基于弥散张量成像分析非病灶性颞叶癫痫患者脑白质网络结构变化与其执行功能障碍的关系

周 明，邓文超*，谢东波，王家祺，王 丹

(1.长沙市第一医院放射科，2.神经内科，湖南 长沙 410005)

颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy， TLE)是常见神经系统疾病，颞叶、海马及杏仁核等处为常见发作起源区域[1]。但是，约30%的TLE患者为非病灶性颞叶癫痫(non-lesional temporal lobe epilepsy， nl-TLE)，即经MR检查并未发现明确致痫病灶[2]，手术切除颞叶控制癫痫发作效果逊于存在海马硬化者[3]。nl-TLE患者多存在注意力、记忆力等认知功能障碍，影响其执行功能[3]。脑白质网络结构改变对癫痫发作和癫痫放电传播具有重要影响[4]。弥散张量成像(diffusion tensor imaging， DTI)常用于评估精神或神经疾病患者脑组织微结构变化。本研究基于DTI观察nl-TLE患者脑白质网络结构变化，分析其与执行功能特征的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2020年5月—2022年1月长沙市第一医院收治的40例nl-TLE患者(nl-TLE组)，男21例、女19例，年龄18～60岁、平均(32.5±6.4)岁，病程1～6年、平均(4.25±1.06)年，受教育年限5～19年、平均(12.86±2.64)年。纳入标准：①右利手；②病程≥1年，发作频率≥1次/年，类型不限；③年龄18～60岁；④受教育年限≥5年；⑤智力发育、语言功能正常；⑥可配合完成相关检查和测试。排除标准：①药物滥用史或长期酗酒史；②脑电图显示癫痫放电以颞区以外区域为主；③合并神经系统器质性病变，如脑血管疾病、颅内感染、占位等；④MRI存在影响诊断的伪影。另选同期接受体检的43名健康志愿者为对照组，男20名、女23名，年龄18～60岁、平均(33.8±6.3)岁，受教育年限6～18年、平均(13.06±2.73)年。本研究获院伦理委员会批准。检查前受试者或家属签署知情同意书。

1.2 认知功能与执行功能特征评估 ①以神经心理学测试量表评估认知功能[5]，包括蒙特利尔认知评估(Montreal cognitive assessment， MOCA)、波士顿命名测试(Boston naming test， BNT)、数字符号替换测试(digit-symbol substitution test， DSST)、雷伊听觉语言学习测试(Rey auditory verbal learning test， RAVLT)即刻记忆及延迟回忆；②以E-prime软件评估执行功能[6]，包括数字广度(顺向和逆向)、Stroop色词干扰(A～C)、词语流畅性、连接A和B、朝向一致目标反应时间(reaction time， RT)、双朝向目标RT、执行网络效率值及注意网络测试正确率。

1.3 仪器与方法 采用Siemens 3.0T Prisma超导型MR设备，64通道头颈线圈，采集头部T1WI、3D-T2WI和DTI。参数：T1WI，TR 11.76 ms、TE 5.82 ms；T2WI，TR 2 270 ms、TE 107 ms；DTI，TR 5 067 ms，TE 70 ms，FOV 240 mm×240 mm，体素2 mm×2 mm×2 mm，矩阵144×144，层厚2 mm，NSA 2，层间距0。

1.4 图像分析 由2名影像科副主任或主任医师独立阅片，意见不同时请另1名主任医师共同判定。采用SPM8软件及VBM-DARTEL分析方法基于DTI计算脑白质体积，获取组间脑白质体积差异具有统计学意义的脑区。以PANDA软件对图像进行预处理：①将DTI与参考b0图像有效对齐；②消除运动伪影和涡流畸变的影响；③分离图像背景噪声及非脑组织；④行弥散张量重建，获得标准化各向异性分数(fractional anisotropy， FA)图。以FMRIB软件进行基于纤维束示踪的空间统计(tract based spatial statistics， TBSS)分析：①将FA图配准到标准空间；②获得白质骨架和平均FA图；③将平均FA阈值设置为0.2，去除低于阈值的纤维束；④同上处理平均扩散率(mean diffusivity， MD)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。以±s表示计量资料，采用独立样本t检验比较组间神经心理学测试评分、执行功能特征及脑白质纤维束FA值和MD值；以χ2检验比较计数资料。采用Pearson检验分析nl-TLE患者脑白质网络结构变化与执行功能特征的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

组间性别(χ2=0.264、P=0.607)、年龄(t=1.068、P=0.288)及受教育年限(t=0.376、P=0.707)差异均无统计学意义。

2.1 神经心理学测试评分 nl-TLE组MOCO、BNT、DSST、RAVLT即刻记忆及延迟回忆评分均低于对照组(P均<0.001)。见表1。

表1 nl-TLE患者与健康人神经心理学测试评分比较(±s)

表1 nl-TLE患者与健康人神经心理学测试评分比较(±s)

组别MOCOBNTDSSTRAVLT即刻记忆RAVLT延迟回忆nl-TLE组(n=40)24.25±2.3118.25±2.8449.76±10.3943.28±8.968.24±3.16对照组(n=43)27.01±2.4222.58±3.1857.43±10.2752.53±9.7411.82±2.35t值-5.307-6.525-3.381-4.493-5.884P值<0.001<0.0010.001<0.001<0.001

2.2 执行功能特征 nl-TLE组数字广度顺向及词语流畅性均低于对照组(P均<0.001)，Stroop C、朝向一致目标RT、双朝向目标RT及执行网络效率值均高于对照组(P均<0.01)；组间其余指标差异无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

表2 nl-TLE患者与健康人执行功能特征比较(±s)

表2 nl-TLE患者与健康人执行功能特征比较(±s)

组别数字广度顺向(分)数字广度逆向(分)Stroop A(s)Stroop B(s)Stroop C(s)词语流畅性(个)nl-TLE组(n=40)9.18±2.366.43±1.6226.18±6.4736.22±12.4868.19±15.2413.12±3.65对照组(n=43)11.24±2.256.72±1.7825.31±6.2136.72±12.3157.65±14.8217.71±4.02t值-4.071-0.7740.625-0.1843.194-5.432P值<0.0010.4410.5340.8550.002<0.001组别连接A(s)连接B(s)朝向一致目标RT(ms)双朝向目标RT(ms)执行网络效率值(ms)注意网络测试正确率(%)nl-TLE组(n=40)44.95±10.7296.37±18.26628.96±92.31741.69±98.46118.62±35.2996.37±10.28对照组(n=43)43.86±10.4789.31±17.63542.37±82.45635.47±85.7391.26±32.4399.62±10.31t值0.4691.7924.5135.2513.681-1.437P值0.6410.077<0.001<0.001<0.0010.155

2.3 脑白质体积存在组间差异的脑区分布 nl-TLE组、对照组脑白质体积分别为(549.37±87.62)ml和(577.48±92.85)ml，组间差异无统计学意义(t=1.416，P=0.161)。nl-TLE组脑白质/全脑体积[(0.40±0.02)%]较对照组[(0.42±0.02)%]降低(t=4.552，P<0.001)。nl-TLE组左(left，L)-海马、右(right，R)-颞上回、R-楔前叶及R-后扣带回脑白质体积均小于对照组(P均<0.001)，见图1和表3。

图1 头部轴位DTI示nl-TLE患者脑白质体积缩小脑区(黄色区域) A.L-海马； B.R-颞上回； C.R-楔前叶； D.R-后扣带回

表3 nl-TLE患者与健康人脑白质体积差异有统计学意义的脑区

2.4 脑白质纤维束FA、MD值 nl-TLE组R-下纵束、L-扣带回及L-穹隆脑白质纤维束FA值较对照组降低(P均<0.001)，L-额枕下束及R-穹隆脑白质纤维束MD值较对照组增高(P均<0.05)；组间其余各脑区脑白质纤维束FA、MD值差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表4、5。

表4 nl-TLE患者与健康人脑白质纤维束FA值比较(±s)

表4 nl-TLE患者与健康人脑白质纤维束FA值比较(±s)

组别R-下纵束L-下纵束R-上纵束L-上纵束R-钩束L-钩束nl-TLE组0.48±0.040.51±0.030.50±0.040.52±0.030.53±0.050.53±0.05对照组0.51±0.030.52±0.020.51±0.020.53±0.030.54±0.050.54±0.08t值-3.883-1.798-1.456-1.517-0.910-0.677P值<0.0010.0760.1490.1330.3650.500组别R-扣带回L-扣带回R-额枕下束L-额枕下束R-穹隆L-穹隆nl-TLE组0.50±0.060.51±0.060.51±0.060.49±0.050.53±0.050.55±0.04对照组0.52±0.040.56±0.050.53±0.050.51±0.070.55±0.060.58±0.03t值-1.798-4.135-1.654-1.488-1.643-3.883P值0.076<0.0010.1020.1410.104<0.001

表5 nl-TLE患者与健康人脑白质纤维束MD值比较(±s)

表5 nl-TLE患者与健康人脑白质纤维束MD值比较(±s)

组别R-下纵束L-下纵束R-上纵束L-上纵束R-钩束L-钩束nl-TLE组0.79±0.070.77±0.020.73±0.050.69±0.030.73±0.040.69±0.04对照组0.77±0.050.76±0.040.71±0.060.68±0.040.72±0.040.68±0.07t值1.5061.4241.6431.2811.1380.791P值0.1360.1580.1040.2040.2580.431组别R-扣带回L-扣带回R-额枕下束L-额枕下束R-穹隆L-穹隆nl-TLE组0.73±0.060.64±0.070.75±0.070.70±0.020.77±0.040.72±0.08对照组0.71±0.040.62±0.080.73±0.080.68±0.030.74±0.030.71±0.04t值1.7981.2081.2083.5463.8830.728P值0.0760.2300.2300.001<0.0010.469

2.5 相关性分析 nl-TLE患者L-海马、R-颞上回、R-楔前叶、R-后扣带回白质体积，R-下纵束、L-扣带回和L-穹隆脑白质纤维束FA值，以及L-额枕下束、R-穹隆脑白质纤维束MD值均与数字广度顺向、Stroop C、词语流畅性、朝向一致目标RT、双朝向目标RT及执行网络效率值相关(P均<0.05)。见表6。

表6 nl-TLE患者脑白质网络结构变化与执行功能的相关性(r)

3 讨论

TLE患者多存在认知功能障碍及广泛的执行功能障碍，与神经递质过度释放、酸中毒及脑缺氧所致神经元结构损伤和代谢异常有关[7-8]。本研究nl-TLE组MOCO评分、BNT、DSST等神经心理学测试评分均明显低于对照组，且其数字广度顺向、Stroop C、词语流畅性等执行功能特征与对照组差异均有统计学意义，提示nl-TLE患者存在注意力、短时记忆力、反应能力障碍，影响其执行功能，与BJØRKE等[9]的结果相符。

脑区之间功能连接与脑白质体积有关[10]。QIN等[11]发现TLE患者内侧眶额回、右侧海马和海马旁回灰质体积较健康对照者明显缩小。本研究结果显示，nl-TLE组L-海马、R-颞上回、R-楔前叶及R-后扣带回脑区的白质体积较对照组明显减小，可能与长期反复癫痫发作致神经元异常放电、棘波放电、血流量和耗氧量增加、神经环路异常等有关。GLEICHGERRCHT等[12]报道，TLE患者癫痫发作模式与其双侧扣带束及下纵束脑白质纤维束FA值有关。本研究nl-TLE组R-下纵束、L-扣带回及L-穹隆脑白质纤维束FA值较对照组明显降低，与GLEICHGERRCHT等[12]的结果存在差异，可能与样本及TLE疾病类型不同有关。HOGAN[13]认为伴海马硬化TLE患者的扣带回、海马及外囊的白质纤维束MD值明显小于nl-TLE患者；本研究nl-TLE组L-额枕下束及R-穹隆脑白质纤维束MD值较对照组明显增加，均提示nl-TLE患者脑白质纤维连接的完整性受损。本研究发现nl-TLE患者上述脑白质体积、FA值及MD值与其执行功能特征相关，表明nl-TLE患者执行功能改变与脑白质网络结构变化有关。

本研究的局限性：为单中心回顾性研究，样本量相对较少，难以避免选择偏倚；未对nl-TLE组按照年龄、发作类型及侧别等进行分层分析，有待进一步完善。

综上所述，头部DTI能够有效评估nl-TLE患者脑白质网络结构改变，脑白质网络结构改变与其执行功能障碍有关。