磁共振體積測量技術(shù)在評價特發(fā)性全面性癲癇患者皮層下結(jié)構(gòu)體積與認知功能相關(guān)性中應用

吳 迪， 范國光

中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 放射科，遼寧 沈陽 110001

·論 著·

磁共振體積測量技術(shù)在評價特發(fā)性全面性癲癇患者皮層下結(jié)構(gòu)體積與認知功能相關(guān)性中應用

吳 迪， 范國光

中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院 放射科，遼寧 沈陽 110001

目的 利用磁共振成像(MRI)體積測量技術(shù)對特發(fā)性全面性癲癇(IGE)患者及健康體檢者進行皮層下結(jié)構(gòu)體積測量，探討丘腦、尾狀核、豆狀核體積與IGE患者認知功能的相關(guān)性。方法 將2013年5月至2014年5月在中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科確診的17例癲癇患者設為癲癇組，并招募同期在我院進行正常體檢的16例健康體檢者設為健康組。選用《瑞文標準推理試驗》評估量表對癲癇組及健康組研究對象的認知功能進行評估。根據(jù)量表評估結(jié)果將癲癇組患者分為伴認知障礙組(CI組，n=8)與不伴認知障礙組(NCI組，n=9)。使用GE Signa 3.0 T超導MR掃描儀和8通道正交線圈對研究對象進行3D-FSPGR序列掃描；連續(xù)手工繪制感興趣區(qū)，包括丘腦、尾狀核、豆狀核、并進行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果 IGE患者的丘腦、尾狀核及豆狀核體積與健康組比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。左側(cè)丘腦體積與系列關(guān)系能力、抽象推理能力呈顯著負相關(guān)，與整體智力分級呈顯著正相關(guān)。左側(cè)尾狀核體積與知覺辨別能力呈顯著負相關(guān)。左側(cè)豆狀核體積與比較推理能力、系列關(guān)系能力呈顯著負相關(guān)，與整體智力分級呈顯著正相關(guān)。結(jié)論 IGE患者的丘腦、尾狀核和豆狀核體積無改變；丘腦、尾狀核和豆狀核的體積與IGE患者的認知障礙相關(guān)。

磁共振成像；癲癇；認知障礙；體積測量；皮層下結(jié)構(gòu)

癲癇是一種由多種病因引起的慢性腦部疾病，由腦部神經(jīng)元高度同步化及異常放電所致反復性、發(fā)作性和短暫性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能失常。其發(fā)病機制復雜，目前有研究表明，丘腦皮層環(huán)路在癲癇的致病機制上有很重要的作用，侵入性腦電研究顯示，丘腦皮層環(huán)路在癲癇發(fā)作，特別是特發(fā)性全面性癲癇(idiopathic generalized epilepsy，IGE)發(fā)作的腦電傳播上有活動性參與[1]；大量的MRS研究、EEG-fMRI研究和PET研究都表明丘腦-皮層環(huán)路有功能損傷[2-4 ]，但丘腦-皮層環(huán)路在功能改變的同時有無結(jié)構(gòu)改變至今仍無定論。IGE患者早期的研究基本都假設為慢性癲癇導致這些腦組織結(jié)構(gòu)改變，但是其基本局限之一是無法知曉這些結(jié)構(gòu)異常出現(xiàn)的時間，是腦微細結(jié)構(gòu)的異常導致癲癇發(fā)作，還是長期存在的癲癇發(fā)作引發(fā)的腦微細結(jié)構(gòu)的異常。

現(xiàn)代腦磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)結(jié)構(gòu)體積測量技術(shù)可以準確的定量測定局部腦組織的體積。在IGE患者中，常規(guī)MRI檢查顯示腦內(nèi)無肉眼可見的結(jié)構(gòu)異常[5]。有研究表明，認知功能障礙是癲癇的常見臨床表現(xiàn)[6]，其嚴重程度與病因、發(fā)作類型、發(fā)作頻率、發(fā)病年齡、病程、嚴重程度、抗癲癇藥物及癲癇手術(shù)等有關(guān)[7-8]。同樣，常規(guī)MRI表現(xiàn)陰性癲癇也常伴有廣泛認知功能損害[6]。目前，認知功能障礙引起了臨床的極大關(guān)注[9]。認知功能障礙的腦結(jié)構(gòu)研究也成為癲癇研究的一大熱點[10-11]。本研究通過體積測量分析伴有認知障礙的常規(guī)MRI陰性癲癇患者腦微觀結(jié)構(gòu)的體積改變情況，探討皮層下結(jié)構(gòu)丘腦、尾狀核、豆狀核的體積改變與認知功能的相關(guān)性?，F(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2013年5月至2014年5月在中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院住院確診的癲癇患者17例設為癲癇組，其中，男性9例，女性8例。根據(jù)《瑞文標準推理試驗》量表[12]，將癲癇組分為伴認知障礙(cognitive impairment，CI)組8例與不伴認知障礙(non-cognitive impairment，NCI)組9例。癲癇組患者納入標準：符合國際抗癲癇聯(lián)盟癲癇診斷標準，年齡18～45歲，無MRI掃描禁忌，常規(guī)MRI表現(xiàn)未見異常；盡可能排除藥物對認知功能的影響，患者掃描前停藥24 h；排除其他可能引起認知障礙的原因，如阿爾茲海默病，其他慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病、精神類疾病、譫妄、卒中、代謝異常，近期有過嚴重感染及經(jīng)歷手術(shù)者，妊娠及哺乳期婦女，頭部外傷史等。選擇同期在我院正常體檢行MRI檢查的健康志愿者16例為健康組，其中，男性8例，女性8例。健康組納入標準：健康志愿者，年齡18～45歲，無MRI掃描禁忌，常規(guī)MRI表現(xiàn)未見異常，無明顯軀體、精神疾病，本人及家族中無癲癇病史，且與癲癇組無血緣關(guān)系；近期無相關(guān)的精神類藥物服用史，研究前未攝入咖啡、巧克力等食品。癲癇組與健康組研究對象的年齡、性別等一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05，表1)。CI組與NCI組的發(fā)病年齡、患病時間、發(fā)作類型間等情況比較，差異也無統(tǒng)計學意義(P>0.05，表2)。

1.2 研究方法

1.2.1 臨床資料收集 (1)收集完整病史：①現(xiàn)病史。包括首次發(fā)作時間、發(fā)作的誘因、發(fā)作過程(主觀及客觀的情況，肢體活動及意識情況，一定要有目擊者的描述)、發(fā)作持續(xù)時間、發(fā)作后表現(xiàn)、發(fā)作類型的種類及其變化、發(fā)作頻率、發(fā)作時間規(guī)律(清醒期、睡眠期、混合期)、曾用何種藥物、藥物治療效果、藥物不良反應的情況等。②既往史。出生史，外傷史，腦部病變史等。③家族史。(2)腦電圖檢查：由1名有經(jīng)驗的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師在不知臨床資料、研究目的的情況下分別對入選患者及健康志愿者進行腦電圖檢查，對其結(jié)果整理分析。(3)認知功能評估：選用《瑞文標準推理試驗》量表[12]，對癲癇組和健康組進行測驗，該測驗是一種非文字智力測驗，分A、B、C、D、E 共5個分測驗，A反映知覺辨別能力；B反映類同比較能力；C反映比較推理能力；D反映系列關(guān)系能力；E反映抽象推理能力。每個分測驗有12個條目，對應分數(shù)為1分，每個分測驗的最高分為12分，總分為60分，測試時間為40 min。測驗全過程均由測驗人員陪伴并確保測驗順利完成，測驗結(jié)束后，從瑞文標準推理測驗平均百分比等級換算表中，將各被檢測者所得原始分按其年齡換算為標準分，再根據(jù)瑞文測驗智力水平分級標準對受試者的認知功能水平作出評價，其具體分級標準為：一級，測驗標準分≥同年齡常模組的95%，為高水平智力 ；二級，測驗標準分在同年齡常模組的75%～95%，智力水平良好；三級，測驗標準分在同年齡常模組的25%～75%，智力水平中等；四級，測驗標準分在同年齡常模組的5%～25%，智力水平中下；五級，測驗標準分<同年齡常模組的5%，為智力缺陷。將智力水平分級為五級的患者納入CI組。

表1 癲癇組與健康組一般資料比較

表2 CI組與NCI組臨床基本特征比較

1.2.2 影像學檢查 (1)對符合入組標準的所有受試者進行MRI檢查。所有患者一般狀態(tài)良好，在MRI檢查前24 h內(nèi)均無癲癇發(fā)作。使用GE Signa 3.0 T超導MRI掃描儀和8通道正交線圈進行掃描。掃描過程中受試者保持靜息狀態(tài)，先進行常規(guī)MRI掃描，掃描序列包括常規(guī)軸位T1WI(TR為635.0 ms，TE為23.4 ms)，軸位T2WI(TR為4 600.0 ms，TE為110.0 ms)及液體衰減反轉(zhuǎn)恢復序列(FLAIR)T2WI(TR為9 602.0 ms，TE為117.0 ms)，層厚1.0 mm，層間距1.5 mm，各軸位MRI掃描定位層面相同，排除腦內(nèi)器質(zhì)性疾病。之后行解剖圖像掃描，解剖圖像采用三維快速擾相梯度翻轉(zhuǎn)恢復(3D-SPGR)序列：Tr=7.1 ms，TE=3.2 ms，翻轉(zhuǎn)角15°，172層，F(xiàn)OV=240 mm×240 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，間隔0 mm。(2)圖像后處理分析。將圖像導入GE adw 4.4工作站，采用 Dr View 2.0醫(yī)學影像工作臺進行圖像處理。應用手動勾畫感興趣區(qū)(ROI)的方法進行測定，首先對所有研究對象的MRI腦影像進行標準化三維立體定位，然后將圖像重新分割構(gòu)建成與前后聯(lián)合垂直的連續(xù)無間斷的冠狀層面，層厚1 mm。以下對各個感興趣區(qū)域的手動測量均是基于重建的連續(xù)無間斷的冠狀層面，層厚1 mm。(3)丘腦、尾狀核和豆狀核體積的測量。由1名有經(jīng)驗的影像科醫(yī)師在不知臨床資料、實驗目的的情況下分別對入選患者及健康志愿者進行圖像描繪。嚴格遵循固有的解剖學界限對丘腦、尾狀核和豆狀核體積進行測量，同時參照矢狀位及軸位的3D定位交叉圖像，在層厚1 mm的冠狀圖像上由前至后連續(xù)手動勾畫感興趣區(qū)，對其結(jié)果整理分析。其主要解剖邊界標志如下：丘腦的邊界，丘腦前界是以丘腦前端的出現(xiàn)為標志；后界是丘腦枕(不包括內(nèi)、外膝狀體)，內(nèi)側(cè)界是由第三腦室把左、右丘腦從中間分開構(gòu)成；外側(cè)界為內(nèi)囊后肢的內(nèi)邊界。丘腦上界延伸到了側(cè)腦室的中間部和尾狀核的側(cè)面；下界為下丘腦溝和中腦的上緣。尾狀核的界限：尾狀核的前界是以尾狀核頭的出現(xiàn)為標志，外側(cè)界限為核團的外緣。內(nèi)側(cè)邊界為側(cè)腦室；尾狀核的后界為尾狀核尾消失的冠狀水平切面(包括伏隔核)。豆狀核的邊界：豆狀核的前界是以豆狀核前端的出現(xiàn)為標志，后界以豆狀核消失為標志(不包括蒼白球下聯(lián)合部分)，豆狀核的大部分沿核團與周圍的白質(zhì)分界來描繪；背內(nèi)側(cè)界是內(nèi)囊，外側(cè)界是外囊；腹側(cè)邊界為無名束、前聯(lián)合。見圖1。

圖1 丘腦(紅色)示意圖(a.冠狀位；b.矢狀位；c.水平位；d.三維重建；冠狀位圖像是手工描繪，矢狀位和水平位圖像是在連續(xù)冠狀位圖像基礎(chǔ)上自動重建而成；尾狀核、豆狀核種子區(qū)選擇采用同樣方法)

2 結(jié)果

2.1 認知能力檢測結(jié)果 癲癇組中，CI組與NCI組的5個分測項目(知覺辨別、類同比較、比較推理、系列關(guān)系、抽象推理)均數(shù)明顯低于正常健康組，且CI組均數(shù)明顯低于NCI組。CI組、NCI組及健康組智力測定的5項測驗，組間比較，差異均有顯著統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表3。

表3 CI組、NCI組及健康組的認知能力檢測結(jié)果評分/分)

2.2 丘腦、尾狀核、豆狀核體積的測量及MANCOVA結(jié)果

2.2.1 丘腦體積比較 癲癇組左側(cè)丘腦平均體積為(6.41±1.22)cm3，右側(cè)丘腦平均體積為(6.07±0.83)cm3。健康組左側(cè)丘腦平均體積為(6.26±1.29)cm3，右側(cè)丘腦平均體積為(5.97±0.92)cm3。MANCOVA結(jié)果表明，丘腦的診斷主效應不顯著(F=0.206，df=1，P>0.05)；半球(左，右)主效應不顯著(F=1.453，df=1，P>0.05) 。

2.2.2 尾狀核體積比較 癲癇組左側(cè)尾狀核平均體積為(4.06±0.43)cm3，右側(cè)尾狀核平均體積為(3.84±0.59)cm3，健康組左側(cè)尾狀核平均體積為 (4.34±0.54)cm3，右側(cè)尾狀核平均體積為(3.91±0.65)cm3。MANCOVA結(jié)果表明，尾狀核的診斷主效應不顯著(F=1.634，df=1，P>0.05)；半球(左，右)主效應顯著(F=5.480，df=1，P<0.05)。

2.2.3 豆狀核體積比較 癲癇組左側(cè)豆狀核平均體積為 (5.68±0.84)cm3，右側(cè)豆狀核平均體積為(5.76±0.99)cm3。健康組左側(cè)豆狀核平均體積為(6.02±0.89)cm3，右側(cè)豆狀核平均體積為(5.96±0.95)cm3。MANCOVA結(jié)果表明，豆狀核的診斷主效應不顯著(F=1.484，df=1，P>0.05)；半球(左，右)主效應不顯著(F=0.001，df=1，P>0.05)。

2.3 采用Pearson′s偏相關(guān)分析患者丘腦、尾狀核、豆狀核與認知功能的相關(guān)性 左側(cè)丘腦體積與系列關(guān)系能力(r=-0.509，P<0.05)、抽象推理能力(r=-0.512，P<0.05)呈顯著負相關(guān)，與總的智力分級(r=0.524，P<0.05)呈顯著正相關(guān)。左側(cè)尾狀核體積與知覺辨別能力(r=-0.594，P<0.05)呈顯著負相關(guān)。左側(cè)豆狀核體積與比較推理能力呈顯著正相關(guān)(r=-0.547，P<0.05)，與系列關(guān)系能力(r=-0.538，P<0.05)呈顯著負相關(guān)，與總的智力分級(r=-0.577，P<0.05)呈顯著正相關(guān)。見表4。

表4 IEG患者丘腦、尾狀核、豆狀核與認知功能的相關(guān)性

3 討論

本研究測量了特發(fā)性癲癇患者和健康體檢者的丘腦、尾狀核、豆狀核的體積，結(jié)果顯示，特發(fā)性癲癇患者這些部位的體積與健康體檢者比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。特發(fā)性癲癇患者的左側(cè)丘腦體積與系列關(guān)系能力、抽象推理能力呈顯著負相關(guān)，與整體智力分級呈顯著正相關(guān)；左側(cè)尾狀核體積與知覺辨別能力呈顯著負相關(guān)；左側(cè)豆狀核體積與比較推理能力、系列關(guān)系能力呈顯著負相關(guān)，與整體智力分級呈顯著正相關(guān)。

研究表明，IGE患者的丘腦與正常人比較無改變[6，13]；也有研究顯示，IGE患者的丘腦有萎縮[5，12，14]。Cardina[5]對19例IGE-GTCS患者進行研究發(fā)現(xiàn)，丘腦、尾狀核和豆狀核的體積都有縮小，但其研究中男女構(gòu)成比存在明顯差異。而另一項包含14例IGE-GTCS患者和28例正常對照者的研究對象均為男性，得出的結(jié)果是IGE-GTCS患者的左側(cè)丘腦、左側(cè)豆狀核和雙側(cè)蒼白球萎縮，并不能代表整個IGE-GTCS群體。還有研究發(fā)現(xiàn)，IGE患者豆狀核萎縮，尾狀核體積無改變，但其研究包括不同亞型的IGE患者[13]。這些研究都存在著一定的局限性。所以，目前關(guān)于IGE患者的丘腦、尾狀核、豆狀核在功能異常的同時是否存在結(jié)構(gòu)異常，仍難以得出結(jié)論。

本研究結(jié)果顯示，與健康組比較，IGE患者雙側(cè)丘腦、尾狀核和豆狀核體積未見明顯改變。IGE患者的丘腦、尾狀核和豆狀核體積與患者的某些認知功能相關(guān)。進一步的研究可嘗試擴大樣本量，并對其癲癇患者的認知功能所涉及的多個方面，包括癲癇的病因、發(fā)病機制、癲癇灶的部位、臨床表現(xiàn)類型、發(fā)病年齡、發(fā)作頻率、每次發(fā)作持續(xù)時間、病程、治療方式等進行系統(tǒng)比較，以觀察此次研究的代表性。

綜上所述，IGE患者的丘腦、尾狀核、豆狀核體積無改變；其丘腦、豆狀核體積與患者的認知障礙相關(guān)。

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Application of MRI volume measurement technique to investigate the volume of subcortical structures and its correlation with cognitive function in patients with idiopathic generalized epilepsy

WU Di,FAN Guo-guang

(Department of Radiology,The First Hospital of China Medical University,Shenyang 110001,China)

Objective To applicate MRI volume measurement technique for measuring the volume of subcortical structures in patients with idiopathic generalized epilepsy(IGE) and healthy controls,and to investigate volumetric changes of the thalamus,caudate and lentiform nucleus ,as well as the relations between volume and cognitive function in patients with IGE.Methods A retrospective study was performed from May 2013 to May 2014.The participants included 17 patients(epilepsy group) with IGE and 16 healthy controls(healthy group).Raven′s Standard Progressive Matrices(RSPM) was administered to each participant in the two groups to access the cognitive function.According to the results,patients were divided into the cognitive impairment group(CI group,n=8) and non-cognitive impairment group(NCI group,n=9).Using GE Signa 3.0 T superconducting MR scanner and 8 channels orthogonal coil for brain scans.The three-dimensional fast spoiled gradient-recalled sequence(3D-FSPGR) was used for acquisition of sagittal TI-weighted images.The thalamus,caudate and lentiform nucleus were manually traced on consecutive coronal slices,and then the data was analyzed.Results Compared with healthy controls,patients with IGE had no significant difference in the volume of thalamu,caudate nucleus or lentiform nucleus(P>0.05).The left volume of thalamu was significantly negatively correlated with relationship and abstract reasoning,and was significantly positively with intelligence classification.The left volume of caudate nucleus was significantly negatively correlated with perceived discrimination.The right volume of lentiform nucleus was significantly negatively correlated with comparison reasoning and relationship,and was significantly positively correlated with intelligence classification.Conclusion Patients with IGE have no significant volume reduction in thalamus,caudate or lentiform nucleus compared with normal controls;the volume of the thalamus,caudate and lentiform nucleus are correlated with some aspects of cognitive impairment.Key words:Magnetic resonance imaging;Epilepsy;Cognitive impairment;Volume measurement;Subcortical structures

吳 迪(1981-)，男，黑龍江哈爾濱人，醫(yī)師

范國光，E-mail：fanguog@sina.com

2095-5561(2017)04-0236-06 DOI∶10.16048/j.issn.2095-5561.2017.04.10

2017-04-09