0 前言

       癫痫是一种由大脑神经元过度放电引起的反复发作的慢性中枢神经系统疾病，临床表现以发作性、短暂性、重复性及刻板性为主要特点^{[1, 2]}。颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy, TLE）是癫痫疾病中最常见的类型，也是导致药物难治性癫痫的主要类型。30%～40%的TLE患者癫痫反复发作、抗癫痫药物的不良反应等原因，以及磁共振影像学显示的^[3]内侧颞叶皮质、白质萎缩，尤其是海马萎缩或海马硬化（hippocampus sclerosis, HS），均是患者出现认知障碍的主要因素^[4]，成为了TLE患者生活质量下降的主要原因^{[5, 6]}。

       基于体素的形态学方法（voxel-based morphometry, VBM）是结构磁共振研究中对整个大脑的解剖差异进行公正和全面评估^[7]的一种常用分析方法，具有简便性、稳定性和可重复性等特点，可以对TLE患者海马、海马旁回、扣带回等区域的灰质、白质厚度进行测量，也可以为评估HS程度提供参考^[8]。而磁共振扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）是一项新兴技术，在描绘生物组织微观结构方面具有独特的优势，其主要参数平均峰度（mean kurtosis, MK）具有较高的敏感度和特异度，可以对脑组织损伤程度进行直观的评估^[9]，已有研究者^[10]运用DKI技术发现癫痫反复发作可能导致脑组织出现微观损伤。

       目前国内外对于TLE患者导致认知障碍的研究众多^{[11, 12]}，但是较少涉及到同时结合VBM与DKI等多模态磁共振影像序列进行研究。

       本研究旨在对伴有认知障碍的TLE患者的内侧颞叶进行磁共振VBM、DKI数据进行研究，进一步明确认知障碍与内侧颞叶皮质、白质萎缩程度和神经微观损伤程度的关系，为TLE患者认知障碍的临床诊疗提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，并经昆明医科大学附属延安医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意（批准文号：2022-104-01）。回顾性分析2018年1月至2022年3月在昆明医科大学附属延安医院神经内科就诊的TLE患者80例，男45例，女35例，年龄（31.61±7.12）岁，其中伴认知功能障碍的40例，不伴认知功能障碍的40例。纳入标准：根据标准的癫痫诊断流程，由癫痫专科医师参照2014国际抗癫痫联盟提出的癫痫诊断方案确诊的TLE患者^[13]。诊断标准：（1）２次或以上自发性（或反射）痫性发作，发作间隔时间＞24 ｈ；（2）在未来的10年，一次非诱发（或反射性）发作和未来发作的可能性与两次非诱发发作后再发的风险相当（至少60%）；（3）认知功能障碍诊断标准为采用蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）量表北京版评分，分数＜26分认为存在认知障碍；（4）规范使用抗癫痫药物；（5）颅脑常规MRI检查无器质性病变；（6）本人或者监护人知情同意。

       排除标准：（1）因脑出血、脑梗死、肿瘤等脑部疾病或糖尿病、脑外伤、手术史及高血压等其他明显颅内结构异常导致的继发性癫痫及脑白质损伤；（2）合并神经或精神疾病史及其他严重躯体疾病；（3）酗酒史及滥用药物史；（4）不能配合完成磁共振数据采集，图像质量不佳；（5）有磁共振扫描禁忌证者。

1.2 MRI检查方法

       采用siemens verio 3.0 T超导磁共振扫描仪（德国西门子公司），原机自带8通道头颈联合线圈，所有对象取仰卧位，头部两侧固定。采集3D TIWI、DKI图像数据。3D-TIWI扫描参数如下：TR 2300 ms，TE 2.27 ms，层厚1 mm，层间距1 mm，FOV 250 mm，激励次数1次；DKI扫描参数如下：轴位，TR 3700 ms，TE 107 ms，b值包含0、1000、2000 s/mm²，层厚4.5 mm，层间距0 mm，扫描层数28层，FOV 240 mm×240 mm，激励次数1次，扩散方向为30个。扫描时间为4 min 32 s。

1.3 图像处理

1.3.1 DKI图像处理

       利用mricron软件（NITRC: MRIcron: Tool/Resource Info）将三组实验者DICOM数据格式转换为可分析的4D NIfTI格式，载入DKE软件（https://www.nitrc.org/projects/dke/），得出MK、径向峰度（radial kurtosis, RK）、轴向峰度（axial kurtosis, AK）、峰度各向异性（kurtosis anisotropy, KA），平均扩散率（mean diffusion, MD）、各向异性分数（fractional anisotropy, FA）和径向扩散率（radial diffusion, RD）、轴向扩散率（axial diffusion, AD）等图像，在双侧海马区勾画感性兴趣区（region of interset, ROI），算出平均值并记录。

1.3.2 VBM处理

       采用基于Matlab 2017a版本的CAT12软件进行图像分析（https://www.mathworks.com/products/matlab.html）。进行三组间对比后再评估，采用两样本配对t检验，三组之间两两对比全脑灰质体积差异。流程如下：使用mricron软件将图像转为3D NIfTI格式，启动CAT 12软件，先对磁共振图像数据进行调整坐标原点，消除头颅位置不正对数据处理造成影响，然后进行脑组织分割，分割成灰质、白质、脑脊液等，图像再经过空间标准化，使用8 mm三维高斯核卷积进行空间平滑。

1.4 统计学分析

       采用SPSS 25.0统计软件进行数据分析，首先检测数据是否符合正态性分布，符合的参数用平均值±标准差的形式表示。对癫痫不伴认知障碍组、健康组和癫痫伴认知障碍组的基线数据和五个脑白质指标进行统计描述和差异性分析。对于年龄、教育年限、MK、RK、AK、FA、MD等定量资料，运用均数±标准差进行统计描述，同时运用完全随机设计的方差分析进行差异性分析；对于性别、高血压、糖尿病等定性资料，运用频数进行统计描述，同时运用卡方检验进行差异性分析。以P＜0.05作为差异有统计学意义的标准；VBM结果的统计在SPM 12软件中进行，两样本配对t检验计算出各组的脑灰质差异，以体素大小表示。生成结果图采用xjview软件（https://www.alivelearn.net/xjview/）读取，以P＜0.001及体素＞50为有意义。

2 结果

2.1 入组人群一般资料

       从入院的病例中经脑电图检查及MoCA量表结果选取TLE伴认知障碍和不伴认知障碍的患者各40例，随机选取健康组40例，基本信息见表1，两组人口学资料差异无统计学意义（P＞0.05），两组数据具有可对比性。

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表1  各组病例基数资料统计
Tab. 1  Statistics on the base number of cases in each group

2.2 三组受试者脑灰质体积比较结果

       健康组与TLE伴认知障碍组对比，左侧海马、双侧舌回、左侧丘脑、扣带回及楔叶存在灰质减少（表2、图1）；TLE不伴认知障碍组与健康组灰质体积差异不具有统计学意义；TLE不伴认知障碍组与TLE伴认知功能障碍组相比，左侧海马灰质体积减小（表3、图2）。

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图1  健康组和TLE伴认知障碍组进行配对t检验，VBM显著差异脑区结果显示。1A：使用xjview生成的显著差异脑区矢状位、冠状位、横断位图；1B：使用xjview生成的横断位视图，黄色区域代表灰质体积缩小；1C：使用xjview生成的三维脑表面图，红色区域代表灰质体积缩小；TLE：颞叶癫痫；VBM：基于体素的形态学方法。
图2  TLE伴认知障碍和TLE不伴认知障碍组进行配对t检验，脑灰质显著差异脑区结果显示。2A：使用xjview生成的显著差异脑区矢状位、冠状位、横断位图；2B：使用xjview生成的横断位视图，黄色区域代表灰质体积缩小；2C使用xjview生成的三维脑表面图，红色区域代表灰质体积缩小。TLE：颞叶癫痫。
Fig. 1  Paired t-test is performed in healthy control group and epilepsy with cognitive impairment, the results of VBM showed significant difference in brain regions. 1A: Sagittal, coronal and transverse bitmaps of brain regions with significant difference generated by xjview; 1B: Transverse view generated by xjview. the yellow area represents the reduction of gray matter volume; 1C: The three-dimensional brain surface map generated by xjview, red area representative gray matter volume reduced brain regions. TLE: temporal lobe epilepsy; VBM: voxel-based morphometry.
Fig. 2  Paired t test is carried out in TLE with cognitive impairment and TLE without cognitive impairment groups, and the results of gray matter showed significant differences in brain regions. 2A: Sagittal, coronal and transverse bitmaps of brain regions with significant difference generated by xjview; 2B: Transverse view generated by xjview, the yellow area represents the reduction of gray matter volume; 2C: The 3D brain surface map generated by xjview, and the red area represents the reduction of gray matter volume. TLE: temporal lobe epilepsy.

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表2  健康组与TLE伴认知障碍组灰质体积减小脑区分布
Tab. 2  Distribution of brain regions with reduced gray matter volume in healthy group and temporal lobe epilepsy with cognitive impairment

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表3  TLE伴认知障碍组与TLE不伴认知障碍组灰质体积减小脑区分布
Tab. 3  Distribution of gray matter volume reduction in temporal lobe epilepsy with cognitive impairment group and temporal lobe epilepsy without cognitive impairment group

2.3 三组间扩散峰度各ROI结果

       MD、AR、RK三个参数各组间差异无统计学意义（P＞0.05），MK在各组间的差异有统计学意义（P＜0.001），其中健康组的MK为0.689±0.038，TLE不伴认知障碍组为0.666±0.044，TLE伴认知障碍组为0.643±0.054，三组的MK呈下降趋势，通过两两比较可知，MK在各组之间差异有统计学意义；FA值在各组间的差异有统计学意义（P＜0.001），其中健康组的FA为0.164±0.014，TLE不伴认知障碍组为0.157±0.013，TLE伴认知障碍组为0.149±0.017，三组的FA值呈下降趋势，通过两两比较可知，FA在各组之间差异有统计学意义（表4）。

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表4  各组病例DKI各参数的差异性分析
Tab. 4  Differences in DKI parameters among groups of cases

3 讨论

       本研究采用磁共振VBM技术和DKI技术分析健康人群与TLE伴认知障碍或不伴认知障碍的灰质体积和DKI参数差异。TLE患者海马MK值减低，说明由于长期反复的癫痫导致神经元、白质纤维被破坏。VBM研究发现健康人群与TLE伴认知障碍相比较左侧海马、扣带回、楔叶灰质有明显的缩小，TLE伴认知障碍与不伴认知障碍相比，左侧海马灰质体积有缩小，以上可能是由于异常放电使神经元缺氧导致皮质萎缩。

3.1 癫痫与认知障碍

       TLE作为一种长期慢性疾病，常伴有认知功能障碍，焦虑以及抑郁症的发生，由此大量患者的生活受到严重影响。本次入组患者80例中，40例伴有认知功能障碍，MoCA量表最低的达到11分，甚至无法有效书写自己名字，部分患者在执行、记忆、计算等方面评分显著降低，这与CHANG等^[14]发现TLE患者在语言、概念思维、记忆三个认知域评分显著降低的研究结果一致；且随着患病年限延长，这些方面的认知障碍会逐渐加重，这与ELSHERIF等^[15]的研究结果相符。本研究虽然缺乏长期随访，但是目前40例患者中，病程较长的患者MoCA评分较病程短的患者低。ELSHERIF等研究表明，TLE癫痫患者的认知功能损害比TLE外癫痫患者更为显著。大量神经元的丢失及继发的胶质增生是癫痫的病理基础。近年来有大量文献表明，TLE脑结构异常包括海马及广泛海马外和颞外区域的灰质萎缩、白质丢失和胶质细胞增生^{[16, 17]}，相关研究表明癫痫造成的认知障碍发病机制可能是大脑神经元反复地放电引起神经元轴索变性，而引起神经递质失衡，也有部分患者可出现低氧血症，导致神经元坏死^[18]，SYN1基因来源于X染色体，研究表明与癫痫的发生有关，SYN1基因Q555突变时可引起脑组织微观损伤^[19]。

3.2 VBM和DKI技术在癫痫中的应用

       VBM是常用的形态学分析方法，能定量计算脑灰、白质体积的改变，对全脑宏观形态学上的改变进行客观定量分析^[20]。颅内脑实质形态学发生改变代表着神经系统发生某种疾病，判断形态学有无变化不同学者所用软件不同，包括FerrSurfer、SPM或是FSL等软件，LI等^[21]认为SPM实现了统一的分割算法，其中包括基于高斯混合模型的组织分割、偏场校正和初始归一化，做出的结果较为可靠，遂本研究使用SPM软件中的CAT 12软件进行VBM的分析，VBM已被证实对于很多以结构改变为特征的疾病及正常结构发育等研究是一个有用的探索工具。本研究全脑灰质体积分析结果显示，与健康组相比，TLE伴认知功能患者除左侧海马出现显著体积缩小以外，双侧舌回、左侧丘脑、扣带回及楔叶等均出现灰质体积减小的情况，左侧海马灰质体积缩小，再次回顾发病时间长短，左侧颞叶发病病程患者大于右侧，可以推断出这可能与患侧病程有关。TLE不伴认知功能障碍的患者与健康组相比灰质体积未见明显减少的现象，且结果表明TLE伴认知障碍患者的灰质萎缩并不局限于致痫灶海马及临近颞叶结构，这其中可能存在一定的功能连接，但还需要进一步研究。TLE伴认知障碍与不伴认知功能障碍的患者相比仅在左侧出现海马灰质体积减小，推测可能的原因是病程短或发病频率较少，神经元的损伤尚能够“可逆”，所以未能引起广泛的形态学改变。JBER等^[22]则在应用VBM分析TLE患者认知功能与全脑灰质体积的关系时发现，全脑灰质体积减小与认知功能障碍具有相关性。

       DKI是弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）技术的延伸，在呈现脑组织内以非高斯分布方式扩散的水分子运动的同时还可进行量化。能更细致、准确地描述水分子扩散的受限过程，更精确地反映组织微观结构的复杂性，在发现脑灰质结构的细微变化及评价白质纤维束完整性均较DTI具有明显优势^[23]。本研究结果显示，无论是否存在认知障碍，TLE组与健康组相比FA、MK均存在数值下降，说明TLE患者因长期、反复的大脑神经元异常放电及癫痫发作使得白质纤维受损，且DKI能敏感检测出这种微观结构的变化。DKI中最为敏感的数值是MK^[24]，MK值代表水分子所有扩散方向上的峰度平均值，MK值越大代表组织结构越复杂，人类大脑结构由于细胞器和细胞膜对水分子的限制作用，所以呈非高斯分布^[25]，本研究中，健康组-TLE不伴认知障碍-TLE伴认知障碍MK值逐渐降低，且差异有统计学意义，说明细胞器和细胞膜被破坏，随着病程的延长，破坏力及范围也就越强、越广泛。本研究结果显示对于部分在进行VBM分析时未出现灰质减少的患者，在DKI分析时也可检测到MK有下降，MD虽有下降趋势，但差异无统计学意义，这也说明微观损伤出现早于形态学的改变，DKI对于评价早期尚未出现明显脑结构变化的TLE患者细微结构的精细评估具有积极价值^[26]。多项研究评估脑白质病变患者受损脑区白质微结构改变与认知功能相关性时发现，白质微结构破坏越严重，认知功能中的执行功能损害越严重^{[27, 28, 29]}，这与本研究结果有一定的一致性。

3.3 本研究的局限性

       本研究存在几个问题需要进一步考虑：（1）患者可能对MoCA量表存在记忆效应，，轻度影响研究结果，MoCA量表测评环境需要相对安静，避免外界声音对测评结果产生干扰，受教育程度低的患者其完成度及配合减低，对于量表中部分认知领域的测评有一定的影响，其次MoCA作为功能筛查量表，并不能全面反映患者的认知状态，评价手法较为单一。（2）研究样本量较少，40例癫痫无认知障碍的患者虽然灰质体积未见有明显的差异，但是缺乏长期的随访，无法判断随着病情的进展认知功能是否存在下降，是否存在灰质体积的减少。（3）DKI图像后处理时左右海马区的数据没有分开统计。下一步研究将扩大癫痫伴无认知障碍样本量，定期随访，对发展为认知障碍的患者进行纵向分析，以判断随着病情发展DKI、VBM是否产生差异。

4 结论

       综上所述，本研究表明VBM和DKI技术可以发现TLE患者灰质体积的减小和海马微观结构的损伤，TLE患者灰质体积有所减小，主要减小的脑区有海马、舌回、丘脑、楔叶以及扣带回；DKI分析发现TLE患者海马FA值和MK值有明显的降低，且DKI参数的改变早于灰质体积的改变，未来在临床的治疗以及预后评估有一定的临床价值。