高云云, 杨素君, 丁芳芳, 王巍巍
邯郸市中心医院, 河北 邯郸 056000
2020-07-23 收稿, 2020-09-30 录用
^*通讯作者: 高云云

摘要: 选取123例癫痫患者作为研究组，同期69例健康体检者作为对照组，均行三维动脉自旋标记技术（3D-ASL）灌注成像与静息态功能MRI（rs-FMRI）检查，研究二者在癫痫病诊断及鉴别中的价值。结果发现，研究组全面发作脑血流量（CBF）、低频振幅（ALFF） < 部分发作和对照组，全面发作血清脑源性神经细胞营养因子（BDNF）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）水平、认知功能（MMSE）评分 < 部分发作 < 对照组，血清神经肽Y（NPY）>部分发作>对照组（P < 0.05），且癫痫患者CBF、ALFF与BDNF、IGF-1、MMSE呈正相关，与NPY呈负相关。CBF与ALFF联合在诊断癫痫发作、鉴别不同癫痫发作类型方面均具有较高应用价值。说明3D-ASL灌注成像及rs-FMRI在癫痫发作诊断及鉴别不同癫痫发作类型方面应用价值较高。
关键词: 癫痫三维动脉自旋标记静息态功能MRI诊断
The Value of 3D-ASL Perfusion Imaging and Resting State MRI in Diagnosis and Differentiation of Epilepsy
GAO Yunyun, YANG Sujun, DING Fangfang, WANG Weiei
Handan Central Hospital, Handan 056000, Hebei, P. R. China
^*Corresponding author: GAO Yunyun
Abstract: A total of 123 patients with epilepsy were selected as the research group, and 69 healthy physical examination subjects were selected as the control group during the same period, the value of two methods in diagnosis and differentiation of epilepsy was studied. All were performed with three-dimensional arterial spin labeling technique (3D-ASL) perfusion imaging and resting state functional magnetic resonance imaging (rs-FMRI) examination. It was found that the full-onset cerebral blood flow (CBF) and low-frequency amplitude (ALFF) of the research group < partial seizure < control group, the levels of serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor-1 (IGF-1), and cognitive function (MMSE) scores < partial seizure < control group, serum neuropeptide Y (NPY) > partial seizure > control group (P < 0.05); and CBF and ALFF in patients with epilepsy were positively correlated with BDNF, IGF-1, MMSE, and negatively correlated with NPY. The combination of CBF and ALFF had high application value in diagnosing seizures and identifying different types of seizures. It can be seen that 3D-ASL perfusion imaging and rs-FMRI have high application value in the diagnosis and identification of seizure types.
Key words: epilepsythree-dimensional arterial spin labeling techniqueresting state functional magnetic resonance imagingdiagnosis
癫痫为临床常见疾病，以脑神经元过度放电导致反复性、发作性和短暂性的中枢神经系统功能失常为特征，全球约有癫痫病例五千万，我国患病率在4%~7%^{[1, 2]}。长期癫痫发作可造成意识状态和认知功能严重损害，因此，在发病早期进行明确诊断和治疗，对控制患者疾病进展、改善预后至关重要^{[3, 4]}。目前，三维动脉自旋标记技术(three-dimensional arterial spin labeling，3D-ASL)灌注成像与静息态功能MRI(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-FMRI)在癫痫诊断和治疗方面的作用越来越受到重视，二者参数在癫痫患者中的表达也有研究报道^{[5, 6]}, 但关于其与认知、神经功能关系及其诊断价值仍缺乏大量循证支持，故本研究对此展开研究，旨在为本病的诊断与鉴别提供参考依据。
1 资料与方法1.1 一般资料选取2018年2月~2020年2月我院123例癫痫患者作为研究组，同期69例健康体检者作为对照组。纳入标准：(1)研究组：符合癫痫诊断标准^[7]；头部影像检测无异常结构；神经系统无阳性体征；患者及家属知晓本研究，并签署同意书。(2)对照组：为我院体检志愿者；全身体检结果无明显异常；自主行为能力良好；年龄18~70岁；知晓本研究并签署同意书。研究组和对照组排除标准：急慢性脑血管疾病患者；有颅脑手术史、头部严重创伤史者；头部影像学检查结果显示除海马硬化外，存在明显结构性异常者；存在其他神经外科及内科疾病者；存在3D-ASL灌注成像与rs-FMRI检查禁忌者。两组一般资料均无显著差异(P＞0.05)。见表 1。
表1

表 1 两组一般资料比较[(x±s)，n(%)] 项目 研究组(n=123) 对照组(n=69) t/χ2 P 性别(女/男) 55/68 30/39 0.027 0.869 年龄/岁 18~70(43.86±12.91) 18~67(41.59±11.76) 1.206 0.229 体质量/kg 45~87(64.38±9.65) 47~85(63.56±8.26) 0.601 0.548 文化水平 ??高中及以下 77(62.60) 40(57.97) 0.398 0.528 ??大专及以上 46(37.40) 29(42.03) 吸烟 45(36.59) 30(43.48) 0.882 0.348 饮酒 37(30.08) 26(37.68) 1.158 0.282 户籍地 ??城镇 51(41.46) 38(55.07) 3.292 0.070 ??农村 72(58.54) 31(44.93) 注：饮酒定义为每日饮白酒≥2两或啤酒≥2瓶，每周饮酒≥1次；吸烟定义为每天抽烟≥1支，连续吸烟时间＞6月

表 1 两组一般资料比较[(x±s)，n(%)]

1.2 方法(1) 3D-ASL灌注成像：采用美国GE公司的Discovery型3.0 T超导型磁共振检查仪，32通道相控阵头线圈，受检者平躺，头先进，保持平静。先行常规磁共振扫描，包括轴位SE T2WI和T1WI序列，随后3D-ASL灌注成像扫描，TR 4632.00 ms，TE 10.50 ms，层厚4.0 mm，FOV 240.0 mm×240.0 mm，翻转角90°，间距0.4 mm，层数30，矩阵64×64，标记后延迟1535 ms，记录脑血流量(cerebral blood flow，CBF)值。
(2) rs-FMRI：采用德国Siemens公司生产的Trio 3.0T型高场MR仪，受检者平躺，采用海绵垫固定头部，保持平静，行rs-FMRI序列及高清结构成像序列扫描，rs-FMRI采用基于梯度回波的回波平面成像序列：TR 2000.00 ms，TE 30.00 ms，层厚4.0 mm，FOV 240.0 mm×240.0 mm，翻转角90°，间距0.4 mm，层数30，矩阵64×64；高清结构成像采用拟定磁化快速梯度回波序列：TR 2300.00 ms，TE 2.98 ms，FOV 256 mm×256 mm，翻转角90°，层数176，层厚1.0 mm。采用DPARSF软件处理数据，使用静息态FMRI工具包REST软件，计算全脑灰质体素的低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuations，ALFF)值。
认知功能评定方法：采用简易精神状态检查量表(mini-mental state examination，MMSE)^[8]评估，分值为0~30分：27~30分为正常，＜27分为存在认知功能障碍，分值越低认知功能越差。
实验室指标检测方法：采集所有受检者入组当天空腹静脉血5 mL，以3500 r/min转速离心处理5 min，取血清，采用酶联免疫吸附试验检测血清脑源性神经细胞营养因子(brain derived neurophic factor，BDNF)水平，试剂盒购自上海基免实业有限公司；采用胶体金方法检测血清胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factors-1，IGF-1)水平，试剂盒购自武汉明德生物科技股份有限公司；采用放射免疫分析法测定脑脊液神经肽Y(neuropeptide Y，NPY)水平，试剂盒购自北京福瑞润泽生物技术有限公司。
1.3 观察指标(1) 研究组和对照组CBF、ALFF值，及研究组部分发作、全面发作患者的CBF、ALFF值。(2)研究组部分发作、全面发作患者和对照组血清BDNF、IGF-1、NPY水平、MMSE评分。(3)癫痫患者CBF、ALFF与血清BDNF、IGF-1、NPY水平、MMSE评分的相关性。(4)CBF、ALFF诊断癫痫发作及鉴别不同癫痫发作类型的价值。
1.4 统计学方法数据处理采用SPSS 22.0软件，计量资料：以(x±s)表示、t检验；计数资料：以n(%)表示、χ²检验；相关性分析采用Pearson相关系数模型，诊断效能分析采用受试者工作特征(ROC)曲线，获取曲线下面积(AUC)、置信区间、敏感度、特异度及cut-off值，不同预测方案间曲线下面积比较采用DeLong检验，联合诊断实施Logistic二元回归拟合，返回预测概率logit(p)，将其作为独立检验变量，均采用双侧检验，α=0.05。
2 结果2.1 两组CBF、ALFF对比研究组CBF、ALFF低于对照组，且研究组中全面发作患者CBF、ALFF低于部分发作患者(P＜0.05)。见表 2。
表2

表 2 两组CBF、ALFF比较(x±s) 组别 n CBF/(cm·s-1) ALFF 研究组 123 45.55±13.66a 0.77±0.23a ??部分发作 52 55.91±18.51 0.96±0.32 ??全面发作 71 37.96±11.32ab 0.63±0.18ab 对照组 69 59.21±17.76 1.05±0.32 a.与对照组对比，P＜0.05；b与部分发作对比，P＜0.05

表 2 两组CBF、ALFF比较(x±s)

2.2 两组相关指标对比研究组全面发作血清BDNF、IGF-1水平、MMSE评分＜部分发作＜对照组，血清NPY＞部分发作＞对照组(P＜0.05)。见表 3。
表3

表 3 两组认知相关指标比较(x±s) 组别 n IGF-1/(μmol·L-1) BDNF/(ng·mL-1) NPY/(pg·mL-1) MMSE评分/分 研究组 123 8.82±2.30a 5.75±1.24a 191.22±16.67a 17.73±2.51a ??部分发作 52 10.85±3.56a 7.53±1.65a 153.47±15.46a 20.65±2.24a ??全面发作 71 7.33±2.20ab 4.45±1.03ab 218.87±18.83ab 15.59±3.48ab 对照组 69 14.50±2.13 9.56±2.38 103.38±12.19 27.88±1.03 a.与对照组对比，P＜0.05；b.与部分发作对比，P＜0.05

表 3 两组认知相关指标比较(x±s)

2.3 相关性分析癫痫患者CBF、ALFF与血清BDNF、IGF-1水平、MMSE评分呈正相关，与NPY呈负相关(P＜0.05)。见表 4。
表4

表 4 相关性分析 项目 BDNF IGF-1 NPY MMSE评分 CBF r 0.613 0.603 -0.621 0.558 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ALFF r 0.549 0.599 -0.599 0.534 P ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

表 4 相关性分析

2.4 CBF、ALFF诊断癫痫ROC曲线显示，CBF与ALFF联合诊断癫痫发作的AUC为0.842，大于单独诊断的AUC，联合诊断的最佳敏感度及特异度分别为71.54%、86.96%；联合鉴别不同癫痫发作类型的AUC为0.878，大于单独诊断的AUC，联合诊断的最佳敏感度及特异度分别为85.92%、73.08%。见表 5、图 1和图 2。
表5

表 5 CBF、ALFF单独及联合诊断癫痫的价值 指标 AUC 95%CI cut-off值 敏感度/% 特异度/% 癫痫 ??CBF 0.751 0.683~0.810 ≤50.83 cm/s 68.29 73.91 ??ALFF 0.755 0.688~0.814 ≤1.01 89.43 53.62 ??联合 0.842 0.782~0.890 71.54 86.96 不同癫痫发作类型 ??CBF 0.799 0.718~0.866 49.41 cm/s 71.83 76.92 ??ALFF 0.733 0.645~0.808 0.9 91.56 55.77 ??联合 0.878 0.807~0.930 85.92 73.08

表 5 CBF、ALFF单独及联合诊断癫痫的价值

图 1

图 1 CBF、ALFF诊断癫痫的ROC

图 2

图 2 CBF、ALFF诊断癫痫发作类型的ROC

3 讨论癫痫根据临床表现和脑电图改变可分为部分发作、全面发作及不能分类发作3种类型，其中，部分发作是癫痫最初的临床发作表现和一侧大脑半球内的一组神经元首先受累，全面发作是最初的临床发作表现和双侧大脑半球同时受累^{[9, 10]}。早期明确病情对疾病的治疗至关重要。
与传统的ASL相比，3D-ASL利用厚块激发和延长的图像采集窗宽，提高3D序列的SNR、减轻图像变形，同时，应用背景抑制技术减少静态脑组织信号，可明显改善CBF动态变化的敏感度^{[11, 12]}。近年来，3D-ASL在基底节区新发脑梗死^[13]、脑胶质瘤^[14]、癫痫^[15]等脑部疾病诊断、治疗方面的作用已被普遍认可。本研究发现，癫痫患者的3D-ASL参数CBF值明显低于健康人群，且全面发作患者的CBF值明显低于部分发作患者。可见癫痫患者存在明显的脑部血流量降低，且随着病情加重脑部血流量降低越严重。通过ROC曲线分析发现，CBF在癫痫发作诊断及鉴别不同癫痫发作类型方面的AUC均在0.7以上，具有较好临床应用价值，可满足临床诊断需求。但ASL-CBF图谱存在夸大真正脑血流量减低的风险，其单独诊断癫痫的准确度存在一定局限性。癫痫发病的确切成因尚不明确，通过观察静息态下全脑自发脑神经活动的特点有助于加深对其发病机理的认识^[16]。静息状态下，大脑产生的规律的自发性神经活动与其高级功能高度相关。rs-FMRI是一种无创、高分辨的神经影像技术，可显示出不同脑区血流低频震荡信号变化的同步性，对正常、疾病状态的脑区之间网络连接进行观察^[17]。全脑ALFF作为rs-FMRI的主要指标之一，是反映自发脑神经活动的震荡特点量化指标，可通过ALFF表征癫痫神经活动的改变。本研究发现，癫痫患者ALFF值明显降低，且随着病情加重降低水平越发明显，通过ROC分析显示，ALFF在癫痫发作和癫痫发作类型方面均具有良好应用价值，同样可为临床诊断提供重要参考。本研究中，CBF与ALFF联合诊断癫痫发作和癫痫发作类型的AUC均提高至0.84以上，大于二者单独诊断的AUC，可为临床诊断癫痫、评估患者病情提供更全面、准确的数据。
有研究认为，癫痫患者存在明显的血清BDNF及MMSE评分降低，二者间存在正相关关系^[18]。BDNF是一种具有神经营养作用的蛋白质，主要分布于中枢神经系统的海马和皮质，能通过多种途径调控神经细胞的发生至凋亡过程，并直接参与神经突触的可塑性和重构，其水平降低可导致神经元损伤加重，增加癫痫患者认知功能损伤^[19]。此外，IGF-1IGF具有调节细胞的增殖分化和组织的修复等生物过程的作用，NPY是反映神经细胞损伤的常用标志物，二者在癫痫病情评估方面均具有良好作用^{[20, 21]}。本研究在以往研究基础上，拓展癫痫患者CBF、ALFF与认知功能及其相关因子关系，发现癫痫患者CBF、ALFF与血清BDNF、IGF-1水平、MMSE评分呈正相关，与NPY呈负相关，提示CBF、ALFF不仅能应用于癫痫诊断，还可在一定程度上反映患者认知功能损伤及相关神经因子表达情况，有助于评估患者病情，指导临床开展针对性治疗。
3D-ASL灌注成像联合rs-FMRI在癫痫发作诊断及鉴别不同癫痫发作类型方面具有较高应用价值，且能在一定程度上反映患者认知功能损伤及相关神经因子表达情况，可为癫痫的诊治提供重要参考，具有较高临床应用价值。

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