基于局域一致性的原发综合性癫痫功能磁共振成像研究

基于局域一致性的原发综合性癫痫功能磁共振成像研究

1ige影像学研究进展癫痫是一种常见的疾病，由于中枢神经系统的短暂缺陷感和同步性异常引起的。其中,原发全面性癫痫(idiopathicgeneralizedepilepsy,IGE)是指脑部无明显器质性或代谢性异常表现,发病机制尚未完全阐明、可能与遗传因素相关并以全面性发作为症状的一组癫痫综合征,约占各类癫痫总数的20%～30%。对于IGE患者,常规的颅脑CT和MRI检查通常没有可见的结构变化,随着功能影像学的日新月异,从代谢或血流动力变化的角度反映脑功能信息,使常规影像学无异常发现的病变诊断成为了现实。目前,对IGE的影像学研究大多利用单光子发射计算机断层成像(Singlephotonemissioncomputedtomography,SPECT)技术、同步EEG-fMRI(simultaneousEEGandfunctionalMRI)技术、磁共振波谱技术。2005年Gotman等用同步EEG-fMRI技术探索IGE的病理生理机制,分析研究表明IGE患者在双侧顶叶、前额叶及后扣带回区域呈现负激活,这些脑区分布与Raichle等发现的大脑默认网络分布一致,提示IGE患者棘慢波发放可能引起大脑默认网络的中断挂起;另外还发现激活脑区主要位于丘脑、额中回等区域,提示这些脑区与IGE患者癫痫活动的产生与传播相关。在本研究中,我们采用一种基于局域一致性(regionalhomogeneity,ReHo)算法的fMRI技术,利用静息功能磁共振对IGE患者脑活动情况进行观察,并与正常人作对比研究,探索IGE的病理生理机制,并讨论局域一致性算法在IGE研究中的应用价值。2材料和方法2.1参与分析的患者年龄21例临床诊断为IGE的患者参与了本研究,其脑部结构MRI均未发现明显异常。去除4例扫描头动影响过大的病例,参与分析的17例患者中,男性8例,年龄15～35岁,平均23.6岁,病程1～20年,平均病程5.8年,均为右利手。同时采用31名正常志愿者对照,男性18名,均为右利手,年龄22～33岁,平均23.2岁,均无神经及精神疾患。两组受试者均以书面或口头形式被告知本研究内容,该研究经南京军区总院医学伦理委员会批准通过。2.2灯光扫描及功能像采集所有被试者均采用GE-Signa1.5Tesla超导磁共振扫描仪进行结构像与功能像数据采集。被试者均被要求闭眼静躺于磁共振中,尽量不进行特定的思维活动,同时调暗磁共振室内的灯光。首先采集T1加权图像,扫描参数如下:T1Flair扫描序列,TR=2200ms,TE=25ms,FOV=24cm×24cm,matrix=512×512,共23层,层厚4mm,间距0.5mm,扫描方位平行于前后联合。功能像采集利用基于梯度回波的平面回波(GRE-EPI)序列,扫描参数如下:TR=2000ms,TE=40ms,FA=80°,matrix=64×64。扫描方位完全同结构像,共采集250个时间点500s。2.3图像的标准化,将剩下240个时间点的信号做进一步分析,首先进行时间校正,接着头动校正以排除头部平动大于1mm,转动大于1°的被试对象;而后将校正后的图像进行标准化,归一化到标准的MNI(montrealneurologicalinstitute,MNI)系统,并将每个体素重采样至3×3×3mm3;接着用带通滤波器提取0.01～0.08Hz的信号,去除低频漂移及呼吸、心跳等高频噪声,最后去除线性趋势。2.4不同体素的肯德尔和谐系数kccReHo分析采用北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开发的REST软件(RestingstatefMRIdataanalysistoolkit,/projects/resting-fmri)完成。计算出脑内每个体素与其周围相邻的体素在时间序列上的一致性,得出该体素的肯德尔和谐系数(Kendall′scoefficientofconcordance,KCC),一个给定点的肯德尔和谐系数KCC的计算公式如下:W=∑i=1n(Ri)2−n(R¯¯¯)2112K2(n3−n)W=∑i=1n(Ri)2-n(R¯)2112Κ2(n3-n)其中W就是给定点的肯德尔和谐系数KCC,其取值范围在0～1之间;n是时间点数,本研究中n=240;K是给定体素点与其邻域体素点的总数,本研究中K=27,即给定点本身及其26个邻域点,这27个体素点又称为一个簇(cluster);Ri是第i个时间点的27个体素点的体素值的等级总数;R¯¯¯R¯是R的平均值。这里KCC值又称作ReHo值,对于模板内的每个体素逐点计算其ReHo值,则构成了受试者的ReHo脑图。对每一个受试者的ReHo脑图使用全宽半高值(fullwidthathalfmaximum,FWHM)为8mm的高斯核函数进行平滑。为了进行统计分析,需要将每个受试者的ReHo脑图进行标准化。2.5平均像数据竞争采用SPM2软件,将IGE患者与正常人两组标准化ReHo脑图进行两样本t检验(twosamplet-test),最后将结果叠加在标准MNI152T1平均像上进行显示。取阈值为P<0.05(未校正),并去除少于10个体素的区域(校正后P<0.005),得出两组人静息状态下大脑ReHo的统计差异。3ige患者reho值降低区域IGE患者与正常人两样本t检验结果显示(见图1),与正常人相比,IGE患者ReHo值降低区域主要集中在以下几个部位:楔前叶,内侧前额叶,双侧颞叶,双侧额中回;升高区域主要集中在底丘脑等中缝核团。各脑区位置及t值见表1。4脑区功能活动ReHo方法是由我国学者提出的一种新的处理静息功能磁共振(Rest-fMRI)数据的分析方法。其思想基于这样一个理论:当某一功能脑区处于特定条件下时,该脑区的体素具有较高的时间一致性。因此,ReHo值反映的是区域BOLD信号的时间同步性而不是信号强度,可以通过ReHo值的高低反映脑区的活动性。该方法已被应用于注意缺陷多动障碍、阿茨海默症、抑郁症及精神分裂症等疾病的研究。本研究将ReHo方法用于原发全面性癫痫的研究。癫痫的电生理特点之一即是神经元放电同步性增高。本研究中静息状态下IGE患者相比正常人ReHo值降低的区域表明该脑区神经活动的同步性减弱,而ReHo值升高则表明该脑区由于癫痫活动而造成神经活动的同步性增强。当前,已有研究表明人脑在清醒静息状态下,仍然存在着功能活动,即自发神经元活动(spontaneousneuronalactivity,SNA),从而产生脑内自发低频震荡(spontaneouslow-frequencyfluctuations,LFF)现象。2001年,Raichle等提出了静态脑活动的假说:该假说认为大脑在无任务的清醒、静息状态下就存在有组织的脑区功能活动,并将该功能性网络称为DefaultModeNetwork。静息功能磁共振成像(restfunctionalMRI,rfMRI)通过采集静息状态下血氧依赖的磁共振信号(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)的变化,发现这些区域有同步低频震荡现象,波动范围在0.01～0.08Hz。脑默认网络主要分布于扣带回后部以及邻近的楔前叶,前扣带回腹侧、内侧前额叶、角回等,已有研究发现脑默认网络在阿尔采莫氏病,深度抑郁症患者中发生特定区域的异常现象。本研究发现,相比正常对照组,IGE患者大脑ReHo值降低的脑区大多位于脑默认网络。这些区域较常人同步性减弱,认为癫痫患者长期反复的全脑放电可能导致默认网络的损害。该结果与脑电联合同步功能磁共振研究结果一致。尽管目前对脑默认网络的意义知之甚少,但多认为与情景记忆的提取、对周围环境和自我内省状态的监控以及持续进行的认知和情感过程有关,默认网络的减弱或挂起是一种认知能力下降的病理基础。因此,本研究检测到的IGE患者大脑默认网络特定区域同步性较常人降低这一结果可以进一步解释癫痫患者为何存在较长时间的意识障碍,并验证了目前认为在多种涉及严重意识障碍的情况下大脑默认网络均受到严重影响的理论。本研究还发现IGE患者ReHo值升高脑区位于底丘脑等中缝核团,该脑区的局域一致性增强提示底丘脑等中缝核团可能参与了IGE患者癫痫活动的产生与传播。该结果与脑电联合同步功能磁共振研究结果一致。5其他方法得到的结