3D-T1WI 表面形態(tài)學(xué)分析在學(xué)齡前無灶性癲癇患兒腦結(jié)構(gòu)評(píng)估中的應(yīng)用

江建秋，張 楠，張 朋，邊傳振

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科，南京 210008）

0 引言

兒童癲癇是一種在0～16 歲時(shí)常見的反復(fù)發(fā)作的、陣發(fā)性腦功能紊亂導(dǎo)致的神經(jīng)系統(tǒng)綜合征，其病因復(fù)雜，常因圍生期患兒缺血缺氧、外傷、腦發(fā)育不良、膠質(zhì)瘤、腦炎等引起[1]。腦結(jié)構(gòu)塑形和功能發(fā)育貫穿整個(gè)兒童階段，而成人腦結(jié)構(gòu)和功能已經(jīng)發(fā)育完善，因此，兒童癲癇病因、發(fā)病機(jī)制、臨床表現(xiàn)及預(yù)后都有別于成人[2-3]。兒童癲癇病因多樣，臨床表現(xiàn)各異，應(yīng)盡可能做到病因診斷及定位診斷，以便選擇適宜的治療方法[4]。

無灶性癲癇（non-lesional epilepsy，NLE）是指通過常規(guī)影像學(xué)檢查難以發(fā)現(xiàn)腦結(jié)構(gòu)異常的一類癲癇，發(fā)病率呈逐年遞增[5]。對(duì)于某些難治性NLE，需手術(shù)切除致癇灶，因此，對(duì)致癇灶的精確定位至關(guān)重要。MRI 是評(píng)估癲癇患兒腦發(fā)育狀況的重要手段，高分辨力3D-T1WI 是目前較為常用的一種觀察大腦形態(tài)特征的MRI 序列[6]。基于表面的形態(tài)學(xué)分析（surfacebased morphometry，SBM）通過測(cè)量皮層厚度、腦溝深度、腦回指數(shù)和分形維數(shù)等指標(biāo)對(duì)腦表面形態(tài)特征進(jìn)行量化評(píng)估，并可提取腦灰質(zhì)、腦白質(zhì)、腦脊液體積，因此可以有效地描繪癲癇患兒腦發(fā)育過程中的細(xì)微變化，并提供腦皮層病變相關(guān)的解剖結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)無灶性癲癇常規(guī)檢查中難以發(fā)現(xiàn)的腦結(jié)構(gòu)細(xì)微異常信息[7]。本研究擬采用SBM 對(duì)學(xué)齡前NEL 患兒的3D-T1WI 腦結(jié)構(gòu)影像進(jìn)行分析，以期探索該類患兒的致癇灶位置，為臨床診斷、療效監(jiān)測(cè)及預(yù)后評(píng)估提供參考。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2021 年1 月至2022 年9 月經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科確診為無灶性癲癇的學(xué)齡前患兒35 例納入NLE 組，其中男19 例、女16 例，年齡1～6 歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)神經(jīng)內(nèi)科確診為癲癇；MRI 圖像符合診斷標(biāo)準(zhǔn)；腦影像學(xué)檢查無異常。排除標(biāo)準(zhǔn)：先天性疾病或代謝性疾病患者；中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者；腫瘤或創(chuàng)傷患者；精神病史或精神藥物史者。選取同時(shí)期35 例同年齡段的健康兒童納入對(duì)照組，其中男20 例、女15 例，年齡1～6 歲。對(duì)照組的招募方式：一過性發(fā)熱門診患兒（隨訪后健康）；在兒童保健科定期體檢的兒童；社會(huì)志愿者。納入標(biāo)準(zhǔn)：無先天性疾病或代謝性疾病；無精神病史或精神藥物史；無中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：MRI 檢查禁忌證者；拒絕參與本研究者；MRI 圖像不符合診斷標(biāo)準(zhǔn)者。2 組患兒一般資料比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），具有可比性（見表1）。本研究經(jīng)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患兒家屬均簽署知情同意書。

表1 2 組患兒一般資料比較

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)收集

本研究采用飛利浦公司生產(chǎn)的3.0T Ingenia 磁共振掃描儀和數(shù)字頭顱線圈對(duì)患兒進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集前患兒需自然熟睡或口服5%水合氯醛（1 mL/kg）（蘇藥制字H04000508）鎮(zhèn)靜熟睡。其中NLE 組自然入睡患兒5 例，對(duì)照組自然入睡患兒7 例，其余均采用5%水合氯醛使患兒鎮(zhèn)靜后入睡。采用降噪耳機(jī)、海綿軟墊進(jìn)行頭顱固定及降噪處理。3D-T1WI 序列參數(shù)：回波時(shí)間為3.5 ms，重復(fù)時(shí)間為7.9 ms，視野為200×200，層厚為1 mm，掃描時(shí)間為4.4 min。另外常規(guī)采集FLAIR 序列、T2WI 序列、MRI 彌散加權(quán)成像序列影像以排除肉眼可見的腦病變。由1 名副主任醫(yī)師和1 名主治醫(yī)師對(duì)患兒圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估與診斷，以便排除圖像質(zhì)量不合格及肉眼可見腦病變患兒，如遇意見分歧，可通過與經(jīng)驗(yàn)更豐富的第3 名醫(yī)師討論后達(dá)成共識(shí)。

1.2.2 圖像分析

在Matlab8.2 平臺(tái)（R2013b）上，采用SPM12 中的CAT12 工具箱進(jìn)行SBM 分析，評(píng)估患兒的腦皮層形態(tài)。（1）將從影像歸檔和通信系統(tǒng)導(dǎo)出的DICOM格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D NIfTI 格式；（2）將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)行李代數(shù)微分同胚配準(zhǔn)算法，分割成腦灰質(zhì)區(qū)、腦白質(zhì)區(qū)及腦脊液區(qū)；（3）對(duì)腦皮層厚度進(jìn)行評(píng)估；（4）分別計(jì)算腦溝深度及腦回指數(shù)；（5）采用15 mm 半高寬（full width at half maximum，F(xiàn)WHM）高斯平滑核對(duì)腦皮層厚度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理，再采用20 mm FWHM 高斯平滑核對(duì)腦皮層厚度、腦回指數(shù)和腦溝深度數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑處理；（6）記錄患兒90 個(gè)腦區(qū)的皮層厚度、腦回指數(shù)、腦溝深度、腦灰質(zhì)體積、腦白質(zhì)體積及腦脊液體積。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料以形式表示，采用獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例和百分比表示，采用χ2檢驗(yàn)；以年齡、性別作為協(xié)變量參與統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果在cluster水平上進(jìn)行FWE 校正，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 腦皮層結(jié)構(gòu)改變

與對(duì)照組患兒相比，NLE 組患兒左側(cè)大腦半球下側(cè)顳葉皮層厚度變薄、右側(cè)大腦半球后扣帶回皮層厚度增厚、右側(cè)大腦半球下側(cè)顳葉皮層厚度變薄，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；與對(duì)照組患兒相比，NLE 組患兒右側(cè)大腦半球舌回和額中回處腦溝深度變淺，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；與對(duì)照組患兒相比，NLE 組患兒左側(cè)大腦半球距狀回皮層腦回指數(shù)增大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。具體數(shù)據(jù)詳見表2，形態(tài)學(xué)差異如圖1 所示。

圖1 NEL 組患兒腦皮層經(jīng)SBM 分析的形態(tài)學(xué)圖像

表2 2 組患兒腦皮層結(jié)構(gòu)差異比較（）

表2 2 組患兒腦皮層結(jié)構(gòu)差異比較（）

2.2 腦體積的變化

2 組患兒在腦脊液、腦灰質(zhì)及腦白質(zhì)體積方面比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。具體數(shù)據(jù)見表3，體積的分割與計(jì)算如圖2 所示。

圖2 NLE 組患兒腦脊液、腦灰質(zhì)及腦白質(zhì)體積的分割與計(jì)算圖

表3 2 組患兒腦組織體積比較（）

表3 2 組患兒腦組織體積比較（）

3 討論

SBM 是一種用于自動(dòng)化分析和處理MRI 神經(jīng)影像數(shù)據(jù)的技術(shù)，具有良好的穩(wěn)定性及可重復(fù)性，在兒童腦部占位性病變、腦癱、先天性心臟病繼發(fā)腦改變等疾病中都得到了應(yīng)用。癲癇的神經(jīng)病理學(xué)改變主要是由于局部神經(jīng)元缺失并伴隨膠質(zhì)增生、感染性病變、腦皮層發(fā)育畸形等原因，形成異常傳導(dǎo)通路造成自身放電異常激活，最終形成癇性放電。但是部分癲癇患兒常規(guī)MRI 檢查并無異常信號(hào)及形態(tài)學(xué)改變，因此正確識(shí)別致癇灶位置為臨床面臨的挑戰(zhàn)。張玉蓮等[7]采用靜息態(tài)功能磁共振對(duì)MRI 陰性顳葉癲癇患者腦功能連接研究發(fā)現(xiàn)，該類患者顳葉存在異常放電使大腦功能改變，這可能由大腦微觀結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生改變所導(dǎo)致。黃熠龍等[8]研究表明全腦及丘腦白質(zhì)體積的改變可作為診斷癲癇患兒嚴(yán)重程度的指標(biāo)。何明穎等[9]研究表明MRI 陰性癲癇患者顳葉灰質(zhì)體積減小。還有研究表明腦皮層結(jié)構(gòu)異常是癲癇發(fā)作的主要誘因，因此深入分析腦皮層細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變有助于更深入了解癲癇患兒腦發(fā)育狀態(tài)，為癲癇患兒的臨床治療提供依據(jù)[10]。

本研究中NLE 患兒腦灰、白質(zhì)體積及腦脊液體積與對(duì)照組患兒比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），說明NLE 患兒的腦整體結(jié)構(gòu)保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。但是通過SBM 技術(shù)對(duì)詳細(xì)的腦區(qū)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，NLE 患兒的部分腦區(qū)在皮層厚度、腦回指數(shù)、腦溝深度等結(jié)構(gòu)方面仍存在異常改變，這說明SBM 技術(shù)可以作為分析NLE 患兒腦結(jié)構(gòu)細(xì)微變化的方法[11]。

腦溝深度可以用來評(píng)估腦皮層發(fā)育的狀態(tài)[12]。本研究中，NLE 患兒右側(cè)大腦半球舌回和額中回處腦溝深度變淺，提示NLE 組患兒可能存在該腦區(qū)皮層發(fā)育延遲的現(xiàn)象。舌回又稱枕顳葉內(nèi)側(cè)回，顳葉癲癇是難治性癲癇中常見的一種；額中回位于額上溝和額下溝之間，額葉癲癇也較常見，這2 個(gè)腦區(qū)皮層的發(fā)育延遲可能會(huì)導(dǎo)致大腦神經(jīng)元突發(fā)異常放電，從而引發(fā)癲癇，這與相關(guān)研究中對(duì)功能磁共振研究顳葉異?；顒?dòng)的報(bào)道相一致[13]。

皮層厚度用于評(píng)估腦體積發(fā)育情況[14]，關(guān)于正常兒童MRI 研究表明，兒童大腦皮層厚度及腦回指數(shù)會(huì)隨著年齡增長而規(guī)律性增大，而異常地增大或減小就會(huì)引起一系列的腦病變[15]，其中癲癇是常見的病變[16]。本研究中NEL 患兒左側(cè)大腦半球下側(cè)顳葉皮層厚度變薄，右側(cè)大腦半球后扣帶回皮層厚度增厚，且右側(cè)大腦半球下側(cè)顳葉皮層厚度變?。≒＜0.05），這種異常的腦皮層厚度變化也可能是引起大腦異常放電而導(dǎo)致癲癇的原因。目前大多數(shù)關(guān)于癲癇患者皮層厚度的報(bào)道均為皮層厚度變薄，而本研究中發(fā)現(xiàn)右側(cè)大腦半球后扣帶回皮層厚度增厚（P＜0.05），這可能是由于兒童癲癇的病理結(jié)構(gòu)特征有別于成人，還可能是由于樣本量過低引起的偏差，關(guān)于引發(fā)這種差異的具體原因后期還需要進(jìn)一步探討。

腦回指數(shù)用于衡量腦發(fā)育的成熟度[17]，距狀皮層位于枕葉內(nèi)側(cè)面，距狀裂的上方和下方。本研究中NLE 組患兒左側(cè)大腦半球距狀回皮層腦回指數(shù)增大（P＜0.05），說明該腦區(qū)的大腦發(fā)育過快，導(dǎo)致該腦區(qū)活動(dòng)度增強(qiáng)而使大腦皮層異常放電，這也可能是引發(fā)癲癇的原因之一[18]。

本研究通過SBM 技術(shù)對(duì)T1WI 圖像進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了NEL 患兒腦結(jié)構(gòu)的細(xì)微改變，表明對(duì)T1WI 圖像的腦皮層形態(tài)學(xué)分析結(jié)果可以作為評(píng)估NEL 患兒神經(jīng)解剖學(xué)改變和探索其潛在神經(jīng)病理機(jī)制的有效工具。此外，NEL 患兒的腦結(jié)構(gòu)異常情況可能會(huì)持續(xù)，有必要進(jìn)行長期縱向MRI 隨訪檢查以確定腦結(jié)構(gòu)異常是否將持續(xù)至青春期和成年。有研究者推斷致癇灶中有很多能夠恢復(fù)正常功能的受損神經(jīng)細(xì)胞，及時(shí)治療受損細(xì)胞后，患兒或能夠恢復(fù)健康，這表明患兒在早期或輕度癲癇病變時(shí)應(yīng)及時(shí)檢查、診斷并積極治療，有助于早日恢復(fù)健康[19-20]。

本研究還存在一定的局限性：（1）本研究入組患兒的樣本量中等，但癲癇可能引起不同腦區(qū)的改變，后期須增加樣本量進(jìn)行深入研究。（2）在圖像分析中使用了成人模板進(jìn)行配準(zhǔn)，可能會(huì)造成偏差而忽略組間比較的差異，未來的研究中，本研究將進(jìn)一步尋找適合的年齡特異性模板。（3）本研究為橫斷面研究，缺少縱向隨訪，后期本團(tuán)隊(duì)會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步隨訪研究。