顳葉癲癇患者腦部靜息態(tài)下多模態(tài)磁共振成像研究.pdf

1、第一部分顳葉癲癇患者腦白質(zhì)損傷DTI-TBSS與結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究
　　 目的：
　　 利用磁共振擴(kuò)散張量成像技術(shù)(DTI)和基于纖維束體素的空間統(tǒng)計(TBSS)方法觀測顳葉癲癇患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)改變情況，同時探討DTI兩個參數(shù)(FA、MD)值在評價顳葉癲癇患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損傷中的應(yīng)用價值，從而為顳葉癲癇患者的臨床診斷、分析、療效與預(yù)后評估提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。另外，基于DTI圖像數(shù)據(jù)，構(gòu)建大腦拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，探討顳葉癲癇患者腦結(jié)

2、構(gòu)網(wǎng)絡(luò)“小世界”屬性的變化情況及其臨床意義。
　　 材料與方法：
　　 1.研究對象
　　 研究被試包括50人，其中顳葉癲癇組26人，全部來自廣東三九腦科醫(yī)院住院病人，健康對照組24人。所有顳葉癲癇患者均為住院病人，均行常規(guī)MR檢查，以及視頻腦電檢查，腦電圖包括頭皮電極或/與蝶骨電極。顳葉癲癇納入標(biāo)準(zhǔn):①癲癇發(fā)作類型與臨床癥狀符合1981年以及1989年國際抗癲聯(lián)盟的診斷標(biāo)準(zhǔn)與分類標(biāo)準(zhǔn);②視頻腦電圖顯示異常癇性放

3、電（Intericalepileptiformdischarges，IEDs)起源于顳部。MR檢查顯示單側(cè)或雙側(cè)海馬硬化、顳葉皮層局灶性發(fā)育不良。臨床發(fā)作具有以下特征:內(nèi)側(cè)顳葉癲癇(mTLE)發(fā)作先兆包括胃氣上升感、胸悶、心慌等。外側(cè)顳葉癲癇(ITLE)發(fā)作先兆包括幻聽、精神癥狀、軀體感覺異常等。綜合臨床表現(xiàn)、腦電圖(Electrocephalographic，EEG)與MR結(jié)果最終診斷為TLE。排除標(biāo)準(zhǔn)，MRI檢查示顱內(nèi)占位性病變（如

4、腫瘤、寄生蟲、血管畸形等）、白質(zhì)變性、軟化灶等其它病變，EEG示可疑不正常，EEG定側(cè)結(jié)果與臨床表現(xiàn)不相符者。8例被試者從本研究中排除（包括6例顳葉癲癇患者與2例健康對照組受試者），剩余42例被納入本次研究，即:20例顳葉癲癇患者（男性:16例，女性:4例，平均年齡:25.55±8.67歲），22例正常健康對照組（男性:13例，女性:9例，平均年齡:25.23±6.67歲）。
　　 2.磁共振DTI數(shù)據(jù)采集
　　 磁共振

5、DTI數(shù)據(jù)采集使用飛利浦1.5T磁共振掃描儀(PhilipsGyroscanIntera1.5T)，并采用6通道相位陳列（神經(jīng)血管線圈6，NV6）線圈接收核磁共振信號。DTI數(shù)據(jù)采集之前均進(jìn)行全腦軸位T1WI、T2WI及FLAIR掃描，以排除腦部疾患。DTI數(shù)據(jù)采集采用單次激發(fā)自旋回波平面回波序列，平行于大腦前后聯(lián)合得到全腦軸位彌散加成像。b=800s/mm2共32組圖像（32個擴(kuò)散梯度方向），和一組擴(kuò)散敏感系數(shù)b=0的非擴(kuò)散加權(quán)圖像。

6、磁共振掃描具體參數(shù)如下:重復(fù)時間(TR)=11000ms;回波時間(TE)=71.614ms;翻轉(zhuǎn)角(flipangle)=90°;矩陣(matrixsize)=144×144;視野(FOV)=230mm×230mm;激勵次數(shù)(NEX)=1;層厚(thickness)=2.0mm;層數(shù)(slice)=67;層間距(slicegap)=0。
　　 3.DTI數(shù)據(jù)預(yù)處理與TBSS分析
　　 首先利用MRIcro(ChrisR

7、orden，http://www.psychology.nottingham.c.uk/staff/crl/mricro.html)將每個被試者的1組B0圖像與相應(yīng)的32組擴(kuò)散權(quán)重二維圖像DICOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為包含三維影像與代表不同擴(kuò)散權(quán)重梯度場強(qiáng)方向的四維NIFTI格式數(shù)據(jù)。
　　 DTI數(shù)據(jù)分析采用FSL(FMRIBSoftwareLibrary,www.fmrib.ox.ac.uk/fsl，version4.19)軟件。具體

8、處理步驟包括:①首先使用FSL軟件FDT套件中的eddycorrect函式來矯正圖像的失真。②利用FSL軟件中BET套件以每個被試者的B0圖像作為依據(jù)產(chǎn)生各自的腦mask。③將梯度磁場方向、磁場強(qiáng)度的數(shù)值以及四維NIFTI格式圖像，連同各個被試的mask輸入FDT套件中的dtifit函式中來進(jìn)行擴(kuò)散張量的計算。輸出的結(jié)果將包含F(xiàn)A(fractionalanisotropy)、MD(meandiffusivity)圖像。以FA值、MD值進(jìn)

9、行基于纖維束體素的空間統(tǒng)計的群組分析。
　　 4.大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與可視化
　　 應(yīng)用基于MatlabR2009b分析軟件平臺的SPM5(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)腦成像處理軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理分析。結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)流程:①DICOM數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為NIFTI格式;②剛性配準(zhǔn)將T1像轉(zhuǎn)換到DTI空間，將配準(zhǔn)后的T1像通過非線性轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)至MNI空間;③用第二步轉(zhuǎn)換得到的翻轉(zhuǎn)矩陣將MNI空間中的A

10、AL-90模板反向轉(zhuǎn)換到DTI空間;④利用DTIstudio計算擴(kuò)散張量矩陣并得到特征值和特征向量;⑤利用DTIstudio里的FACT算法重建全腦白質(zhì)纖維束;⑥用90個腦區(qū)作為節(jié)點與纖維束作為邊構(gòu)建大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖的可視化是基于BrainnetviewerVersion1.1軟件實現(xiàn)。
　　 5.統(tǒng)計學(xué)分析
　　 應(yīng)用SPSS13.0軟件采用兩獨立樣本t檢驗的統(tǒng)計方法評價顳葉癲癇患者組與正常被試組之間年齡、

11、受教育程度，采用卡方檢驗評價兩組被試之間性別差異。全腦平均FA值、MD值進(jìn)行組間分析，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。采用Pearson相關(guān)分析方法對顳葉癲癇組全腦平均FA值與癲癇患者病程作相關(guān)分析。
　　 應(yīng)用SPSS13.0軟件采用兩獨立樣本t檢驗的統(tǒng)計方法評價顳葉癲癇患者組大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)各“小世界”屬性參數(shù)(λ、σ、Cp、Lp、Eglob、Eloc、Cost)與正常對照組之間的差異。采用Pearson相關(guān)分析方法對顳葉癲癇患者

12、病程分別與大腦效率（Eglob）、代價（Cost）作相關(guān)性分析，P＜0.05認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 結(jié)果：
　　 1.TBSS結(jié)果:
　　 顳葉癲癇患者多個腦區(qū)FA值顯著降低:雙側(cè)顳葉、額葉、頂葉及部分枕葉，雙側(cè)半卵圓中心、雙側(cè)內(nèi)囊前、后肢(P＜0.05)。顳葉癲癇患者多個腦區(qū)MD值顯著升高:左側(cè)額葉、顳葉、頂葉、枕葉(P＜0.05)。顳葉癲癇患者腦白質(zhì)纖維骨架平均FA值與癲癇病程呈負(fù)相關(guān)(r=-0.5535，

13、P=0.0114)。
　　 2.結(jié)構(gòu)小世界網(wǎng)絡(luò)屬性結(jié)果:
　　 顳葉癲癇患者大腦全局效率顯著降低，而且左側(cè)額中回、雙側(cè)枕下回、左側(cè)角回、左側(cè)顳橫回，右側(cè)扣帶回與扣帶旁回前部的局部效率顯著降低(P＜0.05);顳葉癲癇患者大腦最短路徑(t=-4.18，P=1.55e-04)與成本(t=-4.04，P=2.35e-04)顯著增大。采用Pearson相關(guān)分析方法，結(jié)果顯示左側(cè)緣上回局部節(jié)點效率與病程呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.63

14、，P=0.0053)，左側(cè)顳中回局部節(jié)點效率與病程呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.53，P=0.0233)，顳葉癲癇患者大腦最短路徑（Lp）、全局效率（Eglob）、局部效率（Eloc）、代價(Cost)均有顯著性差異，而集群系數(shù)(Cp)兩組間無顯著性差異。
　　 結(jié)論：
　　 顳葉癲癇患者腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛損傷，且損傷程度隨著病程的延長而加重，而且左側(cè)大腦半球白質(zhì)受損較右側(cè)顯著。通過基于彌散張量圖像構(gòu)建大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)顯示，顳葉

15、癲癇患者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)仍然具有“小世界”屬性，但是該網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為全局效率與局部效率下降，而最短路徑增加，代價增高;另外，大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點分布亦發(fā)生了變化。以上結(jié)果表明癲癇電活動導(dǎo)致大腦白質(zhì)廣泛損傷，信息傳遞效率降低，這可能與癲癇患者情感低落、記憶力減退，認(rèn)知與學(xué)習(xí)能力下降等臨床癥狀有關(guān)。
　　 第二部分基于BOLD-fMRI的顳葉癲癇患者腦功能網(wǎng)絡(luò)研究
　　 目的：
　　 采用基于血氧水平

16、依賴成像的圖像，通過功能連接技術(shù)與構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的方法，探討顳葉癲癇患者靜息態(tài)腦部腦區(qū)間功能連接變化情況，同時探討腦功能網(wǎng)絡(luò)“小世界”屬性的變化情況，并評價這些指標(biāo)變化的臨床意義。
　　 材料與方法：
　　 1.研究對象
　　 研究被試包括63人，其中顳葉癲癇組35人，全部來自廣東三九腦科醫(yī)院住院病人，健康對照組28人，9例被試者從本研究中排除，剩余54例被納入本次研究:25例正常健康對照組（男性:17例，女性

17、:8例，年齡:24.24±5.31歲），16例左側(cè)顳葉癲癇患者（男性:11例，女性:5例，年齡:23.13±7.14歲）13例右側(cè)顳葉癲癇患者（男性:8例，女性:5例，年齡:26.31±10.10歲）。顳葉癲癇納入標(biāo)準(zhǔn):①癲癇發(fā)作類型與臨床癥狀符合1981年以及1989年國際抗癲聯(lián)盟的診斷標(biāo)準(zhǔn)與分類標(biāo)準(zhǔn);②視頻腦電圖顯示異常癇性放電(Intericalepileptiformdischarges，IEDs)起源于單側(cè)顳部。排除標(biāo)準(zhǔn):MR

18、I檢查示顱內(nèi)占位性病變、白質(zhì)變性、軟化灶等其它病變，EEG示可疑不正常，或雙側(cè)IEDs（或無單側(cè)定側(cè)意義），EEG定側(cè)結(jié)果與臨床表現(xiàn)不相符者。正常對照組入選標(biāo)準(zhǔn)同第一部分。
　　 2.數(shù)據(jù)采集
　　 磁共振儀器設(shè)備同前;靜息態(tài)BOLD-fMRI數(shù)據(jù)采集前，并告之被試者在進(jìn)行MR檢查時務(wù)必避免系統(tǒng)性思考問題，保持清醒狀態(tài)、閉眼，不能睡覺。BOLD數(shù)據(jù)采集采用梯度回波平面回波序列（GRE-EPI），平行于大腦前、后聯(lián)合得到全

19、腦軸位成像，具體參數(shù)如下:TR=3000ms;TE=50ms;翻轉(zhuǎn)角=90°;究康復(fù)治療Matrix=128×128;FOV=230mm×230mm;層厚=4.5mm;層間距=0;共160個動態(tài)。靜息態(tài)掃描時間約7分鐘。
　　 3.圖像數(shù)據(jù)處理分析
　　 3.1數(shù)據(jù)預(yù)處理
　　 對采集到的原始DICOM數(shù)據(jù)首先應(yīng)用基于MatlabR2009b分析軟件平臺的SPM5(http://www.fil.ion.ucl.a

20、c.uk/spm)軟件進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理。具體預(yù)處理步驟包括:①將原始圖像的DICOM格式轉(zhuǎn)化為用于數(shù)據(jù)分析的NIFTI格式;②手動去除前十個時間點的掃描圖像，保持磁場穩(wěn)定性;③頭動校正(realignment)，被試者頭動范圍超過±1mm或者±1°的數(shù)據(jù)從研究中剔除;④時間序列校正(slicetiming):以掃描位置中心點為參考層，把被試者所有個體靜息態(tài)BOLD-fMRI圖像進(jìn)行時間差異校正;⑤標(biāo)準(zhǔn)化(normalization)處理

21、，將頭動校正后的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化到SPM5內(nèi)MNI模板并轉(zhuǎn)化到TalairachandTournoux空間。⑥進(jìn)行去線性飄移(linearlydetrended)與低頻濾過(low-frequencyfiltering)處理。預(yù)處理之后的時間序列信號做進(jìn)一步的功能連接分析與圖論分析。
　　 3.2圖像分割
　　 應(yīng)用AAL-90模板將圖像分割為90個感興趣區(qū)(ROIs)，每一側(cè)半球為45個ROIs。再利用MarsBaR工具箱(

22、http://marsbar.sourceforge.net)對每一個感興趣區(qū)提取預(yù)處理之后的時間序列信號。
　　 3.3計算相關(guān)矩陣
　　 將90個腦區(qū)之間的靜息態(tài)BOLD-fMRI時間序列信號進(jìn)行相關(guān)計算，結(jié)果得到每一位受試者的90×90的相關(guān)矩陣圖，由于相關(guān)矩陣的對稱性，我們對4005（C290=90×89/2=4005）個相關(guān)系數(shù)進(jìn)行下一步統(tǒng)計分析。
　　 3.4大腦功能網(wǎng)絡(luò)圖的構(gòu)建與可視化
　　

23、 基于上述構(gòu)造的相關(guān)矩陣，我們以每個腦區(qū)為節(jié)點，腦區(qū)間的相關(guān)系數(shù)為邊，來構(gòu)建二值矩陣。最后我們基于二值矩陣來計算全局網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和節(jié)點參數(shù)。大腦功能連接網(wǎng)絡(luò)圖的可視化是基于BrainnetviewerVersion1.1軟件實現(xiàn)的。
　　 4.統(tǒng)計學(xué)分析
　　 4.1功能連接比較
　　 基于matlab2009b，采用兩獨立樣本的t檢驗的方法分別比較左側(cè)顳葉癲癇病人和正常人之間有差異的功能連接，右側(cè)顳葉癲癇病人和正常

24、人之間有差異的功能連結(jié)。由于多重比較的問題，p＜0.001認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 4.2網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的比較
　　 基于matlab2009b，針對每一個網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，采用兩獨立樣本的t檢驗的方法分別檢測左側(cè)顳葉癲癇病人和正常人之間、右側(cè)顳葉癲癇病人和正常人之間是否有差異。由于多重比較的問題，p＜0.001認(rèn)為有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　 結(jié)果：
　　 1.功能連接分析結(jié)果:
　　 左側(cè)TLE較正常對照組出現(xiàn)多個

25、節(jié)點間功能連接增強(qiáng)，如右側(cè)中央前回與右側(cè)海馬，右側(cè)額下回眶部與右側(cè)中央后回等;功能連接減弱的節(jié)點如左側(cè)扣帶回后部與左側(cè)丘腦。右側(cè)TLE較正常對照組出現(xiàn)多個腦區(qū)間功能連接增強(qiáng)，如左側(cè)中央前回與左側(cè)海馬旁回，左側(cè)額上回背外側(cè)部與左側(cè)嗅皮質(zhì)等，功能連接減弱的腦區(qū)，包括右側(cè)額上回內(nèi)側(cè)部與右側(cè)顳中回顳極部，左側(cè)扣帶回后部與右側(cè)顳中回顳極部，右側(cè)海馬與右側(cè)尾狀核。
　　 2.功能網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果:
　　 2.1左側(cè)顳葉癲癇的集群系數(shù)(C

26、p)與局部效率（Eloc）增大，右側(cè)顳葉癲癇患者大腦功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)無顯著差異性。
　　 2.2左側(cè)顳葉癲癇患者右側(cè)顳中回與右側(cè)海馬旁回節(jié)點參數(shù)增加，而右側(cè)丘腦與左側(cè)額中回眶部節(jié)點參數(shù)下降，尤其以左側(cè)額中回眶部下降顯著(P=0.0057);與正常對照組比較，右側(cè)顳葉癲癇患者右側(cè)頂下小葉、雙側(cè)角回、右側(cè)中央后回節(jié)點節(jié)參數(shù)增加，其中以右側(cè)頂下小葉的Nbc增加顯著(P=6.8817e-4)，而左側(cè)顳下回節(jié)點參數(shù)減少。