首發(fā)未治療青少年特發(fā)性全面性癲癇腦白質(zhì)磁共振成像研究

梅蘭，龍然，唐光才，韓福剛，刁顯明，陳洪亮，邱麗華，*

癲癇作為一種常見(jiàn)的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，是致殘和致死的重要原因之一，全世界大約有7000萬(wàn)人受到影響[1]。特發(fā)性全面性癲癇(idiopathic generalized epilepsy，IGE)多發(fā)生于青少年或成年人，臨床表現(xiàn)為失神、肌陣攣和全身性強(qiáng)直性陣攣發(fā)作，可以單獨(dú)或組合出現(xiàn)，嚴(yán)重程度不一，可導(dǎo)致嚴(yán)重傷殘甚至死亡[2]。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)作為一種非侵入性檢查手段，被廣泛應(yīng)用于研究包括癲癇在內(nèi)的神經(jīng)心理學(xué)疾病的結(jié)構(gòu)和功能變化。前期關(guān)于癲癇的研究大多集中于慢性癲癇患者，考慮到癲癇發(fā)作類型、持續(xù)時(shí)間和抗癲癇藥物可能影響腦白質(zhì)的完整性，本研究的目的是探討首發(fā)未治療青少年IGE腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)[量化為各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均彌散系數(shù)(mean diffusivity，MD)]是否發(fā)生了改變，以了解IGE青少年癲癇病程早期的組織學(xué)特性，并觀察FA值和MD值的變化是否與臨床變量相關(guān)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)同意和機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者或患者家屬均簽署知情同意書。病例收集嚴(yán)格遵循國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟的診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]，所有患者均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：(1)出現(xiàn)特發(fā)性全面性癲癇的典型臨床癥狀，包括意識(shí)喪失和非局灶性癲癇；(2)發(fā)作期和發(fā)作間期出現(xiàn)2～4 Hz全面的棘慢波或多棘波放電，或在腦電圖視頻監(jiān)測(cè)記錄中至少存在一個(gè)典型癲癇樣發(fā)放，并建議做陰性激發(fā)試驗(yàn)；(3)常規(guī)MRI檢查無(wú)局灶性結(jié)構(gòu)異常；(4)沒(méi)有其他發(fā)育障礙或神經(jīng)系統(tǒng)疾病；(5)在過(guò)去6個(gè)月內(nèi)被診斷為癲癇，并從未使用過(guò)抗癲癇藥物治療。通過(guò)廣告方式招募與未用藥組性別、年齡及受教育程度相匹配的健康志愿者。對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)包括：(1)無(wú)嚴(yán)重的全身臟器疾病，無(wú)藥物或其他有可能影響腦部結(jié)構(gòu)和功能的相關(guān)疾?。?2)無(wú)精神、神經(jīng)或者心理疾??；(3)被試者監(jiān)護(hù)人均知情并同意接受檢查，受試者能夠配合磁共振全程掃描檢查；(4)受試者體內(nèi)無(wú)金屬異物，無(wú)磁共振掃描禁忌證。所有納入對(duì)象都在正規(guī)學(xué)校上學(xué)。最后，共納入45例青少年特發(fā)性全面性癲癇(年齡：5～18歲，男：女=26:19)和32名健康對(duì)照者(年齡：5～18歲，男：女=21:11)，對(duì)照組和病例組在年齡、性別比例以及簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查量表得分差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有被試者均采用飛利浦Intera Achieva 3.0 T MR掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采用8通道相控陣線圈且被試者均為頭先進(jìn)仰臥位，頭兩側(cè)放置海綿墊以最大程度減少頭部運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)如下：TR=8700 ms，TE=90～110 ms，NEX=1，F(xiàn)OV：240 mm×240 mm，矩陣128×128，平面內(nèi)分辨率1.875 mm，層厚3.5 mm，彌散敏感梯度方向40個(gè)，反轉(zhuǎn)角40o，平均掃描時(shí)間約7 min，采集全腦圖像。采集的數(shù)據(jù)被重建為矩陣256×256 (分辨率0.9375 mm×0.9375 mm)、體素大小為2 mm×2 mm×2 mm的圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用FSL 4.1軟件對(duì)擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(磁共振腦功能成像軟件庫(kù)：http://www.fmrib.ox.au.uk/fsl)。首先對(duì)b0圖像采用仿射變換進(jìn)行配準(zhǔn)，完成頭動(dòng)和渦流校正，然后去除整個(gè)頭部圖像中的非腦組織保留腦組織圖像。校正之后的DTI數(shù)據(jù)使用dtifit擬合擴(kuò)散張量計(jì)算出FA值和MD值的參數(shù)圖，它適用于每個(gè)體素的擴(kuò)散張量模型，并評(píng)估擴(kuò)散的主要方向。選擇SPM8 (http://fil.ion.ucl.ac.uk)自帶的平面回波模板為標(biāo)準(zhǔn)化模板，對(duì)各個(gè)被試的FA和MD參數(shù)圖進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化以及對(duì)每個(gè)b0圖像進(jìn)行非線性標(biāo)準(zhǔn)化，所有參數(shù)圖的體素大小為2 mm×2 mm×2 mm，最后使用全寬半高值為6 mm的高斯核函數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行空間平滑處理。

表1 IGE組和健康對(duì)照組人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料Tab.1 Demographic information of IGE patients and healthy controls

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPM8中兩樣本t檢驗(yàn)方法分析病例組和對(duì)照組FA值和MD值的差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)計(jì)閾值概率設(shè)定為P＜0.05 [FEW(family-wise error)校正]，將年齡和性別作為協(xié)變量，分析病例組有差異的FA值和MD值與臨床變量是否具有相關(guān)性(包括始發(fā)年齡、病程和簡(jiǎn)易精神狀態(tài)檢查量表得分)。考慮到在SPM軟件中默認(rèn)的FWE校正是一種非常保守的校正方法，運(yùn)用于全腦性分析可能過(guò)于嚴(yán)苛，因而AlphaSim多重比較校正(http: //www.restfmri.net/forum/)被進(jìn)一步用于FA值差異的比較，在SPM中AlphaSim校正相對(duì)于FWE校正相對(duì)寬松，并可避免I型錯(cuò)誤的發(fā)生。

2 結(jié)果

FWE校正后病例組左側(cè)中央旁小葉、右側(cè)楔前葉及右側(cè)頂上小葉的MD值明顯減低(圖1)，而兩組間的FA值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。經(jīng)相對(duì)寬松的AlphaSim校正后發(fā)現(xiàn)病例組雙側(cè)額中上回深部腦白質(zhì)區(qū)FA值升高(圖2)。病例組與對(duì)照組的FA值和MD值組間差異分布腦區(qū)詳見(jiàn)表2。此外，相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)MD值和FA值改變與臨床變量間無(wú)相關(guān)性。

3 討論

3.1 本研究的主要發(fā)現(xiàn)

不同于以往慢性局灶性癲癇和特發(fā)性全面性癲癇患者的研究結(jié)果(多數(shù)發(fā)現(xiàn)MD值升高和FA值減低)，筆者觀察到首發(fā)未治療的青少年IGE左側(cè)中央旁小葉、右側(cè)楔前葉及右側(cè)頂上小葉的MD值減低，雙側(cè)額中上回深部腦白質(zhì)的FA值升高。以往研究結(jié)果與本研究結(jié)果的差異可能由于本研究的樣本量、納入標(biāo)準(zhǔn)、不同的分析方法及設(shè)備的差異造成的，其次兒童各個(gè)年齡階段髓鞘發(fā)育不一致，不同研究中患兒年齡跨度不同，亦可能會(huì)造成結(jié)果的差異。

圖1 病例組左側(cè)中央旁小葉、右側(cè)楔前葉及右側(cè)頂上小葉MD值減低(FWE校正，P＜0.05) 圖2 病例組雙側(cè)額中上回深部腦白質(zhì)FA值升高(AlphaSim校正，P＜0.05)Fig.1 The IGE group showed reduced mean diffusivity (MD) in white matter of left paracentral lobule, right precuneus and right superior parietal lobule (SPL) when compared with the healthy controls after family wise error (FEW) correction. Fig.2 Increased fractional anisotropy (FA) was found in the deep white matter of bilateral prefrontal lobe in the IGE group after AlphaSim correction.

表2 病例組與對(duì)照組FA值和MD值組間差異分布腦區(qū)Tab.2 Location of brain regions with altered FA and MD in IGE patients

3.2 首發(fā)未治療青少年IGE患者的MD差異

擴(kuò)散系數(shù)的增加通常被解釋為由癲癇發(fā)作引起的興奮毒性機(jī)制使細(xì)胞溶解和死亡導(dǎo)致細(xì)胞外間隙擴(kuò)大[4]。本研究發(fā)現(xiàn)癲癇早期階段MD值減低可能與神經(jīng)膠質(zhì)激活有關(guān)，估計(jì)是抵抗認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制。另外，軸突腫脹、軸突纖維之間的間隙減小致水分子擴(kuò)散受限[5]可能是引起MD值降低的另一種原因。本研究中觀察到的MD值減低主要是在中央旁小葉，中央旁小葉是連接中央前回和中央后回的重要結(jié)構(gòu)，它涉及運(yùn)動(dòng)控制和肢體感覺(jué)功能[6]。IGE發(fā)作時(shí)通常表現(xiàn)為單次或重復(fù)發(fā)作的、雙側(cè)突然發(fā)生的、對(duì)稱或不對(duì)稱的不自主運(yùn)動(dòng)，主要涉及肩膀和手臂運(yùn)動(dòng)[7]，因此中央旁小葉的MD值減低可能與肢體不自主運(yùn)動(dòng)癥狀相關(guān)。此外，青少年肌陣攣性癲癇患者(特發(fā)性全面性癲癇的常見(jiàn)表型)亦發(fā)現(xiàn)中央旁小葉的局部一致性(regional homogeneity，ReHo)值和皮層厚度下降[8-9]。楔前葉為本研究中第2個(gè)MD值減低的重要區(qū)域，它是默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的重要樞紐。默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)功能連接異常已在全身強(qiáng)直性肌陣攣癲癇和失神癲癇患者中被報(bào)道[10-11]。兒童失神癲癇患者亦發(fā)現(xiàn)楔前葉ReHo值和FA值減低[12-13]。本研究結(jié)果中楔前葉MD值減低，印證了默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)在首發(fā)未治療青少年IGE中發(fā)揮著重要的作用。雖然關(guān)于頂上小葉與癲癇相關(guān)的報(bào)道較少，但青少年肌陣攣性癲癇患者腦電圖顯示雙側(cè)楔前葉、扣帶回后部及頂上小葉同步異常放電[14]。Bittar等[15]利用正電子發(fā)射斷層掃描研究顯示癲癇發(fā)作期間頂上小葉區(qū)域同位素示蹤劑濃聚，提示局部血流量增加。本研究結(jié)果中頂上小葉MD值減低提示頂上小葉在青少年IGE早期起到一定作用。

3.3 首發(fā)未治療青少年IGE患者的FA差異

不同于前期研究發(fā)現(xiàn)額葉FA值減低，本研究發(fā)現(xiàn)首發(fā)未治療青少年IGE的雙側(cè)額中上回FA值升高。盡管關(guān)于癲癇患者FA值升高的報(bào)道相對(duì)較少，但在威廉綜合征、雙相情感障礙、多發(fā)性硬化和早期阿爾茨海默病等神經(jīng)精神疾病中已有報(bào)道。Alexander等[16]認(rèn)為大腦的某些區(qū)域(如半卵圓中心、鉤束及腦橋束)大量的纖維束交叉對(duì)應(yīng)著較低的FA值。額葉內(nèi)側(cè)區(qū)域?qū)GE患者神經(jīng)元異常放電的傳播和泛化起著至關(guān)重要的作用[17]，局部腦白質(zhì)FA值減低被解釋為軸索密度下降、軸索髓鞘化程度減低和白質(zhì)纖維束走行一致性下降[18]，通常被認(rèn)為是大多數(shù)神經(jīng)退行性和神經(jīng)障礙性疾病的標(biāo)志性特征。所以，本研究發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，病例組雙側(cè)額葉深部腦白質(zhì)(如半卵圓中心區(qū))的高FA值可能是白質(zhì)中纖維束交叉少(即深部腦白質(zhì)纖維束走行一致性高)的緣故。考慮到本研究納入的IGE患者均為首發(fā)未治療青少年兒童，目前發(fā)現(xiàn)的FA值升高，亦可能是IGE患者認(rèn)知功能減退前的一種代償機(jī)制。

3.4 MD和FA改變的臨床意義

采用嚴(yán)格的FWE校正后只有MD值顯示有改變，提示在癲癇發(fā)病早期MD值較FA值能更敏感地探測(cè)疾病的腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變。Nazem-Zadeh等[19]研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)海馬MD值改變對(duì)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇致癇灶進(jìn)行定側(cè)分析可達(dá)到90%的準(zhǔn)確率。因此，筆者認(rèn)為在首發(fā)未治療青少年IGE中MD值改變可能比FA值的意義更大，根據(jù)MD值的改變能更好地定位致癇灶，但MD值改變的病理生理學(xué)機(jī)制還尚不清楚，需要進(jìn)一步研究。癲癇患者的腦白質(zhì)完整性受損可能是認(rèn)知障礙的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[20-21]。Kim等[22]利用DTI研究發(fā)現(xiàn)伴中央-顳葉棘波的良性兒童癲癇(benign childhood epilepsy with centrotemporal spikes，BECTS)兒童的智商分?jǐn)?shù)較正常兒童低，且相對(duì)于正常兒童，BECTS兒童左上縱束、內(nèi)囊后肢、丘腦后輻射和胼胝體體部的FA值和MD值增高，語(yǔ)言智商低和注意力不集中與左上額枕束FA值升高有關(guān)，其中語(yǔ)言智商低還與胼胝體壓部FA值減低有關(guān)，并認(rèn)為腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變與認(rèn)知功能障礙有關(guān)。Ekmekci等[23]對(duì)首發(fā)青少年肌陣攣癲癇患者采用神經(jīng)心理學(xué)評(píng)估結(jié)合DTI研究認(rèn)為從疾病開始就存在腦內(nèi)微結(jié)構(gòu)異常，是由疾病的遺傳基礎(chǔ)引起的?？紤]到IGE患者慢性期表現(xiàn)出FA值減低、MD值升高以及認(rèn)知功能障礙，筆者推測(cè)大腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的變化是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，在早期階段某些腦功能區(qū)FA值升高和MD值減低，隨著疾病的發(fā)展，在慢性期FA值逐漸降低和MD值逐漸升高。在疾病發(fā)展早期FA值增加和MD值降低可能與維持正常的認(rèn)知功能有關(guān)，而隨著疾病發(fā)展到慢性期癲癇患者FA值減低和MD值升高可能與慢性期癲癇患者認(rèn)知功能障礙有關(guān)。

3.5 本研究的優(yōu)點(diǎn)與局限性

本研究納入的患者為首發(fā)未治療的IGE患者，排除了多次反復(fù)發(fā)作及抗癲癇藥物對(duì)大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，有利于觀察青少年IGE患者早期腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的變化。本研究的局限性在于很難解釋DTI的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)檫@項(xiàng)研究的性質(zhì)不允許采用組織病理學(xué)來(lái)幫助證實(shí)和解釋神經(jīng)影像的發(fā)現(xiàn)。其次由于本研究是橫斷面調(diào)查設(shè)計(jì)，研究結(jié)果不能解釋FA值升高和MD值降低是否隨著病程發(fā)展而呈動(dòng)態(tài)變化。

總之，本研究結(jié)果提示青少年IGE患者早期階段即存在腦白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的改變，在IGE早期，MD檢測(cè)腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)異?？赡鼙菷A敏感性更高。不同于以往的研究發(fā)現(xiàn)慢性期IGE患者M(jìn)D值升高和FA值減低，本研究發(fā)現(xiàn)首發(fā)未治療青少年IGE患者M(jìn)D值減低和FA值升高，可能是IGE患者認(rèn)知功能減退前的一種代償機(jī)制。

參考文獻(xiàn) [References]

[1]Ngugi AK, Bottomley C, Kleinschmidt I, et al. Estimation of the burden of active and life-time epilepsy: a meta-analytic approach.Epilepsia, 2010, 51(5): 883-890.

[2]Marini C, King MA, Archer JS, et al. Idiopathic generalised epilepsy of adult onset: clinical syndromes and genetics. J Neurol Neurosurg Psychiatry, 2003, 74(2): 192-796.

[3]Commission on Classification and Terminology of the International League Against Epilepsy. Proposal for revised classification of epilepsies and epileptic syndromes. Epilepsia, 1989, 30(4): 389-399.

[4]Yogarajah M, Duncan JS. Diffusion-based magnetic resonance imaging and tractography in epilepsy. Epilepsia, 2008, 49(2):189-200.

[5]Povlishock JT, Katz DI. Update of neuropathology and neurological recovery after traumatic brain injury. J Head Trauma Rehabil, 2005,20(1): 76-94.

[6]Zhang Y, Liu H, Wang L, et al. Relationship between functional connectivity and motor function assessment in stroke patients with hemiplegia: a resting-state functional MRI study. Neuroradiology,2016, 58(5): 503-511.

[7]Alfradique I, Vasconcelos MM. Juvenile myoclonic epilepsy. Arq Neuropsiquiatr, 2007, 65(4B): 1266-1271.

[8]Jiang S, Luo C, Liu Z, et al. Altered local spontaneous brain activity in juvenile myoclonic epilepsy: A preliminary resting-state fMRI study. Neural Plast, 2016, 2016: 1-7.

[9]Kim SH, Lim SC, Kim W, et al. Extrafrontal structural changes in juvenile myoclonic epilepsy: a topographic analysis of combined structural and microstructural brain imaging. Seizure, 2015, 30(8):124-131.

[10]Li Q, Cao W, Liao X, et al. Altered resting state functional network connectivity in children absence epilepsy. J Neurol Sci, 2015, 354(1-2): 79-85.

[11]Liu F, Wang Y, Li M, et al. Dynamic functional network connectivity in idiopathic generalized epilepsy with generalized tonic-clonic seizure. Hum Brain Mapp, 2017, 38(2): 957-973.

[12]Yang T, Fang Z, Ren J, et al. Altered spontaneous activity in treatment-naive childhood absence epilepsy revealed by Regional Homogeneity. J Neurol Sci, 2014, 340(1-2): 58-62.

[13]Qiu W, Gao Y, Yu C, et al. Structural abnormalities in childhood absence epilepsy: voxel-based analysis using diffusion tensor imaging. Front Hum Neurosci, 2016, 10(9): 483.

[14]Clemens B, Puskás S, Besenyei M, et al. EEG-LORETA endophenotypes of the common idiopathic generalized epilepsy syndromes. Epilepsy Res, 2012, 99(3): 281-292.

[15]Bittar RG, Andermann F, Olivier A, et al. Interictal spikes increase cerebral glucose metabolism and blood fl ow: a PET study. Epilepsia,1999, 40(2): 170-178.

[16]Alexander AL, Hurley SA, Samsonov AA, et al. Characterization of cerebral white matter properties using quantitative magnetic resonance imaging stains. Brain Connect, 2011, 1(6): 423-446.

[17]Gotman J, Grova C, Bagshaw A, et al. Generalized epileptic discharges show thalamocortical activation and suspension of the default state of the brain. Proc Natl Acad Sci U S A, 2005, 102(42):15236-15240.

[18]Papadakis NG, Xing D, Houston GC, et al. A study of rotationally invariant and symmetric indices of diffusion anisotropy. Magn Reson Imaging, 1999, 17(6): 881-892.

[19]Nazem-Zadeh MR, Schwalb JM, Elisevich KV, et al. Lateralization of temporal lobe epilepsy using a novel uncertainty analysis of MR diffusion in hippocampus, cingulum, and fornix, and hippocampal volume and FLAIR intensity. J Neurol Sci, 2014, 342(1-2): 152-161.

[20]Widjaja E, Kis A, Go C, et al. Abnormal white matter on diffusion tensor imaging in children with new-onset seizures. Epilepsy Res,2013, 104(1-2): 105-111.

[20]Kori P, Garg RK, Malhotra HS, et al. Evaluation of cerebral whitematter micro-structural alterations in patients with medically refractory epilepsy using diffusion tensor tractography. Epilepsy Res,2013, 107(1-2): 82-90.

[21]Xiao F, Chen Q, Yu X, et al. Hemispheric lateralization of microstructural white matter abnormalities in children with active benign childhood epilepsy with centrotemporal spikes (BECTS): a preliminary DTI study. J Neurol Sci, 2014, 336(1-2): 171-179.

[22]Kim SE, Lee JH, Chung HK, et al. Alterations in white matter microstructures and cognitive dysfunctions in benign childhood epilepsy with centrotemporal spikes. Eur J Neurol, 2014, 21(5):708-717.

[23]Ekmekci B, Bulut HT, Gümü?ta? F, et al. The relationship between white matter abnormalities and cognitive functions in new-onset juvenile myoclonic epilepsy. Epilepsy Behav, 2016, 62(7): 166-170.