驗Tab.4 FA and ADC value Duncan test for different types of FCD

以上述方法測量所有入組FCD患者的皮質區及白質區的FA、ADC值，由兩名神經系統影像診斷方面經驗豐富的高年資影像醫師在不知道臨床表現、診斷、手術及病理結果的情況下，逐一對雙側顳葉MRI平掃表現及DTI圖像測量結果進行分析總結，意見不同時通過討論取得一致性結果，最后得出患者的陽性檢出情況。

陽性標準：FCD的MRI平掃結構圖中，陽性皮質常表現為局灶性皮質增厚、T2WI或T2 FLAIR上皮質信號強度增高等；陽性白質常表現為白質內出現向腦室方向延伸的錐形異常高信號、T2WI或T2 FLAIR上白質信號強度增高、T1 FLAIR上白質信號強度減低等；兩者共有陽性表現為腦葉萎縮、皮質白質分界不清等[5]。FCD的DTI測量圖中，雙側數值對比后相差20%及其以上的，較低的FA值和較高的ADC值視為陽性[6]。

1.5 統計方法

應用Perason檢驗FCD患者雙側皮質區、白質區的FA和ADC值相關性，應用Duncan檢驗不同類型FCD的兩種參數測量結果差異性，應用配對t檢驗比較入組患者患側和健側以及健康對照組同側數據的差異性，應用配對χ2檢驗(McNemar檢驗)分別對皮質組MRI平掃及DTI技術對FCD陽性表現檢出能力進行差異性分析，采用Kappa一致性檢驗對3種檢查方法與FCD病理結果進行一致性檢驗。應用SPSS 19.0進行所有統計學分析處理，以上統計均以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般結果

根據國際抗癲癇聯盟(International League Against Epilep-sy，ILAE)分類標準，對術后病理切片進行重新診斷后結果見表1，根據MRI平掃及DTI技術評估的FCD陽性檢出情況見表2。

2.2 統計結果

圖1 患者，男，50歲，發作性意識不清16年，臨床診斷為癥狀性癲癇，復雜部分發作。術后病理為顳葉FCDⅠb型。A：軸位T2平掃圖，箭處為典型皮層增厚區；B：斜冠狀T2 FLAIR海馬像；C：FA值測量圖；D：ADC值測量圖 圖2 患者，男，2歲，間斷肢體抽搐2年余，臨床診斷為癲癇。術后病理為顳葉FCDⅢa型。A：軸位T2平掃圖；B：T2斜冠狀平掃圖，箭處為典型白質病變區；C：斜冠狀T2 FLAIR海馬像；D：斜冠狀T2WI海馬像，箭處為右側FCD合并海馬硬化；E：FA值測量圖；F：ADC值測量圖Fig. 1 The patient was 50 years old and had a paroxysmal consciousness for 16 years. His clinical diagnosis was symptomatic epilepsy and complex partial seizures, the postoperative pathology was temporal lobe FCDⅠb type. A:MRI axial T2 plain scan, there is a typical cortex thickening area in the arrow; B: Oblique coronal T2 FLAIR hippocampal image; C: FA value measurement chart; D: ADC value measurement chart. Fig.2 The patient was 2 years old and had discontinuous limb convulsions for more than 2 years. His clinical diagnosis was epilepsy, the postoperative pathology was temporal lobe FCDⅢa type. A: MRI axial T2 plain scan; B: MRI oblique coronal T2 plain scan,there is a typical white matter lesions in each arrow; C: Oblique coronal T2FLAIR hippocampal image; D: Oblique coronal T2WI hippocampal image, there is a FCD with hippocampal sclerosis of right temporal lobe; E: FA value measurement chart; F: ADC value measurement chart.

Perason檢驗結果顯示，皮質區FA及ADC測量值無明顯相關性(P＞0.05)，白質區兩者數值呈負相關性(P＜0.05，表3)；Duncan方差分析結果顯示，不同類型FCD的FA及ADC測量值差異均無統計學意義(P＞0.05，表4)；配對t檢驗結果顯示，對于FA測量值，皮質患側與健側及對照組同區域對比差異均無統計學意義(P＞0.05，表5)，白質患側數值顯著低于健側及對照組同區域(P＜0.05，表5)。對于ADC測量值，皮質與白質患側數值均顯著高于健側及對照組同區域(P＜0.05，表6)；McNemar檢驗對3種方法進行兩兩比較，MRI與FA診斷能力差異有統計學意義(P＜0.05)，MRI與ADC診斷能力差異不具有統計學意義(P＞0.05)，FA與ADC診斷能力差異有統計學意義(P＜0.05)，3種方法的靈敏度及特異度具體見表7。Kappa一致性檢驗顯示，ADC與FCD病理結果一致性較好(Kappa=0.802，P＜0.05)，MRI與FCD病理結果一致性一般(Kappa=0.489，P＜0.05)，FA與FCD病理結果一致性較差(Kappa=0.089，P＞0.05，表7)。

3 討論

顳葉FCD是臨床上最常見的難治性癲癇類型[7]，目前FCD的具體產生機制尚不清楚，有研究表明可能是由于受到遺傳或環境因素影響，神經母細胞在胚胎發育早期神經元的增殖、移行、組織等過程中發生異常，出現異常的神經元和神經膠質細胞[1]，筆者推測FCD的形成首先是大腦皮質被侵害，之后異常的神經元細胞再發出神經纖維束建立系統網絡從而出現受累的白質，故皮質與白質受FCD影響的原因、順序及損害程度并不相同。目前針對FCD白質病變的相關研究較多，而對皮質病變的探討少見，因此在本研究中將顳葉FCD皮質與白質分設兩組進行了對比分析。

表5 FA值配對t檢驗Tab.5 FA value paired t test

表6 ADC值配對t檢驗Tab.6 ADC value paired t test

表7 MRI平掃及DTI技術檢出力McNemar檢驗及與FCD病理結果的Kappa一致性檢驗Tab.7 McNemar test of detection ability of MRI plain scan and DTI technique and Kappa conformance test with FCD pathological results

DTI技術是目前唯一一種在病理狀態下反映各組織內水分子運動交換狀態同時還可對人體組織內的空間組成信息進行活體研究的功能性檢查手段[2]。DTI技術具有20余種參數，臨床應用中最常用的有以FA為代表的各項異性參數及以ADC為代表的各項同性參數兩類，其中FA值主要反映水分子的擴散方向，間接描述神經纖維多寡及完好程度；ADC值主要反映水分子的擴散程度，間接反映腦組織完整程度[8]。現有部分文獻表明，FA與ADC兩者呈負相關性[9]，基于此類研究，筆者采用小ROI分別對皮質和白質多次精準測量后對比分析可得結論：白質區FA與ADC呈負相關，這與上述結論相符，推測該原因與白質內豐富且分布方向較為一致的軸突對水分子擴散能力較強的束縛情況有關；皮質區FA與ADC兩者無相關性，與上述結論不同，但與兩參數推導公式所示相符[10]，亦可推測出皮質內水分子擴散程度受無規則分布的樹突束縛較小使得兩者間不存在明顯影響性，進一步證實本文所用測量方法可比常規ROI法更多更真實地反映組織內的生理活動細節。

長久以來，FCD的分類方法一直飽受爭議，直至2011年ILAE制定了全新的分類規范后才有了被廣泛接受和使用的標準[11]。有關不同類型FCD的MRI結構影像研究眾多，且結論較為統一，均可表明不同類型FCD的MRI影像表現差異明顯[5]，這可能與不同的病理結構有關。但針對不同類型FCD的DTI技術研究鮮見報道，本研究對入選的5種FCD類型分別進行了FA及ADC值測量結果對比分析后發現，不同類型FCD的皮質、白質區同區的FA、ADC值均無明顯差異，盡管此次FCD類型不全且每種樣本量不同，但該結論與Widjaja等[12]在白質區的研究結果相似，筆者推測，FCD病理結構差異雖然在影像結構上表現不同，但并不會對組織內水分子擴散能力、神經纖維束的分布及完好程度造成獨特影響，這也說明DTI技術可能在輔助病理分型能力上效用不大。

國內有研究證實，與健側相比，FCD區域會出現神經纖維束明顯稀疏，FA值顯著降低、ADC值顯著升高的情況[13]。此類研究ROI內以白質為主要成分，對皮質的相關結論較少。本研究中通過DTI測量統計后發現，白質區中患側FA值明顯減小，ADC值明顯增高，該結論與上述報道一致，FCD在白質內的病理改變主要表現在白質內異位神經元、異常膠質細胞增殖、髓鞘化纖維數量減少及髓鞘形成障礙等[14]。筆者推測該病理改變導致細胞外間隙擴大、正常軸突數量減少及軸突完整度受損等情況，對水分子的運動幅度及運動方向的束縛能力明顯減弱，游離水增多，各項異性程度降低等是造成此結論的主要原因。FCD在皮質內的病理改變主要表現為皮質分層異常或皮質下層異位神經元、皮質內異常膠質細胞增殖等[14]。筆者推測，該病理改變并未過多影響皮質內神經纖維的結構特征，仍以樹突為主，但正常神經元細胞體萎縮或減少、異常神經元細胞及異常膠質細胞增殖等均會使細胞間隙增大、水分子運動束縛能力減弱、游離水增多，故皮質組中患側會出現FA值變化差異很小，ADC值明顯升高的情況，同時這也表明，ADC值對反映腦神經元的損害更為敏感，與以往的文獻報道一致[15]。

FCD病灶由于具有內在致癇性及局限性，手術切除為最有效的治療方法[2]，目前普遍認為神經影像檢查尤其MRI檢查是FCD術前診斷及病灶定位的最佳影像手段[16]，因此MRI影像能否真實反映FCD病灶特征及范圍至關重要。然而有研究報道國內各癲癇中心MRI陰性的難治性癲癇占20%～40%，也有30%難治性癲癇患者因MRI陰性無法手術[17]。同時，FCD的影像學表現和預后關系密切，國外有一項Meta分析顯示，MRI陽性的FCD患者術后無發作率是MRI陰性的2.5倍[18]，故MRI陰性是癲癇外科最棘手的問題之一。DTI技術目前主要應用于神經纖維束示蹤技術上，筆者發現，利用DTI參數測量值進行FCD診斷會比MRI平掃更有意義，這與Chen等[19]的研究結果一致。在本研究中，白質組中ADC、FA、MRI平掃的陽性檢出能力無明顯差異；皮質組中，ADC陽性檢出力最高，MRI平掃次之，FA最低。這表明DTI技術可從組織內生理活動能力的角度檢出FCD，依之前討論，白質內兩種參數能力差異不大，皮質內ADC反映能力較強[15]，FA則較差，故建議臨床診斷FCD時除MRI平掃外，應廣泛采用DTI技術尤其是ADC值予以評估。

本研究不足之處在于FCD患者數量較少，且不同類型樣本量差異較大，可能會對統計結果造成誤差。另外，如果能將ROI測量次數增加至包括全部病灶區再取均值，可能會更具有普遍意義，不過本研究采用的是資料回顧性方法，病灶區定位主要依靠手術病理切片，很難與DTI及MRI結構圖一致，故存有難度，這也是今后改進的方向。

綜上所述，利用DTI的FA及ADC兩種參數對顳葉不同類型FCD進行測量評估后發現，FCD的皮質區和白質內病理表現有較大差異，兩種參數能在不同程度上反映組織內微觀結構細節，但對輔助病理分型效用較差，DTI技術尤其是ADC值可對FCD的診斷提供獨特的參考價值，建議臨床廣泛采用。