腦磁圖在癲癇術(shù)前定位中的應(yīng)用進(jìn)展

任潔釧，喬慧，王群

·綜述·

腦磁圖在癲癇術(shù)前定位中的應(yīng)用進(jìn)展

任潔釧，喬慧，王群

腦磁圖是一種無創(chuàng)性探測大腦神經(jīng)電磁信號的一種腦功能檢測技術(shù)，近年來越來越多地被用于癲癇、腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床診療之中。難治性癲癇的術(shù)前評估是癲癇診療的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，腦磁圖在癲癇術(shù)前評估中的作用，主要體現(xiàn)在癲癇灶的定位和腦功能區(qū)定位兩方面。對癲癇灶進(jìn)行精準(zhǔn)定位是手術(shù)預(yù)后的關(guān)鍵，而對語言、運(yùn)動等腦功能區(qū)的準(zhǔn)確定位可以最大程度減少手術(shù)對大腦正常功能的損傷。癲癇灶定位的方法非常多，包括癥狀學(xué)、頭皮視頻EEG(VEEG)(發(fā)作間期和發(fā)作期)、MRI、PET、SPECT、皮質(zhì)EEG(ECoG)等。腦磁圖作為一種新近出現(xiàn)的神經(jīng)功能檢查方法，在癲癇灶的術(shù)前定位中有其獨(dú)特的優(yōu)勢。本文著重對腦磁圖在癲癇灶術(shù)前定位中的應(yīng)用作一綜述。

1 腦磁圖基礎(chǔ)

人腦的磁信號來源于大腦皮質(zhì)中并行排列的錐體細(xì)胞樹突，其細(xì)胞內(nèi)電流變化產(chǎn)生磁場，在空間加和產(chǎn)生生物磁信號。1968年，美國麻省理工學(xué)院的Cohen[1]首次記錄到了人腦的磁信號。腦磁信號是非常微弱的，僅有50～200 fT，約為地球磁場的十億分之一[2]?，F(xiàn)代腦磁信號的成功探測和記錄是通過低溫超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)實(shí)現(xiàn)的。SQUID在極低溫環(huán)境中達(dá)到超導(dǎo)性能，可將微弱的腦磁信號轉(zhuǎn)化為電信號并進(jìn)行放大。最初的腦磁圖檢測設(shè)備只有單通道，覆蓋面積小，檢測繁復(fù)，一次只能記錄到部分腦區(qū)的磁信號。隨著技術(shù)發(fā)展，多通道腦磁圖設(shè)備相繼問世。現(xiàn)代的全頭型腦磁圖設(shè)備有上百個探測通道，容納在一個盛有液氦的大杜瓦罐中保持超導(dǎo)性能，可一次性同時(shí)記錄全腦的生物磁信號。檢查在磁屏蔽室內(nèi)進(jìn)行，可最大程度屏蔽外部地球磁場、電磁設(shè)備等產(chǎn)生的干擾信號。檢查過程中，患者的頭部放置于杜瓦罐下部的頭盔中，頭盔內(nèi)有多個探測通道對顱外磁場進(jìn)行無接觸式探測?；颊呖筛鶕?jù)臨床要求采取臥位或坐位，檢查前可適當(dāng)給予睡眠剝奪或者抗癲癇藥物減停量以配合檢查要求[3]。

現(xiàn)代腦磁圖設(shè)備可以連續(xù)記錄患者的腦磁信號，形成多通道的波形圖供臨床醫(yī)生參閱。更重要的是，可以利用腦磁圖數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析。源分析是指根據(jù)腦磁圖信號探測器得到的顱外磁場的時(shí)間和空間分布，選用恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ秃蛿?shù)學(xué)分析方法，推算顱內(nèi)信號源的位置、強(qiáng)度和方向。將同一患者的腦磁圖數(shù)據(jù)與高分辨的結(jié)構(gòu)MRI進(jìn)行配準(zhǔn)，再將源分析結(jié)果疊加到MRI圖像上，即形成了磁源性影像(MSI)。MSI可以直觀地看到某一時(shí)刻信號源的精確解剖部位，具有高時(shí)間分辨率和高空間分辨率。

2 腦磁圖的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

腦磁圖探測的是突觸后細(xì)胞內(nèi)電流的總和，是細(xì)胞神經(jīng)電生理活動的直接反應(yīng)。其他的腦功能檢測方法大多是間接反應(yīng)神經(jīng)活動的情況。SPECT通過檢測大腦血流容量(CBF)的變化來反應(yīng)相應(yīng)腦區(qū)的神經(jīng)活動。PET探測的是大腦各個部位的代謝狀況。血氧水平依賴(BOLD)-皮質(zhì)功能磁共振通過含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白比例的變化間接反應(yīng)神經(jīng)活動的變化。相比之下，EEG探測的是細(xì)胞外容積電流的總和，對腦功能的探測更為直接。另一方面，EEG測量的電信號在由顱內(nèi)到顱外的傳導(dǎo)過程中，受到CSF、顱骨及皮膚等的影響，有一定程度的扭曲和失真。而腦磁圖信號在傳導(dǎo)過程中基本不受這些組織的影響。另外，腦磁圖的時(shí)間分辨率和空間分辨率都很高。傳統(tǒng)EEG的時(shí)間分辨率高但是對腦區(qū)的定位較為粗略，而fMRI雖然有高空間分辨率但是時(shí)間分辨率較低，一般以秒計(jì)。相比之下，經(jīng)腦磁圖形成的磁源性影像，有毫秒級的時(shí)間分辨率和毫米級的空間分辨率，可精確、動態(tài)、實(shí)時(shí)地反應(yīng)大腦不同區(qū)域的功能變化情況。

當(dāng)然，腦磁圖技術(shù)在神經(jīng)功能檢測中也存在一些缺點(diǎn)。首先，腦磁圖不能探測到徑向電流產(chǎn)生的磁場。如果把人腦看成一個規(guī)則的球體，只有當(dāng)電流方向與球體半徑垂直時(shí)，即切向的電流，根據(jù)右手法則所產(chǎn)生的磁場才可能被探測到，而徑向分布的電流產(chǎn)生的磁場則難以探測。因此，大腦皮質(zhì)的溝回在某些走行方向的放電所產(chǎn)生的磁場是腦磁圖探測的盲區(qū)。其次，腦磁圖檢查過程對受試者要求較高，需要其高度配合，輕微的動作以及頭面部肌肉的緊張收縮都會對腦磁信號產(chǎn)生干擾，更加會影響磁源性影像的準(zhǔn)確性。另外，腦磁圖記錄的多是癲癇發(fā)作間期的棘波，對棘波定位的MSI所反映的主要是癲癇易激惹區(qū)。由于多數(shù)癲癇發(fā)作都有明顯的運(yùn)動偽跡，腦磁圖很少能夠清晰記錄到發(fā)作期的放電從而對發(fā)作起始區(qū)進(jìn)行定位，在這一方面VEEG更有優(yōu)勢。最后，腦磁圖設(shè)備和維護(hù)都較為昂貴，且不能夠如VEEG一樣進(jìn)行長程記錄和監(jiān)測，這也限制了腦磁圖的廣泛使用。

3 腦磁圖檢測棘波的敏感度

準(zhǔn)確且敏感地檢測出癲癇患者發(fā)作間期的異常棘波是癲癇術(shù)前評估中利用腦磁圖進(jìn)行準(zhǔn)確定位的前提。既往一些研究[4-6]對較大樣本量的癲癇患者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，腦磁圖在癲癇患者中的陽性率約為60%～90%，與EEG相近。但需要注意的是，有些患者僅有腦磁圖或EEG陽性，而另一種檢測方法不能探測到癇性棘波。有研究[7]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，幾近一半的EEG無棘波的癲癇患者，腦磁圖檢查中都可以發(fā)現(xiàn)棘波。兩種檢查的神經(jīng)生理基礎(chǔ)不完全相同，因此臨床實(shí)踐中不能簡單地根據(jù)EEG結(jié)果陽性或陰性來推測腦磁圖檢查的可能結(jié)果。相比單一檢查模態(tài)，EEG聯(lián)合腦磁圖對棘波的檢出率更高[5]。

腦磁圖設(shè)備能否探測到癲癇棘波受多種因素的影響，包括源電流的深度、方向、面積、位置等。磁場的強(qiáng)度與探測器到源電流距離的平方成反比，因此源電流的位置越深，所探測的磁場強(qiáng)度越小[8]，例如基底節(jié)、扣帶回等部位的癇性放電。只有當(dāng)其強(qiáng)度為皮質(zhì)表面的幾倍時(shí)，其產(chǎn)生的磁場才可能被探測到。

源電流的方向也會對腦磁信號探測產(chǎn)生影響。腦磁圖只能記錄到切向電流產(chǎn)生的磁場。因此，腦回頂部及腦溝底部皮質(zhì)的放電可能是腦磁圖探測的盲區(qū)，而溝回側(cè)壁皮質(zhì)的放電更容易被探測到。不過，Hillebrand等[8]以真實(shí)人腦形態(tài)為模型模擬了不同部位偶極子放電的探測情況發(fā)現(xiàn)，雖然在腦回頂部有非常細(xì)的2 mm寬的帶狀區(qū)域不能被探測到，但其周圍皮質(zhì)所產(chǎn)生的電流有切向成分，也可以為相應(yīng)區(qū)域的磁場做出貢獻(xiàn)。因此，這一因素對檢測敏感性的影響似乎不是很大，而源電流的深度所起的影響更大。

另一方面，產(chǎn)生棘波的大腦皮質(zhì)需達(dá)到一定面積產(chǎn)生的磁場才能夠被探測到。研究[9]顯示，腦磁圖信號探測需要3～4 cm2大腦皮質(zhì)產(chǎn)生同步電活動，而EEG需要6～10 cm2才能夠探測到棘波[10]。從這個角度看，腦磁圖對棘波的探測似乎比EEG更加敏感。

腦磁圖檢測棘波的敏感性也與源電流所處的不同腦區(qū)的位置有關(guān)。腦磁圖對于表淺大腦皮質(zhì)的信號更敏感。這是因?yàn)樵措娏鞯纳疃葘μ綔y的影響很大，且即使在腦回頂部可能有小部分皮質(zhì)的徑向電流磁場不能被探測到，但其臨近皮質(zhì)仍會產(chǎn)生切向電流且位置表淺，可以為相應(yīng)腦區(qū)的腦磁信號作出貢獻(xiàn)。而對于內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)，大部分研究[11-14]認(rèn)為，腦磁圖的敏感性是比較低的。一些研究[11-12]顯示，腦磁圖對內(nèi)側(cè)顳葉棘波的檢出率非常低。Santiuste等[13]對癲癇患者的棘波進(jìn)行顱內(nèi)電極以及腦磁圖的檢測發(fā)現(xiàn)，腦磁圖對于內(nèi)側(cè)顳葉棘波的檢出率約為25%～60%，遠(yuǎn)低于同研究中其他新皮質(zhì)部位95%的檢出率。Agirre-Arrizubieta等研究[14]發(fā)現(xiàn)，只有25%的由ECoG檢測到的內(nèi)側(cè)顳葉棘波可以被腦磁圖探測到，而眶額區(qū)和半球間區(qū)域探測率可以達(dá)到90%?？傮w來說，內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)的棘波不易被腦磁圖檢測到，這可能是因?yàn)槠湮恢幂^深。另一方面，也有些學(xué)者[11]認(rèn)為，內(nèi)側(cè)顳葉中海馬結(jié)構(gòu)的螺旋形態(tài)可能導(dǎo)致其產(chǎn)生的磁場相互削弱抵消，因而難以探測。雖然顳葉底部位置較深，但其皮質(zhì)走行方向易于產(chǎn)生切向電流，因而當(dāng)癇性放電累及的皮質(zhì)面積較大時(shí)，棘波仍有可能被探測到[9]。對于位置較深的島葉癲癇來說，多項(xiàng)研究[15-17]顯示，腦磁圖可以在島葉癲癇患者的島葉及周圍皮質(zhì)探測到棘波。而腦磁圖對于中線表淺部位的棘波較為敏感。Agirre-Arrizubieta等[14]發(fā)現(xiàn)，對于經(jīng)ECoG檢測出的中線部位的間期放電，腦磁圖的檢出率高達(dá)90%。因此，當(dāng)頭皮EEG難以對中線部位放電進(jìn)行左右定側(cè)時(shí)，利用腦磁圖的高空間分辨率可能對定側(cè)有所幫助。總體來說，腦磁圖檢測癇性棘波的敏感性并不亞于EEG，雖然受多種因素的影響，但腦磁圖在一些方面有其獨(dú)特優(yōu)勢，臨床中最好與EEG聯(lián)合應(yīng)用，互為補(bǔ)充。

4 腦磁圖定位癲癇灶的準(zhǔn)確性

通過腦磁圖對癲癇灶進(jìn)行定位主要是通過源分析實(shí)現(xiàn)的。如前文所述，源分析是根據(jù)探測到的腦磁信號推算顱內(nèi)信號源的位置、強(qiáng)度和方向的。如選用發(fā)作間期棘波的腦磁圖數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析，即可對棘波進(jìn)行定位，從而為癲癇術(shù)前評估和致癇灶定位提供線索。目前臨床上使用最廣泛的腦磁圖源分析方法是等效電流偶極子模型。其基本思想是通過假設(shè)的電流偶極子來模擬磁源，用數(shù)學(xué)方法計(jì)算其所產(chǎn)生的空間磁場，以最小二階乘的方法，不斷改變偶極子的數(shù)量、位置、強(qiáng)度和方向，找到與實(shí)際探測到的顱外磁場最吻合的偶極子分布。

通過腦磁圖偶極子分析方法對癲癇灶進(jìn)行定位，與ECoG、結(jié)構(gòu)影像學(xué)有較高的一致性，并且可能提示手術(shù)預(yù)后。已有多項(xiàng)研究[18-21]顯示，通過偶極子方法對發(fā)作間期棘波進(jìn)行源定位，與后續(xù)術(shù)中顱內(nèi)電極或ECoG監(jiān)測到的致癇灶區(qū)域有較好的一致性[22-23]。對于皮質(zhì)表淺部位，在腦磁圖與ECoG的同步記錄中有較高的一致性[9]。腦磁圖偶極子的分布方式也有一定的提示意義。當(dāng)發(fā)作間期棘波發(fā)放較多、且偶極子分布較集中時(shí)，偶極子分布區(qū)域往往與ECoG定位的發(fā)作起始區(qū)一致[18-19]。而偶極子散在分布的區(qū)域，往往提示是易激惹區(qū)，并不一定需要手術(shù)切除[18]。對于有顱內(nèi)結(jié)構(gòu)性病變的癲癇患者，棘波相關(guān)的偶極子大多分布于病灶及其周圍區(qū)域[20-21,23]，與結(jié)構(gòu)病變一致性較高。且腦磁圖的偶極子定位可以引導(dǎo)臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)較隱蔽或難以識別的結(jié)構(gòu)性病變[16,24]。在手術(shù)預(yù)后方面，用腦磁圖偶極子分析方法定位癲癇灶，可以提供更多的有用信息[25]，較好地預(yù)測手術(shù)預(yù)后[26]。對單一集中的偶極子分布區(qū)域進(jìn)行完全切除多提示術(shù)后癲癇無發(fā)作，而不全切除則提示可能預(yù)后不佳[27-29]。最新一項(xiàng)回顧性臨床研究[30]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)偶極子較為集中、方向穩(wěn)定時(shí)，手術(shù)預(yù)后相對良好，而當(dāng)偶極子較為分散時(shí)，提示手術(shù)預(yù)后不佳。將腦磁圖與其他術(shù)前評估手段結(jié)合進(jìn)行評估則更有幫助。當(dāng)腦磁圖與SEEG結(jié)果相吻合時(shí)，術(shù)后癲癇無發(fā)作比率更高[30]。且楊露等[31]研究發(fā)現(xiàn)，采用腦磁圖結(jié)合EEG對難治性癲癇患者進(jìn)行術(shù)前定位，伽馬刀手術(shù)治療效果顯著。

另一種臨床中較常用的源分析方法是合成孔徑磁場測定法(SAM)[32]，它屬于信號集束器方法的一種。其基本思想是將大腦劃分成很多體素，在每一體素內(nèi)對測量信號使用信號集束器，求得某種函數(shù)，并得出函數(shù)分布的概率密度圖，其中極大值通常與源位置相對應(yīng)。Zhu等[33]對一組左側(cè)顳葉癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)采用SAM法分析發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，這些患者左側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)SAM值顯著升高，與臨床有較好的一致性。吳婷等[34]對一組難治性癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)使用偶極子、SAM等多種方法進(jìn)行分析，并以發(fā)作間期ECoG作為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，偶極子的定位吻合率為62.5%(10/16)，SAM的吻合率為68.7%(11/16)，說明SAM具有與偶極子方法相近的準(zhǔn)確性。另外，SAM方法可以用于分析迷走神經(jīng)刺激術(shù)治療中癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)[35]。刺激器的干擾可造成原始數(shù)據(jù)中顯著的偽跡，嚴(yán)重影響讀圖，而SAM法可以克服這一點(diǎn)，較為準(zhǔn)確地對這類數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析。但是，檢查中患者頭面部肌肉收縮所產(chǎn)生的肌電偽跡通常會對SAM產(chǎn)生干擾，在對SAM分析結(jié)果進(jìn)行解讀時(shí)應(yīng)注意鑒別。

5 腦磁圖結(jié)果解讀注意事項(xiàng)

在對腦磁圖結(jié)果進(jìn)行解讀中需要注意，所采用的頭部模型和源分析采用的數(shù)學(xué)方法不同所產(chǎn)生的結(jié)果會有差異。尤其當(dāng)患者的頭部不是很規(guī)則時(shí)，源分析的空間定位偏差可能較大。當(dāng)源分析結(jié)果疊加到MRI結(jié)構(gòu)像上產(chǎn)生磁源性影像時(shí)，不能機(jī)械地直接采取定位結(jié)果，要根據(jù)源電流的方向及位置，結(jié)合相應(yīng)部位大腦皮質(zhì)的溝回走行結(jié)構(gòu)，推測最可能產(chǎn)生相應(yīng)癇性放電的區(qū)域[7]。另外，腦磁圖探測到的棘波多處于發(fā)作間期，需注意其對致癇灶定位意義有限。腦磁圖有自身探測盲區(qū)，有相當(dāng)一部分腦磁圖陰性的患者EEG可有陽性發(fā)現(xiàn)。在對癲癇患者進(jìn)行術(shù)前評估時(shí)，最好能夠參考多種腦功能檢查方法的結(jié)果，結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)，綜合考慮，做出對患者最有益的臨床決策。

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