磁共振扩散张量成像技术在颞叶局灶性皮质发育不良中的应用研究

单春辉，暴云锋，柳溪，孙吉林

作者单位：

河北省人民医院医学影像科，石家庄050051

局灶性皮质发育不良(forcal cortical dysplasias，FCD)是人类脑部发育疾病中的一个重要类型，是药物难治性癫痫的主要原因之一[1]，FCD的形成原因及病理机制尚不清楚，目前有关其活体皮质区和白质区的对比研究较少。手术切除是FCD最有效的治疗手段，其定位主要依靠磁共振成像检查，但部分病灶会呈MRI阴性表现，影响术前评估[2]。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)技术可以通过测量组织内水分子的扩散运动能力及来间接反映微观结构，是目前唯一能进行活体无创性研究白质纤维的新兴技术[3]。有关DTI技术对颞叶FCD的文献报道较少且不全面，本研究通过回顾性分析45例颞叶FCD患者的DTI与MRI图像，探讨DTI的部分各向异性参数(fraction anisotropy，FA)及表观扩散系数(apparent diffusion coefficient，ADC)在FCD皮质区及白质区病变的评估价值及诊断意义。

1 材料与方法

1.1 研究对象

收集自2012年3月至2017年9月在我院医学影像科就诊，行 3.0 T头颅MRI及DTI检查的癫痫患者45例，健康对照者45名。其中癫痫患者男性28例，女性17例，年龄2～50岁，平均年龄(31.7±8.7)岁，病史2～13年，平均(4.8±2.2)年。健康对照组男性19名，女性26名，年龄2～50岁，平均年龄(30.1±7.7)岁。

病例入选标准：①临床表现：反复癫痫发作，药物治疗效果欠佳；②我院功能神经外科行手术治疗，术后病理证实为颞叶FCD；③除海马硬化外，不具有脑肿瘤、脑血管病、颅内感染、颅内寄生虫及其他脑部发育畸形等影像表现；④为避免其他组织的误差影响，在FCDⅢ型中仅入选FCDⅢa进行研究，并在测量时将海马组织摒除。临床资料均由住院病历中取得。健康对照入选标准：①体格检查及MRI平扫无明显异常；②年龄及性别与病例完全相符。

1.2 仪器设备

美国GE公司生产的Signa Excite 3.0 T HDxt双梯度磁共振设备，8通道头部正交线圈，GE ADW4.6 专用处理工作站。

1.3 扫描方法及技术参数

包括头颅常规平扫及DTI扫描，并视情况添加海马像平扫。常规平扫采用快速自旋回波序列(fast spin-echo，FSE)进行头颅轴位T2WI、T1 FLAIR、T2 FLAIR及矢状T1WI扫描；DTI轴位扫描层面与常规平扫一致，使用扩散加权单次激发自选回波(spin echo，SE)及平面回波(echo planar imaging，EPI)序列，在25个方向施加扩散梯度；海马像采用两种序列进行斜冠状扫描。

DTI扫描技术参数如下：TR=8000 ms，TE=88.0 ms，扫描野为24 cm×24 cm，扫描矩阵=128×130，层厚=5.0 mm，层间距=0，NEX=1.0，Diffusion Direction为25个方向，b=1000 s/mm2，扫描时间=3 min 36 s。

1.4 DTI后处理及诊断分析

将DTI扫描图像传入GE ADW4.6工作站首先进行头颅运动伪影矫正，再行测量分析。具体做法为：入组FCD患者的图像，以手术切除部位为定位基础，取颞叶病变最典型层面，于病变处相应位置(皮质组测量皮质病灶区、白质组测量白质病灶区、灰白质分界不清时以病理切片显示结构为指导)放置感兴趣区(region of interest，ROI)，之后应用软件“对称镜像”功能，在对侧部位相近区域放置相应相同的ROI (图1～2)，取得两侧的ADC值及FA值；对照组取与患者病变同侧且位置相近的区域以同样方法进行测量。为避免主观误差，该方法在常规人工ROI技术基础[4]上做出如下改进：ROI面积减小至为18 mm2，ROI内不含其他无关成分，分别对颞叶FCD病灶典型层面皮质区和白质区进行3次测量以具备普遍性，所得数据取平均值，数据以均数±标准差表示。

表1 入组FCD分型Tab.1 FCD type of entry group

表2 FCD诊断阳性表现情况Tab.2 Positive manifestation of FCD diagnosis

表3 FA及ADC值Perason相关性检验Tab.3 FA and ADC value Perason correlation test

表4 不同类型FCD的FA及ADC值Duncan检验Tab.4 FA and ADC value Duncan test for different types of FCD

以上述方法测量所有入组FCD患者的皮质区及白质区的FA、ADC值，由两名神经系统影像诊断方面经验丰富的高年资影像医师在不知道临床表现、诊断、手术及病理结果的情况下，逐一对双侧颞叶MRI平扫表现及DTI图像测量结果进行分析总结，意见不同时通过讨论取得一致性结果，最后得出患者的阳性检出情况。

阳性标准：FCD的MRI平扫结构图中，阳性皮质常表现为局灶性皮质增厚、T2WI或T2 FLAIR上皮质信号强度增高等；阳性白质常表现为白质内出现向脑室方向延伸的锥形异常高信号、T2WI或T2 FLAIR上白质信号强度增高、T1 FLAIR上白质信号强度减低等；两者共有阳性表现为脑叶萎缩、皮质白质分界不清等[5]。FCD的DTI测量图中，双侧数值对比后相差20%及其以上的，较低的FA值和较高的ADC值视为阳性[6]。

1.5 统计方法

应用Perason检验FCD患者双侧皮质区、白质区的FA和ADC值相关性，应用Duncan检验不同类型FCD的两种参数测量结果差异性，应用配对t检验比较入组患者患侧和健侧以及健康对照组同侧数据的差异性，应用配对χ2检验(McNemar检验)分别对皮质组MRI平扫及DTI技术对FCD阳性表现检出能力进行差异性分析，采用Kappa一致性检验对3种检查方法与FCD病理结果进行一致性检验。应用SPSS 19.0进行所有统计学分析处理，以上统计均以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般结果

根据国际抗癫痫联盟(International League Against Epilep-sy，ILAE)分类标准，对术后病理切片进行重新诊断后结果见表1，根据MRI平扫及DTI技术评估的FCD阳性检出情况见表2。

2.2 统计结果

图1 患者，男，50岁，发作性意识不清16年，临床诊断为症状性癫痫，复杂部分发作。术后病理为颞叶FCDⅠb型。A：轴位T2平扫图，箭处为典型皮层增厚区；B：斜冠状T2 FLAIR海马像；C：FA值测量图；D：ADC值测量图 图2 患者，男，2岁，间断肢体抽搐2年余，临床诊断为癫痫。术后病理为颞叶FCDⅢa型。A：轴位T2平扫图；B：T2斜冠状平扫图，箭处为典型白质病变区；C：斜冠状T2 FLAIR海马像；D：斜冠状T2WI海马像，箭处为右侧FCD合并海马硬化；E：FA值测量图；F：ADC值测量图Fig. 1 The patient was 50 years old and had a paroxysmal consciousness for 16 years. His clinical diagnosis was symptomatic epilepsy and complex partial seizures, the postoperative pathology was temporal lobe FCDⅠb type. A:MRI axial T2 plain scan, there is a typical cortex thickening area in the arrow; B: Oblique coronal T2 FLAIR hippocampal image; C: FA value measurement chart; D: ADC value measurement chart. Fig.2 The patient was 2 years old and had discontinuous limb convulsions for more than 2 years. His clinical diagnosis was epilepsy, the postoperative pathology was temporal lobe FCDⅢa type. A: MRI axial T2 plain scan; B: MRI oblique coronal T2 plain scan,there is a typical white matter lesions in each arrow; C: Oblique coronal T2FLAIR hippocampal image; D: Oblique coronal T2WI hippocampal image, there is a FCD with hippocampal sclerosis of right temporal lobe; E: FA value measurement chart; F: ADC value measurement chart.

Perason检验结果显示，皮质区FA及ADC测量值无明显相关性(P＞0.05)，白质区两者数值呈负相关性(P＜0.05，表3)；Duncan方差分析结果显示，不同类型FCD的FA及ADC测量值差异均无统计学意义(P＞0.05，表4)；配对t检验结果显示，对于FA测量值，皮质患侧与健侧及对照组同区域对比差异均无统计学意义(P＞0.05，表5)，白质患侧数值显著低于健侧及对照组同区域(P＜0.05，表5)。对于ADC测量值，皮质与白质患侧数值均显著高于健侧及对照组同区域(P＜0.05，表6)；McNemar检验对3种方法进行两两比较，MRI与FA诊断能力差异有统计学意义(P＜0.05)，MRI与ADC诊断能力差异不具有统计学意义(P＞0.05)，FA与ADC诊断能力差异有统计学意义(P＜0.05)，3种方法的灵敏度及特异度具体见表7。Kappa一致性检验显示，ADC与FCD病理结果一致性较好(Kappa=0.802，P＜0.05)，MRI与FCD病理结果一致性一般(Kappa=0.489，P＜0.05)，FA与FCD病理结果一致性较差(Kappa=0.089，P＞0.05，表7)。

3 讨论

颞叶FCD是临床上最常见的难治性癫痫类型[7]，目前FCD的具体产生机制尚不清楚，有研究表明可能是由于受到遗传或环境因素影响，神经母细胞在胚胎发育早期神经元的增殖、移行、组织等过程中发生异常，出现异常的神经元和神经胶质细胞[1]，笔者推测FCD的形成首先是大脑皮质被侵害，之后异常的神经元细胞再发出神经纤维束建立系统网络从而出现受累的白质，故皮质与白质受FCD影响的原因、顺序及损害程度并不相同。目前针对FCD白质病变的相关研究较多，而对皮质病变的探讨少见，因此在本研究中将颞叶FCD皮质与白质分设两组进行了对比分析。

表5 FA值配对t检验Tab.5 FA value paired t test

表6 ADC值配对t检验Tab.6 ADC value paired t test

表7 MRI平扫及DTI技术检出力McNemar检验及与FCD病理结果的Kappa一致性检验Tab.7 McNemar test of detection ability of MRI plain scan and DTI technique and Kappa conformance test with FCD pathological results

DTI技术是目前唯一一种在病理状态下反映各组织内水分子运动交换状态同时还可对人体组织内的空间组成信息进行活体研究的功能性检查手段[2]。DTI技术具有20余种参数，临床应用中最常用的有以FA为代表的各项异性参数及以ADC为代表的各项同性参数两类，其中FA值主要反映水分子的扩散方向，间接描述神经纤维多寡及完好程度；ADC值主要反映水分子的扩散程度，间接反映脑组织完整程度[8]。现有部分文献表明，FA与ADC两者呈负相关性[9]，基于此类研究，笔者采用小ROI分别对皮质和白质多次精准测量后对比分析可得结论：白质区FA与ADC呈负相关，这与上述结论相符，推测该原因与白质内丰富且分布方向较为一致的轴突对水分子扩散能力较强的束缚情况有关；皮质区FA与ADC两者无相关性，与上述结论不同，但与两参数推导公式所示相符[10]，亦可推测出皮质内水分子扩散程度受无规则分布的树突束缚较小使得两者间不存在明显影响性，进一步证实本文所用测量方法可比常规ROI法更多更真实地反映组织内的生理活动细节。

长久以来，FCD的分类方法一直饱受争议，直至2011年ILAE制定了全新的分类规范后才有了被广泛接受和使用的标准[11]。有关不同类型FCD的MRI结构影像研究众多，且结论较为统一，均可表明不同类型FCD的MRI影像表现差异明显[5]，这可能与不同的病理结构有关。但针对不同类型FCD的DTI技术研究鲜见报道，本研究对入选的5种FCD类型分别进行了FA及ADC值测量结果对比分析后发现，不同类型FCD的皮质、白质区同区的FA、ADC值均无明显差异，尽管此次FCD类型不全且每种样本量不同，但该结论与Widjaja等[12]在白质区的研究结果相似，笔者推测，FCD病理结构差异虽然在影像结构上表现不同，但并不会对组织内水分子扩散能力、神经纤维束的分布及完好程度造成独特影响，这也说明DTI技术可能在辅助病理分型能力上效用不大。

国内有研究证实，与健侧相比，FCD区域会出现神经纤维束明显稀疏，FA值显著降低、ADC值显著升高的情况[13]。此类研究ROI内以白质为主要成分，对皮质的相关结论较少。本研究中通过DTI测量统计后发现，白质区中患侧FA值明显减小，ADC值明显增高，该结论与上述报道一致，FCD在白质内的病理改变主要表现在白质内异位神经元、异常胶质细胞增殖、髓鞘化纤维数量减少及髓鞘形成障碍等[14]。笔者推测该病理改变导致细胞外间隙扩大、正常轴突数量减少及轴突完整度受损等情况，对水分子的运动幅度及运动方向的束缚能力明显减弱，游离水增多，各项异性程度降低等是造成此结论的主要原因。FCD在皮质内的病理改变主要表现为皮质分层异常或皮质下层异位神经元、皮质内异常胶质细胞增殖等[14]。笔者推测，该病理改变并未过多影响皮质内神经纤维的结构特征，仍以树突为主，但正常神经元细胞体萎缩或减少、异常神经元细胞及异常胶质细胞增殖等均会使细胞间隙增大、水分子运动束缚能力减弱、游离水增多，故皮质组中患侧会出现FA值变化差异很小，ADC值明显升高的情况，同时这也表明，ADC值对反映脑神经元的损害更为敏感，与以往的文献报道一致[15]。

FCD病灶由于具有内在致痫性及局限性，手术切除为最有效的治疗方法[2]，目前普遍认为神经影像检查尤其MRI检查是FCD术前诊断及病灶定位的最佳影像手段[16]，因此MRI影像能否真实反映FCD病灶特征及范围至关重要。然而有研究报道国内各癫痫中心MRI阴性的难治性癫痫占20%～40%，也有30%难治性癫痫患者因MRI阴性无法手术[17]。同时，FCD的影像学表现和预后关系密切，国外有一项Meta分析显示，MRI阳性的FCD患者术后无发作率是MRI阴性的2.5倍[18]，故MRI阴性是癫痫外科最棘手的问题之一。DTI技术目前主要应用于神经纤维束示踪技术上，笔者发现，利用DTI参数测量值进行FCD诊断会比MRI平扫更有意义，这与Chen等[19]的研究结果一致。在本研究中，白质组中ADC、FA、MRI平扫的阳性检出能力无明显差异；皮质组中，ADC阳性检出力最高，MRI平扫次之，FA最低。这表明DTI技术可从组织内生理活动能力的角度检出FCD，依之前讨论，白质内两种参数能力差异不大，皮质内ADC反映能力较强[15]，FA则较差，故建议临床诊断FCD时除MRI平扫外，应广泛采用DTI技术尤其是ADC值予以评估。

本研究不足之处在于FCD患者数量较少，且不同类型样本量差异较大，可能会对统计结果造成误差。另外，如果能将ROI测量次数增加至包括全部病灶区再取均值，可能会更具有普遍意义，不过本研究采用的是资料回顾性方法，病灶区定位主要依靠手术病理切片，很难与DTI及MRI结构图一致，故存有难度，这也是今后改进的方向。

综上所述，利用DTI的FA及ADC两种参数对颞叶不同类型FCD进行测量评估后发现，FCD的皮质区和白质内病理表现有较大差异，两种参数能在不同程度上反映组织内微观结构细节，但对辅助病理分型效用较差，DTI技术尤其是ADC值可对FCD的诊断提供独特的参考价值，建议临床广泛采用。