應(yīng)用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)方法研究顳葉癲癇患者腦白質(zhì)體積變化＊

1.福建醫(yī)科大學(xué)?？偱R床醫(yī)學(xué)院(福建 福州 350025)2.南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 (福建 福州 350025)

趙麗梅1 付麗媛2 吳小偉2李 輝2 肖 慧2 陳自謙1,2

應(yīng)用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)方法研究顳葉癲癇患者腦白質(zhì)體積變化＊

1.福建醫(yī)科大學(xué)?？偱R床醫(yī)學(xué)院(福建 福州 350025)2.南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心 (福建 福州 350025)

趙麗梅1付麗媛2吳小偉2李 輝2肖 慧2陳自謙1,2

目的運(yùn)用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)(VBM)技術(shù)對(duì)顳葉癲癇(TLE)患者全腦白質(zhì)體積進(jìn)行分析，并探討顳葉癲癇患者大腦內(nèi)部的結(jié)構(gòu)改變及其規(guī)律。方法收集22例顳葉癲癇患者(其中左側(cè)顳葉癲癇組11例，右側(cè)顳葉癲癇組11例)和15例性別、年齡匹配的正常健康志愿者，使用磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列(MPRAGE)進(jìn)行全腦結(jié)構(gòu)像掃描，采用基于體素的形態(tài)學(xué)測(cè)量學(xué)(VBM)方法對(duì)T1WI 3D圖像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算每一組全腦白質(zhì)的體積(以體素表示)，提取部分腦區(qū)體積以比較組間差異，另外分別將左TLE組、右TLE組與對(duì)照組進(jìn)行組間檢驗(yàn)，以得出左TLE組與右TLE組白質(zhì)體積有差異的腦區(qū)。結(jié)果1、左TLE組較對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低的腦區(qū)有：左側(cè)海馬旁回、右側(cè)顳中回、左側(cè)額上回、左側(cè)丘腦、右側(cè)島葉、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)頂上小葉；2、右TLE組較對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低的腦區(qū)有：右側(cè)顳下回、左側(cè)舌回、左側(cè)枕中回、右側(cè)額上回、左側(cè)中央前回、左側(cè)顳上回、右側(cè)楔前葉、右側(cè)中央后回、左側(cè)頂下小葉。結(jié)論顳葉癲癇患者存在多個(gè)腦區(qū)白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常，通過采用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)技術(shù)可以反映腦白質(zhì)體積的變化。

基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)；顳葉癲癇；白質(zhì)

在我國(guó)，癲癇是神經(jīng)系統(tǒng)疾病中僅次于腦血管疾病的第二高發(fā)疾病，其中顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)是最常見的難治性癲癇。研究表明，顳葉癲癇患者腦結(jié)構(gòu)存在著廣泛異常，包括灰質(zhì)和白質(zhì)的異常[1-2]。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇患者腦結(jié)構(gòu)的異常不僅僅局限于顳葉，顳葉以外存在著廣泛的結(jié)構(gòu)異常腦區(qū)。本研究采用基于體素的形態(tài)測(cè)量學(xué)(Voxel-Based Morphometry,VBM)技術(shù)研究顳葉癲癇患者和正常人腦白質(zhì)的體積，探討顳葉癲癇患者腦白質(zhì)體積的變化。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集2013年3月～2014年8月期間在本院癲癇中心就診的難治性顳葉癲癇患者22例，其中左側(cè)顳葉癲癇11例，男6例，女5例，平均年齡(29.9±9.9)歲，平均病程13.9年；右側(cè)顳葉癲癇11例，男6例，女5例，平均年齡(28.8±8.0)歲，平均病程7.4年，所有被試均為右利手，均獲得手術(shù)與病理的證實(shí)。正常對(duì)照組15例，男7例，女8例，平均年齡(27.9±6.7)歲。所有被試均自愿接受頭顱MRI檢查。

1.2 TLE患者的納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：診斷為顳葉癲癇，并經(jīng)過術(shù)后病理的證實(shí)；病程超過2年，經(jīng)抗癲癇藥物治療后癲癇發(fā)作仍不能得到有效控制；除海馬硬化，常規(guī)MRI未見明顯異常；臨床資料完整，愿意接受與本研究相關(guān)的檢查，并且在檢查過程中配合良好。排除標(biāo)準(zhǔn)：有嚴(yán)重的軀體疾病或系統(tǒng)性疾病、酒精或藥物依賴病史、顱腦創(chuàng)傷史或其它可能影響腦結(jié)構(gòu)的疾??；有精神障礙或精神疾病家族史；有酗酒史或長(zhǎng)期使用過抗癲癇藥物之外的用藥史；有暈厥、短暫性腦缺血缺氧發(fā)作、癔病、偏頭痛或其它可能影響腦結(jié)構(gòu)與功能等一過性腦功能障礙；患者本人或者其家屬拒絕接受頭顱MRI檢查，或患者在檢查過程中不配合。

1.3 正常對(duì)照組的納入標(biāo)準(zhǔn)無嚴(yán)重的軀體疾病、腦創(chuàng)傷史或其它有可能影響腦結(jié)構(gòu)與功能的疾病；無精神障礙史；常規(guī)MRI檢查未見明顯異常。所有受試者均獲得了知情同意，自愿參加實(shí)驗(yàn)。本研究經(jīng)南京軍區(qū)福州總醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過。

1.4 儀器與方法 采用德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的 Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀，12通道相控陣頭部線圈。掃描包括常規(guī)序列(T1WI、T2WI及T2-FLAIR，以排除顱內(nèi)器質(zhì)性病變)的掃描和三維高分辨率全腦結(jié)構(gòu)像(3D-T1WI)的掃描。平行于前后聯(lián)合連線進(jìn)行掃描，掃描范圍覆蓋全腦。3D-T1WI數(shù)據(jù)通過磁化準(zhǔn)備快速梯度回波成像(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE)序列掃描獲取，其掃描參數(shù)：FOV=250mm×250mm，matrix=256×256，TR=1900ms，TE=2.53ms，F(xiàn)A=9度，層厚1mm，間隔0.55mm，激發(fā)次數(shù)為1次，掃描時(shí)間為6分6秒，共連續(xù)采集176層矢狀位圖像覆蓋全腦。

1.5 圖像分析 基于MATLAB 2009a以統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(Statistical Parametric Mapping, SPM8) (http∶//www.fil.ion.ucl. ac.uk/spm)處理腦3D結(jié)構(gòu)像。先對(duì)MRI圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整坐標(biāo)原點(diǎn)，消除頭顱位置不正對(duì)數(shù)據(jù)處理造成影響，接著使用一個(gè)相同的模型進(jìn)行組織分割、偏差校正、圖像配準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化及調(diào)整，得到兩組圖像：白質(zhì)體積和密度。采用12mm(Full-width at half-maximum，F(xiàn)WHM)三維高斯核卷積進(jìn)行空間平滑，調(diào)整后的圖像采用6mmFWHM進(jìn)行空間平滑。平滑后的圖像用于白質(zhì)體積的比較，提取白質(zhì)變化的區(qū)域。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中性別使用卡方檢驗(yàn)，年齡采用t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。VBM結(jié)果的統(tǒng)計(jì)在SPM8軟件中進(jìn)行，單樣本t檢驗(yàn)計(jì)算出左側(cè)顳葉癲癇組、右側(cè)顳葉癲癇組與對(duì)照組整組的全腦白質(zhì)體積(以體素表示)，P＜0.05為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；然后分別將左側(cè)顳葉癲癇組、右側(cè)顳葉癲癇組與對(duì)照組進(jìn)行組間兩樣本t檢驗(yàn)，將簇體積＞54個(gè)體素并且P＜0.05的腦區(qū)視為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)(P＜0.05，cluster＞54)。以偽彩來顯示，并將具有差異的腦區(qū)配準(zhǔn)到空間標(biāo)準(zhǔn)腦上，以便直觀地的觀察，其各個(gè)差異腦區(qū)的空間位置用MNI(蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所)坐標(biāo)表示。

表1 左TLE組（n=11）與對(duì)照組（n=15）部分腦區(qū)白質(zhì)體積比較（體素，±s）

表1 左TLE組（n=11）與對(duì)照組（n=15）部分腦區(qū)白質(zhì)體積比較（體素，±s）

右顳中回 左海馬旁回 左頂下小葉 左額上回 左丘腦對(duì)照組 2898.4±654.5 584.6±64.2 1213.2±357.0 997.8±259.1 402.4±48.1左TLE組 1428.6±483.2 251.6±78.1 986.5±326.9 645.2±194.3 256.1±35.6 t值 12.4 16.2 7.4 3.2 5.1 P值 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

表2 左側(cè)顳葉顳葉癲癇組較正常對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低的腦區(qū)（P＜0.05）

2 結(jié) 果

2.1 左側(cè)顳葉癲癇組與正常對(duì)照組之間腦白質(zhì)體積的比較左側(cè)顳葉癲癇組與正常對(duì)照組在年齡、性別方面均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。左側(cè)顳葉癲癇組全腦白質(zhì)體積為107254體素，對(duì)照組全腦白質(zhì)體積為137156體素，提取得出兩組中右顳中回、左海馬旁回、左頂下小葉、左額上回、左丘腦的白質(zhì)體素值并做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，左側(cè)顳葉癲癇組中以上腦區(qū)體素?cái)?shù)量較對(duì)照組少(表1)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

組間兩樣本t檢驗(yàn)顯示，左側(cè)顳葉癲癇組中左側(cè)海馬旁回、右側(cè)顳中回、左側(cè)額上回、左側(cè)丘腦、右側(cè)島葉、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)頂上小葉腦白質(zhì)體積較正常對(duì)照組降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表2、圖1)，未發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)體積增加的腦區(qū)。

2.2 右側(cè)顳葉癲癇組與正常對(duì)照組之間腦白質(zhì)體積的比較右側(cè)顳葉癲癇組與正常對(duì)照組在年齡、性別方面均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。右側(cè)顳葉癲癇組全腦白質(zhì)體積為107887體素，對(duì)照組全腦白質(zhì)體積為137156體素，提取得出兩組中右顳下回、右中央后回、左頂下小葉、右額中回、左中央前回的白質(zhì)體素值并做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析(表3)，左側(cè)顳葉癲癇組中以上腦區(qū)體素?cái)?shù)量較對(duì)照組少，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

組間兩樣本-t檢驗(yàn)顯示，右側(cè)顳葉癲癇組中右側(cè)顳下回、左側(cè)舌回、左側(cè)枕中回、右側(cè)額上回、左側(cè)中央前回、左側(cè)顳上回、右側(cè)楔前葉、右側(cè)中央后回、左側(cè)頂下小葉白質(zhì)體積較正常對(duì)照組降低，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表4、圖2)，未發(fā)現(xiàn)腦白質(zhì)體積增加的腦區(qū)。

表3 右TLE組（n=11）與對(duì)照組（n=15）部分腦區(qū)白質(zhì)體積（體素，±s）

表3 右TLE組（n=11）與對(duì)照組（n=15）部分腦區(qū)白質(zhì)體積（體素，±s）

右顳下回 右中央后回 左頂下小葉 右額中回 左中央前回對(duì)照組 3282.5±646.3 1924.6±454.4 1213.2±357.0 2085.6±678.3 2101.8±652.6右TLE組 2676.6±553.7 1774.6±503.8 967.5±277.0 1883.4±593.4 1856.6±549.5 t值 12.5 5.3 7.8 5.1 3.9 P值 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

表4 右側(cè)顳葉癲癇組較正常對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低腦區(qū)

3 討 論

VBM是一種對(duì)MRI圖像進(jìn)行計(jì)算機(jī)定量處理分析的技術(shù)，可逐個(gè)體素分析不同個(gè)體間腦組織白質(zhì)組成的差異，具有自動(dòng)化處理、無偏倚、重復(fù)性及客觀性均較高的優(yōu)點(diǎn)[3]。VBM以體素為單位，通過測(cè)量腦組織體積、密度的改變來評(píng)價(jià)腦形態(tài)學(xué)上的改變，并在活體狀態(tài)下對(duì)全腦進(jìn)行客觀定量的分析。國(guó)內(nèi)外顳葉癲癇的VBM研究主要集中在腦灰質(zhì)，腦白質(zhì)的VBM研究并不多見。陸菁菁等[4]使用VBM方法比較分析71例單側(cè)顳葉癲癇患者和22例正常健康人，發(fā)現(xiàn)癲癇組雙側(cè)大腦半球的多個(gè)腦區(qū)出現(xiàn)廣泛性白質(zhì)體積減少，白質(zhì)體積減少的區(qū)域基本與灰質(zhì)減少的區(qū)域重疊，其中扣帶回的體積降低尤為明顯。Bertram等[5]研究認(rèn)為，顳葉癲癇患者的癇性放電區(qū)與內(nèi)側(cè)顳葉產(chǎn)生的高興奮性網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，而扣帶回的白質(zhì)正是該異常高興奮網(wǎng)絡(luò)的一部分。Nilsson等[6]利用擴(kuò)散張量成像也發(fā)現(xiàn)該網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的白質(zhì)擴(kuò)散存在異常，說明了該網(wǎng)絡(luò)相關(guān)區(qū)域的白質(zhì)受累。本研究采用VBM 技術(shù)發(fā)現(xiàn)海馬旁回、顳中回、額上回、丘腦、島葉等腦區(qū)白質(zhì)體積減少，在一定程度上印證了前面幾位學(xué)者的觀點(diǎn)，同時(shí)也從形態(tài)方面反映了這些區(qū)域的白質(zhì)異常。

在以往的研究中，很少將顳葉癲癇分左右側(cè)顳葉癲癇兩個(gè)亞組，他們大多是將不同側(cè)的顳葉癲癇放在同一組或?qū)⒉煌瑐?cè)的顳葉癲癇翻轉(zhuǎn)成同一側(cè)再入組，即便如此，這些研究都印證了一個(gè)事實(shí)，即無論是左側(cè)顳葉癲癇還是右側(cè)顳葉癲癇，在全腦范圍內(nèi)均有廣泛性的結(jié)構(gòu)異常，都有體積或密度的異常。Bonilha等[7]認(rèn)為，左側(cè)顳葉癲癇一般比右側(cè)顳葉癲癇病變程度更深，病程更長(zhǎng)，所以與右側(cè)顳葉癲癇相比，左側(cè)顳葉癲癇的灰質(zhì)與白質(zhì)萎縮更為明顯。在本研究中，左側(cè)顳葉癲癇組患者的病程明顯較右側(cè)顳葉癲癇組的長(zhǎng)，而且左側(cè)顳葉癲癇組腦白質(zhì)體積的減少均較右側(cè)顳葉癲癇組明顯，這與Bonilha等學(xué)者的觀點(diǎn)具有一致性。

有學(xué)者認(rèn)為顳葉癲癇患者這種廣泛性的腦白質(zhì)體積減小可能意味著顳葉內(nèi)部與大腦半球內(nèi)部之間的連接性下降，大腦連接性的降低與紊亂可能會(huì)影響大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)協(xié)同任務(wù)的執(zhí)行，從而導(dǎo)致認(rèn)知功能下降[4]。也有學(xué)者認(rèn)為癲癇患者腦白質(zhì)體積廣泛降低的原因可能與癲癇發(fā)作本身或針對(duì)癲癇的治療對(duì)神經(jīng)發(fā)育過程的影響有關(guān)[8]。引起這種全腦范圍內(nèi)的廣泛性結(jié)構(gòu)異常的病生機(jī)制據(jù)推測(cè)是：致癇灶在癲癇發(fā)作時(shí)引起腦內(nèi)的異常神經(jīng)元同步放電，以癇性放電的形式在腦內(nèi)廣泛傳播，腦代謝增加，對(duì)氧耗和的血供的需求急劇增加，進(jìn)而導(dǎo)致了一系列病生改變，如神經(jīng)元變性及水腫、正常組織結(jié)構(gòu)消失及細(xì)胞外的間隙增寬等，這種腦組織長(zhǎng)期反復(fù)的生理與代謝變化及病理改變，均會(huì)引起腦組織白質(zhì)體積與密度的改變[9-10]。然而，導(dǎo)致顳葉患者白質(zhì)體積下降的確切病理生理機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

總之，應(yīng)用VBM技術(shù)研究顳葉癲癇患者和正常人腦白質(zhì)的體積，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇患者除顳葉結(jié)構(gòu)異常外，還存在廣泛的顳葉外腦區(qū)的結(jié)構(gòu)異常，顳葉癲癇的多個(gè)腦區(qū)白質(zhì)體積降低，具體機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

圖1 左側(cè)顳葉癲癇組較正常對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低的腦區(qū)。

圖2 右側(cè)顳葉癲癇組較正常對(duì)照組腦白質(zhì)體積降低的腦區(qū)。

圖1-5 為同一患者，52歲，左側(cè)附件區(qū)卵巢卵泡膜細(xì)胞瘤。盆腔內(nèi)見一分葉狀囊實(shí)性腫塊，邊界清，T2WI呈稍高信號(hào)，DWI呈高信號(hào)，時(shí)間信號(hào)曲線呈緩慢上升型。圖6-10 同一患者，49歲，右側(cè)卵巢卵泡膜細(xì)胞瘤。右側(cè)附件區(qū)占位，邊界清，T2WI壓脂呈是稍高信號(hào)，DWI呈高信號(hào)，增強(qiáng)呈輕度強(qiáng)化，強(qiáng)化程度較子宮肌層弱，時(shí)間信號(hào)曲線呈緩慢上升型，病理示卵泡膜細(xì)胞瘤。

[1]王維治,羅祖明.神經(jīng)病學(xué)[M].第五版.北京:人民衛(wèi)生出版社,2002,227-228.

[2]席繼輝,王曉陽,肖慧,等.基于纖維束骨架空間統(tǒng)計(jì)方法對(duì)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇患者的彌散張量成像研究[J].功能與分子醫(yī)學(xué)影像學(xué)(電子版),2015,4(3):16-21.

[3]AshburnerJ,Friston KJ.Voxelb a s e d m o r p h o m e t r y t h e m e t h o d s[J]. Neuroimage,2000,11(6):805-821.

[4]陸菁菁,李文靜,馮逢,等.顳葉癲癇腦灰質(zhì)和白質(zhì)減少及其與病程的相關(guān)分析[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院學(xué)報(bào),2013,35(3):286-293．

[5]Bertram EH, Zhang DX, Mangan P, et al．Functional anatomy of limbic epilepsy: a proposal for central synchronization of a diffusely hyperexcitable n e t w o r k[J].E p i l e p s y Res,1998,32(1-2):194-205.

[6]Nilsson D，Go C，Rutka JT，et al．Bilateral diffusion tensor abnormalities of temporal lobe and cingulate gyrus white matter in children with temporal lobe epilepsy[J]. Epilepsy Res,2008,81(2-3):128-135．

[7]Bonilha L，Rorden C，Castellano G，e t a l.V o x e l-b a s e d morphometry of the thalamus in patients with refractory medial temporal lobe epilepsy[J]. Neuroimage,2005,25(3):1016-1021.

[8]Mcmillan AB，Hermann BP,Johnson S C，e t a l．V o x e l-b a s e d morphometry of unilateral temporal lobe epilepsy reveals abnormalities in cerebral white matter[J]. Neuroimage,2004,23(1):167-174.

[9]Lieb JP，Dasheiff RM，Engel JJ，et al．Role of the Frontal Lobes in the Propagation of Mesial Temporal Lobe Seizures [J].Epilepsia,1991,32(6):822-837.

[10]Kramer U, Carmant L, Mikati MA．Electroencephalographic discharges of temporal lobe seizures in children a n d y o u n g a d u l t s[J]. E l e c t r o e n c e p h a l o g r a p h y and Clinical Neurophysiology,1998,107(5):353-360.

(本文編輯: 汪兵)

A Study of Brian white Matter Volume Changes in Temporal Lobe Epilepsy Patients by Using Voxel-based Morphometry*

ZHAO Li-mei, FU Li-yuan, WU Xiao-wei, et al．,
Department of Radiology, Fuzhou General Hospital of Fu jian Medical University, Fuzhou 350025, Fujian Province, China

ObjectiveTo investigate the white matter volume changes in patients with temporal lobe epilepsy (TLE) by using voxel-based morphometry (VBM) method．MethodsA total of 22 patients with TLE (11 the left TLEs & 11 the right TLEs) and 15 gender, age and education-matched normal volunteers were enrolled in this study．Whole brain 3D structural images were acquired using magnetization prepared rapid acquisition gradient echo (MPRAGE) sequences were performed in all patients． 3DT1WI images were analyzed base on VBM methods and calculate of the brain white matter data expressing by voxel．ResultsCompared with healthy controls,the left TLE patients demonstrated significantly decreased regional cerebral in left para-hippocampal gyrus, right middles temporal gyrus, left superior frontal gyrus, left thalamus, right insular, left inferior parietal lobule and left superior parietal lobule． The right TLE patients demonstrated significantly decreased regional cerebral in right inferior temporal gyrus, left lingual gyrus, left middle occipital gyrus, right superior frontal gyrus, left precentral gyrus, left superior frontal gyrus, right precuneus, right postcentral gyrus and left inferior parietal lobule．ConclusionThere are multiple brain white matter volumes reduction in patients with temporal lobe epilepsy, the VBM can reveal the volumes changes of white matter．

voxel-based morphometry; lobe epilepsy; white matter

R445.2；R741

A

福建省重點(diǎn)項(xiàng)目(NO.2009 Y0037)，南京軍區(qū)重點(diǎn)項(xiàng)目(09Z029)

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.02.006

2017-01-08

陳自謙