集成磁共振技术对常规MRI表现阴性颞叶内侧癫痫患者的定量研究

张浩天,徐蕊,罕迦尔别克·库锟,丁爽,王云玲

癫痫是最常见的神经系统疾病之一,据世界卫生组织统计,全球大约六千余万人患有癫痫,终生患病率约为8/1000[1]。国内流行病学资料显示我国癫痫的患病率为4%～7%,且每年新增人数达40万[2]。研究表明,如果癫痫患者一经确诊立即接受抗癫痫药物治疗,大部分患者的病情能够得以控制甚至痊愈[3]。早期干预可以防止患者的认知功能进一步受损[4]。但部分癫痫患者药物干预无效,被定义为抗药性癫痫[5],其中颞叶癫痫约占70%[6]。外科手术治疗是药物难治性癫痫的一种选择,但术前无创性准确定位癫痫病灶仍然是一个重大的挑战。

既往文献研究多采用灰质体积和海马体积的定量分析、扩散张量成像及静息态MRI等方法对癫痫患者进行诊断及监测,但难以对海马体积进行精准分割和测量[7-10]。也有研究应用T2-mapping对海马相关疾病进行早期诊断及治疗效果的监测[11-13]。GE公司开发的MAGiC(Magnetic Resonance Imaging Compilation)序列是一种合成磁共振成像(synthetic magnetic resonance imaging,SyMRI)技术,可以实现一次扫描而同时得到常规形态学图像和T1、T2、质子密度(proton density,PD)、纵向弛豫率(R1)和横向弛豫率(R2)等定量参数值,从而实现对疾病的全面诊断。对于mTLE的诊断,SyMRI技术通过对特定区域进行能同时进行多模态图像和多种定量参数,可以反映局部功能、代谢等方面的变化。

本研究通过运用合成MRI技术(MAGiC序列),对常规MRI表现阴性的mTLE患者及健康成年人的海马头进行定量分析,旨在探讨该技术在早期诊断mTLE中的价值。

材料与方法

1.研究对象

招募2020-2022年在本院行颅脑MRI检查的经脑电图检查确诊断为左侧颞叶内侧癫痫(medial temporal lobe epilepsy,mTLE)的患者。纳入标准:①连续4 h脑电图捕捉到发作期脑电图表现达5次及以上,且具有较明确的发作期脑电图起源;②临床症状符合mTLE先兆及发作的特点;③具有脑代谢断层现象组合表现,即癫痫发作间期检查发现左侧颞叶代谢减低且MRI检查示脑内未见明显异常信号[8];④既往无精神类疾病如癫痫、帕金森、阿尔茨海默病等;⑤既往无脑部相关病变(如脑卒中、脑肿瘤、脱髓鞘疾病等病史)及脑部手术病史;⑥无需长期接受药物治疗的其它疾病史[14]。排除标准:①图像伪影较重,无法进行定量测量;②定侧困难或双侧癫痫发作;③因蛛网膜囊肿、颅内肿瘤等所致的继发性癫痫。

最终共纳入34例mTLE患者,男15例,女19例,年龄14～32岁,平均(22±6.5)岁。同期招募在本院行健康体检且颅脑MRI检查未见明显异常的42例成年人作为正常对照组。其中,男18例,女24例,年龄21～29岁,平均(24.2±4.6)岁。两组受试者年龄及性别构成相匹配(年龄:t=1.704,P=0.087;性别:χ2=1.402,P=0.163)。

2.结构MR 图像的采集

使用GE Signa Architect 3.0T MR扫描仪和48通道头颅专用线圈,扫描范围包括整个大脑,患者取仰卧位,先采用常规MRI序列(横轴面或矢状面T2WI和横轴面T2-FLAIR)进行扫描,根据矢状面定位像确定海马长轴方向,从而行横轴面MAGiC序列扫描。MAGiC序列扫描参数:TE 22 ms,TR 9237 ms,层厚3 mm,视野240 mm×240 mm,层数256。

3.定量参数测量方法

将SyMRI扫描数据导入GE MAGiC后处理软件,在T2-FLAIR图像上双侧海马头内进行勾画ROI进行定量参数的测量,双侧海马的测量尽量选取同一层面,注意避开海马头与脑脊液和相邻脑组织相近或重叠的区域,ROI为直径2 mm的小正方形,复制到T1-mapping、T2-mapping、质子密度、R1和R2图像上,每个序列的图像上采集3次数据,取平均值,计算得到T1、T2、PD、R1及R2值。

4.统计学处理

所有数据均使用SPSS 26.0软件进行分析。对符合正态分布的计量资料采用均数±标准差表示,不符合正态分布的计量资料使用M(Q1,Q3)表示,分别使用独立样本t检验(正态分布资料)或Mann-WhitneyU检验进行组间比较。对左侧海马头参数值在mTLE组与对照组之间有统计学差异的参数及其构建的联合模型(DeLong检验)采用ROC曲线分析来评价其诊断效能。以P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.双侧海马头定量参数的比较

mTLE组内左、右侧之间及2组之间同侧海马头各项定量参数值的比较结果见表1～3。

表1 mTLE组双侧海马头定量数据及对比结果

表2 mTLE组及对照组左侧海马头定量数据及对比结果

表3 mTLE组及对照组右侧海马头定量数据及对比结果

mTLE组内左、右侧海马头之间各项定量参数值的差异均无统计学意义(P>0.05;图1)。

图1 患者,男性,33岁,于18年前确诊为难治性癫痫,经脑电图监测证实为颞叶内侧癫痫(左侧),双侧海马头于T2-FLAIR 上未见明显异常改变,左侧海马头的T1、T2、PD、R1及R2值为1710ms、98ms,85.6ms、0.67及10.30,对侧正常海马头的相应测量值分别为1392ms、97ms、89.3ms、0.71及10.31。a)T2-FLAIR;b)T1伪彩图;c)T2伪彩图;d)PD伪彩图;e)R1伪彩图;f)R2伪彩图。

mTLE组左、右侧海马头的T1和PD值均较对照组相应侧要高,且差异均有统计学意义(P<0.05);mTLE组左侧海马头的R1值较对照组同侧海马头低,差异有统计学意义(P<0.05);mTLE组与对照组之间双侧海马头的T2、R2值及右侧海马头的R1值的差异无统计学意义(P>0.05)。

2.定量参数及联合模型对mTLE的诊断效能

基于上述组间比较结果,左侧海马头的T1、PD及R1的测量值在mTLE组与对照组之间的差异有统计学意义,将这3项参数进行组合构建了四种联合模型(T1+PD+R1、T1+PD、R1+PD、T1+R1),对3项参数和4个模型进行ROC曲线分析,结果详见表4和图2～3。

表4 SyMRI定量参数对mTLE的诊断效能

图2 T1、T2和PD的ROC曲线,T1、PD及R1的AUC分别为0.89、0.74及0.84,T1的AUC最大。

T1、PD及R1的AUC分别为0.89、0.74及0.84,T1的AUC最大;T1+PD+R1及T1+R1这两种联合模型的AUC均为0.93,高于各单项参数及其它2种联合模型的AUC。进一步行Delong检验,结果详见表5。T1与PD、R1与PD、T1与R1之间AUC的差异均无统计学意义(P>0.05);T1+PD+R1联合模型的AUC高于T1、PD、R1,且差异均有统计学意义(P<0.05)。

表5 各项指标及联合模型AUC比较(DeLong检验)的P值

讨 论

海马的形态信号的改变不仅与诸多疾病相关[14-16],也会随着年龄的增长而变化[13],更是存在个体差异,因此单纯分析海马的形态和体积会造成一定的误差。既往研究采用海马体积和灰质面积等方法来研究癫痫疾病,存在一定图像质量不佳及感兴趣区勾画误差等问题。

SyMRI技术是一种较新的定量MRI检查技术[17],基于多延迟饱和多回波原理,经过单次扫描可获得8种对比加权影像,包括T1WI、T2WI、质子密度加权成像(proton density-weighted imaging,PDWI)、T1-FLAIR、T2-FLAIR、相位敏感反转恢复(phase sensitive inversion recovery,PSIR)、短时反转恢复(short-tauinversion recovery,STIR)和双反转恢复(double inversion recovery,DIR),并能够获得5种定量参数图像,包括T1、T2、R1、R2和PD。SyMRI技术首先应用于神经系统的检查,可以通过细微调节扫描参数来改善感兴趣区域的可视化,对多发性硬化等疾病具有良好的诊断价值[18-23]。近年来多项研究中将SyMRI技术应用于膝关节、乳腺、前列腺以及直肠等部位的相关疾病,结果显示该技术对于这些部位的良、恶性肿瘤具有良好的鉴别诊断价值[24-29]。说明SyMRI技术对于疾病的诊断具有巨大的潜力。SyMRI技术可以对感兴趣区进行定量测量,也为早期诊断mTLE提供影像学依据。为了获得更加准确的测量值,需要基于常规矢状面T2WI对海马头进行定位,通过选择准确的扫描平面再进行SyMRI序列的扫描,对海马头进行多次ROI的勾画和测量,取平均数作为最终测量结果。

mTLE患者海马区T1、T2及PD值的变化与组织的铁沉积、含水量以及髓鞘增减有关[30],而PD值代表着组织游离水的含量,这反映了海马潜在的细微病理生理变化。本研究中,癫痫患者双侧海马T1及PD值较正常成年人升高,T2值一般与组织的成分变化有关,脱髓鞘改变会导致T1值增高。PD值的增高表明组织内自由水较正常人增加[31],R1通常也与脑组织的髓鞘及铁沉积的变化有关,R1的降低说明组织内存在弥漫的脱髓鞘改变[32]。这些表现或许与MRI阴性癫痫患者向海马硬化型癫痫患者的病理转变过程有关,这些潜在关系需要更多的病例及研究来证实。但杨钒等[33]发现mTLE患者与海马硬化型颞叶内侧癫痫患者脑损伤模式萎缩脑区有重叠区域,也存在萎缩脑区的差异,说明两种疾病很可能存在不同的发病机制,这也解释了本研究结果与摆玉财等[34]的研究结果有着不同的差异的原因。

本研究中mTLE组左、右侧海马头的各项定量数值的差异均无统计学意义(P>0.05),可能是由于致痫灶异常放电,并向脑内其它区域播散,导致正常脑组织发生代谢等变化。左侧海马头的T1+PD+R1联合模型的AUC最大,为0.94,较3个定量参数及其它联合模型的AUC高,提示T1+PD+R1定量指标具有早期辅助诊断mTLE疾病的潜力。

本研究存在一定局限性:首先,样本量较小,需要增大样本量进一步增加研究结果的可信度;其次,并未进行更加精细的分组,如基于年龄、性别等因素进行分组;最后,大部分患者未经手术病理证实。故尚需要今后增大样本量、进行多中心研究来进一步验证本次研究的结果。

总之,本研究结果表明通过SyMRI序列定量分析海马头的T1、T2等定量参数的测量值,可以分析肉眼无法识别的脑组织的功能和代谢方面的变化,如脱髓鞘、铁沉积及含水量变化等,有望为临床早期诊断MRI阴性颞叶内侧癫痫提供更多的影像学证据。

(作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突)