基于体素的MRI 阴性成人颞叶癫痫灰质结构研究

杨钒 贾文霄 罕迦尔别克·库锟 丁爽 王云玲

癫痫是由多种病因引起大脑神经元活动过度或同步异常所致大脑功能障碍的一类慢性神经系统疾病［1］，已成为一个主要的全球健康问题［2］。颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是局灶性癫痫中最常见的形式，具有发病率高，易造成相关功能受损的特点［3,4］，多数病例已表现出耐药性，作为手术候选者。TLE 常见病因为海马硬化（hippocampal sclerosis，HS）、肿瘤、局灶性皮层发育不良（focal cortical dysplasia，FCD）及外伤等［5'7］。在临床工作中，约30%的TLE 患者表现为MRI 阴性，对该群体建立相应的诊疗方案受到影响［8］。

MRI 阴性TLE 是指在常规结构MRI 上无可见的任何致痫灶，如海马硬化、肿瘤等，但具有典型TLE 的临床电生理表现。随着医师诊断水平、扫描仪的发展、弥补视觉分析的一些手段及病理学发展等持续更新，已经将许多过去被认为是MRI 阴性的TLE 病例推进到病变阳性组，检测出HS、FCD、胚胎发育不良性神经上皮肿瘤（dysplastic neuroepithelial neoplasms，DNET）等微小病灶［9］。目前研究中对MRI阴性TLE的诊断多以1.5T或3.0TMRI为标准［10］，有关TLE 的人群研究都是基于电临床表现，并不包括影像技术作为额外的诊断特征，因此实际MRI 阴性TLE 在普通人群中的比例仍然未知。

Kogias 等［11］报道了3.0TMRI表现正常的难治性TLE 患者的术后病理结果，提示MRI 阴性TLE 患者存在MRI 上视觉评估未见的潜在颞叶表现，有部分学者提出MRI 阴性TLE 与海马硬化型内侧颞叶癫痫（mesial temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis，MTLE'HS）属于同一癫痫类型［12］，但也有文献报道MRI 阴性TLE 和MTLE'HS 是两个独立的类型，其中临床表现、电生理学特征以及神经功能的改变上存在着不同［13,14］。本研究从争议点出发，旨在基于体素形态计量学（voxel'based morphometry，VBM）方法探讨未使用抗癫痫药物的MRI 阴性TLE 患者的脑结构形态学改变，探讨MRI阴性TLE和MTLE'HS癫痫损伤模型，分析异常脑区形态学特征与临床特征的相关性，进一步加深对MRI 阴性TLE的认识，从而为患者建立临床诊疗方案提供了依据。

资料与方法

1.一般资料

回顾性收集2020 年4 月～2021 年5 月就诊于新疆医科大学第一附属医院，且经临床确诊为颞叶癫痫患者，年龄范围为18～65 岁，教育程度不限。其中MRI 阴性TLE 组21 例，男9 例，女12 例，年龄24～57（38.29±12.70）岁，病程8～252［24（12，54）］个月；MTLE'HS 组20 例，男6 例，女14 例，年龄24～53（32.70±8.05）岁，病程12～360［78（39，114）］个月；对照组为同期在我院体检的健康志愿者，共25 例，男16 例，女9 例，年龄20～60（40.76±11.78）岁。研究对象一般情况见表1。本研究经新疆医科大学临床试验伦理委员会批准，所有被试者或其家属在磁共振检查前均知情同意并签署研究相关知情同意书。

表1 研究对象的一般情况比较

2.研究方法

健康对照组纳入标准：18 岁以上；右利手；脑磁共振检查结果正常。

中石化某分公司常减压装置设计规模为8.0 Mt/a，设计加工原油为仪长管输油，属于偏重的原油。装置于2010年10月份首次建成投产，在2014年3月份进行了首次停工大检修，2017年4月份计划进行第二次停工大检修，为了在本次停工期间，实现密闭排放和安全停工，借鉴以往的经验，通过各种措施和方案，实现了密闭吹扫，整个停工过程中无乱排、无乱放、无异味。停工后设备打开较为干净，为安全检修提供有力保障。

临床信息：采用SPSS 26.0 软件进行数据分析。性别（计数资料）以相对数构成比（%），采用χ2检验。年龄、受教育年限、病程、起病年龄等计量资料，若呈正态分布以均数±标准差表示，采用单因素方差分析分析，两两比较行LSD't 检验；非正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，采用Mann'Whitney U 检验。以P<0.05 为差异有统计学意义。

从上述MRI 阴性TLE与TLE'HS 灰质体积分析结果中提取差异性ROI 区域，将数值导入SPSS 26.0软件中，采用Spearman 相关分析两组ROI 的灰质体积均值与病程、起病年龄之间的相关性。

基于MTLE'HS 组与MRI 阴性TLE 组灰质体积差异图作为ROI 提取患者灰质体积均值，分析其与病程、起病年龄的相关性。发现MTLE'HS 组与MRI 阴性TLE 组灰质体积均值分别与其病程无相关性（P>0.05）。发现MTLE'HS 组与MRI 阴性TLE 组灰质体积均值分别与其起病年龄无相关性（P>0.05）。

3.数据采集

收集一般人口统计信息。

统计参数映射（statistical parameter mapping，SPM）图像分析方法使用dcm2nii（http://www.cabiatl.com/mricro/mricron/dcm2nii.html）将三维MPRAGE数据的DICOM 文件转换为.nii 格式。基于Matlab R2017a软件中CAT12工具包（http://dbm.neuro.uni'jena.de/cat/）中的VBM 方法分析MPRAGE 数据。VBM 基于Matlab R2017a 平台，采用CAT12 工具包对T1结构像进行分析。首先进行头动校正，然后在原始空间内将T1脑结构像分割成灰质、白质、脑脊液图像。分割结束后，检测所分割图像的同质性。通过非线性变换与标准模板实现最佳配准，以8 mm 半宽高对灰质、白质进行平滑处理，平滑处理后的图像用于进行统计分析。

4.图像处理及分析

所有受试者在Siemens Skyra 3.0 T 磁共振仪上进行图像采集，采用12 通道头线圈进行扫描。所有研究对象先行常规MRI 检查，包括轴位T1WI、T2WI、T2'FLAIR 扫描，以排除颅内其他器质性病变。加之使用三维磁化准备快速梯度回波（magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE）序列进行脑结构T1WI 采集，矢状位扫描，范围覆盖全脑。扫描参数：（1）T2WI 序列：TR 5000 ms，TE 125 ms，视野220 mm×200 mm，激励次数1，扫描层数20 层，层厚6 mm，间隔0.6 mm，扫描时间35 s，偏转角120°。（2）T2'FLAIR序列：TR 9000 ms，TE 127 ms，视野220 mm×200 mm，激励次数1，扫描层数20 层，层厚6 mm，间隔0.6mm，扫描时间1min48s，偏转角180°。（3）MPRAGE 序列：TR 2300 ms，TE 2.32 ms，翻转角8°，扫描视野240 mm ×240 mm，矩阵256 × 256，激励次数1 次，层厚0.9 mm，层间距0，扫描时间5 min 21 s。

黑洞——一种密度大到连光都无法逃逸的天体——是爱因斯坦广义相对论的一个惊人产物。广义相对论认为，我们称之为“引力”的这种现象，实际上是时空几何的一种扭曲。根据这个理论，当某个地方集中了太多物质或能量后，时空就会产生变化：时间会变慢，物质会收缩并且消失在那些宇宙天坑（也就是黑洞）里。

5.统计学分析

MRI 阴性TLE 组纳入标准：MTLE 诊断标准参照2010 年国际抗癫痫联盟（International League Against Epilepsy，ILAE）标 准［15］，由神经内科医师根据病史回顾、发作症状、发作间期脑电图检查诊断为TLE；发作期及发作间期脑电图提示痫样放电起源于单侧颞叶；由两位影像诊断医师综合评估高分辨3.0 T 磁共振检查未发现明显致痫灶，包括排除HS、FCD、肿瘤、血管畸形等；被试者能配合全程MRI 相关检查；患者在初次发病至本次检查期间未服用抗癫痫药物。

带着这样的思考，我们进行了“智慧珠”实验，总时长1小时，在初步认识实验材料之后，学生可按研究兴趣分组实验。

VBM 分析：基于体素的统计学分析采用SPM 12 软件进行，对健康对照组（healthy controls，HC）与MRI 阴性TLE、HC 与MTLE'HS 分别行两样本t 检验进行灰质体积比较，将全脑体积作为协变量。多重比较校正（false discovery rate，FDR）P<0.05 被认为有显著差异，Cluster 值>50 时被报道。结果图像使用Xjview 展示。

这是我遇见的最盛大最古老的一棵樟。我惊讶于它的轮廓之美，在蓝的天，远的山，阡陌交通的背景下，成就了一幅剪影，以孔雀开屏的姿势立在天地之间。树冠之大，我只有在远远地隔着一条马路的时候才能把它完全收进视野，而在我踏进孔雀的腹地后，它的任何一根羽毛都足以把我淹没。

图5 （a）、（b）中，实线表示降水量偏多状态，虚线表示降水量偏少状态，系数为零表示降水变化的突变点。图5（c）、（d）反映能量随时间尺度的分布。

MTLE'HS 纳入标准：MTLE 诊断标准参照2010 年ILAE标准［15］，由神经内科医师根据病史回顾、发作症状、发作间期脑电图检查诊断为TLE；发作期及发作间期脑电图提示痫样放电起源于单侧颞叶；由两位影像诊断医师综合评估高分辨3 T磁共振检查表现为单侧HS（包括海马体积缩小、T2'FLAIR 序列信号增高、颞角较对侧扩大、海马形态异常等），无其他明显结构异常；被试者能配合全程MRI 相关检查。

结果

1.两独立样本t 检验比较受试者灰质体积

与对照组相比，MTLE'HS 组表现为双侧杏仁核、海马、海马旁回、颞极（颞上回）、楔前叶、颞中回、左侧梭状回、左侧角回、右眶部额上回、右前扣带回和带扣带脑回、右颞上回、右补充脑区、右小脑等脑区灰质体积的缩小。在损伤趋势图上发现MTLE'HS 组患者的灰质体积减小区广泛，且损伤呈双侧改变（图1，表2）。

表2 MTLE'HS 组较对照组灰质体积减少脑区分布

图1 MTLE'HS 组较对照组灰质体积减少脑区分布图

与对照组相比，MRI 阴性TLE 组与MTLE'HS 组均表现出广泛的灰质体积降低。与对照组相比，MRI阴性TLE 组表现为左眶部额下回（左颞极：颞上回）、左梭状回、右舌回（右梭状回）、右颞中回、右楔叶、左枕上回、右枕上回（右顶上回）、右中央旁小叶等脑区灰质体积减小（图2，表3）。

表3 MRI 阴性TLE 组较对照组灰质体积减少脑区分布

图2 MRI 阴性TLE 组较对照组灰质体积减少脑区分布图

2.相关性分析

排除标准：患者不配合或不耐受MRI 检查过程；合并其他神经系统疾病及严重的其他系统性疾病；既往颅脑外伤史，脑血管病史、脑肿瘤病史或手术史。

讨论

1.研究设计

脑形态学改变有助于进一步了解神经系统疾病，各种自动化软件程序被设计用来提供一个自动化框架来检测结构MRI 成像数据中的脑形态变化。研究人员评估了不同的自动脑分割程序（如SPM、FreeSurfer 和FSL）在阿尔茨海默氏症或轻度认知障碍患者中的可靠性，发现使用SPM 程序得到的分割结果比使用FreeSurfer或FSL 得到的分割结果更可 靠［16］。基于上述发现，本研究决定使用SPM 工具箱中的CAT12 进行VBM 分析。对照组对于使用VBM 检测结构异常中起到至关重要的作用，一项VBM 设计有关协变量优化选择的研究中，使用了不同的匹配和协变量纳入策略来确定VBM检测HS 患者异常的最佳设计。研究表明，将总颅脑体积（total intracranial volume，TIV）作为单协变量用于HS 的VBM的灰质分析研究方法是最优的［17］。一般来说，通常用于VBM 的ANCOVA的优化设计，包括与因变量相关但不与彼此或任何独立预测因子相关的少量协变量。如果违反该条件，显著相关（多重共线性）的存在会降低统计结果的稳健性，因为它会导致分析模型的过拟合［18］。由于TIV 和性别、年龄之间存在很大程度的多重共线性，研究不建议将其作为额外的协变量。因此，本研究仅将TIV作为协变量用于灰质体积的研究，而并未纳入其他变量。

茉心笑道：“小主放一百二十个心，是主子娘娘身边的莲心亲口来告诉奴婢的，说是听见皇上与主子娘娘说的。给莲心一万个胆子，她也不敢撒这样的弥天大谎啊！”

2.MTLE'HS 患者的脑损伤模式

首先比较MTLE'HS 组患者与对照组，来描述MTLE'HS 患者的脑损伤模式，结果表示MTLE'HS 患者与对照组相比，灰质体积减少区域分布于双侧杏仁核、海马、海马旁回、颞上回、楔前叶、颞中回、左侧梭状回、左侧角回、右眶部额上回、右前扣带回和带扣带脑回、右补充脑区、右小脑等脑区，且损伤多呈双侧改变。损伤较严重的区域分布于杏仁核、海马、海马旁回，这些脑区属边缘系统，此网络与海马间存在结构上或功能上的连接，是TLE 的主要继发脑区［19］。边缘系统参与记忆、注意和情感行为等认知功能，与TLE 有关的认知功能损害有关。杏仁核参与癫痫样活动的产生与传播，与MTLE 情绪障碍有关［20］。有研究发现TLE 患者通常伴有杏仁核体积的减少［21］。既往研究报道，在MTLE'HS 患者中灰质减少区域位于海马、丘脑、岛叶、壳核、海马旁回、颞上回、额区、中央后回、小脑和扣带回［22］。

3.MRI 阴性TLE 患者的脑损伤模式

虽然MRI 阴性TLE 在视觉分析上似乎无可见的致痫灶，笔者通过结构磁共振协方差分析的模式基于体素的形态测量法，使用灰质体积测量进行组级分析，比较MRI 阴性TLE 组、MTLE'HS组与对照组之间的灰质萎缩模型，探讨了MRI 阴性TLE 患者的脑损伤模式。通过比较MRI 阴性TLE 患者与对照组，来描述MRI 阴性TLE 患者的脑损伤模式，结果表示MRI 阴性TLE 患者与对照组相比，灰质体积减少区域分布于双侧梭状回、左颞上回、右颞中回、右楔叶、左枕上回、右顶上回、右中央旁小叶等脑区。MRI 阴性TLE 患者中海马未见明显萎缩，但部分颞叶结构表现了皮层的萎缩，可能是由于颞叶脑区放电导致神经元缺血缺氧改变继发改变周围结构的改变。先前有关研究显示MRI 阴性TLE 灰质体积减少区位于丘脑、岛叶、海马旁回、颞上回和颞下回、额皮质和眶额皮质、中央后回、小脑和扣带回中［23］。在这部分的研究中虽然MRI 阴性TLE 患者也表现出弥漫性的脑损伤模式，但本研究的结果与既往研究所示萎缩脑区不同。

4.MRI 阴性TLE 与MTLE'HS 的比较

研究中发现MRI 阴性TLE 与MTLE'HS 患者存在一些相似处，即在颞上回、颞中回、梭状回区域发生了萎缩。二者都存在颞叶皮层结构萎缩，这种改变可能与癫痫网络有关，但萎缩脑区也存在差异，说明TLE 癫痫网络结构损伤的复杂，这些结构在病理层面上相互作用从而影响癫痫发作期、发作间期的临床表现［24］。既往对于MTLE'HS患者进行研究时发现了丘脑的萎缩［25］，但在本研究中两种患者中均无法发现此改变，未能在本研究中验证连接前丘脑和颞叶内侧的癫痫网络，说明癫痫网络的复杂性。本研究也提示MTLE'HS 患者脑损伤较MTI 阴性TLE 脑损伤更严重，但这种损伤趋势与病程和起病年龄无相关性。

本文尚存在不足之处：研究所纳入的研究对象数量有限，未能对患者患病侧别进行亚类区别。考虑到抗癫痫药物、药物种类及剂量等因素对于疾病的影响，对MRI 阴性TLE 严格控制，而对于MTLE'HS 患者尚未能排除药物带来的混淆。

综上通过本次研究，发现通过结构磁共振协方差分析的模式基于体素的形态测量法研究探讨MRI 阴性TLE 与MTLE'HS 患者脑结构损伤模型，发现MTLE'HS 患者存在以边缘系统为主的双侧广泛的灰质结构损伤，尽管MRI 阴性TLE 也存在弥漫性的灰质萎缩模式，但在分布上与MTLE'HS 患者存在差异，提示二者可能存在不同的病理生理机制。