本文關鍵詞：不同影像表現(xiàn)的青壯年癲癇的腦白質結構研究

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【摘要】：來源、目的以及意義鑒于癲癇(Epilepsy)病因的復雜性、局灶性腦皮質發(fā)育不良(Focal cortical dysplasia,FCD)新分類的提出以及目前對于癲癇患者腦白質纖維結構影像研究結果不一致的現(xiàn)象,本研究利用磁共振彌散張量成像(Diffusion tensor imaging, DTI)技術,通過基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(Tractbased Spatial Statistic,TBSS)后處理方法,探討影像表現(xiàn)陰性組以及全新影像學分組——顳葉局灶性腦皮質發(fā)育不良或(合并)海馬硬化組的青壯年癲癇患者的腦白質纖維結構改變,測量其全部腦區(qū)的FA值、MD值、AD值以及RD值,進行兩兩組間比較以及顳葉癲癇組組內分病灶側的比較,并與臨床病程作相關分析,觀察發(fā)病時間對于腦白質微結構的影響、分析全新分組的腦白質結構異常、對比病灶偏側是否有全腦白質纖維的差異,以及驗證影像表現(xiàn)陰性組結果的可重復性。以期以臨床影像表現(xiàn)結合最新病理學分類作為突破口,分組比較不同類型的癲癇病人的腦白質微結構改變,從神經影像學角度探索其潛在的病理生理機制以及腦網絡連接、發(fā)展模式。材料與方法1、研究對象：研究被試者總共106人,均為右利手,年齡為15歲～50歲,分為病例(癲癇)組(2組)以及健康對照組(1組)。其中病例組全部被試者均來自三九腦科醫(yī)院癲癇科住院病人,包括影像表現(xiàn)陰性組37人(男性20例,女性17例,年齡28.76±5.48歲,病程7.87±5.72年)；顳葉FCD或(合并)海馬硬化組36人(男性22例(病灶側：8例右側、13例左側、1例雙側),女性14例(病灶側：5例右側、6例左側,3例雙側),年齡29.56±8.69歲,病程10.69±8.08年；以病灶側于組內再分組則為：左側19例(男性13例,女性6例,年齡28.68±9.04歲,病程11.59±8.17年),右側13例(男性8例,女性5例,年齡28.5±7.02歲,病程8.65±8.28年),雙側4例(男性1例,女性3例,年齡37±10.46歲,病程13±7.53年))。健康對照組33人(男性13例,女性20例,年齡29.33±7.87歲),來源為健康志愿者及三九腦科醫(yī)院健康門診體檢者。三大組之間的年齡和性別沒有顯著性差異,顳葉癲癇組組內左/右側再分組的年齡和性別亦沒有顯著性差異。所有癲癇患者受試前均行三九腦科醫(yī)院影像中心1.5TMRI癲癇套餐檢查(更適用于發(fā)現(xiàn)顳葉內側(包括海馬區(qū))的異常病變,掃描參數如下：軸位T1WI：重復時間(Repetition time,TR)=600ms,回波時間(Echotime,TE)=15ms;軸位T2WI:TR=2000ms,TE=110ms;軸位FLAIR:TR=6000ms, TE=120ms;冠狀位FLAIR:TR=6000ms,TE=120ms),以及視頻腦電圖(Video electroencephalogram, VEEG)檢查,腦電圖電極包括頭皮電極,部分附加蝶骨電極以提高異常放電檢出率。其中癲癇組的納入標準如下：年齡為15歲～50歲：右利手；所有患者均能配合MRI檢查；臨床癥狀以及癲癇發(fā)作類型符合1981年、1989年以及2010年國際抗癲癇聯(lián)盟的診斷和分類標準；生命體征正常。癲癇組的排除標準如下：有潛在影響中樞神經系統(tǒng)的全身性疾病；精神病史；酒精以及藥物依賴史；明確的顱腦外傷或者顱腦手術史；腦血管意外史；除顳葉部位的FCD外的顱內占位性病變(如額葉FCD、顱內腫瘤、血管畸形等)；嚴重的先天性顱腦畸形；現(xiàn)正或者早期罹患顱內感染；其他顱腦致癇性疾病(如結節(jié)性硬化)或者發(fā)現(xiàn)病因未明的局限性腦軟化灶合并膠質增生；妊娠或者哺乳期婦女。癲癇組的再分組方法：符合以上條件的病人進入病例組以后,由三九腦科醫(yī)院影像中心至少兩名具有豐富癲癇診斷經驗的影像診斷醫(yī)師以其1.5TMR癲癇套餐的顱腦掃描圖像對患者進行初步分組,腦內未發(fā)現(xiàn)異常者進入影像表現(xiàn)陰性組,明確或者可疑顥葉有FCD或(合并有)海馬硬化者進入顳葉FCD或(合并)海馬硬化組(其中FCD主要的MRI特異性征象為：(1)局灶性皮層增厚；(2)灰白質分界模糊；(3)皮層下白質信號異常；(4)腦溝增寬或腦葉萎縮——具有上述4項中的至少一項者可診斷為FCD陽性；另外根據海馬體積減小,相應側腦室顳角擴大,T2WI及FLAIR序列的海馬信號異常增高等征象診斷海馬硬化)；在初步分組以后,筆者本人根據病人住院期間的VEEG結果進行影像-腦電圖匹配,作出進一步的篩選：影像表現(xiàn)陰性組患者的腦電圖需發(fā)現(xiàn)彌漫性異常放電,其中少數住院時間較短、發(fā)作頻率較少,但臨床癥狀典型、診斷明確者即使單次腦電圖檢查未能發(fā)現(xiàn)異常放電亦收錄入該組(共9例)；顳葉FCD或(合并)海馬硬化組患者的腦電圖異常放電部位需與影像發(fā)現(xiàn)病灶側相互對應,不匹配者予以排除；兩組病人影像-腦電圖匹配后方完成、確定最終分組。而健康對照組的入選標準如下：年齡為15歲～50歲；右利手；智力發(fā)育正常；年齡、性別與病例組相匹配；無癇性發(fā)作史；血壓、心率以及心律正常；無潛在影響中樞神經系統(tǒng)的全身性疾病；無酒精以及藥物依賴史；無神經系統(tǒng)以及精神類疾病史；既往無神經系統(tǒng)外傷、手術史；常規(guī)顱腦MRI檢查無明顯陽性病灶以及解剖變異；神經系統(tǒng)檢查無明確陽性體征；非妊娠或者哺乳期婦女。所有被試者參加研究前均被告知本研究的相關內容及目的、用途,取得知情同意。2、研究數據采集：所有被試者均采用飛利浦1.5T磁共振成像掃描儀(Philips Gyroscan Interal.5T)進行DTI數據采集,并使用六通道相位陳列(神經血管線圈6,NV6)線圈接收核磁共振信號。DTI數據采集采用單次激發(fā)自旋回波平面序列(Single shot echo planar sequence,SS-EPI),平行于大腦前、后聯(lián)合(Anterior commissure and posterior commissure,AC-PC)線,得到覆蓋全腦的軸位彌散加權成像圖像。此項磁共振掃描具體參數如下：彌散敏感系數b值為800 s/mm2的總共32組圖像(32個彌散敏感梯度方向)和一組彌散敏感系數b值為0 s/mm2的非彌散加權圖像。翻轉角(Flip angle, FA)=90°;TR=11000ms; TE=72ms;視野(FOV)=23cmx23cm;矩陣(Matrix size)=144x144;激勵次數(NEX)=1;層間距(Slice gap)=0;層厚(Thickness)=2.Omm;層數=67。3、數據預處理、后處理及統(tǒng)計分析：三組DTI數據收集完畢以后,首先進行圖像預處理,應用" Dcm2AsiszImg "軟件將所有被試者的DICOM格式原始圖像轉化為四維的NIFTI格式。然后,采用基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(TBSS)方法進行圖像后處理分析,具體在FSL (FMRIB Software Library, www.fmrib.ox.ac.uk/fsl,version 4.1.9)提供的固定工具包上進行。主要步驟包括以下幾個：(1)頭動誤差的消除以及電渦流的校正：使用FSL軟件FDT套件中的eddy correct函式對預處理后的DTI數據進行校正；(2)腦提取(生成腦mask):根據每一位受試者的B0圖,利用FSL軟件中的腦提取工具(BET套件)將處理過后的數據進行腦提取,生成各自的腦mask; (3) DTI參數的計算：將以上各項數據輸入FDT套件中,利用其DTIFit函式進行計算,本研究計算的參數包括有部分各向異性(Fractional anisotropy, FA)、平均擴散率(Mean diffiisivity, MD)、徑向擴散系數(Radial diffusivity, RD)以及軸向擴散系數(Axial diffusivity,AD); (4)DTI數據分析：利用TBSS算法將DTI數據非線性配準到標準MNI152空間中,獲得DTI白質纖維骨架圖,然后通過FSL軟件中的randomise工具分別對癲癇組以及健康對照組的FA值、MD值、RD值以及AD值進行基于纖維束示蹤的全腦顯著性差異統(tǒng)計學分析(包含三個組間的兩兩比較以及顳葉癲癇組的左/右分側組內比較),并做出癲癇患者組的各項參數與其臨床病程的相關分析(所用的randomise函式參考了TFCE (threshold-free clusterenhancement)演算法),在統(tǒng)計方法上通過permutation法,在多重比較時計算出被試者之間DTI圖數值產生差異時可能發(fā)生的FWE (family-wise error)概率,以達到有效控制并校正的目的),計算出兩個癲癇患者組與健康對照組之間、顳葉癲癇組內,以及相關分析中有顯著性差異的腦白質區(qū)域以后,利用JHU White-Matter Tractography Atlas模板顯示存在顯著性差異的腦區(qū)(P0.05被認為有統(tǒng)計學意義)。所有被試數據的其他統(tǒng)計學分析主要為兩個癲癇組和健康對照組之間,以及顳葉癲癇組再進行病灶側左/右側分組后的年齡以及性別的均衡性檢驗：由于樣本量足夠大(N30),直接利用多個獨立樣本參數檢驗(方差分析)方法比較三個大組之間年齡的統(tǒng)計學差異；鑒于顳葉癲癇組組內再分組樣本量較小,在進行對比之前先作正態(tài)性檢驗,若符合正態(tài)分布采用參數檢驗(兩樣本t檢驗)法進行兩個小分組之間年齡的對比統(tǒng)計,若不符合正態(tài)分布則采用校正t檢驗的方法進行年齡的對比統(tǒng)計。對于計數資料,利用卡方檢驗來比較三大組之間以及顳葉癲癇組組內病灶左/右側分組的性別的均衡性。以上統(tǒng)計學分析以及各組年齡和病程的平均數、標準差的計算均在SPSS 20.0軟件上完成。結果與健康對照組相比較,影像表現(xiàn)陰性組雙側的丘腦前輻射、皮質脊髓束、扣帶束(包括海馬部分)、下額枕束、下縱束、上縱束(包括顳葉部分)、鉤束以及胼胝體額鉗、枕鉗相應腦區(qū)的FA值均有顯著性降低,這些部位的RD值亦有顯著性的升高,而沒有發(fā)現(xiàn)該組與對照組的MD值和AD值有顯著性差異的腦區(qū)。與健康對照組相比較,顳葉FCD或(合并)海馬硬化組雙側的丘腦前輻射、皮質脊髓束、扣帶束、下額枕束、上縱束(包括顳葉部分)、鉤束以及胼胝體額鉗、左側下縱束的FA值均有顯著性的降低,該組大腦白質纖維束的RD值有廣泛性的升高,而MD值亦有廣泛性的升高,兩組的AD值無顯著性差異腦區(qū)。統(tǒng)計分析顯示影像表現(xiàn)陰性組與顳葉FCD或(合并)海馬硬化組之間的各項DTI參數沒有顯著性差異腦區(qū)。在顳葉癲癇組內,病灶分布于左側組相對于病灶分布于右側組的FA值在全大腦范圍內的白質纖維束均測得顯著性降低,RD值于雙側丘腦前輻射、雙側皮質脊髓束、右側扣帶束、雙側扣帶束(海馬部分)、胼胝體枕鉗以及右側的下額枕束、下縱束、上縱束(包括顳葉部分)、鉤束均有顯著性升高,沒有發(fā)現(xiàn)兩組的MD值和AD值有顯著性差異的腦區(qū)。患者組的病程與其FA值、RD值均測得顯著的相關性,除了右側扣帶束的海馬部分和右側下縱束,以上涉及的其余腦區(qū)FA值均測得與患者病程呈顯著的負相關,而RD值與病程呈廣泛區(qū)域的正相關關系。結論1、無論是影像表現(xiàn)陰性的癲癇患者還是顳葉可見FCD或(和)海馬硬化病灶的癲癇患者,其大腦白質纖維束均存在廣泛性的損傷,邊緣系統(tǒng)、默認網絡以及錐體束等分別掌控情感、認知、運動的中樞系統(tǒng)均有受累；2、以影像表現(xiàn)分成兩大組的青壯年癲癇病人的DTI結果并未測得統(tǒng)計學差異,符合部分癥狀性癲癇(多數為顳葉癲癇)與特發(fā)性癲癇存在發(fā)病機制、病因上的內在相互聯(lián)系這一觀點,基因在其中起著重要的作用。顳葉癲癇病灶雖然局限,但可影響廣泛性的大腦網絡連接,而通過有差異的腦區(qū)定位還是能夠發(fā)現(xiàn)其受累腦區(qū)的范圍略較特發(fā)性廣泛性癲癇者小,且有灶側的偏向,對于右利手患者,病灶位于左側者稍多,纖維束的受損亦以左半球范圍為大；3、在控制了右利手的情況下,顳葉癲癇中病灶位于左側的患者較病灶位于右側者的腦白質纖維束存在范圍更為廣泛且程度更為嚴重的受損,很有可能與優(yōu)勢半球的大腦網絡模式以及功能結構特點有關；4、病例組多個腦區(qū)的FA值、RD值均與病程呈顯著的相關關系,提示癲癇患者白質纖維束的廣泛性損傷受癲癇發(fā)病時間的影響,發(fā)病時間越長,受損越嚴重,其中以髓鞘的破壞為主,因而疾病的早期干預非常重要；5、本次研究的影像表現(xiàn)陰性組得到了廣泛性腦區(qū)的顯著性陽性結果,可以用病理生理學的角度去合理解釋,證明DTI-TBSS方法可以對癲癇患者全腦范圍的白質纖維束進行統(tǒng)計學分析,且相比ROI法以及VBA法,更加全面、準確以及敏感。
【關鍵詞】：癲癇 局灶性腦皮質發(fā)育不良 海馬硬化 彌散張量成像 纖維束示蹤的空間統(tǒng)計
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R445.2;R742.1
【目錄】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-16
• 前言16-24
• 材料與方法24-32
• 1. 研究對象24-27
• 2. 技術路線27
• 3. 磁共振成像掃描27-29
• 4. DTI數據預處理及圖像分析29-31
• 5. 其他的統(tǒng)計學分析31-32
• 結果32-40
• 1. 人口統(tǒng)計學結果32-33
• 2. 兩個癲癇患者組與健康對照組之間兩兩相比較的DTI-TBSS結果33-35
• 3. 兩個病例組的FA值、MD值、RD值以及AD值與病人病程的相關分析35-37
• 4. 顳葉FCD或(合并)海馬硬化組分左/右側病灶的組內比較結果37-40
• 討論40-50
• 1. 大腦的白質解剖以及網絡系統(tǒng)40-42
• 2. DTI成像原理、參數及其應用42-45
• 3. 基于癲癇分類的討論45-46
• 4. 癲癇患者的DTI-TBSS結果46-48
• 5. 癲癇患者的DTI參數與其病程的相關性48-50
• 結論50-51
• 本研究的不足之處51-52
• 參考文獻52-57
• 中英文縮略語對照表57-59
• 成果59-60
• 致謝60-61

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