基于TBSS方法評價青壯年內側顳葉癲癇患者腦白質擴散張量的變化

封莉，付麗媛,2，肖慧,2，許尚文,2，陳自謙,2

1. 廈門大學附屬東方醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025；2. 聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025

引言

癲癇是各種因素所誘發(fā)的腦部大量神經(jīng)元一致突發(fā)性放電，出現(xiàn)短暫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。全世界大約有6500萬癲癇患者[2]，以內側顳葉癲癇（Medial Temporal Lobe Epilepsy，MTLE）最為常見[3]，然而臨床工作中仍有大部分患者其常規(guī)影像學檢查難以有異常發(fā)現(xiàn)。DTI技術是在磁共振成像技術中一項無創(chuàng)性研究腦白質纖維微觀結構及功能的新興技術[4]，可定量觀察腦白質結構及功能改變，為臨床研究其病理生理機制及診療提供可靠依據(jù)。

本研究采用纖維束示蹤空間統(tǒng)計分析（Tract‐Based Spatial Statistics，TBSS）分析方法研究腦白質結構與功能。相較于ROI方法，TBSS能排除主觀人為因素對實驗的影響，更能反映客觀、真實的腦白質纖維束結構及功能改變[5]。另外，多數(shù)研究未對研究對象的年齡進行明顯限制，然而老年患者大腦結構逐步退化，相反的未成年人大腦發(fā)育尚未完全，因此會對研究結果產(chǎn)生一定的影響[6]。本研究注重于運用TBSS方法研究青壯年MTLE癲癇患者的腦白質DTI參數(shù)變化，以探究其腦白質結構與功能的改變。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究納入2019年2月至2020年2月在中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院就診的難治性MTLE青壯年患者24例（左側12例，右側12例）為研究對象，其中男性10例，女性14例，左側MTLE青壯年患者年齡18～45歲，平均年齡（29.08±2.75）歲，病程范圍為3～16年，平均病程（7.64±5.11）年，平均受教育年限（7.83±3.49）年；右側M T L E青壯年患者年齡1 8～4 3歲，平均年齡（30.25±1.60）歲，病程范圍為4～16年，平均病程（11.08±5.35）年，平均受教育年限為（7.91±4.30）年，均為右利手。

納入標準：① 臨床有癲癇癥狀、腦電圖提示患側顳區(qū)異常；② 常規(guī)磁共振陰性，無腦外傷、腦腫瘤及其他器質性疾病；③ 年齡范圍18～45歲，且病程超過1年。

全部患者均經(jīng)手術病理證實為患側顳區(qū)海馬硬化。同時隨機選擇與病例組性別、年齡及受教育年限相匹配的健康對照組12例。本研究經(jīng)過聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院理論委員會審批，所有受試對象均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

采用3.0 T Siemens Magnetom Trio Tim磁共振掃描儀及匹配12通道相控陣線圈。先對全部研究對象行T2加權成像橫斷面掃描，排除腦外傷、腦腫等及其他器質性疾病；再行基于單次激發(fā)平面回波（Echo Planner Imaging，EPI）的自旋序列行自顱頂向下平行于前后聯(lián)合連續(xù)軸位掃描。具體掃描參數(shù)：TR/TE=6100/93 ms，F(xiàn)OV=240 mm×240 mm，采集矩陣=128×128，層厚3 mm，層間距為0，層數(shù)為45層，NEX 4次，掃描時間為774 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1 數(shù)據(jù)處理

首先，轉換數(shù)據(jù)格式，將Dicom格式轉換為可被FSL（the FMRIB Software Library）軟件識別的nii格式；其次，使用FSL軟件中的FMRIB’s Diffusion Toolbox（FDT）工具對DTI圖像進行頭動和渦流校正；最后，解算彌散張量，運用DTIFit工具計算得到DTI圖像的相關參數(shù)圖，包括各向異性分數(shù)（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）、平均擴散率（Mean Diffusivity，MD）、 軸 向 彌 散 度（Axial Diffusivity，AD）及徑向彌散度（Radial Diffusivity，RD）。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

非線性配準，運用FSL5.0.7軟件，將圖像數(shù)據(jù)使用非線性配算法匹配到標準模板上。提取纖維骨架，將匹配后所有FA圖平均化，生成平均FA模板，并把FA閾值設為0.2，獲取平均FA纖維骨架。以此為基礎，將每個受試者白質纖維圖一一投射到平均FA纖維骨架圖上，生成各自的FA纖維骨架圖。參數(shù)分析：對纖維骨架圖像上的每一個點的FA值進行組間統(tǒng)計，對于有統(tǒng)計差異的腦區(qū)用MNI（蒙特利爾神經(jīng)科學研究所）坐標表示，MD、AD、RD則使用同樣的方法進行組間統(tǒng)計處理。最終通過TBSS分析的DTI參數(shù)中有組間差異的結果圖與約翰·霍普金斯大學制作的標準白質纖維束圖譜模板進行一一映射，精準定位出具有組間差異的白質纖維束。

1.4 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件處理，對受試者基本信息（包括年齡、病程及受教育程度）采用單因素ANOVA檢驗，對4個DTI參數(shù)采用兩組間獨立樣本t檢驗（包括左側MTLE組與左側健康對照組、右側MTLE組與右側健康對照組），P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 受試者基本信息比較

12例右側MTLE組、12例左側MTLE組及12例健康對照組之間比較，在年齡（F=0.215，P=0.821）、受教育程度（F=0.760，P=0.475）均無統(tǒng)計學差異，左側MTLE組與右側MTLE組在病程年限無統(tǒng)計學差異（F=0.012，P=0.924），見表 1。

表1 受試者基本信息表

2.2 TBSS結果比較

2.2.1 雙側MTLE組與健康對照組FA值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，F(xiàn)A值明顯降低，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、胼胝體體部、胼胝體輻射線枕部、下縱束、額枕下束、扣帶束、鉤束、皮質脊髓束及丘腦前輻射束（P<0.05）；左側MTLE組除左側胼胝體輻射線枕部、右側丘腦前輻射、左側扣帶束呈單側改變，其余腦區(qū)改變均為雙側病變；右側MTLE組中胼胝體輻射線額部、胼胝體輻射線枕部、胼胝體體部呈雙側改變，其余腦區(qū)均為患側改變。雙側MTLE組與健康對照組FA值比較結果，詳見表2～3及圖1。

圖1 FA值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表2 左側MTLE組較健康對照組FA值具有差異的腦區(qū)

表3 右側MTLE組較健康對照組FA值具有差異的腦區(qū)

2.2.2 雙側MTLE組與健康對照組MD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，MD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、額枕下束、鉤束、下縱束、丘腦前輻射、皮質脊髓束及扣帶束（P<0.05）。左側MTLE組除雙側胼胝體輻射線額部及左側鉤束呈單側病變，其余腦區(qū)呈雙側改變；右側MTLE組均為患側腦區(qū)病變。雙側MTLE組與健康對照組MD值比較結果，詳見表4～5及圖2。

圖2 MD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表4 左側青壯年MTLE組較健康對照組MD值具有差異的腦區(qū)

表5 右側青壯年MTLE組較健康對照組MD值具有差異的腦區(qū)

2.2.3 雙側MTLE組與健康對照組AD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，AD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、額枕下束、扣帶束、鉤束、丘腦前輻射、上縱束、下縱束及皮質脊髓束（P<0.05）。左側MTLE組除雙側胼胝體輻射線枕部及右側皮質脊髓束呈單側病變，其余腦區(qū)呈患側改變；右側MTLE組均為患側腦區(qū)病變。雙側MTLE組與健康對照組AD值比較結果，詳見表6～7及圖3。

圖3 AD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表6 左側MTLE組較健康對照組AD值具有差異的腦區(qū)

表7 右側MTLE組較健康對照組AD值具有差異的腦區(qū)

2.2.4 雙側MTLE組與健康對照組RD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，RD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、胼胝體輻射線枕部、胼胝體體部、扣帶束、額枕下束、皮質脊髓束、鉤束、上縱束及下縱束（P<0.05）。左側MTLE組病變腦區(qū)中左側鉤束、下縱束呈單側分布，其余病變腦區(qū)呈雙側分布；右側MTLE組中額枕下束、皮質脊髓束、鉤束及下縱束呈患側改變，其余病變腦區(qū)呈雙側分布。雙側MTLE組與健康對照組RD值比較結果，詳見表8～9及圖4。

圖4 RD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表8 左側青壯年MTLE組較健康對照組RD值具有差異的腦區(qū)

表9 右側青壯年MTLE組較健康對照組RD值具有差異的腦區(qū)

3 討論

DTI是一種可以測量水分子在組織中擴散的成像技術，擴散可以不受限制（即以各向同性的方式），也可以受某些障礙（例如細胞膜）的限制（即以各向異性的方式）[7]，是評估癲癇患者細胞死亡、神經(jīng)膠質細胞增生和軸突可塑性的有用工具[8]。DTI量化白質纖維束受損最常用的關鍵性指標包括FA、MD、RD及AD[9]。FA值表示水分子彌散的各向異性程度，變化范圍在0～1之間，是反映腦白質完整性的指標[10]。MD值代表總體擴散大小，與擴散方向無關，值越低，組織結構越受限制。AD值和RD值描述分別在平行于和垂直于被測張量主軸的平面中的擴散程度，其值變化亦反映了細胞膜的限制、髓鞘的完整性及細胞外環(huán)境的改變[11]。

癲癇患者由于長期的腦神經(jīng)元的異常放電，會導致腦組織微觀結構損害或局部組織環(huán)境的改變，如軸突變性、脫髓鞘改變或細胞外間隙水腫。本研究運用TBSS方法分析雙側MTLE患者腦白質結構改變，結果顯示胼胝體、上縱束、下縱束、鉤束、扣帶束、丘腦前輻射束、額枕下束、皮質脊髓束等區(qū)域與健康對照組相比具有顯著差異，組間差異腦區(qū)的FA值降低，MD值、AD值及RD值升高，這與多數(shù)國內外研究大致相同[6,12]。其中左側MTLE患者病變范圍較右側MTLE患者更為廣泛，多為雙側腦區(qū)改變并以左側為主；右側MTLE患者病變腦區(qū)較為局限，多為右側腦區(qū)異常，部分為雙側腦區(qū)改變。趙地[13]在對75例顳葉癲癇患者（其中影像陰性37人，海馬硬化36人，全部為右利手）研究中發(fā)現(xiàn)，左側的顳葉癲癇患者病灶其腦白質纖維束的受損較右側顳葉癲癇患者的受損范圍更廣且程度更重，推測其與優(yōu)勢半球的大腦網(wǎng)絡模式以及功能結構特點有關系。Besson等[14]對顳葉癲癇患者（39例患者，36例右利手）的研究也顯示，相較于右顳葉癲癇患者，左側顳葉癲癇患者其腦白質纖維束的喪失更為明顯。右利手的群體中左側大腦半球功能區(qū)發(fā)育更為完善，當病灶位于優(yōu)勢半球可能所導致的功能損害更為嚴重。然而，這一現(xiàn)象發(fā)生的具體原因尚待進一步研究。

在DTI參數(shù)的四個特征值中，F(xiàn)A值反映纖維結構的完整性及水分子彌散的一致性，F(xiàn)A值越大說明體素內水分子的彌散越趨近于主軸方向走行，當FA值降低時則代表纖維束的受損或髓鞘的脫落[15]。MD值不反映水分子擴散的方向，僅反映水分子擴散的程度，因此MD值越大組織內水分子越多擴散越不受限制，MD值升高表示局部微環(huán)境的改變水分子增加。AD值代表平行于纖維束走行方向的水分子擴散程度，因而其值升高與軸突損傷或軸突紊亂有關；而RD值則是垂直于纖維束走行方向的水分子擴散程度[16]，其值的升高則與脫髓鞘或髓鞘磷脂異常有關。本研究中MTLE患者中4個參數(shù)值反映了其纖維束結構完整性的損害、髓鞘的丟失及軸突的紊亂及損傷等改變。其中，F(xiàn)A值和RD值對于白質纖維束的受損顯示更為敏感，能檢測出更多異常的白質纖維束，而MD值及AD值則較為局限，多顯示同側纖維束受損為主。國外一項在顳葉癲癇患者顳葉和顳葉外束DTI研究中顯示，在垂直于軸突的方向的水分子擴散RD變化顯著，而平行于軸突的方向的水分子擴散AD變化則不明顯[17]。在四個特征值改變的腦區(qū)中發(fā)現(xiàn)，雙側MTLE青壯年患者以同側腦區(qū)聯(lián)絡纖維受損為主（胼胝體屬于連合纖維，上縱束、下縱束、鉤束、額枕束、扣帶束及丘腦后輻射屬于聯(lián)絡纖維，皮質脊髓束及冠狀束屬于投射纖維），其中右側青壯年MTLE患者的右側上縱束、下縱束及鉤束在四個參數(shù)值中均有改變，而左側青壯年MTLE患者的左側鉤束在四個值中均有改變，同側鉤束同時在四個特征值均表現(xiàn)異常可能為臨床顳葉癲癇的定側提供依據(jù)。上縱束是最大的聯(lián)絡纖維，同時也是語言表達和理解的重要腦區(qū)[18]，鉤束則與患者的執(zhí)行能力密切相關[19]。因此，當MTLE患者出現(xiàn)認知功能改變時，局部腦組織結構的異常所導致功能連接的紊亂可能是其真正原因。

綜上所述，本研究排除年齡對腦組織的影響，運用更為精準的TBSS方法分析雙側青壯年MTLE患者腦白質纖維束的異常改變，結果顯示雙側腦區(qū)有不同程度的連合纖維、聯(lián)絡纖維及投射纖維受損，以同側聯(lián)絡纖維受損為主，其中左側MTLE青壯年患者受損更為廣泛。在DTI四個特征值中，F(xiàn)A值及RD值對受損白質纖維束檢測更為敏感，同側鉤束在四個參數(shù)值中均有改變。這使得我們能夠進一步認識、理解MTLE的發(fā)生發(fā)展過程、病理生理機制及病灶定位定性診斷提供了重要依據(jù)。