MRI圖像后處理技術(shù)在局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良癲癇患者中的應(yīng)用

王 韋， 林一聰， Andreas Alexopoulos， Stephen Jones， 周 東綜述，

王玉平1， Zhong Irene Wang2審校

局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良(focal cortical dysplasia，F(xiàn)CD)是兒童及成人進(jìn)行癲癇手術(shù)的常見病因。有時FCD的MRI表現(xiàn)可以非常輕微，當(dāng)其他非侵入性檢查沒有提示特定區(qū)域時極易漏診。此時，全腦MRI圖像后處理技術(shù)就顯得尤為重要。精確發(fā)現(xiàn)病灶并確定病灶范圍不但可減少術(shù)中需要切除的腦組織大小，也可提高術(shù)后控制癲癇發(fā)作的概率[1]。雖然直觀分析高分辨MRI 已經(jīng)可以檢出相當(dāng)數(shù)量的致癇灶，如海馬硬化和II B型局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良(FCD)，仍有高達(dá)30%的微小FCD患者被漏診[2]，這些患者通常被認(rèn)為是MRI陰性或者“無病灶”。由于MRI陰性的患者手術(shù)后癲癇控制情況較差[1，3]，這類患者通常被認(rèn)為不適合手術(shù)治療，因此這部分由于微小FCD誤診為MRI陰性的患者可能因此失去了手術(shù)機(jī)會。

在癲癇中常用的MRI序列包括三維立體(three-dimensional，3D)T1加權(quán)(T1-weighted，T1W)容積成像、T2加權(quán)(T2-weighted，T2W)成像、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuation inversion recovery，F(xiàn)LAIR)成像及其他反轉(zhuǎn)恢復(fù)成像技術(shù)。MRI圖像后處理技術(shù)在微小病灶的分析上有著顯著的優(yōu)勢：如3D運作；可對大腦各層面信息進(jìn)行連續(xù)分析；可用于回顧性分析；具有可量化性和客觀性，降低了操作者對處理結(jié)果的影響。FCD是兒童及成人進(jìn)行癲癇手術(shù)的常見病因，對其病灶的精確識別對于手術(shù)的成功至關(guān)重要。FCD的典型MRI改變包括：灰白質(zhì)交界不清，T2/FLAIR信號異常，T1信號異常，皮質(zhì)異常增厚及“鼠尾征”等[4]。從組織病理學(xué)上講，這些MRI特征反映出異常的神經(jīng)元聚集和異位、脫髓鞘和膠質(zhì)增生[5]。微小的FCD在MRI上改變不典型或非常隱匿，極易漏診。在此種情況下，全腦MRI圖像后處理技術(shù)對于可疑病灶的提示作用就顯得極為重要。因此，本文對癲癇術(shù)前評估中常用的MRI圖像后處理技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，并對其在FCD病灶識別中的臨床價值進(jìn)行綜述。

1 MRI圖像后處理技術(shù)在病灶識別中的應(yīng)用

以體素為基礎(chǔ)的形態(tài)測量(Voxel-based morphometry，VBM)是目前最流行的圖像后處理算法。此方法能夠自動提取個體灰質(zhì)和白質(zhì)信息，并與正常對照數(shù)據(jù)庫進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)比較[6]。VBM通常用于群組分析，但進(jìn)行一定調(diào)整之后即可用于探測個體患者的皮質(zhì)異常，還可以通過線性配準(zhǔn)算法或更為復(fù)雜的空間標(biāo)準(zhǔn)化策略、灰/白質(zhì)測繪結(jié)合分析、運用更小閾值的統(tǒng)計分析等方法進(jìn)一步提高靈敏度。T1加權(quán)MRI的VBM研究證實，對于MRI有明顯FCD病灶的患者，灰質(zhì)信號的增高與63%～86%的患者病灶相一致[7]。Focke等[8]描述了一種基于體素的分析方法，通過配準(zhǔn)的T1加權(quán)容積提取出的參數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)FLAIR圖像進(jìn)行空間和強(qiáng)化的標(biāo)準(zhǔn)化分析，這種方法在MRI有明顯FCD病灶的患者中敏感度達(dá)到88%。

借助計算機(jī)模型可分析MRI上FCD的特殊形態(tài)學(xué)改變，例如皮質(zhì)增厚、灰白質(zhì)交界不清及異常的信號增強(qiáng)[9]。大量研究證實灰白質(zhì)交界不清是微小FCD靈敏而特異的特征，甚至見于肉眼判讀為MRI陰性的病例中[10]。近期一項應(yīng)用形態(tài)測定分析(morphometric analysis program，MAP)的研究，對150例“MRI陰性”的癲癇手術(shù)患者進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，MAP的陽性率可達(dá)43%，敏感性0.9，特異性0.67[11]。圖1為一例MAP陽性患者，手術(shù)成功切除病灶，術(shù)后病理證實為FCD IIb，術(shù)后1 y癲癇無發(fā)作。

借助計算機(jī)模型還可分析與FCD相關(guān)的多種形態(tài)異常。Bernasconi等[9]提出利用形態(tài)和一級結(jié)構(gòu)模型繪制出皮層厚度、灰白質(zhì)交界及相對信號強(qiáng)度的3D圖形。Colliot等[12]運用此模型分析了23例組織病理學(xué)證實為FCD的患者，結(jié)果顯示78%的患者病灶在以上3個方面均有異常，100%的患者在其中兩個方面出現(xiàn)異常。另外，這些MRI后處理特征不僅僅見于較大的FCD病灶，也見于肉眼無法觀察到的微小病灶。Antel[13]對該方法進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，對肉眼不容易分辨的一些特征進(jìn)行了量化分析，利用這些特征可以實現(xiàn)FCD的自動識別。該研究小組報道83%的患者(15/18人)利用全自動技術(shù)發(fā)現(xiàn)FCD病灶，其中在傳統(tǒng)MRI分析漏診的7例患者中成功發(fā)現(xiàn)4例患者的病灶。最近，Hong等[14]檢驗了一種基于FCD形態(tài)學(xué)和信號強(qiáng)度表面特征的自動分類系統(tǒng)的有效性，該研究包含了19例在1.5T和3.0T MRI上陰性的顳葉外癲癇患者，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)敏感度達(dá)到74%。而在對照組中(24例健康人及11例顳葉癲癇患者)沒有出現(xiàn)錯誤識別的病灶。這項研究使得自動多因素精確檢出初判MRI陰性的FCD患者成為可能。

此外，圖像后處理技術(shù)也可用于腦溝的識別。腦溝和腦回的形態(tài)學(xué)異常多種多樣，包括：不同深度的裂隙、腦回增寬、腦溝變淺或變深、腦回減少[15～17]。由于腦溝分裂變異較大，對于微小的腦溝形態(tài)改變的識別非常困難。目前已有運用結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)模型成功識別腦溝異常的報道。Besson等[18]發(fā)現(xiàn)85%的肉眼無法識別的微小FCD病灶位于異常腦溝的底部，他們提出一種基于表面形態(tài)的方法，在保留皮層形態(tài)的同時加入了腦溝深度和曲度的分析。此種方法成功識別了89%的肉眼忽略的微小的、組織學(xué)證實為FCD的病灶[19]。最近Mellerio等[20]的一項研究將圖像后處理技術(shù)運用于腦溝的三維視圖，分析中央溝的變異，尤其是位于中央溝和鉤狀前升支之間的一部分腦溝。他們共選取37例組織學(xué)上證實為中央?yún)^(qū)Ⅱ型FCD的患者和44例健康對照。研究提示病例組患者中央溝的側(cè)支及與中央前溝和側(cè)裂的連接均顯著增多。62%的患者出現(xiàn)“電源按鈕征”(其中46%的患者為MRI判讀為陰性)，而健康對照組中只有1人出現(xiàn)此征。由于較高的特異性，這些數(shù)據(jù)提示“電源按鈕征”也許可以作為疑似中央?yún)^(qū)FCD的診斷特征之一。

2 MRI圖像后處理技術(shù)在病灶證實中的應(yīng)用

對于肉眼判讀為MRI陰性的患者，通過術(shù)前評估結(jié)合多種方式的非侵入性檢查的數(shù)據(jù)常常仍可以發(fā)現(xiàn)先前不明顯的病灶。其中有些病灶確實被漏讀，但也有一些是對于MRI的“過度解讀”，從而導(dǎo)致了手術(shù)討論和埋藏電極的偏倚。前文提到的150例MRI陰性患者的報道中，80例出現(xiàn)了病灶重新識別的情況[11]。在這80例患者中，手術(shù)切除肉眼識別的可能的微小MRI病灶與術(shù)后癲癇控制情況相關(guān)(P=0.014)。亞組分析提示，在MAP陽性的患者中此種相關(guān)性更為顯著(P=0.01)，而在MAP陰性的患者中無相關(guān)性(P=0.36)。該結(jié)果提示，由于MRI圖像后處理技術(shù)的可量化性和減少主觀因素的影響，不僅可以應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)微小病灶，還可以用于進(jìn)一步確定可疑病灶以獲得更加真實的陽性結(jié)果。

3 MRI圖像后處理技術(shù)在判斷病灶范圍中的應(yīng)用

描繪病變周圍異常組織的范圍有著重要的臨床意義，因為其可以指導(dǎo)手術(shù)切除的范圍。目前研究提示皮質(zhì)異常的區(qū)域可能大于肉眼可見的FCD范圍，有時甚至遠(yuǎn)離肉眼可見的致癇灶[7，21，22]。對于這些異常區(qū)域，圖像后處理分析可提供確定潛在致癇灶范圍的方法，因為異常區(qū)域的范圍往往不可通過肉眼觀察直接識別[23]。在前文提到的研究中，運用MAP的方法連續(xù)分析150例MRI陰性的患者，發(fā)現(xiàn)其中7%的患者有多個MAP陽性病灶[11]。在缺乏直接的電臨床相關(guān)性時，面對多個MAP陽性病灶往往難以抉擇其可能的致癇性。這也提示MRI圖像后處理技術(shù)在此類患者的分析中應(yīng)結(jié)合電臨床特點綜合分析。

4 MRI圖像后處理技術(shù)在病灶分型中的應(yīng)用

根據(jù)組織病理學(xué)改變，通?？蓪CD分為Ⅰ型和Ⅱ型[24]。FCD Ⅱ型兼有細(xì)胞學(xué)上的異常和不同程度的細(xì)胞層數(shù)減少，在MRI上有較明顯的形態(tài)學(xué)及信號改變。而FCD Ⅰ型可能具有輕微的皮質(zhì)變薄及細(xì)胞層數(shù)減少[25]。Hong等[26]最新進(jìn)行的一項研究對于組織病理學(xué)上不同的兩組額葉癲癇患者進(jìn)行了皮層厚度和折疊復(fù)雜程度的分析，他們運用基于表面的形態(tài)學(xué)分析進(jìn)行全腦MRI圖像后處理，發(fā)現(xiàn)FCD Ⅰ型更常表現(xiàn)出多個腦葉的皮層變薄，尤其是病灶同側(cè)的額葉皮層，而FCD Ⅱ型表現(xiàn)出顳葉及中央?yún)^(qū)后部的皮層增厚。在皮層的折疊程度上表現(xiàn)為I型在前額區(qū)折疊程度增加，而Ⅱ型折疊程度減少。在群組分析上，成功地進(jìn)行了FCD自動分型(準(zhǔn)確率達(dá)到Ⅰ型100%，Ⅱ型96%)、致癇灶的定側(cè)(92%的Ⅰ型患者及86%的Ⅱ型患者定側(cè)正確)及預(yù)后的預(yù)測(92%的Ⅰ型患者及82%的Ⅱ型患者預(yù)測正確)。

5 未來發(fā)展方向

運用更高的磁場強(qiáng)度有助于提高FCD病灶的檢出率。7T MRI所具備的更高的信號噪聲比(信噪比)、對比噪聲比和空間分辨率使FCD病灶更易識別[27～29]，這也為更精確的組織病理學(xué)相關(guān)的研究提供了基礎(chǔ)，以圖2為例。需要注意的是，盡管7T MRI具有顯著的信噪比和平面分辨率上的優(yōu)勢，磁場的不均一性也為圖像后處理帶來了更多的挑戰(zhàn)。Seiger等[30]運用不同的脈沖序列對VBM在7T MRI中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)磁化準(zhǔn)備快速采集梯度回?fù)苄蛄?magnetization prepared rapid acquisition gradient echo sequence，MPRAGE)需要額外的圖像后處理程序?qū)Υ艌鲈斐傻钠羞M(jìn)行修正，而更復(fù)雜的磁化準(zhǔn)備2快速采集梯度回?fù)苄蛄?magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes sequence，MP2RAGE)已經(jīng)考慮了磁場不均一性的因素，因此在圖像后處理過程中無需進(jìn)一步校正。

運用多個對比圖像進(jìn)行MRI圖像后處理可以優(yōu)化其探測到病灶的可能性。由于T1加權(quán)是癲癇評估中最常用到的序列，T1加權(quán)圖像也最常作為MRI圖像后處理的輸入序列，而其對應(yīng)的T2加權(quán)圖像在致癇灶的發(fā)現(xiàn)中也起了非常重要的作用[31]，并且也可作為輸入序列進(jìn)行圖像后處理[32，33]。運用定量MRI圖像分析如T2弛豫時間、雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)、磁化傳遞率圖像，雖然在MRI無病灶的患者中敏感度低于30%，但在MRI有明顯FCD病灶的患者中敏感度可達(dá)到87%～100%[34，35]。

需要注意的是MRI圖像后處理技術(shù)僅僅是結(jié)構(gòu)上的分析，而非對致癇灶的直接檢測。因此，MRI圖像后處理的結(jié)果需要結(jié)合患者的其他解剖-電-臨床信息(病史、癥狀學(xué)、腦電圖、腦磁圖、PET及SPECT)進(jìn)行綜合判斷。有研究報道結(jié)合MRI圖像后處理技術(shù)與磁源成像可提高M(jìn)RI陰性患者病灶的檢出率[36]。此外，仍需要進(jìn)一步結(jié)合電生理、組織病理學(xué)及長期隨訪結(jié)果的研究來判斷MRI圖像后處理技術(shù)對于病變探測的有效性，包括對于遠(yuǎn)隔的潛在致癇灶的進(jìn)一步確定。

6 結(jié) 論

在難治性癲癇患者的術(shù)前評估中，非侵入性檢查對于定位致癇灶至關(guān)重要，并直接影響后續(xù)侵入性檢查和手術(shù)切除的實施。MRI圖像后處理技術(shù)運用多種不同變量，著眼于不同的組織病理特點，為FCD的分析提供了實用而有價值的工具。未來MRI圖像后處理技術(shù)的不斷發(fā)展有望直接顯示出肉眼無法識別的皮層病變，更好的篩選適合手術(shù)的患者，改善“無病灶”患者的術(shù)后癲癇控制情況。

患者為4.5歲難治性癲癇女性，病程1+y。足月順產(chǎn)，無發(fā)育遲滯，無陽性家族史。發(fā)作主要表現(xiàn)為愣神，或雙上肢不對稱強(qiáng)直，繼而出現(xiàn)復(fù)雜運動發(fā)作，伴或不伴先兆。多于夜間發(fā)作，每日約5次。發(fā)作間期EEG提示右側(cè)額顳區(qū)尖波(F8>FT10/T8)，發(fā)作期EEG起始于右側(cè)額顳區(qū)。MRI未發(fā)現(xiàn)病灶?；颊咴谟材は码姌O和深部電極植入后，行運動前區(qū)額葉切除術(shù)，MAP(+)病灶全切，術(shù)后病理提示局灶皮質(zhì)發(fā)育不良(FCD)Ⅱb型。術(shù)后1 y無癲癇發(fā)作。病灶在MRI T1序列形態(tài)分析測定顯示灰白質(zhì)交界不清(a，c十字線)，在MRI T1軸位(b)、T1冠狀位(d)、T2(e)、T2FLAIR(f)分別由十字線和白色箭頭指示病灶。術(shù)后MRI(g，h)顯示病灶完全切除。

圖1 MAP (+)患者1例

7T MRI提示的病灶在3T MRI上未檢出。左列：標(biāo)準(zhǔn)癲癇方案T1W MPRAGE序列(SKYRA 3T，Siemens)；中列：T1W MP2RAGE 序列(MAGNETOM 7T，Siemens)；右列：7T MRIT1序列形態(tài)分析測定灰白質(zhì)交界(分辨率：0.5 mm)[11，37]。病灶在7T MRI上用白色實線箭頭指示，在MRI的T1序列形態(tài)分析測定灰白質(zhì)交界上用紅色十字線指示，回顧閱讀3T MRI可以發(fā)現(xiàn)病灶(白色虛線箭頭)，但極不顯著。

圖2 微小FCD病灶1例