靜息態功能磁共振在顳葉癲癇的應用新進展

任行玉，周志斌，高玉軍

武漢科技大學附屬天佑醫院1神經內科，2精神科，湖北 武漢430064

顳葉癲癇（TLE）是成人中最常見的與定位相關的癲癇，通常對抗癲癇藥耐藥［1］。目前海馬硬化是TLE最常見的病因，其他病因包括腫瘤、血管畸形、皮質發育畸形以及遠處創傷、感染后或缺血性損傷等。TLE與廣泛的顳和顳外病理相關，包括白質微結構的改變、皮質厚度的減少和功能連接性的破壞［2-3］。目前診斷癲癇的方法仍然以癥狀、電生理居多，腦電圖檢查中，發作期間的癲癇樣放電是診斷癲癇的重要依據，但患者發作期較短，捕捉異常腦電波信號具有一定困難，故需要借助MRI進一步診斷。但普通MRI在TLE患者的診斷中不具優勢，約30%的具有耐藥性TLE的電子臨床證據的患者在目視檢查（MRI陰性TLE）中具有正常的MRI掃描，這在識別這些患者的癲癇發生區方面存在固有的困難［4-5］；但借助改進的技術，這些病例通?？梢哉_識別。近年來，對于TLE的研究已經轉移到“功能”磁共振上。在“靜止狀態”下與大腦打交道。在沒有任何感官或認知刺激的情況下，這里的焦點是大腦內在的活動。缺乏任務使靜息態功能磁共振（rs-fMRI）對于可能難以完成任務指導的患者（例如神經系統疾病、神經外科疾病和精神疾病患者）以及兒科患者特別有吸引力［6］。過去20年中，rs-fMRI在研究和臨床環境中的應用一直在增長［7-8］。本文將對可分析TLE 患者靜止狀態的fMRI數據的諸多方法進行逐一概述，這將幫助非專業人士熟悉rs-fMRI技術，以及如何將其應用于神經系統疾病、神經外科疾病和精神疾病患者中。

1 rs-fMRI技術總述

rs-fMRI研究的常用分析方法有以下幾種：基于靜息狀態的低頻振蕩振幅（ALFF）分析方法；基于靜息狀態的種子點相關分析方法；基于靜息狀態的局部一致性（ReHo）分析方法；基于靜息狀態的獨立成分分析方法（ICA）；小世界網絡分析方法。

2 rs-fMRI不同方法在TLE中的應用

2.1 ALFF分析

ALFF 反映神經元的自發活動，其變化與該腦區基于血氧合水平依賴信號強度的變化呈正相關，ALFF值較高說明該腦區神經元活躍，由于ALFF 噪聲較大，后又提出fALFF的分析方法，fALFF可以消除腦室高信號的影響，提高檢測的敏感性和特異性。fALFF估計單個體素的自發神經活動的幅度，可通過評估ALFF 或fALFF值間接反映TLE患者病變區域。與健康對照組相比，TLE患者發現中顳葉，丘腦以及其他一些皮質和皮質下結構的fALFF升高［9］。有報道顯示，患有內側顳部硬化癥（TLE中常見的結構異常）的TLE患者顯示內側顳葉和丘腦的ALFF 增加，而默認模式網絡中的ALFF減少［10］。Tanoj等［11］發現，在海馬旁回、額下回、額額上回、額中回、中腦和橋腦、島突、顳下回、扣帶回中ALFF值升高，這些區域激活的增加應歸因于癲癇發作的開始和傳播。在扣帶回后部、楔形、小腦后葉、頂下小葉、顳上回和額葉亞回白質中發現ALFF值降低，這些區域與默認網絡相關。暖色顯示TLE和正常對照組之間的ALFF明顯增加。冷色顯示TLE和正常對照組之間的ALFF明顯降低（圖1）。Yang等［12］在丘腦的左和右TLE患者之間注意到fALFF的差異。除了定位激活區域外，通過fMRI測量的血液氧合低頻同步波動還可用于識別大腦網絡?？绱竽X區域的fMRI信號的相關性稱為功能連通性。在休息狀態下測量的受試者處于清醒狀態，閉眼，癲癇發作對側的顳葉區域的功能連通性增加，癲癇發作的同側減少［13］。這些功能磁共振成像研究表明，進行性癲癇發作會改變功能連接性。功能連接映射可能會識別出這些變化，以區分病變兩側。

圖1 大腦的軸結構圖Fig.1 Axial map of the brain.

2.2 基于種子的功能連接分析

FC表示的是空間上有一定距離的神經生理活動之間的相關性，通常用ICA檢測出的功能網絡中各個腦區作為感興趣區（ROI），考察ROI 之間或ROI 與全腦體素之間的線性相關程度，由此判斷是否與ROI在功能上有較高相似性，即有無功能連接?；诜N子的相關性分析估計了預定義區域（“種子”）與大腦周圍所有其他體素之間的關系。Liu等［14］采取基于種子的方法，使用rsfMRI在癲癇灶附近靠近感覺運動區的患者中成功定位感覺運動區。

2.3 ReHo

ReHo分析是基于體素的度量，用于根據給定體素的時間序列與其最近鄰居的時間序列之間的相似性。它測量相鄰區域的同步性（相當于城市中“市區”與“郊區”之間的交通協調性）（圖2）。ReHo值越高，表示區域腦部活動的連貫性和中心性越高。較高的連貫性和中心性通常與（但不一定）與高活動相同［15］。ReHo值增高表示局部腦區的神經元活動在時間上趨于同步，ReHo值降低則表示局部腦區神經元活動異常。ReHo明顯增加分布在同側海馬旁回、中腦、島狀、call體、雙側感覺運動皮層和額頂葉皮層下結構。此外，發現這些區域的ReHo升高與癲癇活動有關。在默認模式網絡中發現ReHo降低，癲癇活動可能從顳葉擴散到其中［9］。與低代謝相同，ReHo的增加并不局限于局灶性腦區域，而是包括顱內腦電圖研究報告的TLE網絡。ReHo的增加可能是由于癲癇神經元的尖峰增加，并且與癲癇網絡中的發作間期癲癇活動有關［16］。

ReHo升高的結果大多與默認模式網絡重疊，默認模式網絡在健康志愿者的靜止狀態下被激活。（對于不同類型的患者，可能在靜止狀態的其他大腦區域中檢測到異常的ReHo發現）ReHo結果反映了區域神經活動；ReHo專注于區域活動的連貫性和中心性；T表示峰強度。

2.4 ICA

ICA是一種數據驅動的方法，可將全腦血氧合水平依賴信號分解為許多有貢獻的體積空間圖及其關聯的時程，從而使組件的空間獨立性最大化。事實證明，ICA是一種有效且強大的工具，可將低頻靜止狀態模式與以各種時空分辨率采集的數據隔離開。目前為止，ICA已成為分析功能磁共振成像數據的一種非常流行的方法，它不需要對血液動力學響應函數或感興趣的種子區域進行先驗定義，并且能夠捕獲時空受試者間的變異性［17-21］。ICA最初被建議用于解決各個領域中的源盲分離問題，后被證明在分析fMRI和其他類型的生物醫學數據方面是成功的，ICA在rs-fMRI數據分析中得到了廣泛的應用。

圖2 局部一致性分布圖Fig.2 Image of ReHo.

2.5 圖分析

大腦網絡的圖形理論網絡分析亦稱“小世界”網絡分析方法。它是通過邊緣連接的節點集來量化區域之間大腦連通性的一般結構特征。大量研究表明，健康的大腦網絡顯示出高度的小世界性，這可以在局部聚類（高度有序的常規網絡的特征）和遠程連接（低端的特征）之間取得平衡［22］。它可能會使網絡向癲癇發作的特性同步振蕩［23］。TLE是成人癲癇的最常見形式，并被越來越多地認為是一種涉及異常癲癇發生網絡的疾病，而不是單一的局灶性癲癇發生源［24］。癲癇發作的發作間期和發作期網絡變化不僅是由于細胞外離子和神經遞質失調所致以及單神經元和局部神經元群體水平上的興奮性改變，也來自大腦不同部位的神經元群體之間的遠程連接重構。圖論是一種有前途的數學方法，可用于建模隨機變量之間的相互依存關系，該方法已應用于神經生理學和神經影像學數據，能夠闡明TLE中腦網絡結構的各個方面［25］，如闡明有利于TLE病理生理的腦拓撲特征，包括癲癇發作的開始和擴散。用圖論方法了解TLE的病理生理學，相當于提供一個連貫的模型，以檢查基于細胞培養和模擬模型的單神經元水平以及基于神經影像學和神經生理學的人群水平的連通性的結構和功能變化測試。它還可以從全局和區域網絡的角度量化表征腦拓撲的各種度量，并通過估計區域間依賴性來對結構和功能連通性進行建模，從而為大腦連接組提供了一個現實的模型。因此，圖論方法用于TLE可以檢測到顳葉內部和外部的大腦拓撲變化。

3 總結

新的神經影像技術代表了神經病學發展的廣闊前景。靜止狀態下的功能磁共振成像因具有無創性，掃描時間短，分辨率高和易于獲取數據的特點，相對于其他技術而言，是一種潛在的優勢。rs-fMRI作為一種成像技術，在表征各種臨床情況下正常和異常的功能性大腦連接方面起著越來越重要的作用。文中各種資料都支持該技術對更好地研究TLE患者，明確癲癇發生部位的位置以及為神經?？漆t生提供有價值的信息的重要性。迄今為止，有幾種不同的方法和技術可用于分析rs-fMRI數據，并且可用方法的數量正在不斷擴大。通過了解每種處理方法，有利于更好的掌握rs-fMRI在TLE中的應用。同時，該技術也有一定的局限性，首先所有1.5T和3T設備都需要生態平面程序，同時還需要一支專業的團隊和易于使用的后處理程序。目前國內從事這方面研究的團隊較少，所以也很難將靜息態功能磁共振技術作為診斷TLE的新標準，但是在未來的發展中，我們仍有可能將其作為TLE的補充技術。