基于动脉自旋标记技术的不对称性分析在海马硬化型内侧颞叶癫痫的应用研究

赵旭 朱文珍 周志强

颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常见的药物难治性局灶性癫痫之一， 以海马硬化（hippocampal sclerosis，HS）为其最常见病理改变［1］，颞叶部分切除术是药物难治性海马硬化型内侧颞叶癫痫患者（medial temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis，MTLE-HS）的有效治疗手段。MTLE-HS 患者手术成功的关键因素之一是对致痫灶的准确定位［2］。研究发现正电子发射断层显像（positron emission tomography，PET）及单光子发射计算机断层成像术（single photon emission computed tomography，SPECT）对 MTLE 患者致痫灶的定位有较高价值， 利用PET 对MTLE-HS 患者进行扫描， 发现发作间期致痫灶同侧颞叶呈低代谢改变［3,4］，且根据发作间期双侧颞叶代谢的不对称性（致痫灶同侧代谢低于对侧）来定位致痫灶有助于提高手术成功率［4,5］。SPECT 显示脑血流变化，亦有利于致痫灶的定位。但PET 及SPECT 均存在放射性损伤，而MR 灌注具有无辐射、空间分辨率高、操作简单等优势，DSC-MRI 与ASL 均为磁共振灌注技术，但前者需要注入对比剂，不宜在短期内多次重复。动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL） 技术是一种无需注射外源性对比剂， 通过标记动脉血中的氢原子作为内源性对比剂的功能磁共振灌注成像技术。ASL 可通过测量脑血流量（cerebral blood flow，CBF）来观察全脑血流灌注情况，不影响血液理化特性，受血脑屏障影响较小。

既往研究认为TLE 可能是边缘系统功能紊乱的一种表现［6］，边缘系统属于 MTLE-HS 患者神经环路的一部分［7,8］。也有部分认为岛叶属于颞叶癫痫网络的一部分［9］，二者关系密切。因此，本研究利用3D 假连续式动脉自旋标记（pseudocontinuous arterial spin labeling，pCASL）技术（简称 3D ASL 技术）评估MTLE-HS 患者双侧颞叶、岛叶、边缘系统相关脑区的灌注变化情况， 探讨该技术在MTLE-HS 的诊断及对致痫灶的准确定位中的应用价值。

资料与方法

1.研究对象

选取 2015年10月～2017年10月在我院就诊的难治性癫痫患者， 由一名神经内科或神经外科癫痫专科医师结合临床症状及视频脑电图表现、一名核医学科医师结合PET-CT 检查、 两名放射科医师结合MRI 检查， 对患者进行综合评估，最终临床诊断为MTLE-HS。同时，为了排除致痫灶起源侧对结果的影响， 综合分析所有检查对致痫灶定位不一致或为双侧起源的患者不纳入本研究。另外，除HS 外MRI 上显示有其他病灶、扫描前24 h 内有痫性发作、患者有其他神经或精神类疾病史、无法配合或不适合行MRI 检查的患者也不纳入本研究。最终本研究共纳入21 例MTLEHS 患者， 其中10 例经手术病理证实为颞叶局灶性发育不良合并同侧 HS， 另 11 例 HS 由 MRI 影像表现，包括海马萎缩，T2FLAIR 上信号较对侧增高，海马内部结构显示不清，同侧颞角增宽等进行诊断［1］。同时记录所有患者的初始发病年龄及病程。另外选取与上述MTLE-HS 患者年龄、性别相匹配的25 名健康志愿者作为对照组，所有对照组均无神经或精神类疾病史，MRI 检查无阳性发现。所有受试者均为右利手，均签署知情同意书。

2.磁共振扫描

所有受试者均采用GE Discovery 750 3.0 T 磁共振成像系统，32 通道头线圈进行扫描， 扫描过程中嘱受试者尽量闭目放松、避免头动，并尽量不进行任何思维活动， 头部用棉垫固定以尽量避免头部移动，用耳塞减低噪音，扫描均由同一名放射科医师完成。

所有研究对象先行常规MRI 检查， 包括轴位T1WI、T2WI、T2FLAIR 扫描， 以排除颅内其他器质性病变。为便于观察海马及颞叶结构，所有受试者均加行垂直海马长轴的斜冠状位T2FLAIR扫描。3D-ASL 扫描参数：TR 4788 ms，TE 14.7 ms，标记延迟时间 1525 ms， 层厚 4 mm，NEX 3，扫描时间为 4 min 38 s； 矢状位 3D 容积扫描（3DT1BRAVO）参数：TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，TI 450 ms，翻转角 12°，矩阵256×256，视野 240×240 mm2，层数 166 层， 层厚 1 mm，NEX 1， 扫描时间 4 min 22 s。

3.数据后处理

利用基于 MATLAB2009a（the Math Works）平台的 VBM8 工具包， 以统计参数图（statistical parametric mapping，SPM8）（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）对 ASL 及 CBF 图进行预处理。（1）首先对ASL 及CBF 数据进行质量分析，其中有4 例患者 ［ 右 侧 MTLE-HS （RMTLE-HS）2 例 ， 左 侧MTLE-HS（LMTLE-HS）2 例］因图像质量问题被排除；（2）对其余受试者［健康对照（healthy control，HC）组 25 例，RMTLE-HS 组 10 例，LMTLE-HS 组11 例］的 ASL 图像及 3D T1结构像进行配准；（3）将配准后的 3D T1结构像进行图像分割；（4）将图像分割的参数信息运用到ASL 及CBF 图像上，重定体素大小为（3 3 3），进行标准化；（5）设置全宽半峰（full width half maximum，FWHM）为（4 4 4），对所得图像进行平滑处理；（6）根据自动解剖标定模 型 （automated anatomical labeling，AAL）［10］将 全脑分割为116 个脑区，选取双侧颞叶、颞叶内侧结构、岛叶及边缘系统相关脑区（包括双侧海马、海马旁回、杏仁核、颞横回、侧颞上回、颞极上部、颞中回、颞极中部、颞下回、岛叶、丘脑、前扣带回、中扣带回、后扣带回） 共 28 个兴趣区（regions of interest，ROI）做为蒙板（mask），提取该 mask 对应区域的CBF 值。

4.统计学分析

利用 SPSS 软件对三组受试者 28 个 ROI 的CBF 值分别进行单因素方差分析， 并对有统计学差异（P＜0.05）的 ROI 进一步以 Bonferroni 进行事后分析，P＜0.05 认为有统计学差异。

计算不对称指数（asymmetry index，AI）：利用公式

计算每对ROI 双侧半球血流灌注的差异。AI＞0 提示右侧 ROI 的 CBF 值大于左侧 ROI， 表示右侧化不对称；反之，AI＜0 提示右侧 ROI 的 CBF 值小于左侧ROI，表示左侧化不对称［11,12］。运用 SPSS软件对三组受试者的AI 值进行单因素方差分析，并以 Bonferroni 进行事后分析，P＜0.05 具有统计学差异。

结 果

1.一般资料

本研究共纳入 MTLE-HS 患者 21 例（包括LMTLE-HS 11 例，年龄 18～50 岁； RMTLE-HS 10例，年龄 22～49 岁），HC 组 25 例，年龄 19～44 岁。三组受试者间的性别（P=0.818）、年龄（P=0.140）之间无明显统计学差异。LMTLE-HS 组与RMTLE-HS 组之间第一次癫痫发作的年龄（P=0.632）、癫痫的病程（P=0.078）之间无明显统计学差异（表1）。

2.HC组、LMTLE-HS组与RMTLE-HS组CBF值的单因素方差分析结果

三组受试者CBF 值的单因素方差分析结果显示，三组受试者在双侧岛叶、双侧前扣带回、左侧海马、左侧海马旁回、左侧杏仁核、双侧丘脑、双侧颞横回、双侧颞上回、双侧颞极上部、右侧颞极中部的CBF 值存在组间差异， 进一步事后分析显示，LMTLE-HS 组的左侧岛叶（平均值差值10.224，P=0.045）、左侧海马（平均值差值 8.010，P=0.006）、左侧海马旁回（平均值差值 8.278，P=0.033）、左侧杏仁核（平均值差值 8.278，P=0.033）、左侧丘脑（平均值差值6.786，P=0.020）、右侧丘脑（平均值差值 7.898，P=0.045）、左侧颞横回（平均值差值 8.823，P=0.034）的 CBF 值低于 HC 组，二者之间存在统计学差异；RMTLE-HS 组的左侧岛叶（平均值差值 6.229，P=0.035）、 右侧前扣带回（平均值差值 10.282，P=0.020）、右侧颞上回（平均值差值 11.289，P=0.036）、右侧颞极上部（平均值差值 10.052，P=0.008）的 CBF 值低于 HC 组，二者之间存在统计学差异；LMTLE-HS 组的左侧海马CBF 值低于RMTLE-HS 组，二者之间存在统计学差异（平均值差值-8.692，P=0.015）（图1）。

3.HC组 、LMTLE-HS组与RMTLE-HS组AI值的单因素方差分析结果

三组受试者双侧 CBF 的 AI 值的单因素方差分析结果显示，三组受试者在双侧岛叶（P=0.019）、双侧海马（P=0.001）、双侧海马旁回（P=0.033）、双侧杏仁核（P=0.022）、双侧颞上回（P=0.003）、双侧颞中回（P=0.015）的 AI 值存在统计学差异， 进一步进行事后分析发现 HC 组与LMTLE-HS 组的双侧岛叶（平均值差值-7.238，P=0.034），双侧海马（平均值差值-6.987，P=0.040）的AI 值有统计学差异；HC 组与RMTLE-HS 组的双侧颞上回（平均值差值 11.017，P=0.031）的 AI 值有统计学差异；LMTLE-HS 组与RMTLE-HS 组相比双侧岛叶（平均值差值8.524，P=0.040）、双侧海马（平均值差值 12.863，P=0.001）、双侧海马旁回（平均值差值 15.036，P=0.037）、双侧杏仁核（平均值差值 12.154，P=0.020）、双侧颞上回（平均值差值 17.410，P=0.002）、双侧颞中回（平均值差值14.804，P=0.012）的 AI 值有统计学差异（图2）。

表1 三组受试者的一般资料比较

讨 论

本研究利用3D ASL 技术对海马硬化型内侧颞叶癫痫患者的脑血流量改变进行分析， 结果发现， 与HC 组相比，MTLE-HS 患者较多脑区出现灌注减低，以致痫灶同侧为主，如LMTLE-HS 患者的左侧岛叶、左侧海马、左侧海马旁回、左侧杏仁核、 左侧丘脑、 左侧颞横回的 CBF 值下降，RMTLE-HS 患者的右侧前扣带回、右侧颞上回、右侧颞极上部的CBF 值下降，LMTLE-HS 灌注下降范围更广；致痫灶对侧部分脑区亦可见灌注减低，包括LMTLE-HS 的右侧丘脑及RMTLE-HS 的左侧岛叶的CBF 值降低。LMTLE-HS 组与RMTLEHS 组之间CBF 值的差异仅见于左侧海马， 但两组AI 值的差异比较广泛，见于双侧岛叶、双侧海马、双侧海马旁回、双侧杏仁核、双侧颞上回、双侧颞中回。由此可见，MTLE-HS 患者致痫灶同侧脑区CBF 值下降， 也可累及部分对侧脑区，且 LMTLE-HS 较 RMTLE-HS 改变更明显。对LMTLE-HS 组与RMTLE-HS 组的鉴别诊断上， AI值更有价值。

图1 HC 组 、LMTLE-HS组 、RMTLE-HS 组 三 组 之间 CBF 的统计学分析结果 （*P ＜0.05；**P ＜0.01）。Insula_L： 左 侧 岛 叶 ；Cingulum_ant_R：右侧前扣带回；Hippo_L：左侧海马；Parahippo_L： 左侧海马旁回；Amygdala_L：左侧杏仁核 ；Thalamus_L： 左 侧 丘脑 ； Thalamus_R： 右 侧 丘脑 ；Heschl_L： 左 侧 颞 横回；Temporal_sup_R： 右侧颞 上 回 ；Temporal_pole_sup_R：右侧颞极上部

图2 HC 组 、LMTLE-HS 组 、RMTLE-HS 组三组之间双侧大脑半球 CBF 的 AI 值的统计学分析结果（*P＜0.05；**P＜0.01）。Insula： 岛 叶 ；Hippo： 海 马 ；Parahippo：海马旁回；Amygdala：杏仁核；Temporal_sup：颞上回；Temporal_mid：颞中回

MTLE 是指发作起源于内侧颞叶的癫痫，主要表现为内侧颞叶脑区结构的神经元丢失及胶质细胞增生， 是临床上最常见的药物难治性局灶性癫痫［1］。本研究显示，MTLE-HS 患者致痫灶同侧颞叶结构的CBF 值下降，呈低灌注状态，同时，本研究还发现双侧海马，双侧颞上回CBF 的不对称性与对照组相比有统计学差异， 这与既往部分研究结果相符。Engel 等［13］最早利用18F-FDG PET 对癫痫致痫灶进行定侧研究， 发现发作期局部脑皮层呈异常高代谢，而发作间期则表现为低代谢，另有研究显示约80%TLE 患者颞叶致痫灶在PET 中表现为低代谢［14］。部分 ASL 研究亦发现 MTLE-HS患者致痫灶局部呈低灌注状态， 且其不对称性与对照组相比有明显统计学差异［15］。MTLE 患者发作间期致痫灶同侧呈低灌注改变的原因尚不明确，可能与致痫灶区域内神经突触活性下降、局部皮层萎缩、神经细胞减少等有关［14］，另有研究者认为，TLE 发作间期仍可见痫性放电，局部低灌注可能与痫性放电有关［16］。

本研究还可见MTLE-HS 患者的部分边缘系统结构如海马、海马旁回、杏仁核、丘脑、前扣带回呈低灌注表现，且三组受试者双侧海马、双侧海马旁回、双侧杏仁核的AI 值存在统计学差异。边缘系统结构通过帕帕兹环路（Papez circuit）相互联系，在此环路中，扣带回作为外环连接海马旁回与扣带皮层，穹窿作为内环连接海马与乳头体。乳头体通过乳头丘脑束与丘脑相连、 继而通过丘脑皮质束到达扣带皮层［17,18］。MTLE-HS 患者以内侧颞叶结构包括海马、海马旁回、杏仁核等的神经元丢失及胶质增生为主要病理表现［19］，故而MTLE-HS患者的海马、海马旁回、杏仁核呈低灌注表现，而丘脑、 扣带皮层与上述颞叶内侧结构通过帕帕兹环路相联系， 癫痫异常放电可能通过该通路累及边缘系统的其他结构， 引起远距离脑区的结构与功能损害，表现出低灌注。Barron 等［20］的研究就表明丘脑内侧枕是癫痫网络的一部分，Gong 等［21］也发现MTLE-HS 患者的双侧丘脑体积及DTI 参数与正常人相比均有显著统计学差异。

本研究显示MTLE-HS 岛叶的灌注减低。岛叶主要负责躯体和内脏感觉，90%以上 MTLE 患者可出现一系列各种单纯或复杂的内部感觉， 其中最常见表现为发作之前出现的胃气上涌感等上腹部先兆，或恐惧、惊恐等复杂内部感觉。有学者利用PET 对MTLE 患者进行研究， 结果表明 MTLE患者可见岛叶呈低代谢，且以致痫灶同侧为主，同时发现上述上腹部先兆与岛叶后部低代谢相关，恐惧、 惊恐等复杂内部感觉与岛叶前部低代谢相关［22］。同时，Isnard 等［23］利用颅内立体定向脑电图也发现MTLE 患者的异常放电可波及岛叶。可见，MTLE 与岛叶关系密切， 这与本研究结论一致，岛叶可能属于颞叶癫痫网络的一部分［9］，也有学者认为岛叶很可能也是MTLE 的起源灶之一［24］。

另外，本研究还发现，LMTLE-HS 组 与RMTLE-HS 组之间CBF 值的差异仅见于左侧海马，但两组患者AI 值的差异比较广泛，见于双侧岛叶、海马、海马旁回、杏仁核、颞上回、颞中回。由此可，AI 值对 LMTLE-HS 组 与 RMTLE-HS 组的鉴别诊断更有价值。已有较多研究发现TLE 患者双侧半球脑区脑血流量的不对称性与正常对照组相比有统计学差异［15,25］，较少有研究对LMTLEHS 组与RMTLE-HS 组的AI 值进行比较分析，本研究发现两组患者之间AI 值的差异主要见于颞叶，也可见于岛叶，由此可见，颞叶、岛叶CBF 的不对称性可能用于对MTLE-HS 的致痫灶进行定侧。

综上所述,本研究采用3D ASL 技术，对MTLEHS 患者脑灌注状况进行研究，发现与正常人相比，MTLE-HS 患者的颞叶、边缘系统及岛叶的血流灌注减低，以致痫灶同侧灌注下降更明显，且LMTLEHS 较 RMTLE-HS 改变更明显， 同时，LMTLE-HS组与RMTLE-HS 组双侧颞叶、岛叶血流灌注的不对称性存在差异， 提示3D ASL 技术在MTLE-HS的诊断及定侧诊断中有一定的应用价值。