基于TBSS方法評價青壯年內(nèi)側顳葉癲癇患者腦白質(zhì)擴散張量的變化

封莉，付麗媛,2，肖慧,2，許尚文,2，陳自謙,2

1. 廈門大學附屬東方醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025；2. 聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025

引言

癲癇是各種因素所誘發(fā)的腦部大量神經(jīng)元一致突發(fā)性放電，出現(xiàn)短暫性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病[1]。全世界大約有6500萬癲癇患者[2]，以內(nèi)側顳葉癲癇（Medial Temporal Lobe Epilepsy，MTLE）最為常見[3]，然而臨床工作中仍有大部分患者其常規(guī)影像學檢查難以有異常發(fā)現(xiàn)。DTI技術是在磁共振成像技術中一項無創(chuàng)性研究腦白質(zhì)纖維微觀結構及功能的新興技術[4]，可定量觀察腦白質(zhì)結構及功能改變，為臨床研究其病理生理機制及診療提供可靠依據(jù)。

本研究采用纖維束示蹤空間統(tǒng)計分析（Tract‐Based Spatial Statistics，TBSS）分析方法研究腦白質(zhì)結構與功能。相較于ROI方法，TBSS能排除主觀人為因素對實驗的影響，更能反映客觀、真實的腦白質(zhì)纖維束結構及功能改變[5]。另外，多數(shù)研究未對研究對象的年齡進行明顯限制，然而老年患者大腦結構逐步退化，相反的未成年人大腦發(fā)育尚未完全，因此會對研究結果產(chǎn)生一定的影響[6]。本研究注重于運用TBSS方法研究青壯年MTLE癲癇患者的腦白質(zhì)DTI參數(shù)變化，以探究其腦白質(zhì)結構與功能的改變。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究納入2019年2月至2020年2月在中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院就診的難治性MTLE青壯年患者24例（左側12例，右側12例）為研究對象，其中男性10例，女性14例，左側MTLE青壯年患者年齡18～45歲，平均年齡（29.08±2.75）歲，病程范圍為3～16年，平均病程（7.64±5.11）年，平均受教育年限（7.83±3.49）年；右側M T L E青壯年患者年齡1 8～4 3歲，平均年齡（30.25±1.60）歲，病程范圍為4～16年，平均病程（11.08±5.35）年，平均受教育年限為（7.91±4.30）年，均為右利手。

納入標準：① 臨床有癲癇癥狀、腦電圖提示患側顳區(qū)異常；② 常規(guī)磁共振陰性，無腦外傷、腦腫瘤及其他器質(zhì)性疾??；③ 年齡范圍18～45歲，且病程超過1年。

全部患者均經(jīng)手術病理證實為患側顳區(qū)海馬硬化。同時隨機選擇與病例組性別、年齡及受教育年限相匹配的健康對照組12例。本研究經(jīng)過聯(lián)勤保障部隊第900醫(yī)院理論委員會審批，所有受試對象均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

采用3.0 T Siemens Magnetom Trio Tim磁共振掃描儀及匹配12通道相控陣線圈。先對全部研究對象行T2加權成像橫斷面掃描，排除腦外傷、腦腫等及其他器質(zhì)性疾??；再行基于單次激發(fā)平面回波（Echo Planner Imaging，EPI）的自旋序列行自顱頂向下平行于前后聯(lián)合連續(xù)軸位掃描。具體掃描參數(shù)：TR/TE=6100/93 ms，F(xiàn)OV=240 mm×240 mm，采集矩陣=128×128，層厚3 mm，層間距為0，層數(shù)為45層，NEX 4次，掃描時間為774 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1 數(shù)據(jù)處理

首先，轉換數(shù)據(jù)格式，將Dicom格式轉換為可被FSL（the FMRIB Software Library）軟件識別的nii格式；其次，使用FSL軟件中的FMRIB’s Diffusion Toolbox（FDT）工具對DTI圖像進行頭動和渦流校正；最后，解算彌散張量，運用DTIFit工具計算得到DTI圖像的相關參數(shù)圖，包括各向異性分數(shù)（Fractional Anisotropy，F(xiàn)A）、平均擴散率（Mean Diffusivity，MD）、 軸 向 彌 散 度（Axial Diffusivity，AD）及徑向彌散度（Radial Diffusivity，RD）。

1.3.2 數(shù)據(jù)分析

非線性配準，運用FSL5.0.7軟件，將圖像數(shù)據(jù)使用非線性配算法匹配到標準模板上。提取纖維骨架，將匹配后所有FA圖平均化，生成平均FA模板，并把FA閾值設為0.2，獲取平均FA纖維骨架。以此為基礎，將每個受試者白質(zhì)纖維圖一一投射到平均FA纖維骨架圖上，生成各自的FA纖維骨架圖。參數(shù)分析：對纖維骨架圖像上的每一個點的FA值進行組間統(tǒng)計，對于有統(tǒng)計差異的腦區(qū)用MNI（蒙特利爾神經(jīng)科學研究所）坐標表示，MD、AD、RD則使用同樣的方法進行組間統(tǒng)計處理。最終通過TBSS分析的DTI參數(shù)中有組間差異的結果圖與約翰·霍普金斯大學制作的標準白質(zhì)纖維束圖譜模板進行一一映射，精準定位出具有組間差異的白質(zhì)纖維束。

1.4 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件處理，對受試者基本信息（包括年齡、病程及受教育程度）采用單因素ANOVA檢驗，對4個DTI參數(shù)采用兩組間獨立樣本t檢驗（包括左側MTLE組與左側健康對照組、右側MTLE組與右側健康對照組），P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 受試者基本信息比較

12例右側MTLE組、12例左側MTLE組及12例健康對照組之間比較，在年齡（F=0.215，P=0.821）、受教育程度（F=0.760，P=0.475）均無統(tǒng)計學差異，左側MTLE組與右側MTLE組在病程年限無統(tǒng)計學差異（F=0.012，P=0.924），見表 1。

表1 受試者基本信息表

2.2 TBSS結果比較

2.2.1 雙側MTLE組與健康對照組FA值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，F(xiàn)A值明顯降低，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、胼胝體體部、胼胝體輻射線枕部、下縱束、額枕下束、扣帶束、鉤束、皮質(zhì)脊髓束及丘腦前輻射束（P<0.05）；左側MTLE組除左側胼胝體輻射線枕部、右側丘腦前輻射、左側扣帶束呈單側改變，其余腦區(qū)改變均為雙側病變；右側MTLE組中胼胝體輻射線額部、胼胝體輻射線枕部、胼胝體體部呈雙側改變，其余腦區(qū)均為患側改變。雙側MTLE組與健康對照組FA值比較結果，詳見表2～3及圖1。

圖1 FA值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表2 左側MTLE組較健康對照組FA值具有差異的腦區(qū)

表3 右側MTLE組較健康對照組FA值具有差異的腦區(qū)

2.2.2 雙側MTLE組與健康對照組MD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，MD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、額枕下束、鉤束、下縱束、丘腦前輻射、皮質(zhì)脊髓束及扣帶束（P<0.05）。左側MTLE組除雙側胼胝體輻射線額部及左側鉤束呈單側病變，其余腦區(qū)呈雙側改變；右側MTLE組均為患側腦區(qū)病變。雙側MTLE組與健康對照組MD值比較結果，詳見表4～5及圖2。

圖2 MD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表4 左側青壯年MTLE組較健康對照組MD值具有差異的腦區(qū)

表5 右側青壯年MTLE組較健康對照組MD值具有差異的腦區(qū)

2.2.3 雙側MTLE組與健康對照組AD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，AD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、額枕下束、扣帶束、鉤束、丘腦前輻射、上縱束、下縱束及皮質(zhì)脊髓束（P<0.05）。左側MTLE組除雙側胼胝體輻射線枕部及右側皮質(zhì)脊髓束呈單側病變，其余腦區(qū)呈患側改變；右側MTLE組均為患側腦區(qū)病變。雙側MTLE組與健康對照組AD值比較結果，詳見表6～7及圖3。

圖3 AD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表6 左側MTLE組較健康對照組AD值具有差異的腦區(qū)

表7 右側MTLE組較健康對照組AD值具有差異的腦區(qū)

2.2.4 雙側MTLE組與健康對照組RD值比較

雙側MTLE組與健康對照組比較，RD值明顯升高，具有組間差異的腦區(qū)有：胼胝體輻射線額部、胼胝體輻射線枕部、胼胝體體部、扣帶束、額枕下束、皮質(zhì)脊髓束、鉤束、上縱束及下縱束（P<0.05）。左側MTLE組病變腦區(qū)中左側鉤束、下縱束呈單側分布，其余病變腦區(qū)呈雙側分布；右側MTLE組中額枕下束、皮質(zhì)脊髓束、鉤束及下縱束呈患側改變，其余病變腦區(qū)呈雙側分布。雙側MTLE組與健康對照組RD值比較結果，詳見表8～9及圖4。

圖4 RD值的TBSS組間比較統(tǒng)計結果圖

表8 左側青壯年MTLE組較健康對照組RD值具有差異的腦區(qū)

表9 右側青壯年MTLE組較健康對照組RD值具有差異的腦區(qū)

3 討論

DTI是一種可以測量水分子在組織中擴散的成像技術，擴散可以不受限制（即以各向同性的方式），也可以受某些障礙（例如細胞膜）的限制（即以各向異性的方式）[7]，是評估癲癇患者細胞死亡、神經(jīng)膠質(zhì)細胞增生和軸突可塑性的有用工具[8]。DTI量化白質(zhì)纖維束受損最常用的關鍵性指標包括FA、MD、RD及AD[9]。FA值表示水分子彌散的各向異性程度，變化范圍在0～1之間，是反映腦白質(zhì)完整性的指標[10]。MD值代表總體擴散大小，與擴散方向無關，值越低，組織結構越受限制。AD值和RD值描述分別在平行于和垂直于被測張量主軸的平面中的擴散程度，其值變化亦反映了細胞膜的限制、髓鞘的完整性及細胞外環(huán)境的改變[11]。

癲癇患者由于長期的腦神經(jīng)元的異常放電，會導致腦組織微觀結構損害或局部組織環(huán)境的改變，如軸突變性、脫髓鞘改變或細胞外間隙水腫。本研究運用TBSS方法分析雙側MTLE患者腦白質(zhì)結構改變，結果顯示胼胝體、上縱束、下縱束、鉤束、扣帶束、丘腦前輻射束、額枕下束、皮質(zhì)脊髓束等區(qū)域與健康對照組相比具有顯著差異，組間差異腦區(qū)的FA值降低，MD值、AD值及RD值升高，這與多數(shù)國內(nèi)外研究大致相同[6,12]。其中左側MTLE患者病變范圍較右側MTLE患者更為廣泛，多為雙側腦區(qū)改變并以左側為主；右側MTLE患者病變腦區(qū)較為局限，多為右側腦區(qū)異常，部分為雙側腦區(qū)改變。趙地[13]在對75例顳葉癲癇患者（其中影像陰性37人，海馬硬化36人，全部為右利手）研究中發(fā)現(xiàn)，左側的顳葉癲癇患者病灶其腦白質(zhì)纖維束的受損較右側顳葉癲癇患者的受損范圍更廣且程度更重，推測其與優(yōu)勢半球的大腦網(wǎng)絡模式以及功能結構特點有關系。Besson等[14]對顳葉癲癇患者（39例患者，36例右利手）的研究也顯示，相較于右顳葉癲癇患者，左側顳葉癲癇患者其腦白質(zhì)纖維束的喪失更為明顯。右利手的群體中左側大腦半球功能區(qū)發(fā)育更為完善，當病灶位于優(yōu)勢半球可能所導致的功能損害更為嚴重。然而，這一現(xiàn)象發(fā)生的具體原因尚待進一步研究。

在DTI參數(shù)的四個特征值中，F(xiàn)A值反映纖維結構的完整性及水分子彌散的一致性，F(xiàn)A值越大說明體素內(nèi)水分子的彌散越趨近于主軸方向走行，當FA值降低時則代表纖維束的受損或髓鞘的脫落[15]。MD值不反映水分子擴散的方向，僅反映水分子擴散的程度，因此MD值越大組織內(nèi)水分子越多擴散越不受限制，MD值升高表示局部微環(huán)境的改變水分子增加。AD值代表平行于纖維束走行方向的水分子擴散程度，因而其值升高與軸突損傷或軸突紊亂有關；而RD值則是垂直于纖維束走行方向的水分子擴散程度[16]，其值的升高則與脫髓鞘或髓鞘磷脂異常有關。本研究中MTLE患者中4個參數(shù)值反映了其纖維束結構完整性的損害、髓鞘的丟失及軸突的紊亂及損傷等改變。其中，F(xiàn)A值和RD值對于白質(zhì)纖維束的受損顯示更為敏感，能檢測出更多異常的白質(zhì)纖維束，而MD值及AD值則較為局限，多顯示同側纖維束受損為主。國外一項在顳葉癲癇患者顳葉和顳葉外束DTI研究中顯示，在垂直于軸突的方向的水分子擴散RD變化顯著，而平行于軸突的方向的水分子擴散AD變化則不明顯[17]。在四個特征值改變的腦區(qū)中發(fā)現(xiàn)，雙側MTLE青壯年患者以同側腦區(qū)聯(lián)絡纖維受損為主（胼胝體屬于連合纖維，上縱束、下縱束、鉤束、額枕束、扣帶束及丘腦后輻射屬于聯(lián)絡纖維，皮質(zhì)脊髓束及冠狀束屬于投射纖維），其中右側青壯年MTLE患者的右側上縱束、下縱束及鉤束在四個參數(shù)值中均有改變，而左側青壯年MTLE患者的左側鉤束在四個值中均有改變，同側鉤束同時在四個特征值均表現(xiàn)異?？赡転榕R床顳葉癲癇的定側提供依據(jù)。上縱束是最大的聯(lián)絡纖維，同時也是語言表達和理解的重要腦區(qū)[18]，鉤束則與患者的執(zhí)行能力密切相關[19]。因此，當MTLE患者出現(xiàn)認知功能改變時，局部腦組織結構的異常所導致功能連接的紊亂可能是其真正原因。

綜上所述，本研究排除年齡對腦組織的影響，運用更為精準的TBSS方法分析雙側青壯年MTLE患者腦白質(zhì)纖維束的異常改變，結果顯示雙側腦區(qū)有不同程度的連合纖維、聯(lián)絡纖維及投射纖維受損，以同側聯(lián)絡纖維受損為主，其中左側MTLE青壯年患者受損更為廣泛。在DTI四個特征值中，F(xiàn)A值及RD值對受損白質(zhì)纖維束檢測更為敏感，同側鉤束在四個參數(shù)值中均有改變。這使得我們能夠進一步認識、理解MTLE的發(fā)生發(fā)展過程、病理生理機制及病灶定位定性診斷提供了重要依據(jù)。