0 引言

       颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy, TLE）是成人中最常见的耐药癫痫，除了癫痫发作，在发作间期出现的各种共患病严重影响患者的生活，其中以认知障碍最为常见^{[1, 2]}。TLE被认为扰乱了不局限于记忆和语言领域的认知功能^[3]，这些发现与越来越多的神经成像研究相吻合，表明TLE患者的脑结构发生了弥漫性变化^{[4, 5]}，强调了认识大脑结构的变化对我们理解认知在TLE中损害的重要性。虽然目前有许多关于TLE患者认知功能障碍的研究^{[6, 7]}，但我们对于海马微结构的变化与认知表现的关系缺乏全面的了解，海马作为该疾病的核心结构，识别可能的海马微观改变对TLE的诊断和治疗至关重要。因此，对海马微结构进行无创的体内研究是十分必要且重要的。先进的扩散MRI技术结合多室模型可能是这项任务的理想候选者。神经突方向离散度和密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging, NODDI）可以量化神经突（轴突和树突）的方向与密度^[8]。NODDI是一种多室模型，主要包括三个参数^[9]：神经突密度指数（neurite density index, NDI）指的是细胞内体积分数，它代表神经突密度；方向离散度指数（orientation dispersion index, ODI）可以评估纤维分布方向的一致性，在松散的白质（white matter, WM）中较高，在纤维束基本平行的组织中较低；各向同性水分子体积分数（free-water isotropic volume fraction, fiso）主要代表组织内的自由水含量^[10]。NODDI作为一种高级扩散成像技术，已在临床诊疗中显示出较强的微观结构探索能力，在神经系统的研究和诊疗中有着较为广泛的应用^[11]。但是既往研究多是利用扩散技术研究不同亚型TLE患者整体微观结构的变化，如最近的研究发现海马硬化型TLE患者海马区NODDI指标发生了变化^[12]，但该研究未涉及TLE患者的共患病，所以，在本研究中，我们运用高级扩散成像NODDI技术，探索TLE认知障碍（cognitive impairment of TLE, TLE-CI）患者、TLE认知正常（cognitive normal of TLE, TLE-CN）患者与健康对照（healthy controls, HC）者之间海马微观结构的变化，并分析显著性差异指标与患者临床特征之间的相关性，进而探索认知障碍在TLE中的发病特点，为临床提供有用的诊疗信息。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       自2022年8月至2023年12月就诊于宁夏医科大学总医院疑似癫痫并行MRI扫描的475例患者中筛选病例。参考ILAE的2017年诊断标准^[13]，本研究TLE患者入组标准为：（1）脑电图显示单侧TLE波，并有明显的TLE临床表现；（2）右利手；（3）18岁≤年龄≤60岁；（4）无MRI检查禁忌证；（5）完成蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）量表评分。排除标准：（1）伴有其他神经或精神疾病，如帕金森病、精神分裂症等；（2）存在累及中枢神经系统的发育畸形、血管疾病、肿瘤等或其并发症；（3）有颅脑外伤或手术史；（4）由运动伪影较大或信号不均匀等原因导致的图像质量较差。其中排除非TLE患者246例，年龄不在18~60之间97例，不是右利手7例，未做MoCA量表评分12例，伴有其他神经或精神疾病的25例，有颅脑外伤及手术史11例。MoCA量表评分总分为30分，如果受试者受教育年限≤12年（高中水平），MoCA评分则在实际评分的基础上再加1分，但MoCA总分不超过30分。MoCA评分≥26分为认知功能正常，纳入认知正常组，<26分纳入认知障碍组。经筛选，41例TLE-CI与36例TLE-CN患者纳入本研究，记录所有受试者的一般临床信息和影像检查结果。同时，从社会招募了42名HC者（HC组），HC组纳入标准：（1）没有癫痫的临床表现；（2）右利手；（3）18岁≤年龄≤60岁；（4）无MRI检查禁忌证。HC组排除标准同患者组。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经宁夏医科大学总医院伦理委员会批准，批准文号：KYLL-2023-0478，所有受试者均签署了知情同意书。

1.2 扫描参数

       使用配备48通道头线圈的美国GE Signa Architect 3.0 T磁共振扫描仪进行扫描。每位受试者均采用仰卧位，在扫描过程中监测受试者的状态和图像质量。首先，进行常规MRI扫描，排除其他结构异常。然后，进行T1 3D-MPRAGE结构像采集。最后，采用自旋回波平面成像获取NODDI数据。T1 3D-MPRAGE具体参数：轴位采集，体素1.0 mm×1.0 mm×1.0 mm，TR 7.7 ms，TE 3.1 ms，层厚1.0 mm，间隔0 mm，激励次数1。NODDI图像在20、40和60个各向同性扩散梯度方向分别以b值为1000、1800和2500 s/mm²进行采集，并同时获得反向相位编码的b=0 s/mm²图像，具体参数：轴位采集，体素1.8 mm×1.8 mm×1.8 mm，TR 5763 ms，TE 90 ms，层厚2.0 mm，层间距0 mm，矩阵220×220，激励次数3，FOV 240 mm×240 mm，扫描层数为65层，扫描时间约11.49 min。

1.3 图像处理

       首先，由2名具有10年以上神经影像诊断工作经验的放射科主治医师独立审查所有图像，删除运动伪影较大及信号不均匀的图像，以确保数据的真实性与结果的可靠性。在扫描过程中进行了机器自带的畸变校正，将扫描得到的DICOM图像转换为NIFTI格式。在T1 3D-MPRAGE图像上利用FreeSurfer软件包（v7.3.2）对皮层下核团海马进行分割^[14]，分割具体步骤如下：将3D T1WI图像传入Linux系统中，利用FreeSurfer软件进行全脑分割（recon-all），包括头动校正、非均匀强度标准化处理等31个步骤，上述步骤均使用 recon-all 脚本实现自动化处理（http://ftp.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/recon-all）。采用MRtrix3^[15]对NODDI图像进行去噪、脑mask生成及mask调整，并计算不同的NODDI指标图：ODI、NDI和fiso图。最后，利用ITK-SNAP^[16]将NODDI指标图与结构像进行叠加配准，测量海马体积内的NODDI各指标值并求平均值，在测量过程中去除掉配准不佳的6例TLE-CI、5例TLE-CN及2例HC。最终，35例TLE-CI、31例TLE-CN及40例HC纳入本研究。

1.4 统计学分析

       采用SPSS 22.0进行统计学分析。性别和年龄分别采用卡方检验和单因素方差分析。在验证了HC组左右侧海马NODDI各指标值差异无统计学意义后，通过平均左右侧值获得HC组每个参与者的海马最终值。三组组间比较采用单因素方差分析，再对各组数据进行方差齐性检验，如果方差齐，则采用LSD检验进行组间两两比较，如果方差不齐，则采用Dunnett T3检验进行组间两两比较。最后将有显著性差异的指标与发病年龄、病程、发病频率及单次发病持续时间做相关性分析，其中，满足正态分布的差异指标用Pearson相关性分析，不满足正态分布的用Spearman相关性分析。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       所有受试者的临床资料见表1。三组在性别、年龄上差异无统计学意义（P>0.05）。

       TLE-CI组MoCA评分中的各项均低于TLE-CN组，差异有统计学意义（P<0.05），其中以视空间与执行能力、注意、语言及延时回忆最为显著（表2）。

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表1  受试者人口学统计
Tab. 1  Demographic statistics of subjects

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表2  TLE患者MoCA评分各项比较结果
Tab. 2  Comparison results of MoCA scores in TLE patients

2.2 NODDI指标

       受试者NODDI指标的分析结果见表3。TLE-CI组患侧海马fiso值显著高于HC组（P=0.004），此外，TLE-CI组对侧海马fiso值也显著高于HC组（P=0.017）；ODI值在组间分析中未见显著性差异；TLE-CI组患侧海马NDI值显著低于HC组（P<0.001），同时，TLE-CN组患侧海马NDI值显著低于HC组（P=0.004）。图1分别显示了参与者双侧海马的fiso、ODI、NDI指标箱线图。

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图1  受试者双侧海马的NODDI各指标箱线图。1A~1C分别代表患侧海马fiso、ODI、NDI指标箱线图；1D~1F分别代表对侧海马fiso、ODI、NDI指标箱线图。箱线图的纵坐标代表指标值，横坐标代表分组的类型。fiso：各向同性水分子体积分数；ODI：方向离散度指数；NDI：神经突密度指数。
Fig. 1  Box diagrams of NODDI indicators of bilateral hippocampus of participants. 1A-1C represents the fiso, ODI, and NDI indicators of the affected hippocampus respectively; 1D-1F represents the fiso, ODI, and NDI indicators of the opposite hippocampus respectively. The vertical coordinate of the box plot represents the index value, and the horizontal coordinate represents the type of grouping. fiso: free-water isotropic volume fraction; ODI: orientation dispersion index; NDI: neurite density index.

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表3  受试者NODDI分析结果
Tab. 3  NODDI analysis results of subjects

2.3 相关性分析

       TLE-CI组患侧海马的NDI值与发病年龄呈正相关（r=0.491，P=0.003）（图2A），与病程呈负相关（r=-0.424，P=0.011）（图2B），其他扩散值与发病年龄、病程、发病频率及单次发病持续时间之间无明确相关性。

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图2  TLE-CI组患侧海马的NDI值与患者临床发病年龄（2A）及病程（2B）之间的相关性图。TLE-CI：颞叶癫痫认知障碍；NDI：神经突密度指数。
Fig. 2  The correlation between NDI values in the affected hippocampus and the age of clinical onset (2A) and course of disease (2B) in the TLE-CI group. TLE-CI: cognitive impairment of temporal lobe epilepsy; NDI: neurite density index.

3 讨论

       本研究利用NODDI扩散成像技术探索TLE-CI患者、TLE-CN患者海马微观结构的变化，并探讨其与临床发病特征之间的关系。结果显示TLE-CI组患侧与对侧海马fiso值显著高于HC组；ODI值未见显著性差异；TLE-CI组患侧海马NDI值显著低于HC组，同时，TLE-CN组患侧海马NDI值显著低于HC组。在相关性分析中发现，TLE-CI组患侧海马的NDI值与发病年龄呈正相关，与病程呈负相关。该研究结果表明了NODDI技术检测TLE患者海马微结构变化的能力。

3.1 组间fiso值的比较

       fiso代表体素内能自由扩散的水分子体积分数。本研究结果显示TLE-CI组患侧海马fiso值显著高于HC组。我们推测由于在长期反复的癫痫发作过程中出现细胞缺氧和水肿，甚至变性和坏死，导致细胞外间隙增大，细胞外液增多，能自由扩散的水分子逐渐增多，fiso值则表现为升高。此外，TLE-CI组对侧海马fiso值也显著高于HC组，即TLE-CI患者对侧海马微结构较HC者也发生了显著变化。本研究结果说明，TLE-CI患者的损伤已累及对侧海马，这与以往推测单侧TLE应被视为双侧疾病的假设相吻合^[17]。发作期的TLE脑电图也显示，在对侧新皮层参与癫痫发作之前，患侧海马的异常放电已经扩散到对侧海马，进而突出了癫痫在半球间的传播^[18]。

3.2 组间NDI与ODI值的比较

       本研究结果显示TLE-CI和TLE-CN组患侧海马的NDI值均显著低于HC组，但是后者的降低程度没有前者明显，这些结果表明TLE患者海马区神经纤维密度减低，并且这种改变在TLE-CI患者中更明显。患侧海马NDI值的降低可能反映了与上述微结构异常相关的轴突损伤或轴突密度降低。此外，由于TLE-CI组中NDI值下降更明显，我们推测，随着海马区NDI值的逐渐减低，TLE患者可能会出现认知障碍的共患病，并且两者可能是个双向的恶性循环过程。事实上，认知神经科学一直将TLE作为海马损伤导致人类记忆和语言功能障碍的重要模型进行研究^[19]。本研究中ODI值在组间无显著差异，这与在伴随认知障碍的其他疾病中的研究存在差异，在伴有认知障碍的帕金森病中发现，患者的ODI与NDI值较HC者均显著减低^[20]。可惜的是目前没有大样本的TLE-CI患者NODDI相关技术的研究。在扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）的研究中发现，TLE-CI患者的各向异性分数（fractional anisotropy, FA）值减低^{[21, 22]}，FA是DTI中最为常用的指标，但由于ODI和NDI都是影响FA变化的主要因素，所以NODDI能够检测出FA变化的具体原因，对病变微观结构的变化具有更高的特异性和敏感性^{[23, 24]}。本研究结果表明TLE-CI患者海马区FA值的减低可能主要是由NDI引起的，以NDI降低为标志的轴突损伤及密度减低是TLE患者中最主要的微观结构变化。

3.3 相关性分析

       在相关性分析中发现，TLE-CI患者癫痫发作发病年龄越小、病程越长，其NDI值越低。既往研究探索了从婴儿期到青春期人群脑组织微观结构变化的特征，发现在这一成长阶段，随着年龄增长，NDI逐渐增加^[25]。在本研究的TLE-CI患者中，虽然纳入的都是年满18岁的成年人，但是患者首次发作年龄可能处于婴幼儿或者青春期，患者癫痫发作越早，神经突密度还处于生长发育未成熟的阶段，颞叶的异常放电导致患者微观结构异常愈加显著，且反复的癫痫发作阻碍了其社会认知能力的发展。病程越长，患者的NDI值越低，说明TLE-CI患者微观结构的异常是随着病程逐渐进展的，进而强调了尽早发现及诊断的重要性及必要性。

3.4 TLE-CI患者MoCA量表的分析

       认知障碍是TLE患者非常常见的共患病，80%的TLE患者至少表现出一个方面的认知障碍^[26]。既往研究表明语言与记忆障碍是TLE患者最为常见的认知障碍类型^[27]，本研究发现，注意力和视空间与执行功能障碍也是TLE患者存在的严重认知障碍。TLE患者易出现语言功能损害，脑白质损伤可能引起内侧颞叶的功能连通性受损，从而容易出现结构性和功能性语言网络的分离^[28]。听觉和图片命名功能下降与双侧前颞叶、额叶下叶和枕叶皮质的功能连接受损有关^[29]，这也就说明TLE中出现的认知功能障碍不能单纯地用颞叶组织受损来解释，还可能与邻近结构及其他脑区的功能障碍有关。

3.4 本研究的局限性

       本研究存在一些局限性：首先，样本量较小，可能存在数据偏倚；其次，海马还细分为不同的海马亚区，本研究测量的是海马整体的平均值，并没有细分这些亚区结构。未来的研究可以收集更多的样本量，将患者细分为不同的癫痫亚型，在海马亚区水平上进行研究，这可能使利用高级扩散技术诊断TLE及认知障碍的推测成为现实。

4 结论

       本研究利用NODDI技术研究了TLE中核心区域海马的微观结构变化，NDI值可能是TLE-CI患者较为敏感且进行性的生物标记物。NODDI作为一种先进的可量化神经细胞结构的影像技术，为无创探索脑组织微结构提供了广阔的前景。