脑电图和功能磁共振成像同步联合在颞叶癫痫致痫灶时间和空间定位的应用

田绪平，束汉生，张秋建，巢　青



脑电图和功能磁共振成像同步联合在颞叶癫痫致痫灶时间和空间定位的应用

田绪平，束汉生，张秋建，巢青

［摘要］目的:探讨脑电图和功能磁共振成像(EEG-fMRI)同步联合技术在颞叶癫痫致痫灶时间和空间定位中的应用价值。方法:17例有病灶性的颞叶癫痫患者，手术前均接受EEG-fMRI检查，手术中采用皮层电极和深部电极描记，确定致痫灶的真实位置和范围，并与EEG-fMRI方法所确定的致痫灶位置和范围进行比较。结果:7例二者所确定的致痫灶位置和范围完全相同，10例所确定的致痫灶中心位置相同，但其中9例同步EEG-fMRI范围较大，1例皮层电极和深层电极范围较大。结论: EEG-fMRI是一种无创的结合时间和空间信息的定位方法，可以在fMRI影像上直观了解致痫灶的位置和范围。

［关键词］癫痫;颞叶;脑电图;磁共振成像

［作者单位］蚌埠医学院第二附属医院神经外科，安徽蚌埠233040

外科手术是治疗难治性颞叶癫痫的有效方法，手术方式及致痫灶切除范围取决于术前对致痫灶的精确定位。脑电图(EEG)具有时间分辨率高的优点，可以对放电起源进行功能定位，但空间分辨率低; MRI具有空间分辨率高的优点，对引起癫痫的结构性病变可以进行解剖定位，但时间分辨率低。EEG和功能磁共振成像(EEG-fMRI)同步联合技术是最近发展起来的一种将时间和空间定位相结合的无创检查方法。2009年1月至2012年6月，我院对17例有病灶性的颞叶癫痫患者进行术前致痫灶时间和空间定位的同步EEG-fMRI，并与术中皮层电极和深部电极确定的患者致痫灶位置及范围进行对比，现作报道。

1　资料与方法

1．1一般资料17例中，男13例，女4例;年龄12～54岁。术前头皮脑电监测示17例均有棘波及尖棘波发放，其中左侧颞叶7例，右颞叶10例。病变性质:皮层发育不全2例，蛛网膜囊肿2例，海马硬化3例，血管异常5例，胶质瘤2例，软化灶、血吸虫肉芽肿、灰质异位症各1例。四肢强直伴抖动5例，仅四肢强直9例，口角歪斜7例，双眼斜视3例，口吐白沫2例，癫痫发作前有躯体感觉异常或幻视3例，既往有高热病史1例。本组病例的选择主要根据以下原则:经正规的药物抗癫痫治疗2～4年无效;每月发作2～4次，影响生活和智力;癫痫灶位明确;无MRI扫描禁忌证。

1．2 EEG数据采集采用10×20电极系统，便携式数字脑电图仪，非磁性材料制作的弹力电极帽(Ag为制作材料)。记录软件: Galileo NT、磁共振在线滤波软件，为了便于在磁共振室内操作，EEG放大器安放在一个屏蔽盒中记录脑电信号和完成模拟及数字转换。先使用皮肤清洁剂处理头皮，电极加用导电膏使头皮电阻降低后记录头皮EEG。特殊的导线装置、弹力电极帽及MRI脑电滤波软件以满足在线滤波要求。

1．3 MRI数据采集使用3．0T MRI (Siemens Germany)机器扫描。采用快速梯度回波序列，头部固定避免两侧移动。工作程序如下:同步EEG和fMRI数据在3T磁共振机器下采集，功能像采集参数:重复时间= 2 500 ms，回波时间= 110 ms，翻转角=10°，矩阵= 512×512，156层。功能像采集连续扫描，同时进行脑电监测，根据癫痫波的发放情况选用多时段的扫描。

1．4数据分析所有影像数据的预处理和基于体素的统计分析均使用SPM2软件包。头部三维平移不超过1．5 mm，三维旋转不超过2°。影像的时间校准参照中间层面，图像的空间对齐参照扫描序列的第一个全脑，然后按照SPM软件所提供的MRI模板进行空间的标准化。最后图像采用高斯核进行空间上的平滑。去除伪迹的EEG，在离线后由2位EEG专家进行阅读，确定与fMRI相对应的癫痫波出现的时间点，然后把该时间点作为事件相关的时间点输入SPM2的设计矩阵中。

1．5手术治疗根据术前脑MRI和EEG的定位结果设计皮瓣，通常比病灶切除范围要大，能够包含致痫灶周围的一定范围，以便能够在术中安置皮层EEG的电极片，通过术中脑电定位找到致痫灶。常规开颅，充分显露病变所在位置，根据手术区域的大小选择合适的皮层EEG的电极片，棉片覆盖电极片使之严密接触，描记EEG，发现异常脑电波并标记，确定好拟切除范围。非功能区的异常放电区域实施皮层切除，切除深度1 cm达白质，功能区有异常放电部位给予皮层电灼术或多处软膜下横切。当切除致痫灶后，要进行反复细致的皮层脑电检测，确认无明显的癫痫波存在后，再仔细进行手术区止血，注意尽可能使术区不要残留血液，并严密缝合硬脑膜，防止术后粘连，形成新的癫痫病灶。

2　结果

17例手术后11例未再出现癫痫发作; 3例手术后2周内出现癫痫发作1～3次，经过正规抗癫痫药物治疗后未再出现发作;另有3例仍有癫痫发作，但发作频率明显较少。EEG-fMRI定位与皮层电极和深部电极比较，致痫灶位置完全一致7例，其余10例所确定的致病灶中心位置相同，但EEG-fMRI定位范围较大9例，另1例皮层电极和深部电极范围较大(见图1、2)。

3　讨论

EEG-fMRI是通过癫痫事件相关的血流动力学变化间接反映神经元活动与神经电生理活动，具有EEG高时间分辨力和fMRI高空间分辨力的优点，是研究致痫灶定位和癫痫网络一种非侵入性方法。同步EEG-fMRI在癫痫及其网络研究中具有优势，然而它在临床上的应用仍需进一步研究。

同步EEG-fMRI是两种检测方法的结合，并在功能上相互补充。EEG信号产生通过放置在神经元外部电极进行测量细胞外空间的膜电流，神经细胞产生兴奋或抑制后出现动作电位，在局部产生细胞膜去极化而形成电流即电穴，同时在细胞远端存在一个被动性电源，使电流从细胞内流出，从而形成一个闭合的回路。根据记录电极位置，同一个突触事件可以出现极性相反的电位。这种正负电荷的并存及其产生电流类似一个偶极子。大脑锥细胞类似一群垂直方向排列的偶极子。所以头皮或深部EEG仅仅是对脑活动的一种大体描述，而不是对特异性功能和解剖事件的一种预测的描述。头皮电极检测到的异常脑电信号至少6 cm2范围的皮质同步性电活动，而不能显示所有的异常神经元活动。fMRI研究脑神经元活动增加时，脑组织代谢增高，引起局部氧消耗和脑血流灌注量明显增加，导致静脉血中脱氧血红蛋白浓度减低，由于含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白之间存在磁敏感性差异，fMRI通过血氧水平依赖(BOLD)效应把兴奋脑组织显示为BOLD信号升高(正性激活)。fMRI检测是脑功能性和解剖结构一种反映，从而弥补头皮EEG的不足。

同步EEG-fMRI是以EEG为标准探讨癫痫患者的血流动力学变化特点，从而提高对癫痫发作起源定位和癫痫网络的理解，以及对治疗计划的影响。在本研究中，fMRI在致痫灶信号变化具有时间相关性，致痫灶出现正性激活较EEG记录的异常波早，并且致痫灶正性激活逐渐增强，并出现致痫灶以外区域激活。有学者等［1－2］先后通过动物实验证实血液动力学改变早于癫痫症状，且人类fMRI扫描也存在此种现象。AUER等［3］采用EEG-fMRI对癫痫发作全过程进行研究，发现致痫灶正性激活出现在临床症状之前，并逐渐向致痫灶外区域传递，最终呈现整个癫痫网络的激活，这种信号变化与时间相关;并且发现致痫灶正性激活稳定、持久，这种特点能够准确识别致痫灶。DONAIRE等［4］通过EEG-fMRI研究癫痫网络演变时，也发现致痫灶血液动力学变化早于临床症状之前数秒。提示致痫灶信号变化与时间相关;致痫灶BOLD信号持久稳定升高;致痫灶与EEG记录脑异常活动位置一致。本文通过对17例患者进行同步EEG-fMRI研究也发现致痫灶BOLD信号稳定变化与时间相关。

同步EEG-fMRI指导癫痫临床治疗具有重要意义。本文对患者采用同步EEG-fMRI进行定位并与术中皮层电极和深部电极描记比较，二者所确定的致痫灶位置和范围完全相同7例，其余10例所确定的致痫灶中心位置相同，但9例同步EEG-fMRI定位范围较大，1例皮层电极和深层电极定位范围较大。其中2例皮质发育不全患者，同步EEG-fMRI定位与术中皮层电极描记范围完全一致。对于一些致痫灶不明确或多个致痫灶的患者，同步EEG-fMRI的检测意义更显著。MOELLER等［5］采用同步EEG-fMRI对8例致痫灶不明确的患者进行定位，同时与正电子发射计算机断层显像、单光子发射体层摄影术进行对比发现EEG-fMRI较后二者定位更准确，其中2例手术患者术后病理均显示同步EEG-fMRI定位的致痫灶存在皮质发育不良。有学者等［6］对一组由于致痫灶不明确而被拒绝实施外科治疗的患者进行了EEG-fMRI研究，发现能够对致痫灶的起源深度不明确的病例进行定位。同步EEG-fMRI可以指导颅内植入电极放置，但同时也可能是证实多个致痫灶存在的一种潜在技术。部分癫痫患者同步EEG-fMRI检测致痫灶呈负性激活(fMRI图像呈现蓝色区域)。这种负性激活也是出现在临床症状前数秒。fMRI负性激活形成原因尚不清楚，目前存在以下假说:正性激活区血流增加导致邻近区域血流相对减少并呈现负性激活;神经传递功能减弱引起局部电生理活动减少;神经血管偶联存在异常;γ-氨基丁酸抑制神经元活动。这种负性激活现象最常见于小儿癫痫，JACOBS等［7］对11例小儿症状性癫痫进行研究，同步EEG-fMRI提示致痫灶的负性激活达27．2%;另一组同样研究［8］发现36%小儿癫痫的同步EEG-fMRI呈现致痫灶负性激活。学者们［9］对82例癫痫进行回顾性分析发现，8例同步EEG-fMRI示致痫灶负性激活，并通过8例患者分析，认为致痫灶正性激活后迅速消失，随后出现较长时间负性激活时致痫灶的癫痫残留，目前这种说法仍未被广泛证实。本研究可能病例数量较少，至目前为止仍未发现致痫灶负性激活，致痫灶负性激活的病例仍需进一步探索。

［参考文献］

［1］MAKIRANTA M，RUOHONEN J，SUOMINEN K，et al．BOLD signal increase precedes EEG spike activity-a dynamic penicillin induced focal epilepsy in deep anesthesia［J］．Neuroimage，2005，27(4) : 715．

［2］BREVARD ME，KULKARNI P，KING JA，et al．Imaging the neuronal substrates involved in the genesis of Pentylenetetrazolinduced seizures［J］．Epilepsia，2006，47(4) : 745．

［3］AUER T，VETO K，DACZI T，et al．Identifying seizure-onset zone and visualizing seizure spread by fMRI: a case report［J］．Epileptic Disord，2008，10(2) : 93．

［4］DONAIRE A，FALCON C，CARRENO M，et al．Sequential analysis of fMRI images: a new approach to study human epileptic networks ［J］．Epilepsia，2009，50(12) : 2526．

［5］MOELLER F，TYVAERT L，NGUYEN D．K，et al．EEG-fMRI Adding to standard evaluations of patients with nonlesional frontal lobe epilepsy［J］．Neurology，2009，73(23) : 2023．

［6］ZIJLMANS M，HUISKAMP G，HERSEVOORT M，et al．EEG-fMRI in the preoperative work-up for epilepsy surgery［J］．Brain，2007，130(14) : 2343．

［7］JACOBS J，LEVAN P，MOELLER F，et al．Hemodynamic changes preceding the interictal EEG spike in patients with focal epilepsy investigated using simultaneous EEG－fMRI［J］．Neuroimage，2009，45(4) : 1220．

［8］JACOBS J，KOBAYASHI E，BOOR R，et al．Hemodynamic responses to interictal epileptiform discharges in children with symptomatic epilepsy［J］．Epilepsia，2007，48(11) : 2068．

［9］RATHAKRISHNAN R，MOELLER F，LEVAN P，et al．BOLD signal changes preceding negative responses in EEG-fMRI in patients with focal epilepsy［J］．Epilepsia，2010，51(9) : 1837．

(本文编辑姚仁斌)

·临床医学·

The application of the synchronization imaging of electroencephalogram-functional MRI in the locating the epilepsy lesion of temporal lobe

TIAN Xu-ping，SHU Han-sheng，ZHANG Qiu-jian，CHAO Qing
(Department of Neurosurgery，The Second Affiliated Hospital of Bengbu Medical College，Bengbu Anhui 233040，China)

［Abstract］Objective: To investigate the application of the synchronization imaging of electroencephalogram-functional MRI(EEG-fMRI) in the locating the epilepsy lesion of temporal lobe．Methods: Seventeen patients with temporal lobe epilepsy were detected using EEG-fMRI．The true location of epileptogenic focus and scope was identified by cortical electrode and deep electrode，which was compared with the results of EEG-fMRI．Results: The location and scope of disease detected by two methods were exactly same in 7 cases．The centre of lesions in 10 cases were unanimous，but the concordant scope was big．Conclusions: EEG-fMRI is a noninvasive method to locate the time and space，which can intuitively know the location of epileptogenic focus and scope in fMRI imaging．

［Key words］epilepsy; temporal lobe; electroencephalography; magnetic resonance imaging

［通信作者］束汉生，副主任医师．E-mail: loojizhang@ yeah．net

［作者简介］田绪平(1969－)，男，副主任医师．

［收稿日期］2014-01-22

［文章编号］1000-2200(2016) 01-0049-04

［中图法分类号］R 742．1

［文献标志码］A

DOI:10．13898/j．cnki．issn．1000-2200．2016．01．014