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腦磁圖在癲癇術(shù)前定位中的應(yīng)用進(jìn)展

2017-03-07 12:22:16任潔釧喬慧王群
臨床神經(jīng)病學(xué)雜志 2017年4期
關(guān)鍵詞:偶極子皮質(zhì)癲癇

任潔釧,喬慧,王群

·綜述·

腦磁圖在癲癇術(shù)前定位中的應(yīng)用進(jìn)展

任潔釧,喬慧,王群

腦磁圖是一種無(wú)創(chuàng)性探測(cè)大腦神經(jīng)電磁信號(hào)的一種腦功能檢測(cè)技術(shù),近年來(lái)越來(lái)越多地被用于癲癇、腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床診療之中。難治性癲癇的術(shù)前評(píng)估是癲癇診療的熱點(diǎn)和難點(diǎn),腦磁圖在癲癇術(shù)前評(píng)估中的作用,主要體現(xiàn)在癲癇灶的定位和腦功能區(qū)定位兩方面。對(duì)癲癇灶進(jìn)行精準(zhǔn)定位是手術(shù)預(yù)后的關(guān)鍵,而對(duì)語(yǔ)言、運(yùn)動(dòng)等腦功能區(qū)的準(zhǔn)確定位可以最大程度減少手術(shù)對(duì)大腦正常功能的損傷。癲癇灶定位的方法非常多,包括癥狀學(xué)、頭皮視頻EEG(VEEG)(發(fā)作間期和發(fā)作期)、MRI、PET、SPECT、皮質(zhì)EEG(ECoG)等。腦磁圖作為一種新近出現(xiàn)的神經(jīng)功能檢查方法,在癲癇灶的術(shù)前定位中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文著重對(duì)腦磁圖在癲癇灶術(shù)前定位中的應(yīng)用作一綜述。

1 腦磁圖基礎(chǔ)

人腦的磁信號(hào)來(lái)源于大腦皮質(zhì)中并行排列的錐體細(xì)胞樹突,其細(xì)胞內(nèi)電流變化產(chǎn)生磁場(chǎng),在空間加和產(chǎn)生生物磁信號(hào)。1968年,美國(guó)麻省理工學(xué)院的Cohen[1]首次記錄到了人腦的磁信號(hào)。腦磁信號(hào)是非常微弱的,僅有50~200 fT,約為地球磁場(chǎng)的十億分之一[2]?,F(xiàn)代腦磁信號(hào)的成功探測(cè)和記錄是通過(guò)低溫超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)實(shí)現(xiàn)的。SQUID在極低溫環(huán)境中達(dá)到超導(dǎo)性能,可將微弱的腦磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并進(jìn)行放大。最初的腦磁圖檢測(cè)設(shè)備只有單通道,覆蓋面積小,檢測(cè)繁復(fù),一次只能記錄到部分腦區(qū)的磁信號(hào)。隨著技術(shù)發(fā)展,多通道腦磁圖設(shè)備相繼問(wèn)世?,F(xiàn)代的全頭型腦磁圖設(shè)備有上百個(gè)探測(cè)通道,容納在一個(gè)盛有液氦的大杜瓦罐中保持超導(dǎo)性能,可一次性同時(shí)記錄全腦的生物磁信號(hào)。檢查在磁屏蔽室內(nèi)進(jìn)行,可最大程度屏蔽外部地球磁場(chǎng)、電磁設(shè)備等產(chǎn)生的干擾信號(hào)。檢查過(guò)程中,患者的頭部放置于杜瓦罐下部的頭盔中,頭盔內(nèi)有多個(gè)探測(cè)通道對(duì)顱外磁場(chǎng)進(jìn)行無(wú)接觸式探測(cè)?;颊呖筛鶕?jù)臨床要求采取臥位或坐位,檢查前可適當(dāng)給予睡眠剝奪或者抗癲癇藥物減停量以配合檢查要求[3]。

現(xiàn)代腦磁圖設(shè)備可以連續(xù)記錄患者的腦磁信號(hào),形成多通道的波形圖供臨床醫(yī)生參閱。更重要的是,可以利用腦磁圖數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析。源分析是指根據(jù)腦磁圖信號(hào)探測(cè)器得到的顱外磁場(chǎng)的時(shí)間和空間分布,選用恰當(dāng)?shù)奈锢砟P秃蛿?shù)學(xué)分析方法,推算顱內(nèi)信號(hào)源的位置、強(qiáng)度和方向。將同一患者的腦磁圖數(shù)據(jù)與高分辨的結(jié)構(gòu)MRI進(jìn)行配準(zhǔn),再將源分析結(jié)果疊加到MRI圖像上,即形成了磁源性影像(MSI)。MSI可以直觀地看到某一時(shí)刻信號(hào)源的精確解剖部位,具有高時(shí)間分辨率和高空間分辨率。

2 腦磁圖的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

腦磁圖探測(cè)的是突觸后細(xì)胞內(nèi)電流的總和,是細(xì)胞神經(jīng)電生理活動(dòng)的直接反應(yīng)。其他的腦功能檢測(cè)方法大多是間接反應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)的情況。SPECT通過(guò)檢測(cè)大腦血流容量(CBF)的變化來(lái)反應(yīng)相應(yīng)腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)。PET探測(cè)的是大腦各個(gè)部位的代謝狀況。血氧水平依賴(BOLD)-皮質(zhì)功能磁共振通過(guò)含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白比例的變化間接反應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)的變化。相比之下,EEG探測(cè)的是細(xì)胞外容積電流的總和,對(duì)腦功能的探測(cè)更為直接。另一方面,EEG測(cè)量的電信號(hào)在由顱內(nèi)到顱外的傳導(dǎo)過(guò)程中,受到CSF、顱骨及皮膚等的影響,有一定程度的扭曲和失真。而腦磁圖信號(hào)在傳導(dǎo)過(guò)程中基本不受這些組織的影響。另外,腦磁圖的時(shí)間分辨率和空間分辨率都很高。傳統(tǒng)EEG的時(shí)間分辨率高但是對(duì)腦區(qū)的定位較為粗略,而fMRI雖然有高空間分辨率但是時(shí)間分辨率較低,一般以秒計(jì)。相比之下,經(jīng)腦磁圖形成的磁源性影像,有毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率和毫米級(jí)的空間分辨率,可精確、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)地反應(yīng)大腦不同區(qū)域的功能變化情況。

當(dāng)然,腦磁圖技術(shù)在神經(jīng)功能檢測(cè)中也存在一些缺點(diǎn)。首先,腦磁圖不能探測(cè)到徑向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。如果把人腦看成一個(gè)規(guī)則的球體,只有當(dāng)電流方向與球體半徑垂直時(shí),即切向的電流,根據(jù)右手法則所產(chǎn)生的磁場(chǎng)才可能被探測(cè)到,而徑向分布的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)則難以探測(cè)。因此,大腦皮質(zhì)的溝回在某些走行方向的放電所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是腦磁圖探測(cè)的盲區(qū)。其次,腦磁圖檢查過(guò)程對(duì)受試者要求較高,需要其高度配合,輕微的動(dòng)作以及頭面部肌肉的緊張收縮都會(huì)對(duì)腦磁信號(hào)產(chǎn)生干擾,更加會(huì)影響磁源性影像的準(zhǔn)確性。另外,腦磁圖記錄的多是癲癇發(fā)作間期的棘波,對(duì)棘波定位的MSI所反映的主要是癲癇易激惹區(qū)。由于多數(shù)癲癇發(fā)作都有明顯的運(yùn)動(dòng)偽跡,腦磁圖很少能夠清晰記錄到發(fā)作期的放電從而對(duì)發(fā)作起始區(qū)進(jìn)行定位,在這一方面VEEG更有優(yōu)勢(shì)。最后,腦磁圖設(shè)備和維護(hù)都較為昂貴,且不能夠如VEEG一樣進(jìn)行長(zhǎng)程記錄和監(jiān)測(cè),這也限制了腦磁圖的廣泛使用。

3 腦磁圖檢測(cè)棘波的敏感度

準(zhǔn)確且敏感地檢測(cè)出癲癇患者發(fā)作間期的異常棘波是癲癇術(shù)前評(píng)估中利用腦磁圖進(jìn)行準(zhǔn)確定位的前提。既往一些研究[4-6]對(duì)較大樣本量的癲癇患者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),腦磁圖在癲癇患者中的陽(yáng)性率約為60%~90%,與EEG相近。但需要注意的是,有些患者僅有腦磁圖或EEG陽(yáng)性,而另一種檢測(cè)方法不能探測(cè)到癇性棘波。有研究[7]進(jìn)一步發(fā)現(xiàn),幾近一半的EEG無(wú)棘波的癲癇患者,腦磁圖檢查中都可以發(fā)現(xiàn)棘波。兩種檢查的神經(jīng)生理基礎(chǔ)不完全相同,因此臨床實(shí)踐中不能簡(jiǎn)單地根據(jù)EEG結(jié)果陽(yáng)性或陰性來(lái)推測(cè)腦磁圖檢查的可能結(jié)果。相比單一檢查模態(tài),EEG聯(lián)合腦磁圖對(duì)棘波的檢出率更高[5]。

腦磁圖設(shè)備能否探測(cè)到癲癇棘波受多種因素的影響,包括源電流的深度、方向、面積、位置等。磁場(chǎng)的強(qiáng)度與探測(cè)器到源電流距離的平方成反比,因此源電流的位置越深,所探測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度越小[8],例如基底節(jié)、扣帶回等部位的癇性放電。只有當(dāng)其強(qiáng)度為皮質(zhì)表面的幾倍時(shí),其產(chǎn)生的磁場(chǎng)才可能被探測(cè)到。

源電流的方向也會(huì)對(duì)腦磁信號(hào)探測(cè)產(chǎn)生影響。腦磁圖只能記錄到切向電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。因此,腦回頂部及腦溝底部皮質(zhì)的放電可能是腦磁圖探測(cè)的盲區(qū),而溝回側(cè)壁皮質(zhì)的放電更容易被探測(cè)到。不過(guò),Hillebrand等[8]以真實(shí)人腦形態(tài)為模型模擬了不同部位偶極子放電的探測(cè)情況發(fā)現(xiàn),雖然在腦回頂部有非常細(xì)的2 mm寬的帶狀區(qū)域不能被探測(cè)到,但其周圍皮質(zhì)所產(chǎn)生的電流有切向成分,也可以為相應(yīng)區(qū)域的磁場(chǎng)做出貢獻(xiàn)。因此,這一因素對(duì)檢測(cè)敏感性的影響似乎不是很大,而源電流的深度所起的影響更大。

另一方面,產(chǎn)生棘波的大腦皮質(zhì)需達(dá)到一定面積產(chǎn)生的磁場(chǎng)才能夠被探測(cè)到。研究[9]顯示,腦磁圖信號(hào)探測(cè)需要3~4 cm2大腦皮質(zhì)產(chǎn)生同步電活動(dòng),而EEG需要6~10 cm2才能夠探測(cè)到棘波[10]。從這個(gè)角度看,腦磁圖對(duì)棘波的探測(cè)似乎比EEG更加敏感。

腦磁圖檢測(cè)棘波的敏感性也與源電流所處的不同腦區(qū)的位置有關(guān)。腦磁圖對(duì)于表淺大腦皮質(zhì)的信號(hào)更敏感。這是因?yàn)樵措娏鞯纳疃葘?duì)探測(cè)的影響很大,且即使在腦回頂部可能有小部分皮質(zhì)的徑向電流磁場(chǎng)不能被探測(cè)到,但其臨近皮質(zhì)仍會(huì)產(chǎn)生切向電流且位置表淺,可以為相應(yīng)腦區(qū)的腦磁信號(hào)作出貢獻(xiàn)。而對(duì)于內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu),大部分研究[11-14]認(rèn)為,腦磁圖的敏感性是比較低的。一些研究[11-12]顯示,腦磁圖對(duì)內(nèi)側(cè)顳葉棘波的檢出率非常低。Santiuste等[13]對(duì)癲癇患者的棘波進(jìn)行顱內(nèi)電極以及腦磁圖的檢測(cè)發(fā)現(xiàn),腦磁圖對(duì)于內(nèi)側(cè)顳葉棘波的檢出率約為25%~60%,遠(yuǎn)低于同研究中其他新皮質(zhì)部位95%的檢出率。Agirre-Arrizubieta等研究[14]發(fā)現(xiàn),只有25%的由ECoG檢測(cè)到的內(nèi)側(cè)顳葉棘波可以被腦磁圖探測(cè)到,而眶額區(qū)和半球間區(qū)域探測(cè)率可以達(dá)到90%??傮w來(lái)說(shuō),內(nèi)側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)的棘波不易被腦磁圖檢測(cè)到,這可能是因?yàn)槠湮恢幂^深。另一方面,也有些學(xué)者[11]認(rèn)為,內(nèi)側(cè)顳葉中海馬結(jié)構(gòu)的螺旋形態(tài)可能導(dǎo)致其產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互削弱抵消,因而難以探測(cè)。雖然顳葉底部位置較深,但其皮質(zhì)走行方向易于產(chǎn)生切向電流,因而當(dāng)癇性放電累及的皮質(zhì)面積較大時(shí),棘波仍有可能被探測(cè)到[9]。對(duì)于位置較深的島葉癲癇來(lái)說(shuō),多項(xiàng)研究[15-17]顯示,腦磁圖可以在島葉癲癇患者的島葉及周圍皮質(zhì)探測(cè)到棘波。而腦磁圖對(duì)于中線表淺部位的棘波較為敏感。Agirre-Arrizubieta等[14]發(fā)現(xiàn),對(duì)于經(jīng)ECoG檢測(cè)出的中線部位的間期放電,腦磁圖的檢出率高達(dá)90%。因此,當(dāng)頭皮EEG難以對(duì)中線部位放電進(jìn)行左右定側(cè)時(shí),利用腦磁圖的高空間分辨率可能對(duì)定側(cè)有所幫助。總體來(lái)說(shuō),腦磁圖檢測(cè)癇性棘波的敏感性并不亞于EEG,雖然受多種因素的影響,但腦磁圖在一些方面有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì),臨床中最好與EEG聯(lián)合應(yīng)用,互為補(bǔ)充。

4 腦磁圖定位癲癇灶的準(zhǔn)確性

通過(guò)腦磁圖對(duì)癲癇灶進(jìn)行定位主要是通過(guò)源分析實(shí)現(xiàn)的。如前文所述,源分析是根據(jù)探測(cè)到的腦磁信號(hào)推算顱內(nèi)信號(hào)源的位置、強(qiáng)度和方向的。如選用發(fā)作間期棘波的腦磁圖數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析,即可對(duì)棘波進(jìn)行定位,從而為癲癇術(shù)前評(píng)估和致癇灶定位提供線索。目前臨床上使用最廣泛的腦磁圖源分析方法是等效電流偶極子模型。其基本思想是通過(guò)假設(shè)的電流偶極子來(lái)模擬磁源,用數(shù)學(xué)方法計(jì)算其所產(chǎn)生的空間磁場(chǎng),以最小二階乘的方法,不斷改變偶極子的數(shù)量、位置、強(qiáng)度和方向,找到與實(shí)際探測(cè)到的顱外磁場(chǎng)最吻合的偶極子分布。

通過(guò)腦磁圖偶極子分析方法對(duì)癲癇灶進(jìn)行定位,與ECoG、結(jié)構(gòu)影像學(xué)有較高的一致性,并且可能提示手術(shù)預(yù)后。已有多項(xiàng)研究[18-21]顯示,通過(guò)偶極子方法對(duì)發(fā)作間期棘波進(jìn)行源定位,與后續(xù)術(shù)中顱內(nèi)電極或ECoG監(jiān)測(cè)到的致癇灶區(qū)域有較好的一致性[22-23]。對(duì)于皮質(zhì)表淺部位,在腦磁圖與ECoG的同步記錄中有較高的一致性[9]。腦磁圖偶極子的分布方式也有一定的提示意義。當(dāng)發(fā)作間期棘波發(fā)放較多、且偶極子分布較集中時(shí),偶極子分布區(qū)域往往與ECoG定位的發(fā)作起始區(qū)一致[18-19]。而偶極子散在分布的區(qū)域,往往提示是易激惹區(qū),并不一定需要手術(shù)切除[18]。對(duì)于有顱內(nèi)結(jié)構(gòu)性病變的癲癇患者,棘波相關(guān)的偶極子大多分布于病灶及其周圍區(qū)域[20-21,23],與結(jié)構(gòu)病變一致性較高。且腦磁圖的偶極子定位可以引導(dǎo)臨床醫(yī)生發(fā)現(xiàn)較隱蔽或難以識(shí)別的結(jié)構(gòu)性病變[16,24]。在手術(shù)預(yù)后方面,用腦磁圖偶極子分析方法定位癲癇灶,可以提供更多的有用信息[25],較好地預(yù)測(cè)手術(shù)預(yù)后[26]。對(duì)單一集中的偶極子分布區(qū)域進(jìn)行完全切除多提示術(shù)后癲癇無(wú)發(fā)作,而不全切除則提示可能預(yù)后不佳[27-29]。最新一項(xiàng)回顧性臨床研究[30]發(fā)現(xiàn),當(dāng)偶極子較為集中、方向穩(wěn)定時(shí),手術(shù)預(yù)后相對(duì)良好,而當(dāng)偶極子較為分散時(shí),提示手術(shù)預(yù)后不佳。將腦磁圖與其他術(shù)前評(píng)估手段結(jié)合進(jìn)行評(píng)估則更有幫助。當(dāng)腦磁圖與SEEG結(jié)果相吻合時(shí),術(shù)后癲癇無(wú)發(fā)作比率更高[30]。且楊露等[31]研究發(fā)現(xiàn),采用腦磁圖結(jié)合EEG對(duì)難治性癲癇患者進(jìn)行術(shù)前定位,伽馬刀手術(shù)治療效果顯著。

另一種臨床中較常用的源分析方法是合成孔徑磁場(chǎng)測(cè)定法(SAM)[32],它屬于信號(hào)集束器方法的一種。其基本思想是將大腦劃分成很多體素,在每一體素內(nèi)對(duì)測(cè)量信號(hào)使用信號(hào)集束器,求得某種函數(shù),并得出函數(shù)分布的概率密度圖,其中極大值通常與源位置相對(duì)應(yīng)。Zhu等[33]對(duì)一組左側(cè)顳葉癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)采用SAM法分析發(fā)現(xiàn),與正常人相比,這些患者左側(cè)顳葉結(jié)構(gòu)SAM值顯著升高,與臨床有較好的一致性。吳婷等[34]對(duì)一組難治性癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)使用偶極子、SAM等多種方法進(jìn)行分析,并以發(fā)作間期ECoG作為金標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn),偶極子的定位吻合率為62.5%(10/16),SAM的吻合率為68.7%(11/16),說(shuō)明SAM具有與偶極子方法相近的準(zhǔn)確性。另外,SAM方法可以用于分析迷走神經(jīng)刺激術(shù)治療中癲癇患者的腦磁圖數(shù)據(jù)[35]。刺激器的干擾可造成原始數(shù)據(jù)中顯著的偽跡,嚴(yán)重影響讀圖,而SAM法可以克服這一點(diǎn),較為準(zhǔn)確地對(duì)這類數(shù)據(jù)進(jìn)行源分析。但是,檢查中患者頭面部肌肉收縮所產(chǎn)生的肌電偽跡通常會(huì)對(duì)SAM產(chǎn)生干擾,在對(duì)SAM分析結(jié)果進(jìn)行解讀時(shí)應(yīng)注意鑒別。

5 腦磁圖結(jié)果解讀注意事項(xiàng)

在對(duì)腦磁圖結(jié)果進(jìn)行解讀中需要注意,所采用的頭部模型和源分析采用的數(shù)學(xué)方法不同所產(chǎn)生的結(jié)果會(huì)有差異。尤其當(dāng)患者的頭部不是很規(guī)則時(shí),源分析的空間定位偏差可能較大。當(dāng)源分析結(jié)果疊加到MRI結(jié)構(gòu)像上產(chǎn)生磁源性影像時(shí),不能機(jī)械地直接采取定位結(jié)果,要根據(jù)源電流的方向及位置,結(jié)合相應(yīng)部位大腦皮質(zhì)的溝回走行結(jié)構(gòu),推測(cè)最可能產(chǎn)生相應(yīng)癇性放電的區(qū)域[7]。另外,腦磁圖探測(cè)到的棘波多處于發(fā)作間期,需注意其對(duì)致癇灶定位意義有限。腦磁圖有自身探測(cè)盲區(qū),有相當(dāng)一部分腦磁圖陰性的患者EEG可有陽(yáng)性發(fā)現(xiàn)。在對(duì)癲癇患者進(jìn)行術(shù)前評(píng)估時(shí),最好能夠參考多種腦功能檢查方法的結(jié)果,結(jié)合患者的臨床表現(xiàn),綜合考慮,做出對(duì)患者最有益的臨床決策。

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2016-02-04

2016-09-11)

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