擴散峰度成像在腦電圖表現(xiàn)正常兒童特發(fā)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(jīng)系統(tǒng)第二常見病變，是大腦神經(jīng)元突發(fā)性異常放電，導(dǎo)致短暫的大腦功能障礙及間歇性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失調(diào)的一種慢性疾病[1]。特發(fā)性全面性癲癇(idiopathic generalized epilepsy，IGE)的發(fā)生與基因相關(guān)，占所有癲癇的20%～30%[2-3]。盡管神經(jīng)影像發(fā)展迅速，但腦電圖(electroencephalogram，EEG)對于檢測發(fā)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(fā)現(xiàn)，有少量癲癇患者頭皮EEG結(jié)果正常[4]，筆者通過對9例EEG表現(xiàn)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(xiàn)正常的IGE患兒腦實質(zhì)內(nèi)是否存在異常改變及其發(fā)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(biāo)準(zhǔn)：①出現(xiàn)癲癇各種臨床表現(xiàn)、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(fā)作間期癇樣波；⑧符合以上7條行頭顱MR常規(guī)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(guī)頭顱MRI檢查正常。體格檢查無神經(jīng)系統(tǒng)陽性體征，除外腦血管病、腫瘤、外傷等病變；其余納入標(biāo)準(zhǔn)與病例組②～⑥相同。

2.MRI掃描方法

采用GE 3.0T Signa Horizon LX超導(dǎo)型MR掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)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(zhèn)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(shù)：①橫軸面T2WI液體反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(fluid-attenuated inversion-recovery，F(xiàn)LAIR)：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(quán)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，F(xiàn)SE)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，F(xiàn)SPGR)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(zhuǎn)角15°。以上序列掃描視野均為24 cm×24 cm，采集次數(shù)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(shù)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(tǒng)計分析。

3.數(shù)據(jù)處理流程

圖像預(yù)處理：采用統(tǒng)計參數(shù)圖SPM8軟件對DKI圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，采用FSL的BET和eddy_corr工具，將原始DWI數(shù)據(jù)進行去頭殼和渦流校正，并估計DKI三類參數(shù)：①部分各向異性參數(shù)(fraction anisotropy，F(xiàn)A)；②擴散系數(shù)，包括平均擴散系數(shù)(mean diffusion，MD)，平行于纖維方向擴散系數(shù)(axial diffusivity,AD，即MD∥)，垂直于纖維方向擴散系數(shù)(radial diffusivity，RD，即MD⊥)；③擴散峰度系數(shù)，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(zhǔn)：將所有被試者的MR圖像都配準(zhǔn)至標(biāo)準(zhǔn)空間，制作一個針對本組數(shù)據(jù)(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(zhì)、白質(zhì)和腦脊液三個組織概率圖。②使用SPM unified segment工具將NC組數(shù)據(jù)無梯度的DWI數(shù)據(jù)S0圖進行配準(zhǔn)。③將配準(zhǔn)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(shù)據(jù)與新得到的模板配準(zhǔn)。

4.統(tǒng)計學(xué)方法及顯示差異方式

運用兩樣本t-test來統(tǒng)計病例組和NC組之間FA，MD和MK等參數(shù)的差異。統(tǒng)計閾值設(shè)為P<0.001。使用SPM中的視圖軟件xjview顯示DKI參數(shù)圖發(fā)現(xiàn)顯著差異的區(qū)域(region)，顯示體素簇大小(cluster size)大于50區(qū)域。使用蒙特利爾神經(jīng)學(xué)研究所(Montreal Neurologic Institute，MNI)的標(biāo)準(zhǔn)腦圖譜坐標(biāo)系定位差異區(qū)域的解剖部位，每個腦區(qū)的空間位置通過坐標(biāo)值x、y、z(單位mm)表示。

結(jié) 果

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

與NC組比較，F(xiàn)A減低區(qū)域主要位于左額葉白質(zhì)、灰質(zhì)中(圖1)，MD值增高的差異區(qū)域主要位于左側(cè)顳葉灰、白質(zhì)中(圖2)。MD∥顯示異常區(qū)域有三組：第一組主要位于左側(cè)大腦半球葉下區(qū)域、豆?fàn)詈恕ず思白髿ず说然屹|(zhì)核團及核外區(qū)域白質(zhì)；第二組異常區(qū)域主要位于左側(cè)大腦半球葉下區(qū)域、顳葉及核外區(qū)域白質(zhì)；第三組主要位于左側(cè)大腦半球邊緣葉、扣帶回、brodmann31區(qū)灰質(zhì)及左扣帶回中部白質(zhì)。MD⊥顯示異常區(qū)域有二組：第一組異常區(qū)域主要位于顳葉白質(zhì)、左側(cè)大腦半球顳中回及左顳中回；第二組異常區(qū)域主要位于左側(cè)大腦半球枕葉白質(zhì)及左枕中回。MK∥差異區(qū)域較少、僅在左側(cè)半球腦葉下區(qū)域有少量差異區(qū)域。

表1 病例組FA異常區(qū)域

表2 病例組MD異常區(qū)域

表3 病例組MD∥異常區(qū)域

表4 病例組MD⊥差異區(qū)域

表5 病例組MK∥差異區(qū)域

討 論

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

EEG主要觀察神經(jīng)元的異常放電，具有操作簡單、技術(shù)成熟、費用低和無創(chuàng)性等優(yōu)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(xiàn)，且采用適當(dāng)?shù)恼T發(fā)手段，對致癇灶的陽性檢出率可達(dá)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(zhǔn)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(fù)檢查以進行結(jié)果確認(rèn)。

IGE在常規(guī)MRI檢查無異常表現(xiàn)，但并非表示癲癇發(fā)作后腦組織無損傷，可能是常規(guī)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(chǔ)，通過MR多b值序列實現(xiàn)水分子在細(xì)胞內(nèi)運動軌跡的頻率分布圖，進而反映神經(jīng)元的微觀結(jié)構(gòu)與環(huán)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(shù)值FA、MD和MK可能更有效地解釋大腦白質(zhì)及灰質(zhì)的變化，相對于DTI，DKI在癲癇研究中的優(yōu)勢已有文獻報道[11-14]。

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

相對于FA，MK的優(yōu)勢在于不依賴于組織結(jié)構(gòu)的空間方位，MK可以用來描述各向同性結(jié)構(gòu)灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變。因為灰質(zhì)為各向同性結(jié)構(gòu)，其FA值相當(dāng)?shù)停曰屹|(zhì)的FA值不是敏感指標(biāo)。而白質(zhì)內(nèi)存在纖維結(jié)構(gòu)，F(xiàn)A值相對較高。DKI在檢測灰質(zhì)等各向同性組織疾病上發(fā)揮重要作用，可以用于解決白質(zhì)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(shù)在檢測兒童正常大腦發(fā)育方面具有潛在優(yōu)勢[17]。本研究9個IGE病例，腦電圖未檢測到IED，但DKI各參數(shù)統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)了灰質(zhì)存在差異的區(qū)域，雖然檢測結(jié)果較少且體素簇較小，但研究結(jié)果表明EEG陰性的IGE患兒腦白質(zhì)及灰質(zhì)中均發(fā)生了異常改變。

本組病例中均存在癲癇發(fā)作的癥狀，符合臨床IGE診斷，但發(fā)作間期EEG未發(fā)現(xiàn)IED。病例組與NC組比較，F(xiàn)A值有顯著差異的區(qū)域主要在左額葉白質(zhì)、灰質(zhì)中(表1，圖1)。MD值有顯著差異區(qū)域主要左側(cè)顳葉灰、白質(zhì)中(表2～4，圖2)。MK值有顯著差異的區(qū)域較少，僅左側(cè)半球腦葉下區(qū)域的MK∥值有顯著差異(表5)。僅有少數(shù)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)了很少的異常區(qū)域，分析可能與神經(jīng)元異常放電較微弱有關(guān)，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(fā)現(xiàn)，也有行影像學(xué)檢查如DKI序列掃描的必要性，因為其各參數(shù)值可能發(fā)現(xiàn)該類患者腦內(nèi)潛在的微量腦白質(zhì)或灰質(zhì)異常，且研究結(jié)果中顯示粒子簇最大者可能為致癇灶，但目前尚沒有手術(shù)結(jié)果進行證實。筆者認(rèn)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(jù)。

本研究有一些不足之處：首先兒童中根據(jù)臨床癥狀診斷IGE，但EEG陰性者數(shù)量較少，所以導(dǎo)致本組研究病例組數(shù)量較少，需要在今后研究中不斷積累病例數(shù)，使研究結(jié)果更具可信性；其次需要對本組病例進行DKI復(fù)查隨訪，特別是發(fā)展為難治性癲癇需手術(shù)治療者，可以隨訪并對致癇灶進行確認(rèn)，以證實DKI結(jié)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(shù)和圖像后處理技術(shù)的不斷發(fā)展，在癲癇診斷、監(jiān)測疾病進展等方面發(fā)揮更大的作用，從而在臨床進行廣泛應(yīng)用。

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