靜息態(tài)功能磁共振在顳葉癲癇的應(yīng)用新進(jìn)展

任行玉，周志斌，高玉軍

武漢科技大學(xué)附屬天佑醫(yī)院1神經(jīng)內(nèi)科，2精神科，湖北 武漢430064

顳葉癲癇（TLE）是成人中最常見(jiàn)的與定位相關(guān)的癲癇，通常對(duì)抗癲癇藥耐藥［1］。目前海馬硬化是TLE最常見(jiàn)的病因，其他病因包括腫瘤、血管畸形、皮質(zhì)發(fā)育畸形以及遠(yuǎn)處創(chuàng)傷、感染后或缺血性損傷等。TLE與廣泛的顳和顳外病理相關(guān)，包括白質(zhì)微結(jié)構(gòu)的改變、皮質(zhì)厚度的減少和功能連接性的破壞［2-3］。目前診斷癲癇的方法仍然以癥狀、電生理居多，腦電圖檢查中，發(fā)作期間的癲癇樣放電是診斷癲癇的重要依據(jù)，但患者發(fā)作期較短，捕捉異常腦電波信號(hào)具有一定困難，故需要借助MRI進(jìn)一步診斷。但普通MRI在TLE患者的診斷中不具優(yōu)勢(shì)，約30%的具有耐藥性TLE的電子臨床證據(jù)的患者在目視檢查（MRI陰性TLE）中具有正常的MRI掃描，這在識(shí)別這些患者的癲癇發(fā)生區(qū)方面存在固有的困難［4-5］；但借助改進(jìn)的技術(shù)，這些病例通常可以正確識(shí)別。近年來(lái)，對(duì)于TLE的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)移到“功能”磁共振上。在“靜止?fàn)顟B(tài)”下與大腦打交道。在沒(méi)有任何感官或認(rèn)知刺激的情況下，這里的焦點(diǎn)是大腦內(nèi)在的活動(dòng)。缺乏任務(wù)使靜息態(tài)功能磁共振（rs-fMRI）對(duì)于可能難以完成任務(wù)指導(dǎo)的患者（例如神經(jīng)系統(tǒng)疾病、神經(jīng)外科疾病和精神疾病患者）以及兒科患者特別有吸引力［6］。過(guò)去20年中，rs-fMRI在研究和臨床環(huán)境中的應(yīng)用一直在增長(zhǎng)［7-8］。本文將對(duì)可分析TLE 患者靜止?fàn)顟B(tài)的fMRI數(shù)據(jù)的諸多方法進(jìn)行逐一概述，這將幫助非專業(yè)人士熟悉rs-fMRI技術(shù)，以及如何將其應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病、神經(jīng)外科疾病和精神疾病患者中。

1 rs-fMRI技術(shù)總述

rs-fMRI研究的常用分析方法有以下幾種：基于靜息狀態(tài)的低頻振蕩振幅（ALFF）分析方法；基于靜息狀態(tài)的種子點(diǎn)相關(guān)分析方法；基于靜息狀態(tài)的局部一致性（ReHo）分析方法；基于靜息狀態(tài)的獨(dú)立成分分析方法（ICA）；小世界網(wǎng)絡(luò)分析方法。

2 rs-fMRI不同方法在TLE中的應(yīng)用

2.1 ALFF分析

ALFF 反映神經(jīng)元的自發(fā)活動(dòng)，其變化與該腦區(qū)基于血氧合水平依賴信號(hào)強(qiáng)度的變化呈正相關(guān)，ALFF值較高說(shuō)明該腦區(qū)神經(jīng)元活躍，由于ALFF 噪聲較大，后又提出fALFF的分析方法，fALFF可以消除腦室高信號(hào)的影響，提高檢測(cè)的敏感性和特異性。fALFF估計(jì)單個(gè)體素的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的幅度，可通過(guò)評(píng)估ALFF 或fALFF值間接反映TLE患者病變區(qū)域。與健康對(duì)照組相比，TLE患者發(fā)現(xiàn)中顳葉，丘腦以及其他一些皮質(zhì)和皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的fALFF升高［9］。有報(bào)道顯示，患有內(nèi)側(cè)顳部硬化癥（TLE中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)異常）的TLE患者顯示內(nèi)側(cè)顳葉和丘腦的ALFF 增加，而默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中的ALFF減少［10］。Tanoj等［11］發(fā)現(xiàn)，在海馬旁回、額下回、額額上回、額中回、中腦和橋腦、島突、顳下回、扣帶回中ALFF值升高，這些區(qū)域激活的增加應(yīng)歸因于癲癇發(fā)作的開(kāi)始和傳播。在扣帶回后部、楔形、小腦后葉、頂下小葉、顳上回和額葉亞回白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)ALFF值降低，這些區(qū)域與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)。暖色顯示TLE和正常對(duì)照組之間的ALFF明顯增加。冷色顯示TLE和正常對(duì)照組之間的ALFF明顯降低（圖1）。Yang等［12］在丘腦的左和右TLE患者之間注意到fALFF的差異。除了定位激活區(qū)域外，通過(guò)fMRI測(cè)量的血液氧合低頻同步波動(dòng)還可用于識(shí)別大腦網(wǎng)絡(luò)?？绱竽X區(qū)域的fMRI信號(hào)的相關(guān)性稱為功能連通性。在休息狀態(tài)下測(cè)量的受試者處于清醒狀態(tài)，閉眼，癲癇發(fā)作對(duì)側(cè)的顳葉區(qū)域的功能連通性增加，癲癇發(fā)作的同側(cè)減少［13］。這些功能磁共振成像研究表明，進(jìn)行性癲癇發(fā)作會(huì)改變功能連接性。功能連接映射可能會(huì)識(shí)別出這些變化，以區(qū)分病變兩側(cè)。

圖1 大腦的軸結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Axial map of the brain.

2.2 基于種子的功能連接分析

FC表示的是空間上有一定距離的神經(jīng)生理活動(dòng)之間的相關(guān)性，通常用ICA檢測(cè)出的功能網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)腦區(qū)作為感興趣區(qū)（ROI），考察ROI 之間或ROI 與全腦體素之間的線性相關(guān)程度，由此判斷是否與ROI在功能上有較高相似性，即有無(wú)功能連接?；诜N子的相關(guān)性分析估計(jì)了預(yù)定義區(qū)域（“種子”）與大腦周圍所有其他體素之間的關(guān)系。Liu等［14］采取基于種子的方法，使用rsfMRI在癲癇灶附近靠近感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)的患者中成功定位感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)。

2.3 ReHo

ReHo分析是基于體素的度量，用于根據(jù)給定體素的時(shí)間序列與其最近鄰居的時(shí)間序列之間的相似性。它測(cè)量相鄰區(qū)域的同步性（相當(dāng)于城市中“市區(qū)”與“郊區(qū)”之間的交通協(xié)調(diào)性）（圖2）。ReHo值越高，表示區(qū)域腦部活動(dòng)的連貫性和中心性越高。較高的連貫性和中心性通常與（但不一定）與高活動(dòng)相同［15］。ReHo值增高表示局部腦區(qū)的神經(jīng)元活動(dòng)在時(shí)間上趨于同步，ReHo值降低則表示局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)異常。ReHo明顯增加分布在同側(cè)海馬旁回、中腦、島狀、call體、雙側(cè)感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層和額頂葉皮層下結(jié)構(gòu)。此外，發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域的ReHo升高與癲癇活動(dòng)有關(guān)。在默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中發(fā)現(xiàn)ReHo降低，癲癇活動(dòng)可能從顳葉擴(kuò)散到其中［9］。與低代謝相同，ReHo的增加并不局限于局灶性腦區(qū)域，而是包括顱內(nèi)腦電圖研究報(bào)告的TLE網(wǎng)絡(luò)。ReHo的增加可能是由于癲癇神經(jīng)元的尖峰增加，并且與癲癇網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)作間期癲癇活動(dòng)有關(guān)［16］。

ReHo升高的結(jié)果大多與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)重疊，默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)在健康志愿者的靜止?fàn)顟B(tài)下被激活。（對(duì)于不同類型的患者，可能在靜止?fàn)顟B(tài)的其他大腦區(qū)域中檢測(cè)到異常的ReHo發(fā)現(xiàn)）ReHo結(jié)果反映了區(qū)域神經(jīng)活動(dòng)；ReHo專注于區(qū)域活動(dòng)的連貫性和中心性；T表示峰強(qiáng)度。

2.4 ICA

ICA是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，可將全腦血氧合水平依賴信號(hào)分解為許多有貢獻(xiàn)的體積空間圖及其關(guān)聯(lián)的時(shí)程，從而使組件的空間獨(dú)立性最大化。事實(shí)證明，ICA是一種有效且強(qiáng)大的工具，可將低頻靜止?fàn)顟B(tài)模式與以各種時(shí)空分辨率采集的數(shù)據(jù)隔離開(kāi)。目前為止，ICA已成為分析功能磁共振成像數(shù)據(jù)的一種非常流行的方法，它不需要對(duì)血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)或感興趣的種子區(qū)域進(jìn)行先驗(yàn)定義，并且能夠捕獲時(shí)空受試者間的變異性［17-21］。ICA最初被建議用于解決各個(gè)領(lǐng)域中的源盲分離問(wèn)題，后被證明在分析fMRI和其他類型的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)方面是成功的，ICA在rs-fMRI數(shù)據(jù)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖2 局部一致性分布圖Fig.2 Image of ReHo.

2.5 圖分析

大腦網(wǎng)絡(luò)的圖形理論網(wǎng)絡(luò)分析亦稱“小世界”網(wǎng)絡(luò)分析方法。它是通過(guò)邊緣連接的節(jié)點(diǎn)集來(lái)量化區(qū)域之間大腦連通性的一般結(jié)構(gòu)特征。大量研究表明，健康的大腦網(wǎng)絡(luò)顯示出高度的小世界性，這可以在局部聚類（高度有序的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)的特征）和遠(yuǎn)程連接（低端的特征）之間取得平衡［22］。它可能會(huì)使網(wǎng)絡(luò)向癲癇發(fā)作的特性同步振蕩［23］。TLE是成人癲癇的最常見(jiàn)形式，并被越來(lái)越多地認(rèn)為是一種涉及異常癲癇發(fā)生網(wǎng)絡(luò)的疾病，而不是單一的局灶性癲癇發(fā)生源［24］。癲癇發(fā)作的發(fā)作間期和發(fā)作期網(wǎng)絡(luò)變化不僅是由于細(xì)胞外離子和神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)所致以及單神經(jīng)元和局部神經(jīng)元群體水平上的興奮性改變，也來(lái)自大腦不同部位的神經(jīng)元群體之間的遠(yuǎn)程連接重構(gòu)。圖論是一種有前途的數(shù)學(xué)方法，可用于建模隨機(jī)變量之間的相互依存關(guān)系，該方法已應(yīng)用于神經(jīng)生理學(xué)和神經(jīng)影像學(xué)數(shù)據(jù)，能夠闡明TLE中腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面［25］，如闡明有利于TLE病理生理的腦拓?fù)涮卣?，包括癲癇發(fā)作的開(kāi)始和擴(kuò)散。用圖論方法了解TLE的病理生理學(xué)，相當(dāng)于提供一個(gè)連貫的模型，以檢查基于細(xì)胞培養(yǎng)和模擬模型的單神經(jīng)元水平以及基于神經(jīng)影像學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)的人群水平的連通性的結(jié)構(gòu)和功能變化測(cè)試。它還可以從全局和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的角度量化表征腦拓?fù)涞母鞣N度量，并通過(guò)估計(jì)區(qū)域間依賴性來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)和功能連通性進(jìn)行建模，從而為大腦連接組提供了一個(gè)現(xiàn)實(shí)的模型。因此，圖論方法用于TLE可以檢測(cè)到顳葉內(nèi)部和外部的大腦拓?fù)渥兓?/p>

3 總結(jié)

新的神經(jīng)影像技術(shù)代表了神經(jīng)病學(xué)發(fā)展的廣闊前景。靜止?fàn)顟B(tài)下的功能磁共振成像因具有無(wú)創(chuàng)性，掃描時(shí)間短，分辨率高和易于獲取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，相對(duì)于其他技術(shù)而言，是一種潛在的優(yōu)勢(shì)。rs-fMRI作為一種成像技術(shù)，在表征各種臨床情況下正常和異常的功能性大腦連接方面起著越來(lái)越重要的作用。文中各種資料都支持該技術(shù)對(duì)更好地研究TLE患者，明確癲癇發(fā)生部位的位置以及為神經(jīng)?？漆t(yī)生提供有價(jià)值的信息的重要性。迄今為止，有幾種不同的方法和技術(shù)可用于分析rs-fMRI數(shù)據(jù)，并且可用方法的數(shù)量正在不斷擴(kuò)大。通過(guò)了解每種處理方法，有利于更好的掌握rs-fMRI在TLE中的應(yīng)用。同時(shí)，該技術(shù)也有一定的局限性，首先所有1.5T和3T設(shè)備都需要生態(tài)平面程序，同時(shí)還需要一支專業(yè)的團(tuán)隊(duì)和易于使用的后處理程序。目前國(guó)內(nèi)從事這方面研究的團(tuán)隊(duì)較少，所以也很難將靜息態(tài)功能磁共振技術(shù)作為診斷TLE的新標(biāo)準(zhǔn)，但是在未來(lái)的發(fā)展中，我們?nèi)杂锌赡軐⑵渥鳛門(mén)LE的補(bǔ)充技術(shù)。