基于AFQ技術(shù)的CAE患兒腦白質(zhì)纖維完整性改變的研究

余傳勇，邱文超，孫錦濤，高 媛，王小姍*

1南京醫(yī)科大學(xué)附屬腦科醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 南京210029；2淮安市第二人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，江蘇 淮安223300

兒童失神癲癇（childhood absence epilepsy，CAE）是最常見的兒童癲癇綜合征，具有年齡依賴性，發(fā)病高峰期為6～7歲，女童略多于男童［1］。CAE在既往研究中一直被認(rèn)為是一種兒童良性癲癇，對(duì)行為、認(rèn)知基本無影響，但近期有越來越多的研究證實(shí)CAE患兒可出現(xiàn)認(rèn)知功能、行為學(xué)及語言功能受損［2-4］，但對(duì)其發(fā)生損傷的具體機(jī)制尚不明確。本研究基于磁共振擴(kuò)散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術(shù)，通過纖維束自動(dòng)定量分析（automating fiber-tract quantification，AFQ）方法提取出腦白質(zhì)內(nèi)20條主要纖維束［5-6］，采集每條纖維束各節(jié)點(diǎn)上的各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）及平均擴(kuò)散率（mean diffusivity，MD），進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以發(fā)現(xiàn)CAE患兒白質(zhì)受損的可能區(qū)域，進(jìn)而分析CAE患兒認(rèn)知功能及語言功能受損的可能機(jī)制。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象

本研究共納入2011年11月—2020年11月在南京市兒童院或南京腦科醫(yī)院就診的年齡5～12歲的CAE患兒29例為研究組。通過社會(huì)招募的方式納入性別、年齡相匹配的健康對(duì)照組24例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合CAE的診斷標(biāo)準(zhǔn)（參照ILAE 2017癲癇綜合征最新分類標(biāo)準(zhǔn)）；②腦電圖檢查提示腦電圖背景波正常，且存在雙側(cè)對(duì)稱同步的3 Hz棘慢復(fù)合波；③內(nèi)科及神經(jīng)系統(tǒng)查體正常；④年齡為4～12歲；⑤頭顱MRI平掃無異常；⑥患兒為右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：①伴有其他嚴(yán)重神經(jīng)或者精神疾病病史；②體內(nèi)有金屬植入物的患兒；③伴有顯著系統(tǒng)性疾病的患兒；④預(yù)期不能配合完成MRI檢查的患兒。本研究已通過南京腦科醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（倫理批號(hào)：2019-ky007-01），并詳細(xì)告知研究對(duì)象父母本試驗(yàn)的相關(guān)情況并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 磁共振成像

使用德國Siemens 3.0T超導(dǎo)MR掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)頭線圈采集數(shù)據(jù)。所有受試者均先行常規(guī)頭顱MRI結(jié)構(gòu)像掃描，以除外神經(jīng)系統(tǒng)器質(zhì)性疾病。DTI序列掃描參數(shù)：重復(fù)時(shí)間/回波時(shí)間=6 600 ms/93 ms，視野為240 mm×240 mm，體素大小為2 mm×2 mm×2 mm，共采集32個(gè)方向。

1.2.2 AFQ

首先對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，主要使用Fsl（FSL 4.1，F(xiàn)MRIB’s Software Library，www.fmrib.ox.ac.uk/fsl）軟件完成，主要步驟：①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：使用MRIcron軟件中的dcm2nii.exe組件將原始的Dicom格式文件轉(zhuǎn)換為NIfTI格式文件；②頭動(dòng)和渦流校正：使用Fsl軟件中的FDT工具對(duì)DTI圖像進(jìn)行頭動(dòng)渦流校正；③T1序列的剝腦：使用Fsl軟件中的BET工具去除T1序列圖像的頭皮、顱骨等非腦組織；④DTI序列的剝腦：使用Fsl軟件中的BET工具去除DTI序列圖像的頭皮、顱骨等非腦組織；⑤彌散指標(biāo)計(jì)算：使用Fsl軟件FDT工具中的DTIFIT組件，計(jì)算出DTI數(shù)據(jù)中的FA、MD、AD、RD等10個(gè)參數(shù)。然后使用AFQ軟件包將預(yù)處理后的DTI參數(shù)進(jìn)行下一步處理［4-5］，共包括以下6步：①全腦纖維追蹤；②纖維束的分割；③纖維束精化；④纖維束的清理；⑤纖維束中心位置修正；⑥纖維束的量化。最終共提取出20條纖維束，得到每條纖維束上均分的100個(gè)節(jié)點(diǎn)上的FA、MD值。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，兩組間性別、年齡等基本資料對(duì)比采用卡方檢驗(yàn)及獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；對(duì)于被試20條纖維束上100個(gè)節(jié)點(diǎn)FA及MD值比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并使用錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（false discovery rate，F(xiàn)DR）來進(jìn)行多重比較校正。

2 結(jié)果

2.1 一般資料

研究組共納入CAE患兒29例（男11例，女18例），對(duì)照組共納入健康兒童24例（男9例，女15例），兩組性別對(duì)比無差異（P=0.57）。研究組平均年齡（8.4依1.9）歲，對(duì)照組平均年齡（7.9依1.4）歲，兩組年齡對(duì)比無差異（P=0.32）。

通過AFQ的方法，一共提取出了20條腦內(nèi)主要的白質(zhì)纖維束，分別是左、右側(cè)丘腦放射束，左、右側(cè)皮質(zhì)脊髓束，左、右側(cè)扣帶束扣帶回，左、右側(cè)扣帶束海馬回，胼胝體膝部、壓部，左、右側(cè)下額枕束，左、右側(cè)下縱束，左、右側(cè)上縱束，左、右側(cè)弓形束，左、右側(cè)鉤狀束。

2.2 兩組纖維節(jié)點(diǎn)FA值分析

研究組與對(duì)照組相比，在雙側(cè)弓形束及鉤狀束FA值的顯著下降，在左、右側(cè)丘腦放射束，左側(cè)扣帶束扣帶回，胼胝體壓部及膝部，左、右側(cè)下額枕束，左、右側(cè)下縱束及左、右側(cè)上縱束小片段化纖維束FA值下降，其余纖維束未見FA值的顯著變化（圖1）。

圖1 CAE組與對(duì)照組20條纖維分節(jié)點(diǎn)FA值對(duì)比Figure 1 Compared the FA of 20 fiber nodes in the CAE group and the control group

2.3 兩組纖維束平均FA值比較

對(duì)每條纖維束平均FA值進(jìn)行比較，研究組與對(duì)照組相比，在雙側(cè)丘腦放射束、雙側(cè)扣帶束扣帶回、雙側(cè)扣帶束海馬回、雙側(cè)下縱束、雙側(cè)上縱束、雙側(cè)鉤束、雙側(cè)弓形束、右側(cè)皮質(zhì)脊髓束及左側(cè)下額枕束及出現(xiàn)了顯著的FA值下降，在左側(cè)皮質(zhì)脊髓束、右側(cè)下額枕束、胼胝體大鉗及小鉗未發(fā)現(xiàn)FA值的顯著差異（表1）。

表1 研究組與對(duì)照組20條纖維平均FA值比較Table 1 Compared the FA of 20 fiber nodes in the CAE group and the control group

2.4 兩組纖維節(jié)點(diǎn)MD值分析

研究組與對(duì)照組相比，在雙側(cè)弓形束及鉤狀束出現(xiàn)了MD值的顯著升高，左、右側(cè)扣帶束扣帶回，右側(cè)皮質(zhì)脊髓束，右側(cè)扣帶束海馬回，胼胝體壓部及膝部，左、右側(cè)下額枕束，左右側(cè)下縱束及左、右側(cè)上縱束出現(xiàn)了小片段化纖維束MD值升高，其余纖維束未發(fā)現(xiàn)MD值的顯著變化（圖2）。

2.5 CAE組與對(duì)照組各纖維束平均MD值比較

對(duì)被檢纖維束的平均MD值進(jìn)行比較，研究組與對(duì)照組相比，在雙側(cè)皮質(zhì)脊髓束、雙側(cè)扣帶束扣帶回、雙側(cè)扣帶束海馬回、雙側(cè)下額枕束、雙側(cè)下縱束、雙側(cè)上縱束、雙側(cè)鉤束、雙側(cè)弓形束出現(xiàn)MD值顯著升高。在雙側(cè)丘腦放射束、胼胝體大鉗及小鉗未發(fā)現(xiàn)MD值的顯著差異（表2）。

表2 CAE組與對(duì)照組20條纖維平均MD值比較Table 2 Compared the MD of 20 fiber nodes in the CAE group and the control group

3 討論

癲癇的本質(zhì)是神經(jīng)元的異常放電，這種異常放電可導(dǎo)致相關(guān)腦組織發(fā)生不同程度損傷，嚴(yán)重者可在頭顱MRI結(jié)構(gòu)像掃描中發(fā)現(xiàn)相關(guān)異常，如海馬硬化，但大部分患者，尤其是良性癲癇綜合征（如CAE）的患者，其結(jié)構(gòu)像MRI檢查多正常。既往CAE患者認(rèn)為是年齡依賴性的兒童良性癲癇，對(duì)認(rèn)知功能的影響不大，但近期越來越多的研究證實(shí)CAE患兒可出現(xiàn)認(rèn)知功能、行為學(xué)及語言功能受損，其中在言語功能維度影響更為顯著［2-4］。Yildiz等［3］使用韋氏智力測(cè)驗(yàn)量表Ⅳ對(duì)19例CAE患兒認(rèn)知功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CAE患兒在言語功能、知覺推理、工作記憶及加工速度等多個(gè)維度存在不同程度受損。Cheng等［7］對(duì)43例CAE患兒認(rèn)知功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CAE患兒在智力和執(zhí)行功能方面存在一定程度損傷，尤其在視覺注意力方面受損較為嚴(yán)重。為探尋此類良性癲癇患兒認(rèn)知功能損害發(fā)生的腦解剖學(xué)上的可能機(jī)制，就需要借助多模態(tài)影像方法。目前在癲癇領(lǐng)域常用的多模態(tài)影像檢查有DTI、血氧水平依賴的功能磁共振成像、動(dòng)脈自旋標(biāo)記成像、磁共振波譜成像等。其中DTI技術(shù)由于其操作相對(duì)簡(jiǎn)便、信號(hào)穩(wěn)定，被廣泛使用。

FA值表示的是水分子各向異性成分占整個(gè)擴(kuò)散張量的比率，反映纖維束的損傷程度，F(xiàn)A值越低表述纖維束損傷越重；MD值表示水分子的擴(kuò)散能力，在纖維束損傷早期可出現(xiàn)MD值升高。Liang等［8］報(bào)道發(fā)現(xiàn)癲癇患者的腦白質(zhì)纖維束中可出現(xiàn)不可逆的軸突及髓鞘損傷，其FA值降低、MD值升高。另外也有研究者通過基于體素分析方法探討CAE患兒腦白質(zhì)損傷情況，發(fā)現(xiàn)CAE患兒內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)MD值、RD值升高，而FA值及AD值下降［9］。Drenthen等［10］對(duì)17例CAE患兒髓鞘水分?jǐn)?shù)分析發(fā)現(xiàn)CAE患兒在額葉存在髓鞘損傷。Kim等［11］使用Free-Surfer軟件對(duì)18例CAE患兒皮層灰質(zhì)體積進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CAE患兒雙側(cè)額顳葉皮層灰質(zhì)體積減少。本研究發(fā)現(xiàn)CAE組提取出的大部分纖維束出現(xiàn)FA值下降，MD值升高，與既往研究基本一致，表明CAE患兒存在腦內(nèi)廣泛白質(zhì)損傷，這可能與CAE頻繁出現(xiàn)全腦放電有關(guān)。同時(shí)，有意思的是，還發(fā)現(xiàn)差異最顯著的部位在鉤狀束和弓形束等聯(lián)結(jié)纖維。

鉤狀束在胼胝體前外側(cè)，在額葉與顳葉的聯(lián)絡(luò)中起重要作用，與記憶、命名、語言等功能等密切相關(guān)［12］。弓形束位于外側(cè)溝的后端，主要負(fù)責(zé)聯(lián)絡(luò)Wernicke區(qū)及Broca區(qū)兩大語言中樞，與語言功能密切相關(guān)。既往有很多研究者通過對(duì)CAE患兒進(jìn)行fMRI及腦磁圖的研究，發(fā)現(xiàn)CAE的起源部位可能位于楔前葉及內(nèi)側(cè)前額葉［13-15］，額葉放電可通過鉤狀束及弓形束快速擴(kuò)展至顳葉、島葉等區(qū)域，進(jìn)而導(dǎo)致全腦放電。鉤狀束及弓形束的走行較長(zhǎng)，可快速連接額葉、顳葉及島葉等區(qū)域，在CAE的發(fā)生中可能起到了至關(guān)重要的連接作用，同時(shí)，鉤狀束及弓形束長(zhǎng)期反復(fù)受癲癇異常放電的影響，導(dǎo)致纖維束發(fā)生損傷，影響額葉、顳葉及島葉的正常連接，進(jìn)而影響患兒的行為學(xué)、語言功能及認(rèn)知功能等。本研究發(fā)現(xiàn)CAE患兒存在鉤狀束及弓形束的損傷，可能與此機(jī)制相關(guān)。這樣也可以初步解釋CAE患兒認(rèn)知、行為、言語功能損害的可能病理機(jī)制。

綜上所述，CAE患者發(fā)生了腦白質(zhì)纖維束損傷，且以弓形束及鉤狀束損傷為著，提示CAE患兒出現(xiàn)認(rèn)知功能損害的靶點(diǎn)主要位于弓形束及鉤狀束，這一結(jié)果為揭示CAE患兒認(rèn)知功能損害提供了一定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。下一步將結(jié)合腦磁圖與Bold-fMRI探索CAE的起源部位以及弓形束與鉤狀束的參與機(jī)制。