基于TBSS方法评价青壮年内侧颞叶癫痫患者脑白质扩散张量的变化

封莉，付丽媛,2，肖慧,2，许尚文,2，陈自谦,2

1. 厦门大学附属东方医院 放射诊断科，福建 福州 350025；2. 联勤保障部队第900医院 放射诊断科，福建 福州 350025

引言

癫痫是各种因素所诱发的脑部大量神经元一致突发性放电，出现短暂性中枢神经系统功能紊乱的慢性神经系统疾病[1]。全世界大约有6500万癫痫患者[2]，以内侧颞叶癫痫（Medial Temporal Lobe Epilepsy，MTLE）最为常见[3]，然而临床工作中仍有大部分患者其常规影像学检查难以有异常发现。DTI技术是在磁共振成像技术中一项无创性研究脑白质纤维微观结构及功能的新兴技术[4]，可定量观察脑白质结构及功能改变，为临床研究其病理生理机制及诊疗提供可靠依据。

本研究采用纤维束示踪空间统计分析（Tract‐Based Spatial Statistics，TBSS）分析方法研究脑白质结构与功能。相较于ROI方法，TBSS能排除主观人为因素对实验的影响，更能反映客观、真实的脑白质纤维束结构及功能改变[5]。另外，多数研究未对研究对象的年龄进行明显限制，然而老年患者大脑结构逐步退化，相反的未成年人大脑发育尚未完全，因此会对研究结果产生一定的影响[6]。本研究注重于运用TBSS方法研究青壮年MTLE癫痫患者的脑白质DTI参数变化，以探究其脑白质结构与功能的改变。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究纳入2019年2月至2020年2月在中国人民解放军联勤保障部队第900医院就诊的难治性MTLE青壮年患者24例（左侧12例，右侧12例）为研究对象，其中男性10例，女性14例，左侧MTLE青壮年患者年龄18～45岁，平均年龄（29.08±2.75）岁，病程范围为3～16年，平均病程（7.64±5.11）年，平均受教育年限（7.83±3.49）年；右侧M T L E青壮年患者年龄1 8～4 3岁，平均年龄（30.25±1.60）岁，病程范围为4～16年，平均病程（11.08±5.35）年，平均受教育年限为（7.91±4.30）年，均为右利手。

纳入标准：① 临床有癫痫症状、脑电图提示患侧颞区异常；② 常规磁共振阴性，无脑外伤、脑肿瘤及其他器质性疾病；③ 年龄范围18～45岁，且病程超过1年。

全部患者均经手术病理证实为患侧颞区海马硬化。同时随机选择与病例组性别、年龄及受教育年限相匹配的健康对照组12例。本研究经过联勤保障部队第900医院理论委员会审批，所有受试对象均签署知情同意书。

1.2 检查方法

采用3.0 T Siemens Magnetom Trio Tim磁共振扫描仪及匹配12通道相控阵线圈。先对全部研究对象行T2加权成像横断面扫描，排除脑外伤、脑肿等及其他器质性疾病；再行基于单次激发平面回波（Echo Planner Imaging，EPI）的自旋序列行自颅顶向下平行于前后联合连续轴位扫描。具体扫描参数：TR/TE=6100/93 ms，FOV=240 mm×240 mm，采集矩阵=128×128，层厚3 mm，层间距为0，层数为45层，NEX 4次，扫描时间为774 s。

1.3 数据处理及分析

1.3.1 数据处理

首先，转换数据格式，将Dicom格式转换为可被FSL（the FMRIB Software Library）软件识别的nii格式；其次，使用FSL软件中的FMRIB’s Diffusion Toolbox（FDT）工具对DTI图像进行头动和涡流校正；最后，解算弥散张量，运用DTIFit工具计算得到DTI图像的相关参数图，包括各向异性分数（Fractional Anisotropy，FA）、平均扩散率（Mean Diffusivity，MD）、 轴 向 弥 散 度（Axial Diffusivity，AD）及径向弥散度（Radial Diffusivity，RD）。

1.3.2 数据分析

非线性配准，运用FSL5.0.7软件，将图像数据使用非线性配算法匹配到标准模板上。提取纤维骨架，将匹配后所有FA图平均化，生成平均FA模板，并把FA阈值设为0.2，获取平均FA纤维骨架。以此为基础，将每个受试者白质纤维图一一投射到平均FA纤维骨架图上，生成各自的FA纤维骨架图。参数分析：对纤维骨架图像上的每一个点的FA值进行组间统计，对于有统计差异的脑区用MNI（蒙特利尔神经科学研究所）坐标表示，MD、AD、RD则使用同样的方法进行组间统计处理。最终通过TBSS分析的DTI参数中有组间差异的结果图与约翰·霍普金斯大学制作的标准白质纤维束图谱模板进行一一映射，精准定位出具有组间差异的白质纤维束。

1.4 统计学分析

使用SPSS 26.0统计软件处理，对受试者基本信息（包括年龄、病程及受教育程度）采用单因素ANOVA检验，对4个DTI参数采用两组间独立样本t检验（包括左侧MTLE组与左侧健康对照组、右侧MTLE组与右侧健康对照组），P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 受试者基本信息比较

12例右侧MTLE组、12例左侧MTLE组及12例健康对照组之间比较，在年龄（F=0.215，P=0.821）、受教育程度（F=0.760，P=0.475）均无统计学差异，左侧MTLE组与右侧MTLE组在病程年限无统计学差异（F=0.012，P=0.924），见表 1。

表1 受试者基本信息表

2.2 TBSS结果比较

2.2.1 双侧MTLE组与健康对照组FA值比较

双侧MTLE组与健康对照组比较，FA值明显降低，具有组间差异的脑区有：胼胝体辐射线额部、胼胝体体部、胼胝体辐射线枕部、下纵束、额枕下束、扣带束、钩束、皮质脊髓束及丘脑前辐射束（P<0.05）；左侧MTLE组除左侧胼胝体辐射线枕部、右侧丘脑前辐射、左侧扣带束呈单侧改变，其余脑区改变均为双侧病变；右侧MTLE组中胼胝体辐射线额部、胼胝体辐射线枕部、胼胝体体部呈双侧改变，其余脑区均为患侧改变。双侧MTLE组与健康对照组FA值比较结果，详见表2～3及图1。

图1 FA值的TBSS组间比较统计结果图

表2 左侧MTLE组较健康对照组FA值具有差异的脑区

表3 右侧MTLE组较健康对照组FA值具有差异的脑区

2.2.2 双侧MTLE组与健康对照组MD值比较

双侧MTLE组与健康对照组比较，MD值明显升高，具有组间差异的脑区有：胼胝体辐射线额部、额枕下束、钩束、下纵束、丘脑前辐射、皮质脊髓束及扣带束（P<0.05）。左侧MTLE组除双侧胼胝体辐射线额部及左侧钩束呈单侧病变，其余脑区呈双侧改变；右侧MTLE组均为患侧脑区病变。双侧MTLE组与健康对照组MD值比较结果，详见表4～5及图2。

图2 MD值的TBSS组间比较统计结果图

表4 左侧青壮年MTLE组较健康对照组MD值具有差异的脑区

表5 右侧青壮年MTLE组较健康对照组MD值具有差异的脑区

2.2.3 双侧MTLE组与健康对照组AD值比较

双侧MTLE组与健康对照组比较，AD值明显升高，具有组间差异的脑区有：胼胝体辐射线额部、额枕下束、扣带束、钩束、丘脑前辐射、上纵束、下纵束及皮质脊髓束（P<0.05）。左侧MTLE组除双侧胼胝体辐射线枕部及右侧皮质脊髓束呈单侧病变，其余脑区呈患侧改变；右侧MTLE组均为患侧脑区病变。双侧MTLE组与健康对照组AD值比较结果，详见表6～7及图3。

图3 AD值的TBSS组间比较统计结果图

表6 左侧MTLE组较健康对照组AD值具有差异的脑区

表7 右侧MTLE组较健康对照组AD值具有差异的脑区

2.2.4 双侧MTLE组与健康对照组RD值比较

双侧MTLE组与健康对照组比较，RD值明显升高，具有组间差异的脑区有：胼胝体辐射线额部、胼胝体辐射线枕部、胼胝体体部、扣带束、额枕下束、皮质脊髓束、钩束、上纵束及下纵束（P<0.05）。左侧MTLE组病变脑区中左侧钩束、下纵束呈单侧分布，其余病变脑区呈双侧分布；右侧MTLE组中额枕下束、皮质脊髓束、钩束及下纵束呈患侧改变，其余病变脑区呈双侧分布。双侧MTLE组与健康对照组RD值比较结果，详见表8～9及图4。

图4 RD值的TBSS组间比较统计结果图

表8 左侧青壮年MTLE组较健康对照组RD值具有差异的脑区

表9 右侧青壮年MTLE组较健康对照组RD值具有差异的脑区

3 讨论

DTI是一种可以测量水分子在组织中扩散的成像技术，扩散可以不受限制（即以各向同性的方式），也可以受某些障碍（例如细胞膜）的限制（即以各向异性的方式）[7]，是评估癫痫患者细胞死亡、神经胶质细胞增生和轴突可塑性的有用工具[8]。DTI量化白质纤维束受损最常用的关键性指标包括FA、MD、RD及AD[9]。FA值表示水分子弥散的各向异性程度，变化范围在0～1之间，是反映脑白质完整性的指标[10]。MD值代表总体扩散大小，与扩散方向无关，值越低，组织结构越受限制。AD值和RD值描述分别在平行于和垂直于被测张量主轴的平面中的扩散程度，其值变化亦反映了细胞膜的限制、髓鞘的完整性及细胞外环境的改变[11]。

癫痫患者由于长期的脑神经元的异常放电，会导致脑组织微观结构损害或局部组织环境的改变，如轴突变性、脱髓鞘改变或细胞外间隙水肿。本研究运用TBSS方法分析双侧MTLE患者脑白质结构改变，结果显示胼胝体、上纵束、下纵束、钩束、扣带束、丘脑前辐射束、额枕下束、皮质脊髓束等区域与健康对照组相比具有显著差异，组间差异脑区的FA值降低，MD值、AD值及RD值升高，这与多数国内外研究大致相同[6,12]。其中左侧MTLE患者病变范围较右侧MTLE患者更为广泛，多为双侧脑区改变并以左侧为主；右侧MTLE患者病变脑区较为局限，多为右侧脑区异常，部分为双侧脑区改变。赵地[13]在对75例颞叶癫痫患者（其中影像阴性37人，海马硬化36人，全部为右利手）研究中发现，左侧的颞叶癫痫患者病灶其脑白质纤维束的受损较右侧颞叶癫痫患者的受损范围更广且程度更重，推测其与优势半球的大脑网络模式以及功能结构特点有关系。Besson等[14]对颞叶癫痫患者（39例患者，36例右利手）的研究也显示，相较于右颞叶癫痫患者，左侧颞叶癫痫患者其脑白质纤维束的丧失更为明显。右利手的群体中左侧大脑半球功能区发育更为完善，当病灶位于优势半球可能所导致的功能损害更为严重。然而，这一现象发生的具体原因尚待进一步研究。

在DTI参数的四个特征值中，FA值反映纤维结构的完整性及水分子弥散的一致性，FA值越大说明体素内水分子的弥散越趋近于主轴方向走行，当FA值降低时则代表纤维束的受损或髓鞘的脱落[15]。MD值不反映水分子扩散的方向，仅反映水分子扩散的程度，因此MD值越大组织内水分子越多扩散越不受限制，MD值升高表示局部微环境的改变水分子增加。AD值代表平行于纤维束走行方向的水分子扩散程度，因而其值升高与轴突损伤或轴突紊乱有关；而RD值则是垂直于纤维束走行方向的水分子扩散程度[16]，其值的升高则与脱髓鞘或髓鞘磷脂异常有关。本研究中MTLE患者中4个参数值反映了其纤维束结构完整性的损害、髓鞘的丢失及轴突的紊乱及损伤等改变。其中，FA值和RD值对于白质纤维束的受损显示更为敏感，能检测出更多异常的白质纤维束，而MD值及AD值则较为局限，多显示同侧纤维束受损为主。国外一项在颞叶癫痫患者颞叶和颞叶外束DTI研究中显示，在垂直于轴突的方向的水分子扩散RD变化显著，而平行于轴突的方向的水分子扩散AD变化则不明显[17]。在四个特征值改变的脑区中发现，双侧MTLE青壮年患者以同侧脑区联络纤维受损为主（胼胝体属于连合纤维，上纵束、下纵束、钩束、额枕束、扣带束及丘脑后辐射属于联络纤维，皮质脊髓束及冠状束属于投射纤维），其中右侧青壮年MTLE患者的右侧上纵束、下纵束及钩束在四个参数值中均有改变，而左侧青壮年MTLE患者的左侧钩束在四个值中均有改变，同侧钩束同时在四个特征值均表现异常可能为临床颞叶癫痫的定侧提供依据。上纵束是最大的联络纤维，同时也是语言表达和理解的重要脑区[18]，钩束则与患者的执行能力密切相关[19]。因此，当MTLE患者出现认知功能改变时，局部脑组织结构的异常所导致功能连接的紊乱可能是其真正原因。

综上所述，本研究排除年龄对脑组织的影响，运用更为精准的TBSS方法分析双侧青壮年MTLE患者脑白质纤维束的异常改变，结果显示双侧脑区有不同程度的连合纤维、联络纤维及投射纤维受损，以同侧联络纤维受损为主，其中左侧MTLE青壮年患者受损更为广泛。在DTI四个特征值中，FA值及RD值对受损白质纤维束检测更为敏感，同侧钩束在四个参数值中均有改变。这使得我们能够进一步认识、理解MTLE的发生发展过程、病理生理机制及病灶定位定性诊断提供了重要依据。