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发作期高频振荡脑磁图在癫痫诊治中的应用
发布时间:2020-01-10 06:40    文章作者:CA88登录

  作者:首都医科大学三博脑科医院神经外科(赵恒、滕鹏飞、刘东、栾国明);遵义市第一人民医院综合医疗中心(易睿)

  随着神经电生理迅速发展,高频振荡(highfrequencyoscillations,HFO)被大量记录并被定义分类,根据目前统一标准,80Hz以上脑电发放称为HFO,其中100~250HzHFO为涟波,200~500Hz为快速涟波,第3种波为两者混合型。研究人员认为200~500Hz快速涟波属于病理性脑电振荡,可在颞叶内侧癫痫病人海马与齿状回,甚至啮齿类动物模型中记录到,而正常涟波则不能在齿状回中记录到。由于>100Hz脑电活动容易受到头皮、颅骨干扰,信噪比较低,所以脑电主要记录方式仍为侵入性颅内电极植入。

  脑磁图作为一种新兴、无创性探测大脑神经电磁信号的脑功能检测技术,已逐步应用于临床,且不受头皮、颅骨和手术切口等干扰,可精确、动态和实时记录癫痫病人神经元异常放电,包括>100Hz的高频放电。本文主要从发作期HFO定位癫痫灶进行阐述,全面分析脑磁图在精确定位致痫灶的应用价值,从而为癫痫特别是难治性癫痫临床诊疗提供更确切的指导方案。

  HFO的产生机制主要包括3种学说:①中间神经元和兴奋性细胞之间的缝隙连接。②某些小神经元群的“异相”放电模式。③过度兴奋的神经细胞释放GABA抑制性突触后电位(IPSP)作用于突触后膜的去极化过程。海马体积减小、神经元细胞丢失和大量锥体细胞的电活动也参与HFO发生过程。神经元同步化放电是癫痫的特征性标志。癫痫动物模型研究发现,HFO通过激发兴奋性神经元的超同步爆发和促进病理性兴奋电位产生,进而扩散至大脑不同区域引发癫痫。

  利用硬膜下皮质电极监测、记录和分析癫痫发作期HFO,其结果是皮质下病灶核心内多个神经元强烈、同步化的异常放电,而包裹病灶核心的半阴影区即使存在强烈低频放电,却存在HFO缺失。根据上述特点,HFO常常在癫痫发作几秒钟后发作期才被记录到,这种延迟相是由于HFO在半阴影区缓慢传播造成,即形成发作前波。长期以来发作前波、发作期HFO,甚至高γ波的出现被混在一起,认为是癫痫发作区的生物学标志,这就是准确定位HFO区域并手术切除后,病人癫痫仍不能有效控制的原因。

  HFO与癫痫灶密不可分,自从在癫痫老鼠模型的海马、内嗅皮质和颞叶癫痫病人中,记录到不同类型HFO,HFO就逐渐被认为是癫痫灶生物学标志。对发作间期HFO而言,通过侵入性颅内电极植入和术中皮质电刺激证明,切除包含HFO的区域,比不包含HFO的区域,能取得更好手术预后。

  但也有研究发现:即使切除包含HFO产生区域也不能有效控制癫痫。BURNOS等针对这种现象提出不同频率及振幅的HFO,会对致痫区域定位产生不同影响,按照形态学将HFO分成4种类型:第1种为规律振幅及频率;第2种为不规律振幅;第3种为不规律频率;第4种类型为不规律振幅及频率;所有类型的HFO在癫痫起始区均比周围区域高,尤以第1种及第2种类型,与癫痫起始区及手术预后存在较高正相关性。在颞叶外侧癫痫病人中,切除产生HFO的区域能获得良好手术效果。

  对脑皮质发育不良,颞叶萎缩,灰质异位等不同类型病灶,却没有特定可识别的HFO。基于上述研究,虽然HFO与致痫灶关系密切,手术切除含有HFO的区域可获得较好愈后,但并非所有HFO均能无差别对癫痫灶进行精确定位。相对于棘波及发作间期HFO,发作期HFO在识别致痫灶的特异度方面具有重要意义。相对于传统频率的发作期癫痫波而言,发作期HFO在癫痫发作起始区出现得更早,并且在更小区域内分布,切除具有发作期HFO的致痫区域,可取得良好疗效。因此,准确定位与切除发作期HFO区域,并最大限度保护正常脑组织是目前主要研究方向。发作期HFO有助于判断颞叶手术的治疗方式与预后。

  在颞叶内侧癫痫病人中发现,当棘波和发作间期HFO定位为双侧颞叶癫痫时,发作期HFO能明确癫痫灶侧别进而指导手术。而在颞叶内外侧癫痫病人中还发现,动态变化的发作期HFO更能明确癫痫发作顺序和一些潜在的致痫灶。以上研究表明发作期HFO更有助于决定癫痫手术侧别和手术方案。

  无创性技术精确定位癫痫灶成为目前研究方向与热点。由于脑磁图具有良好时间分辨率(ms)和空间分辨率(3~5mm)、无创性和可重复性等优点,广泛应用于术前致痫灶定位。脑磁图能否准确完成癫痫灶定位主要依赖于对棘波的敏感性。STEFAN等发现脑磁图棘波定位敏感性为70%,脑磁图致痫灶定位准确率为89%。相对于发作间期与发作期视频脑电图而言,脑磁图具有更好癫痫灶定位准确性,在与皮质脑电图(electrocorticogram,ECoG)和立体定向脑电图(stereotacticelectroencephalography,SEEG)比较中同样发现,脑磁图也具有较高一致性。由于对癫痫灶定位具有很高灵敏度和特异度,因此,脑磁图在术前评估中可应用于癫痫灶定位,并且一定程度上能够预测手术效果。

  在临床工作中,脑磁图完成源定位常需要解决脑磁正逆问题,而等效偶极子建模算法(equivalentcurrentdipoles,ECD)是研究发作间期脑磁图数据最常用的源定位方法。但在使用偶极子定位致痫灶时,脑磁图能否准确检测到棘波还受到源电流方向、深度和位置等因素影响。既往研究表明:脑磁图只能记录到切向电流产生的磁场,对皮质表浅部位病灶定位极为敏感;但当源电流为径向方向时,脑磁图对表浅致痫灶定位出现“静息”状态。

  源电流深度越深,会导致定位敏感性降低,以内侧颞叶结构为例,脑磁图对内侧颞叶结构敏感性较低,主要原因可能是由于其位置较深,且与海马自身螺旋结构导致磁场互相抵消有关,因而在检查内侧颞叶癫痫时,常采用脑磁图联合脑电图,互为补充。大脑不同位置对脑磁图定位影响也不同,脑磁图在大脑内侧面定位准确性最高(89%),而其他脑叶准确性分别为:前额叶72%,颞叶外侧73%和中央沟约76%。在面对不同部位致痫灶病人时,当脑电图无法准确定位时,脑磁图可能会对定位有所帮助,临床工作需全面结合病人病史检查等资料做出综合分析。

  发作间期HFO和脑磁图的应用,对致痫区域定位具有不可忽视的作用。XIANG等发现脑磁图记录的高频活动位置,与70%局灶性癫痫患儿MRI确定的病灶一致;而在接受癫痫手术病人中,脑磁图高频定位与颅内定位病灶的准确性为82%,与脑磁图定位棘波相似。但由于HFO频率较棘波频率高,因此更容易受到噪声干扰,使脑磁图记录HFO存在巨大挑战,VANKLINK等首次利用基于波束形成器构建的虚拟电极分析方法,识别定位在物理脑磁图传感器中无法辨别的癫痫性HFO。

  以侵入性电极检测到的发作事件作为基准,脑磁图虚拟电极定位致痫灶精确度和灵敏度分别为79.18%和68.88%,从而为脑磁图记录HFO提供帮助,减少不必要的侵入性电极植入。同样发作期HFO也能够准确定位致痫灶。

  研究显示,通过对痉挛性癫痫患儿使用高分辨率、多频分析法,分析发作期HFO得出痉挛性发作可能为局灶性发作的一种类型,同时该研究还发现病理性发作期HFO主要集中于80%患儿的中央沟区与前额叶区,通过局灶性切除这些致痫皮质区域,术后癫痫得到有效控制。但上述研究未能对发作期HFO和棘波做出比较,因此,MIAO等对10名失神型患儿使用动态磁源成像(dynamic magnetic source imaging,dMSI)记录发作期高频信号,发现在失神型发作中,快速涟波较涟波起到更重要作用;相对棘波而言,快速涟波具有更明确定位意义。

  脑磁图记录发作期HFO的研究显示,在失神型发作中左额与后头部皮质(包括左侧楔前叶和枕叶内侧面)在癫痫活动起始期起到关键作用,而传播主要通过皮质-皮质通路和皮质-丘脑-皮质两条通路进行,其中皮质及丘脑分别在起始与激动阶段起到关键作用。额叶和顶叶皮质-丘脑网络可能相互作用产生一种病理状态,而这种病理状态有助于致痫灶产生棘波和慢波放电。

  从发作间期到发作期之间的转换联系是伴随着大脑低频活动升高而实现,而在癫痫灶核心区域HFO展现出动态性强度激增变化。癫痫灶核心区域HFO强度直接反映了失神发作的严重程度。因此,HFO可作为一种快速振荡的非侵入性检查应用于临床。

  尽管HFO作为癫痫生物学标记物具有较高可信度,但ROEHRI等在无癫痫起始的内侧颞叶与枕叶亦可发现涟波,而棘波则只在癫痫病人颞叶内侧明显升高,这些结构对癫痫发生起到关键作用,因此,与棘波相比HFO仍缺乏特异性,涟波仍不能作为癫痫灶的生物学标志;同时该研究还发现当特异性阈值提高为85%或90%,快速涟波和伴有棘波的快速涟波表现出更低敏感性,这表明并非所有癫痫灶均有HFO出现,而伴随着特异度提高,定位致痫灶敏感性随之下降。

  一项针对难治性癫痫病人多中心研究,通过植入电极和术中电生理监测HFO预测手术效果,结果显示69.2%(36例)病人与之前预测结果一致,其中仅15.6%(3例)癫痫获得有效缓解,而在HFO产生最明显区域未完全切除的情况下,癫痫也可得到缓解。因此,HFO对癫痫组织的特异性可能不如早期研究所表明的那样强。尽管部分研究质疑HFO作为癫痫灶生物学标志物的可信度,HFO相对于棘波仍缺乏较高特异度。HFO区域远远超过切除区域,主要原因是混杂生理性HFO,导致范围扩大。因此,定位应严格区别病理性和生理性HFO,同时结合棘波和HFO波形形态、功率谱值与位置等综合因素分析判断。

  使用棘波和HFO速率乘积的平方根对致痫灶进行定位,比单独使用其中一项定位具有更多优点。脑磁图应用于癫痫灶定位的价值早已明确,但由于使用偶极子定位会产生较高噪声,导致信噪比下降,因此,将波束形成器法(beam former)及标准低分辨率电磁断层成像方法(sLORETA)应用于HFO源定位研究,将使无创检查和定位HFO更准确,有助于术前计划和减少不必要的侵入性操作。

  目前,脑磁图广泛用于监测脑功能活动,包括:感觉传导、语言及运动产生机制、帕金森及多动症研究和癫痫灶定位。但记录受到自然运动(包括点头、伸展、饮酒和玩球类运动)的严重影响,常导致发作期病灶定位失败,很难将神经影像学成像应用于婴儿和儿童认知发展、运动性癫痫等神经系统疾病研究,因此,研究对象常选取失神型发作病人。为此,BOTO等研发出一款不依赖超导技术的量子传感器与空背景磁场系统集成的头戴式脑磁图系统,从而为各种受试者与病人群体开辟新的研究技术。

  总之,HFO用于单独定位癫痫灶尚无一级证据,仍需要大量临床证据积累。同时使用无创性工具检测、分析及应用HFO进行大脑神经活动研究,目前研究技术尚未达成熟程度,仍需不断探索,特别是在未来使用脑磁图评估HFO,不仅用于定位识别致痫灶,还可评估其他中枢神经系统疾病。

  来源:赵恒,滕鹏飞,刘东,易睿,栾国明.发作期高频振荡脑磁图在癫癎诊治中的应用[J].中国微侵袭神经外科杂志,2019,24(02):87-90.

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