基于VBM分析的无病灶颞叶癫痫患者脑微观结构改变

于云莉，王后芬，黄书蕾，楚兰

颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy，TLE)是最常见的局灶性癫痫，也是药物难治性癫痫的常见类型之一[1]。约30%的TLE患者的MRI扫描正常，也称为无病灶颞叶癫痫(non-lesional temporal lobe epilepsy，nl-TLE)，确定这类患者的致痫区较为困难[2]。使用基于体素的形态测量学(voxel-based morphometry，VBM)影像后处理方法可以检测出癫痫患者细微的大脑局部结构变化，并可能为TLE对大脑结构的影像学提供补充证据[3]。既往研究显示TLE有广泛的灰、白质的细微结构变化，不仅仅限于累及颞叶相关结构，常累及同侧或对侧的海马、海马旁回、丘脑及额叶等结构，但这些研究对象多是伴海马硬化(hippocampal sclerosis，HS)的颞叶内侧癫痫[3-4]。目前为止针对nl-TLE的形态学研究缺乏一致性的结论。一项对外侧颞叶癫痫的多中心研究应用VBM等技术比较，并没有发现癫痫组与对照组之间大脑结构有显著性差异[5]。

因此，本研究对nl-TLE患者进行左、右侧的划分，通过VBM方法，分别与健康对照组比较并进行全脑体积、灰质体积及白质体积的分析，研究单侧nl-TLE患者的形态学结构改变情况。现将结果报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本次研究获得贵州医科大学附属医院伦理委员会批准。所有被试均知晓并同意参与本试验。纳入2017年5月至2019年6月就诊于贵州医科大学附属医院神经内科的nl-TLE患者，同时招募年龄、性别及受教育程度与患者相匹配的健康对照者。受试对象均为右利手。

nl-TLE患者由2名副主任医师以上的神经内科癫痫专科医生诊断，经详细询问病史、体格检查、24 h视频脑电图(V-EEG)及头部MRI检查，符合国际抗癫痫联盟TLE诊断标准[6]：包括典型的TLE发作症状学和脑电图显示局限于前颞和中颞区的发作间期痫样放电或发作期脑电图提示起源于颞区；纳入单侧颞区放电为主的患者。根据发作间期、发作期脑电图结果及临床症状将TLE患者的癫痫起源侧分为左侧和右侧。TLE发作类型：伴知觉障碍的局灶性发作、不伴知觉障碍的局灶性发作及继发性全面强直阵挛发作(secondary generalized tonic-clonic seizure,sGTCS)。经抗发作药物(antiseizure medications，ASM)治疗后发作频率比用药前减少50%以上视为有效，否则视为无效。其他的纳入标准：(1)病程≥1年，发作频率≥1次/年；(2)年龄16～60岁，受教育程度小学以上；(3)神经系统体格检查正常。排除标准：(1)脑电图提示有颞区以外区域痫样放电为主或者双侧颞区放电为主的患者；(2)头颅MRI平扫及3D-T1扫描提示有结构性改变或者合并有其他神经系统疾病(如脑血管疾病、自身免疫性疾病、占位、颅内感染及脑外伤后改变等)；(3)长期酗酒和药物滥用史；(4)长期服用ASM以外的药物；(5)存在严重认知功能障碍或精神异常；(6)MRI检查采集的图像出现伪影；(7)焦虑抑郁评估(汉密尔顿抑郁量表，HAMD)得分大于20分。健康对照组(HC组)：招募与nl-TLE患者年龄和受教育程度相近且头颅MRI检查正常的健康自愿者作为健康对照组。

1.2 方法

1.2.1 一般资料收集

记录所有研究对象的人口学资料(姓名、性别、年龄、受教育程度及疾病史等)，记录癫痫患者的发病年龄、病程、发作频率、发作类型、服药情况、脑电图结果及认知评估结果。

1.2.2 影像数据采集

在贵州医科大学附属医院影像科分别对左、右侧nl-TLE患者及健康对照组受试者采用荷兰飞利浦公司Achieva3.0TMRI机器进行3D-T1结构磁共振图像采集，图像采集参数：重复时间(repetition time，TR)= 12 ms，回波时间(echo time，TE)=6 ms，视野(field of view，FOV)= 250 mm×250 mm，侦察体素尺寸=(0.6×0.6×0.6)mm3，切片厚度=1 mm，矩阵= 416×227，和信号平均次数(number of signal averaged，NSA)=1。

1.2.3 3 D-T1数据预处理

结构像数据通过MRIcron影像分析软件转换成NIFTI格式。筛选后的数据使用SPM 12(https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/)软件进行预处理。步骤如下：(1)原点校正；(2)将结构像分割成白质、灰质及脑脊液3大部分，同时计算白质、灰质以及脑脊液的体积；(3)用DARTEL算法对分割好的白质图像、灰质图像经过6次迭代后生成分割模板；(4)将每个被试的白质、灰质图像配准到蒙特利尔神经研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)标准人脑空间模板中；(5)对配准后的白质、灰质图像进行调制，从而得到基于MNI标准空间下的图像；(6)使用半高全宽为6 mm的高斯核对配置后的白质、灰质图像进行平滑处理。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 人口统计学和临床认知特征

共纳入右侧nl-TLE组19例、左侧nl-TLE组20例以及HC组21例。3组的临床及人口统计学数据见表1。3组被试性别、年龄及教育年限比较差异均无统计学意义(P>0.05)。右侧nl-TLE和左侧nl-TLE在病程、起病年龄、发作类型、用药数目及疗效等方面比较差异均无统计学意义(P>0.05)。左、右侧nl-TLE患者使用的ASM有奥卡西平、左乙拉西坦、卡马西平、拉莫三嗪及丙戊酸钠。纳入的患者病程≥1年，未常规进行自身免疫性脑炎抗体及PET-CT的检查，且头颅MRI及3D-T1MRI正常，均无家族史，病因分析多数患者可能属于隐源性癫痫，但不能排除免疫相关性癫痫。3组受试者的认知心理评估得分见表2。

表1 3组受试者的人口统计学及临床资料

表2 左、右侧nl-TLE组与HC组认知功能评估比较

2.2 右侧nl-TLE组和左侧nl-TLE组灰质、白质体积及占全脑体积百分比改变

左、右侧nl-TLE组与HC组的灰质、白质体积及灰质/全脑体积之间比较差异无统计学意义(P>0.05)，左、右侧nl-TLE组白质体积全脑占比较HC组减少(P= 0.009)。结果详见表3。

表3 左、右侧nl-TLE组与HC组全脑体积比较

2.3 左、右侧nl-TLE组与HC组全脑灰质体积比较

在灰质体积的分析中，左侧nl-TLE组和HC组之间没有差异，右侧nl-TLE组和HC组之间的灰质体积比较呈下降趋势，有差异的脑区为右侧额上回、左侧中扣带回及右侧中扣带回(P<0.001)。结果详见表4、图1。

表4 右侧nl-TLE组与HC组比较灰质体积差异脑区

注：红色区域表示存在灰质体积差异的脑区，L为左侧，R为右侧。图1 右侧nl-TLE组与HC组比较灰质体积差异区域

2.4 左、右侧nl-TLE组与HC组全脑白质体积比较

在白质体积的分析中，左侧nl-TLE组和HC组之间没有差异，右侧nl-TLE组与HC组相比存在差异，其中右侧距状裂周围白质、右侧舌回、右侧豆状核壳核、右侧海马及左侧海马区域较HC组体积减少(P<0.001)。结果详见表5、图2。

表5 右侧nl-TLE组与HC组比较白质体积差异脑区

注：红色区域表示白质体积存在差异脑区，L为左侧，R为右侧。图2 右侧nl-TLE组与HC组比较白质体积差异脑区

3 讨论

既往研究证明，TLE较其他类型的癫痫更容易导致认知障碍[7]。在癫痫患者中约30%～50%伴有神经心理共患病[8]，常见的共患病就是认知功能障碍。认知功能损害是导致TLE患者生活品质下降的一个重要因素[9]。本研究通过认知评估发现左、右侧nl-TLE患者存在认知功能损害，与HC组比较，nl-TLE组患者的RAVLT即刻记忆、延迟记忆、BNT及语言流畅性评分均降低，且右侧nl-TLE组的SDMT评分也低于HC组，RAVLT除了评价被试的记忆功能外还对注意力有一定要求，这些认知评估涉及到记忆、语言、注意力及执行功能等领域，其中注意力、语言流畅性及命名能力属于非遗忘性认知领域，非遗忘性认知的损害与颞叶内侧结构损害无直接关联[10-11]。ASM对认知功能存在一定的影响[12]，但新型ASM如左乙拉西坦、拉莫三嗪及奥卡西平等药物对认知功能影响较小。对治疗中的癫痫患者认知功能损害危险因素进行分析发现，ASM不是导致认知功能受损的独立危险因素[13]。有学者发现新诊断的癫痫患者在ASM治疗之前，多项认知功能测试(包括信息处理速度及记忆力等)评分明显低于HC组[14]。本研究入组的患者选用的药物多为新型ASM，患者认知功能损害的原因不能完全归咎于ASM，但可以看出ASM在控制癫痫发作的同时，对认知功能的影响是复杂的。

nl-TLE患者常规MRI扫描未见明显病灶，通过影像后处理手段深入研究其微观结构改变对理解nl-TLE患者认知功能损害的结构机制具有重要意义。本研究使用结构MRI图像结合客观的结构分析技术VBM在活体水平评估大脑解剖结构的大体特点，研究nl-TLE患者中体积减少的大脑区域。与HC组比较，左、右侧nl-TLE组的白质占全脑体积比均下降，提示在nl-TLE患者中白质体积改变是结构改变的基础。右侧nl-TLE组的右侧额上回及左侧和右侧中扣带回存在灰质体积降低。既往研究发现，药物难治性伴HS的颞叶内侧癫痫的局部病理结构改变主要为神经元和突触结构的消失，以及胶质细胞的增生[15]。在局灶性发作的癫痫患者中局部皮层萎缩的部位，除了影响同侧以外还影响到对侧脑部区域，甚至影响到远离致痫灶的区域，这种皮层萎缩与发作频率及ASM种类无关，在TLE患者中存在额叶的体积萎缩[16-17]。额上回在正常人的高级认知和工作记忆中扮演特殊的角色，有研究表明额上回自身的结构损伤会导致高级认知功能的异常[18]。扣带回属于边缘系统，与左右两侧大脑半球关系密切，发生颞叶外灰质体积改变的区域多是与海马有关联的脑区，扣带回与颞叶海马关系密切，属于海马记忆环路Papez's环路传入通路的重要组成结构。本研究在灰质比较中左侧nl-TLE没有发现明显的体积改变，右侧nl-TLE仅发现与颞叶关系密切的脑区(如扣带回及额上回)局部灰质体积改变。这些区域灰质体积的改变与TLE易于向额叶及扣带回等区域传播有关。此发现支持颞叶内侧结构不是nl-TLE的主要病理改变部位的观点[19]。既往的研究发现，左侧TLE结构改变较右侧TLE广泛且突出，具体机制目前尚不清楚，有学者认为导致这种左右侧差异与左侧大脑发育较晚，对一些早期的损害更为敏感有关，且左脑的联系更为广泛也使其更容易受到相应的影响[16]。本研究结果与之不同的原因可能是因为研究对象为nl-TLE患者，与其起病年龄相对较晚及病程较短有关。nl-TLE患者的海马灰质结构通常正常或神经元减少相对较轻，颞叶新皮层改变也不明显[19]。既往研究常以耐药性伴HS的颞叶内侧癫痫为主要研究对象，此类患者结构损害较为广泛。故此nl-TLE患者的灰质微观结构改变与其他类型的TLE有所不同，其累及范围较伴有HS的TLE小，并容易累及与颞叶密切相关的灰质结构。

本研究结果显示，右侧nl-TLE患者的右侧距状裂周围白质、右侧舌回、右侧豆状核壳核、右侧及左侧海马的白质体积呈现显著下降。从白质结构改变可看出，nl-TLE患者的白质微观结构改变波及双侧大脑，但是仍以致痫侧为主。nl-TLE的MRI常规扫描虽未见明显结构性异常，但是术后病理结果证实仍然有部分患者出现HS改变[20]，其分型多属于无明显神经元细胞减少但伴胶质增生的类型，少数伴皮质发育障碍[21]。海马与脑内的其他结构有广泛的神经纤维连接，参与学习及记忆等高级神经活动，因此nl-TLE患者海马内白质结构的改变可能是相应认知功能损害的结构基础之一。基于VBM的结构学研究虽未发现左侧nl-TLE组白质与HC组比较有明显的局部改变，但左侧nl-TLE组白质与全脑的比值仍低于HC组，说明左侧nl-TLE组白质相对体积整体还是降低的。脑白质是中枢神经系统的重要组成部分，是大脑各区域信息传递的重要结构基础，当白质出现微观结构改变，可对认知功能造成不同程度的影响。

本文主要针对nl-TLE患者脑微观结构灰质及白质体积的异常变化进行了探究，取得了一定的结果。作为探索性研究，本研究仍存在不足之处：第一，被试样本量较少，为单中心研究，导致不能获得足够可靠的nl-TLE全脑形态学异常体积的证据。因此，未来需要扩大样本，结合多中心的数据来验证结论；第二，nl-TLE组被试存在用药种类以及剂量的差异，可能会对大脑的灰质和白质结构造成不同的影响，导致出现假阳性或者假阴性结果，基于此，以后的研究可细分服用同一种药物的nl-TLE患者，或采集分析未服药的nl-TLE患者数据，直接探测疾病本身对大脑特定脑区的体积改变的影响；可设计前瞻性队列研究，观察药物对结构影像的影响。