SyMRI 定量技術(shù)在海馬硬化型顳葉內(nèi)側(cè)癲癇中的應(yīng)用

王一婷，閆夢(mèng)楠，擺玉財(cái)，李健，熊昱輝，陳兵*

1.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，寧夏 銀川 750004；2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，寧夏 銀川 750004；3.通用電氣醫(yī)療有限公司，北京 100176；*通信作者 陳兵 Chenbing135501@163.com

癲癇是由于神經(jīng)元過度活動(dòng)引起的一過性癥狀和體征[1]，是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，全球有超過7 000萬人受到影響[2]。顳葉癲癇是最常見的藥物難治性癲癇，其中病灶位于內(nèi)側(cè)顳葉者為顳葉內(nèi)側(cè)癲癇（medial temporal lobe epilepsy，MTLE），海馬硬化（hippocampal sclerosis，HS）是其主要原因[3]。手術(shù)切除致癇灶是MTLE-HS最有效的治療方法，但術(shù)前準(zhǔn)確識(shí)別HS是目前臨床醫(yī)學(xué)亟待解決的難題。MRI常用于診斷HS，然而至少30%的顳葉癲癇患者常規(guī)MRI陰性[4]，增加了臨床診斷的困難。此外，HS的MRI診斷以視覺評(píng)估、定性為主，極易受到醫(yī)師主觀性影響，因此其量化診斷尤為重要。

海馬分割是研究海馬亞區(qū)特征的前提，目前普遍依賴人工分割，而非自動(dòng)分割。同時(shí)大多數(shù)海馬研究均集中在確定總體特征變化上，而非細(xì)化到亞區(qū)。freeSurfer是基于Linux平臺(tái)的全免費(fèi)開源軟件，可完成對(duì)海馬及其亞區(qū)的分割，已成為測(cè)量神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)皮質(zhì)厚度和體積準(zhǔn)確且可靠的工具[5]。近年出現(xiàn)的快速多對(duì)比度集成磁共振成像（synthetic magnetic resonance imaging，SyMRI）技術(shù)又稱一站式弛豫定量（magnetic resonance image complication，MAGiC），僅通過一次多動(dòng)態(tài)多回波序列掃描即可以重建出具有多種不同對(duì)比度的圖像。除常規(guī)T1WI、T2WI、PDWI等參數(shù)，還可以直接獲得反映組織生物物理特性的定量參數(shù)，如弛豫時(shí)間T1、T2，相應(yīng)的弛豫率R1、R2及質(zhì)子密度（proton density，PD）值等[6]。MAGiC技術(shù)已應(yīng)用于顱腦、前列腺、骨骼肌肉等系統(tǒng)的疾病研究，在癲癇的應(yīng)用較少[7-9]。本研究擬分析SyMRI技術(shù)在MTLE-HS各亞區(qū)弛豫時(shí)間的定量研究?jī)r(jià)值，以期為臨床提供更加可靠高效的影像學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性收集2021年1月—2023年1月寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院經(jīng)MRI診斷（25例）和病理證實(shí)（3例）為單側(cè)HS患者28例，男11例，女17例；年齡11～59歲，平均（36.1±14.8）歲；左側(cè)HS 17例，右側(cè)HS 11例。所有癲癇病例診斷標(biāo)準(zhǔn)參考國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟2014年診斷標(biāo)準(zhǔn)[10]。同期納入健康志愿者38例作為對(duì)照組，男24例，女14例；年齡9～59歲，平均（29.7±13.9）歲。兩組受試者年齡和性別構(gòu)成差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t/χ2＝1.811、3.688，P均＞0.05），具有可比性。

病例組納入標(biāo)準(zhǔn)：①腦電圖顯示顳葉發(fā)作期或發(fā)作間期癇樣放電；②有MTLE發(fā)作的臨床癥狀；③MRI有單側(cè)HS陽(yáng)性表現(xiàn)。對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：①無顱腦外傷及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病史；②無心血管病史及內(nèi)分泌疾病史；③神經(jīng)病學(xué)、精神心理醫(yī)學(xué)檢查無陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)；④常規(guī)頭顱MRI無異常發(fā)現(xiàn)。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①神經(jīng)系統(tǒng)及精神相關(guān)疾??；②腦腫瘤、外傷或手術(shù)史；③大腦先天性發(fā)育畸形、腦血管性疾病等；④年齡＞60歲；⑤腦電圖信息不完善及MRI圖像質(zhì)量差。

本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)研究倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)（KYLL-2021-0295），受試者均知情同意。

1.2 檢查方法 采用GE SIGNA Architect 3.0T 超導(dǎo)MR掃描系統(tǒng)及48通道相控陣頭顱線圈。掃描參數(shù)：橫軸位3D T1WI，TR 8.2 ms，TE 3.4 ms，層厚1.0 mm，層間距1.0 mm，翻轉(zhuǎn)角8°，激勵(lì)次數(shù)1，帶寬31.25 Hz；斜冠狀位T2WI，TR 2 600 ms，TE 85 ms，層厚2.0 mm，層間距1.0 mm，翻轉(zhuǎn)角111°，激勵(lì)次數(shù)4，帶寬50 Hz；MAGiC，TR 4 417 ms，TE 22.9 ms，層厚2.0 mm，層間距0 mm，激勵(lì)次數(shù)1，帶寬22.73 Hz。

1.3 圖像分析 由2名副高及以上職稱放射科醫(yī)師采用雙盲法對(duì)所有影像資料進(jìn)行獨(dú)立分析，結(jié)果不一致時(shí)由另一名主任醫(yī)師重新評(píng)估，協(xié)商后達(dá)成一致。MRI直接征象為海馬體積減小、T2信號(hào)增高，間接征象為海馬內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞顯示不清，可伴有同側(cè)側(cè)腦室顳角擴(kuò)大、顳葉萎縮等。

1.4 圖像后處理 通過freesurfer 7.3.2對(duì)3D T1 MPRAGE圖像進(jìn)行海馬及其亞區(qū)自動(dòng)分割，使用其截?cái)嗝孀鳛楦信d趣區(qū)（ROI），見圖1。使用SyMRI StandAlone 8.0.4將MAGiC圖像進(jìn)行后處理得到T1、T2、PD定量圖。將定量圖與ROI融合（圖2），在海馬頭、體各取一個(gè)層面即可自動(dòng)獲取相應(yīng)層面亞區(qū)的T1、T2、PD值。為保證所有受試者ROI位置相對(duì)一致，海馬頭選取所有亞區(qū)完全顯示后的第3個(gè)層面，此層海馬頭亞區(qū)結(jié)構(gòu)顯示最典型完整；海馬體選取整個(gè)海馬最中間的層面。此外，受限于軟件分割精度，海馬角（CA）的CA2始終包含在CA3中。最后，記錄每例受試者各亞區(qū)的定量參數(shù)值，取頭、體部測(cè)量值的平均值作為最終測(cè)量值。對(duì)照組最終值取雙側(cè)海馬測(cè)量值的平均值。

圖1 男，18歲，左側(cè)HS。A.雙側(cè)海馬頭T1結(jié)構(gòu)像；B.經(jīng)自動(dòng)分割后得到的雙側(cè)海馬頭的ROI；C.雙側(cè)海馬體T1結(jié)構(gòu)像；D.經(jīng)自動(dòng)分割后得到雙側(cè)海馬體的ROI；矢狀位圖均為左側(cè)海馬；圖中深藍(lán)色代表下托，紅色代表CA1，綠色代表CA3，棕色代表CA4，淺藍(lán)色代表齒狀回，紫色代表海馬尾

圖2 男，18歲，左側(cè)HS。A.從左到右依次為雙側(cè)海馬頭T2、T1、PD定量圖；B.雙側(cè)海馬頭ROI與T2、T1、PD定量圖的融合圖；C.雙側(cè)海馬體T2、T1、PD定量圖；D.雙側(cè)海馬體ROI與T2、T1、PD定量圖的融合圖；圖中深藍(lán)色代表下托，紅色代表CA1，綠色代表CA3，棕色代表CA4，淺藍(lán)色代表齒狀回

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS 27.0、Graphpad prism 8和MedCalc 20.0.22軟件。采用Kappa檢驗(yàn)分析2位醫(yī)師診斷HS的一致性。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用±s表示，使用單因素方差分析比較，進(jìn)一步采用Bonferroni檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較；不符合正態(tài)分布的計(jì)量資料采用M（Q1，Q3）表示，使用Kruskal-WallisH檢驗(yàn)比較，進(jìn)一步采用Bonferroni校正法進(jìn)行兩兩比較。對(duì)組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)進(jìn)行共線性分析，方差擴(kuò)大因子＞10則存在多重共線性問題，采用逐步回歸法對(duì)共線性變量進(jìn)行處理后得到顯著變量。對(duì)顯著性參數(shù)繪制受試者工作特征（ROC）曲線評(píng)價(jià)其診斷效能，采用Delong檢驗(yàn)比較各參數(shù)曲線下面積（AUC）。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一致性分析 2位放射科醫(yī)師診斷HS的一致性較好（Kappa=0.907，P＜0.001）。

2.2 各組間定量參數(shù)值比較 HS患側(cè)組、健側(cè)組及對(duì)照組亞區(qū)各定量參數(shù)比較結(jié)果見表1。3組間除下托（subiculum，SUB）的T1和PD值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）外，其余亞區(qū)各參數(shù)值差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

表1 HS患側(cè)組、健側(cè)組及對(duì)照組各亞區(qū)定量參數(shù)比較

進(jìn)一步組間兩兩比較結(jié)果顯示：HS患側(cè)組CA1、CA3、CA4、齒狀回（DG）的T2、T1值均高于健側(cè)組及對(duì)照組，PD值高于對(duì)照組；患側(cè)組SUB的T2值高于對(duì)照組，患側(cè)組CA3的PD值高于健側(cè)組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）?；紓?cè)組與健側(cè)組SUB的T2值，CA1、CA4 和DG 的PD 值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。健側(cè)組與對(duì)照組各亞區(qū)各參數(shù)值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.3 各定量參數(shù)對(duì)HS的診斷效能 對(duì)組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的參數(shù)進(jìn)行共線性分析，采用逐步回歸法對(duì)共線性變量進(jìn)行處理，結(jié)果顯示CA1、CA3、SUB的T2值為顯著性變量（模型調(diào)整后R2=0.828，F(xiàn)=105.089，P＜0.001，方差擴(kuò)大因子=2.693、2.113、1.721）。對(duì)顯著性參數(shù)繪制ROC曲線評(píng)價(jià)其診斷效能（表2、圖3）。CA1、CA3、SUB區(qū)T2值的AUC分別為0.972、0.972和0.752。CA1、CA3亞區(qū)T2值的AUC最大，兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。CA1、CA3亞區(qū)T2值的診斷效能均優(yōu)于SUB的T2值，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.000 1、P=0.000 7）。

表2 CA1、CA3、SUB亞區(qū)T2值對(duì)HS的診斷效能

圖3 CA1、CA3、SUB亞區(qū)T2值的ROC曲線

CA1 和CA3 區(qū)T2 值聯(lián)合診斷HS 的AUC 為1（P＜0.000 1），與CA1和CA3亞區(qū)T2值的AUC比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

3 討論

HS是MTLE最常見的病理類型，典型的病理學(xué)改變?yōu)楹ｑR區(qū)神經(jīng)元丟失和膠質(zhì)細(xì)胞增生，可能與熱性驚厥、外傷、感染、癲癇持續(xù)狀態(tài)及自身免疫、遺傳等因素相關(guān)[11]。freesurfer是一款MR數(shù)據(jù)處理軟件包，可對(duì)高分辨率MRI圖像進(jìn)行分割、配準(zhǔn)及三維重建，實(shí)現(xiàn)海馬及其亞區(qū)的自動(dòng)分割并得到各亞區(qū)ROI?；趂reesurfer的海馬區(qū)分割方法對(duì)MTLE海馬區(qū)萎縮更敏感[12]。組織病理學(xué)評(píng)估和海馬體自動(dòng)分割結(jié)果有顯著相關(guān)性[13]。freesurfer海馬自動(dòng)分割方法近年已應(yīng)用到顳葉癲癇、阿爾茨海默病等疾病的研究中，具有很好的前沿性、可重復(fù)性和可靠性[14-15]。MAGiC技術(shù)通過一次多動(dòng)態(tài)多回波序列掃描可以獲得組織的弛豫時(shí)間和PD等定量信息，掃描時(shí)間短，成像速度快。與常規(guī)MRI的定性診斷相比，MAGiC定量技術(shù)對(duì)疾病的評(píng)估更加客觀與精準(zhǔn)[16]。因而可利用MAGiC技術(shù)對(duì)海馬組織進(jìn)行量化分析。

目前影像科主要由放射醫(yī)師根據(jù)常規(guī)MRI圖像目測(cè)診斷HS，其結(jié)果易受到較多因素影響，如掃描設(shè)備、序列、參數(shù)、受試者個(gè)體差異及醫(yī)師主觀因素等，極易漏診或誤診；同時(shí)，常規(guī)MRI無法精確到海馬亞區(qū)，故無法對(duì)其進(jìn)行深入研究。本研究利用海馬自動(dòng)分割技術(shù)聯(lián)合MAGiC技術(shù)對(duì)MTLE-HS患者海馬亞區(qū)進(jìn)行定量分析，與常規(guī)MRI的視覺評(píng)估、定性分析以及傳統(tǒng)的海馬手動(dòng)分割相比，具有較好的客觀性和可重復(fù)性及更高的精確性、精準(zhǔn)度和檢測(cè)效能。相關(guān)研究表明，在MTLE中T2弛豫時(shí)間測(cè)量等定量成像技術(shù)可以提高HS的診斷敏感度[17]。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，HS患側(cè)各亞區(qū)的T2值均高于對(duì)照組，患側(cè)CA1、CA3、CA4、DG的T2值均高于健側(cè)且有顯著差異，表明T2對(duì)HS的診斷具有重要臨床應(yīng)用價(jià)值。Rodionov等[18]研究中正常海馬T2值的上限為109 ms，硬化性海馬T2值為109.4～124.4 ms，與本研究結(jié)果接近但不完全相同，可能與掃描技術(shù)、分割方法及測(cè)量精度不同有關(guān)。硬化的海馬T2值增高是海馬皮質(zhì)錐體細(xì)胞缺失及伴有不同程度的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生所致。組織T2信號(hào)和其水含量密切相關(guān)，T2值越高，自由水含量越多。Peixoto-Santos等[19]研究表明，HS患者星形膠質(zhì)細(xì)胞水通道蛋白4過表達(dá)和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白聚糖增多會(huì)影響組織水分子的分布，使海馬區(qū)水含量增多，進(jìn)而導(dǎo)致局部T2值增高。此外，本研究中單側(cè)HS患者對(duì)側(cè)T2值的變化與Vos等[17]的研究結(jié)果一致但精確度更高，進(jìn)一步提示雙側(cè)海馬間存在一定程度的相互影響。因此，通過SyMRI技術(shù)量化海馬亞區(qū)T2值對(duì)于評(píng)估HS是有意義的。2013年，國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟依據(jù)神經(jīng)元缺失和膠質(zhì)增生的亞區(qū)部位將HS分為3種類型，該分型與術(shù)后療效相關(guān)[20]且依賴術(shù)后病理檢查，而本研究通過對(duì)海馬亞區(qū)T2值的定量測(cè)量，有望實(shí)現(xiàn)HS的術(shù)前分型及預(yù)測(cè)手術(shù)療效。

同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)HS患側(cè)組CA1、CA3、CA4、DG的T1值均高于健側(cè)組及對(duì)照組，且存在顯著差異。Wang等[21]認(rèn)為，縱向弛豫時(shí)間與髓鞘成熟有關(guān)。硬化的海馬區(qū)脫髓鞘與神經(jīng)元變性會(huì)引起T1值變化，表明T1值也可作為HS的定量參數(shù)指標(biāo)。本研究發(fā)現(xiàn)HS患側(cè)組CA1、CA3、CA4、DG的PD值高于對(duì)照組，CA3的PD值高于健側(cè)組且有顯著差異，與課題組既往研究結(jié)果存在差異[22-23]，可能是測(cè)量方法及測(cè)量精度不同所致。PD值反映氫質(zhì)子在腦內(nèi)均勻、稀疏的分布，在頑固性癲癇的影像學(xué)中應(yīng)用較少，但具有較好的灰白質(zhì)對(duì)比度，能使小的皮質(zhì)病變與相鄰腦脊液形成足夠的對(duì)比[24]。也有研究表明，T1值和PD值取決于蛋白質(zhì)、磷脂和脂肪等大分子的濃度，以及水分含量和流動(dòng)性，所以可以作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘降解、軸突丟失、炎癥、水腫或基質(zhì)破壞等微結(jié)構(gòu)改變的敏感指標(biāo)以及潛在的生物標(biāo)志物[25]，未來仍需進(jìn)一步探索。

本研究同時(shí)分析了顯著性變量的診斷效能，發(fā)現(xiàn)其診斷效能明顯高于本課題組既往未進(jìn)行分區(qū)時(shí)得到的AUC，可能與部分區(qū)域，如SUB對(duì)整體海馬的測(cè)量值產(chǎn)生中和影響有關(guān)。因此，通過對(duì)海馬亞區(qū)弛豫時(shí)間的定量研究，有望提高M(jìn)RI診斷HS的準(zhǔn)確度和敏感度，為臨床提供更加真實(shí)、可靠的數(shù)據(jù)。

本研究存在一定的局限性：①樣本量較小，會(huì)使樣本數(shù)據(jù)存在偏倚，需要納入更多病例以減小誤差；同時(shí)由于樣本量偏小，未研究海馬萎縮程度不同對(duì)結(jié)果的影響。②缺乏足夠的病理結(jié)果支持，無法保證所有樣本的影像診斷與病理結(jié)果一致，后續(xù)將加強(qiáng)多學(xué)科合作，納入更多經(jīng)病理證實(shí)的樣本數(shù)據(jù)以驗(yàn)證本研究結(jié)果。③因經(jīng)術(shù)后病理證實(shí)的HS樣本量偏小，未對(duì)HS進(jìn)行分型，后續(xù)將納入更多樣本以闡明不同分型對(duì)結(jié)果的影響。④由于分割軟件的精度限制，無法進(jìn)行CA2及海馬尾的分割，影響了測(cè)量的精度。⑤單獨(dú)使用一種技術(shù)診斷效能有限，后續(xù)會(huì)探索聯(lián)合2種或者2種以上成像技術(shù)對(duì)HS的診斷價(jià)值，以期實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

總之，本研究采用SyMRI技術(shù)定量測(cè)量海馬亞區(qū)組織的弛豫時(shí)間，發(fā)現(xiàn)CA1、CA3區(qū)T2值可有效提高HS的診斷效能，提示該技術(shù)可在HS術(shù)前評(píng)估中發(fā)揮重要作用，對(duì)診斷和定側(cè)有一定的應(yīng)用價(jià)值。