基于VBM分析的無病灶顳葉癲癇患者腦微觀結(jié)構(gòu)改變

于云莉，王后芬，黃書蕾，楚蘭

顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)是最常見的局灶性癲癇，也是藥物難治性癲癇的常見類型之一[1]。約30%的TLE患者的MRI掃描正常，也稱為無病灶顳葉癲癇(non-lesional temporal lobe epilepsy，nl-TLE)，確定這類患者的致癇區(qū)較為困難[2]。使用基于體素的形態(tài)測量學(xué)(voxel-based morphometry，VBM)影像后處理方法可以檢測出癲癇患者細(xì)微的大腦局部結(jié)構(gòu)變化，并可能為TLE對大腦結(jié)構(gòu)的影像學(xué)提供補(bǔ)充證據(jù)[3]。既往研究顯示TLE有廣泛的灰、白質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)變化，不僅僅限于累及顳葉相關(guān)結(jié)構(gòu)，常累及同側(cè)或?qū)?cè)的海馬、海馬旁回、丘腦及額葉等結(jié)構(gòu)，但這些研究對象多是伴海馬硬化(hippocampal sclerosis，HS)的顳葉內(nèi)側(cè)癲癇[3-4]。目前為止針對nl-TLE的形態(tài)學(xué)研究缺乏一致性的結(jié)論。一項(xiàng)對外側(cè)顳葉癲癇的多中心研究應(yīng)用VBM等技術(shù)比較，并沒有發(fā)現(xiàn)癲癇組與對照組之間大腦結(jié)構(gòu)有顯著性差異[5]。

因此，本研究對nl-TLE患者進(jìn)行左、右側(cè)的劃分，通過VBM方法，分別與健康對照組比較并進(jìn)行全腦體積、灰質(zhì)體積及白質(zhì)體積的分析，研究單側(cè)nl-TLE患者的形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)改變情況?，F(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本次研究獲得貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。所有被試均知曉并同意參與本試驗(yàn)。納入2017年5月至2019年6月就診于貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科的nl-TLE患者，同時(shí)招募年齡、性別及受教育程度與患者相匹配的健康對照者。受試對象均為右利手。

nl-TLE患者由2名副主任醫(yī)師以上的神經(jīng)內(nèi)科癲癇?？漆t(yī)生診斷，經(jīng)詳細(xì)詢問病史、體格檢查、24 h視頻腦電圖(V-EEG)及頭部MRI檢查，符合國際抗癲癇聯(lián)盟TLE診斷標(biāo)準(zhǔn)[6]：包括典型的TLE發(fā)作癥狀學(xué)和腦電圖顯示局限于前顳和中顳區(qū)的發(fā)作間期癇樣放電或發(fā)作期腦電圖提示起源于顳區(qū)；納入單側(cè)顳區(qū)放電為主的患者。根據(jù)發(fā)作間期、發(fā)作期腦電圖結(jié)果及臨床癥狀將TLE患者的癲癇起源側(cè)分為左側(cè)和右側(cè)。TLE發(fā)作類型：伴知覺障礙的局灶性發(fā)作、不伴知覺障礙的局灶性發(fā)作及繼發(fā)性全面強(qiáng)直陣攣發(fā)作(secondary generalized tonic-clonic seizure,sGTCS)。經(jīng)抗發(fā)作藥物(antiseizure medications，ASM)治療后發(fā)作頻率比用藥前減少50%以上視為有效，否則視為無效。其他的納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)病程≥1年，發(fā)作頻率≥1次/年；(2)年齡16～60歲，受教育程度小學(xué)以上；(3)神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查正常。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)腦電圖提示有顳區(qū)以外區(qū)域癇樣放電為主或者雙側(cè)顳區(qū)放電為主的患者；(2)頭顱MRI平掃及3D-T1掃描提示有結(jié)構(gòu)性改變或者合并有其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病(如腦血管疾病、自身免疫性疾病、占位、顱內(nèi)感染及腦外傷后改變等)；(3)長期酗酒和藥物濫用史；(4)長期服用ASM以外的藥物；(5)存在嚴(yán)重認(rèn)知功能障礙或精神異常；(6)MRI檢查采集的圖像出現(xiàn)偽影；(7)焦慮抑郁評估(漢密爾頓抑郁量表，HAMD)得分大于20分。健康對照組(HC組)：招募與nl-TLE患者年齡和受教育程度相近且頭顱MRI檢查正常的健康自愿者作為健康對照組。

1.2 方法

1.2.1 一般資料收集

記錄所有研究對象的人口學(xué)資料(姓名、性別、年齡、受教育程度及疾病史等)，記錄癲癇患者的發(fā)病年齡、病程、發(fā)作頻率、發(fā)作類型、服藥情況、腦電圖結(jié)果及認(rèn)知評估結(jié)果。

1.2.2 影像數(shù)據(jù)采集

在貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像科分別對左、右側(cè)nl-TLE患者及健康對照組受試者采用荷蘭飛利浦公司Achieva3.0TMRI機(jī)器進(jìn)行3D-T1結(jié)構(gòu)磁共振圖像采集，圖像采集參數(shù)：重復(fù)時(shí)間(repetition time，TR)= 12 ms，回波時(shí)間(echo time，TE)=6 ms，視野(field of view，F(xiàn)OV)= 250 mm×250 mm，偵察體素尺寸=(0.6×0.6×0.6)mm3，切片厚度=1 mm，矩陣= 416×227，和信號平均次數(shù)(number of signal averaged，NSA)=1。

1.2.3 3 D-T1數(shù)據(jù)預(yù)處理

結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)通過MRIcron影像分析軟件轉(zhuǎn)換成NIFTI格式。篩選后的數(shù)據(jù)使用SPM 12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)軟件進(jìn)行預(yù)處理。步驟如下：(1)原點(diǎn)校正；(2)將結(jié)構(gòu)像分割成白質(zhì)、灰質(zhì)及腦脊液3大部分，同時(shí)計(jì)算白質(zhì)、灰質(zhì)以及腦脊液的體積；(3)用DARTEL算法對分割好的白質(zhì)圖像、灰質(zhì)圖像經(jīng)過6次迭代后生成分割模板；(4)將每個(gè)被試的白質(zhì)、灰質(zhì)圖像配準(zhǔn)到蒙特利爾神經(jīng)研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)人腦空間模板中；(5)對配準(zhǔn)后的白質(zhì)、灰質(zhì)圖像進(jìn)行調(diào)制，從而得到基于MNI標(biāo)準(zhǔn)空間下的圖像；(6)使用半高全寬為6 mm的高斯核對配置后的白質(zhì)、灰質(zhì)圖像進(jìn)行平滑處理。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和臨床認(rèn)知特征

共納入右側(cè)nl-TLE組19例、左側(cè)nl-TLE組20例以及HC組21例。3組的臨床及人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)見表1。3組被試性別、年齡及教育年限比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。右側(cè)nl-TLE和左側(cè)nl-TLE在病程、起病年齡、發(fā)作類型、用藥數(shù)目及療效等方面比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。左、右側(cè)nl-TLE患者使用的ASM有奧卡西平、左乙拉西坦、卡馬西平、拉莫三嗪及丙戊酸鈉。納入的患者病程≥1年，未常規(guī)進(jìn)行自身免疫性腦炎抗體及PET-CT的檢查，且頭顱MRI及3D-T1MRI正常，均無家族史，病因分析多數(shù)患者可能屬于隱源性癲癇，但不能排除免疫相關(guān)性癲癇。3組受試者的認(rèn)知心理評估得分見表2。

表1 3組受試者的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)及臨床資料

表2 左、右側(cè)nl-TLE組與HC組認(rèn)知功能評估比較

2.2 右側(cè)nl-TLE組和左側(cè)nl-TLE組灰質(zhì)、白質(zhì)體積及占全腦體積百分比改變

左、右側(cè)nl-TLE組與HC組的灰質(zhì)、白質(zhì)體積及灰質(zhì)/全腦體積之間比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，左、右側(cè)nl-TLE組白質(zhì)體積全腦占比較HC組減少(P= 0.009)。結(jié)果詳見表3。

表3 左、右側(cè)nl-TLE組與HC組全腦體積比較

2.3 左、右側(cè)nl-TLE組與HC組全腦灰質(zhì)體積比較

在灰質(zhì)體積的分析中，左側(cè)nl-TLE組和HC組之間沒有差異，右側(cè)nl-TLE組和HC組之間的灰質(zhì)體積比較呈下降趨勢，有差異的腦區(qū)為右側(cè)額上回、左側(cè)中扣帶回及右側(cè)中扣帶回(P<0.001)。結(jié)果詳見表4、圖1。

表4 右側(cè)nl-TLE組與HC組比較灰質(zhì)體積差異腦區(qū)

注：紅色區(qū)域表示存在灰質(zhì)體積差異的腦區(qū)，L為左側(cè)，R為右側(cè)。圖1 右側(cè)nl-TLE組與HC組比較灰質(zhì)體積差異區(qū)域

2.4 左、右側(cè)nl-TLE組與HC組全腦白質(zhì)體積比較

在白質(zhì)體積的分析中，左側(cè)nl-TLE組和HC組之間沒有差異，右側(cè)nl-TLE組與HC組相比存在差異，其中右側(cè)距狀裂周圍白質(zhì)、右側(cè)舌回、右側(cè)豆?fàn)詈藲ず?、右?cè)海馬及左側(cè)海馬區(qū)域較HC組體積減少(P<0.001)。結(jié)果詳見表5、圖2。

表5 右側(cè)nl-TLE組與HC組比較白質(zhì)體積差異腦區(qū)

注：紅色區(qū)域表示白質(zhì)體積存在差異腦區(qū)，L為左側(cè)，R為右側(cè)。圖2 右側(cè)nl-TLE組與HC組比較白質(zhì)體積差異腦區(qū)

3 討論

既往研究證明，TLE較其他類型的癲癇更容易導(dǎo)致認(rèn)知障礙[7]。在癲癇患者中約30%～50%伴有神經(jīng)心理共患病[8]，常見的共患病就是認(rèn)知功能障礙。認(rèn)知功能損害是導(dǎo)致TLE患者生活品質(zhì)下降的一個(gè)重要因素[9]。本研究通過認(rèn)知評估發(fā)現(xiàn)左、右側(cè)nl-TLE患者存在認(rèn)知功能損害，與HC組比較，nl-TLE組患者的RAVLT即刻記憶、延遲記憶、BNT及語言流暢性評分均降低，且右側(cè)nl-TLE組的SDMT評分也低于HC組，RAVLT除了評價(jià)被試的記憶功能外還對注意力有一定要求，這些認(rèn)知評估涉及到記憶、語言、注意力及執(zhí)行功能等領(lǐng)域，其中注意力、語言流暢性及命名能力屬于非遺忘性認(rèn)知領(lǐng)域，非遺忘性認(rèn)知的損害與顳葉內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)損害無直接關(guān)聯(lián)[10-11]。ASM對認(rèn)知功能存在一定的影響[12]，但新型ASM如左乙拉西坦、拉莫三嗪及奧卡西平等藥物對認(rèn)知功能影響較小。對治療中的癲癇患者認(rèn)知功能損害危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，ASM不是導(dǎo)致認(rèn)知功能受損的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[13]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)新診斷的癲癇患者在ASM治療之前，多項(xiàng)認(rèn)知功能測試(包括信息處理速度及記憶力等)評分明顯低于HC組[14]。本研究入組的患者選用的藥物多為新型ASM，患者認(rèn)知功能損害的原因不能完全歸咎于ASM，但可以看出ASM在控制癲癇發(fā)作的同時(shí)，對認(rèn)知功能的影響是復(fù)雜的。

nl-TLE患者常規(guī)MRI掃描未見明顯病灶，通過影像后處理手段深入研究其微觀結(jié)構(gòu)改變對理解nl-TLE患者認(rèn)知功能損害的結(jié)構(gòu)機(jī)制具有重要意義。本研究使用結(jié)構(gòu)MRI圖像結(jié)合客觀的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)VBM在活體水平評估大腦解剖結(jié)構(gòu)的大體特點(diǎn)，研究nl-TLE患者中體積減少的大腦區(qū)域。與HC組比較，左、右側(cè)nl-TLE組的白質(zhì)占全腦體積比均下降，提示在nl-TLE患者中白質(zhì)體積改變是結(jié)構(gòu)改變的基礎(chǔ)。右側(cè)nl-TLE組的右側(cè)額上回及左側(cè)和右側(cè)中扣帶回存在灰質(zhì)體積降低。既往研究發(fā)現(xiàn)，藥物難治性伴HS的顳葉內(nèi)側(cè)癲癇的局部病理結(jié)構(gòu)改變主要為神經(jīng)元和突觸結(jié)構(gòu)的消失，以及膠質(zhì)細(xì)胞的增生[15]。在局灶性發(fā)作的癲癇患者中局部皮層萎縮的部位，除了影響同側(cè)以外還影響到對側(cè)腦部區(qū)域，甚至影響到遠(yuǎn)離致癇灶的區(qū)域，這種皮層萎縮與發(fā)作頻率及ASM種類無關(guān)，在TLE患者中存在額葉的體積萎縮[16-17]。額上回在正常人的高級認(rèn)知和工作記憶中扮演特殊的角色，有研究表明額上回自身的結(jié)構(gòu)損傷會導(dǎo)致高級認(rèn)知功能的異常[18]?？蹘Щ貙儆谶吘壪到y(tǒng)，與左右兩側(cè)大腦半球關(guān)系密切，發(fā)生顳葉外灰質(zhì)體積改變的區(qū)域多是與海馬有關(guān)聯(lián)的腦區(qū)，扣帶回與顳葉海馬關(guān)系密切，屬于海馬記憶環(huán)路Papez's環(huán)路傳入通路的重要組成結(jié)構(gòu)。本研究在灰質(zhì)比較中左側(cè)nl-TLE沒有發(fā)現(xiàn)明顯的體積改變，右側(cè)nl-TLE僅發(fā)現(xiàn)與顳葉關(guān)系密切的腦區(qū)(如扣帶回及額上回)局部灰質(zhì)體積改變。這些區(qū)域灰質(zhì)體積的改變與TLE易于向額葉及扣帶回等區(qū)域傳播有關(guān)。此發(fā)現(xiàn)支持顳葉內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)不是nl-TLE的主要病理改變部位的觀點(diǎn)[19]。既往的研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)TLE結(jié)構(gòu)改變較右側(cè)TLE廣泛且突出，具體機(jī)制目前尚不清楚，有學(xué)者認(rèn)為導(dǎo)致這種左右側(cè)差異與左側(cè)大腦發(fā)育較晚，對一些早期的損害更為敏感有關(guān)，且左腦的聯(lián)系更為廣泛也使其更容易受到相應(yīng)的影響[16]。本研究結(jié)果與之不同的原因可能是因?yàn)檠芯繉ο鬄閚l-TLE患者，與其起病年齡相對較晚及病程較短有關(guān)。nl-TLE患者的海馬灰質(zhì)結(jié)構(gòu)通常正?；蛏窠?jīng)元減少相對較輕，顳葉新皮層改變也不明顯[19]。既往研究常以耐藥性伴HS的顳葉內(nèi)側(cè)癲癇為主要研究對象，此類患者結(jié)構(gòu)損害較為廣泛。故此nl-TLE患者的灰質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變與其他類型的TLE有所不同，其累及范圍較伴有HS的TLE小，并容易累及與顳葉密切相關(guān)的灰質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本研究結(jié)果顯示，右側(cè)nl-TLE患者的右側(cè)距狀裂周圍白質(zhì)、右側(cè)舌回、右側(cè)豆?fàn)詈藲ず恕⒂覀?cè)及左側(cè)海馬的白質(zhì)體積呈現(xiàn)顯著下降。從白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變可看出，nl-TLE患者的白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)改變波及雙側(cè)大腦，但是仍以致癇側(cè)為主。nl-TLE的MRI常規(guī)掃描雖未見明顯結(jié)構(gòu)性異常，但是術(shù)后病理結(jié)果證實(shí)仍然有部分患者出現(xiàn)HS改變[20]，其分型多屬于無明顯神經(jīng)元細(xì)胞減少但伴膠質(zhì)增生的類型，少數(shù)伴皮質(zhì)發(fā)育障礙[21]。海馬與腦內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)有廣泛的神經(jīng)纖維連接，參與學(xué)習(xí)及記憶等高級神經(jīng)活動，因此nl-TLE患者海馬內(nèi)白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變可能是相應(yīng)認(rèn)知功能損害的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之一。基于VBM的結(jié)構(gòu)學(xué)研究雖未發(fā)現(xiàn)左側(cè)nl-TLE組白質(zhì)與HC組比較有明顯的局部改變，但左側(cè)nl-TLE組白質(zhì)與全腦的比值仍低于HC組，說明左側(cè)nl-TLE組白質(zhì)相對體積整體還是降低的。腦白質(zhì)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，是大腦各區(qū)域信息傳遞的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，當(dāng)白質(zhì)出現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)改變，可對認(rèn)知功能造成不同程度的影響。

本文主要針對nl-TLE患者腦微觀結(jié)構(gòu)灰質(zhì)及白質(zhì)體積的異常變化進(jìn)行了探究，取得了一定的結(jié)果。作為探索性研究，本研究仍存在不足之處：第一，被試樣本量較少，為單中心研究，導(dǎo)致不能獲得足夠可靠的nl-TLE全腦形態(tài)學(xué)異常體積的證據(jù)。因此，未來需要擴(kuò)大樣本，結(jié)合多中心的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證結(jié)論；第二，nl-TLE組被試存在用藥種類以及劑量的差異，可能會對大腦的灰質(zhì)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)造成不同的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)假陽性或者假陰性結(jié)果，基于此，以后的研究可細(xì)分服用同一種藥物的nl-TLE患者，或采集分析未服藥的nl-TLE患者數(shù)據(jù)，直接探測疾病本身對大腦特定腦區(qū)的體積改變的影響；可設(shè)計(jì)前瞻性隊(duì)列研究，觀察藥物對結(jié)構(gòu)影像的影響。