任潔釧，喬慧，王群

·綜述·

腦磁圖在癲癇術前定位中的應用進展

任潔釧，喬慧，王群

腦磁圖是一種無創(chuàng)性探測大腦神經電磁信號的一種腦功能檢測技術，近年來越來越多地被用于癲癇、腦腫瘤等神經系統(tǒng)疾病的臨床診療之中。難治性癲癇的術前評估是癲癇診療的熱點和難點，腦磁圖在癲癇術前評估中的作用，主要體現在癲癇灶的定位和腦功能區(qū)定位兩方面。對癲癇灶進行精準定位是手術預后的關鍵，而對語言、運動等腦功能區(qū)的準確定位可以最大程度減少手術對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、頭皮視頻EEG(VEEG)(發(fā)作間期和發(fā)作期)、MRI、PET、SPECT、皮質EEG(ECoG)等。腦磁圖作為一種新近出現的神經功能檢查方法，在癲癇灶的術前定位中有其獨特的優(yōu)勢。本文著重對腦磁圖在癲癇灶術前定位中的應用作一綜述。

1 腦磁圖基礎

人腦的磁信號來源于大腦皮質中并行排列的錐體細胞樹突，其細胞內電流變化產生磁場，在空間加和產生生物磁信號。1968年，美國麻省理工學院的Cohen[1]首次記錄到了人腦的磁信號。腦磁信號是非常微弱的，僅有50～200 fT，約為地球磁場的十億分之一[2]。現代腦磁信號的成功探測和記錄是通過低溫超導量子干涉儀(SQUID)實現的。SQUID在極低溫環(huán)境中達到超導性能，可將微弱的腦磁信號轉化為電信號并進行放大。最初的腦磁圖檢測設備只有單通道，覆蓋面積小，檢測繁復，一次只能記錄到部分腦區(qū)的磁信號。隨著技術發(fā)展，多通道腦磁圖設備相繼問世?，F代的全頭型腦磁圖設備有上百個探測通道，容納在一個盛有液氦的大杜瓦罐中保持超導性能，可一次性同時記錄全腦的生物磁信號。檢查在磁屏蔽室內進行，可最大程度屏蔽外部地球磁場、電磁設備等產生的干擾信號。檢查過程中，患者的頭部放置于杜瓦罐下部的頭盔中，頭盔內有多個探測通道對顱外磁場進行無接觸式探測?；颊呖筛鶕R床要求采取臥位或坐位，檢查前可適當給予睡眠剝奪或者抗癲癇藥物減停量以配合檢查要求[3]。

現代腦磁圖設備可以連續(xù)記錄患者的腦磁信號，形成多通道的波形圖供臨床醫(yī)生參閱。更重要的是，可以利用腦磁圖數據進行源分析。源分析是指根據腦磁圖信號探測器得到的顱外磁場的時間和空間分布，選用恰當的物理模型和數學分析方法，推算顱內信號源的位置、強度和方向。將同一患者的腦磁圖數據與高分辨的結構MRI進行配準，再將源分析結果疊加到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刻信號源的精確解剖部位，具有高時間分辨率和高空間分辨率。

2 腦磁圖的優(yōu)點與缺點

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

當然，腦磁圖技術在神經功能檢測中也存在一些缺點。首先，腦磁圖不能探測到徑向電流產生的磁場。如果把人腦看成一個規(guī)則的球體，只有當電流方向與球體半徑垂直時，即切向的電流，根據右手法則所產生的磁場才可能被探測到，而徑向分布的電流產生的磁場則難以探測。因此，大腦皮質的溝回在某些走行方向的放電所產生的磁場是腦磁圖探測的盲區(qū)。其次，腦磁圖檢查過程對受試者要求較高，需要其高度配合，輕微的動作以及頭面部肌肉的緊張收縮都會對腦磁信號產生干擾，更加會影響磁源性影像的準確性。另外，腦磁圖記錄的多是癲癇發(fā)作間期的棘波，對棘波定位的MSI所反映的主要是癲癇易激惹區(qū)。由于多數癲癇發(fā)作都有明顯的運動偽跡，腦磁圖很少能夠清晰記錄到發(fā)作期的放電從而對發(fā)作起始區(qū)進行定位，在這一方面VEEG更有優(yōu)勢。最后，腦磁圖設備和維護都較為昂貴，且不能夠如VEEG一樣進行長程記錄和監(jiān)測，這也限制了腦磁圖的廣泛使用。

3 腦磁圖檢測棘波的敏感度

準確且敏感地檢測出癲癇患者發(fā)作間期的異常棘波是癲癇術前評估中利用腦磁圖進行準確定位的前提。既往一些研究[4-6]對較大樣本量的癲癇患者進行統(tǒng)計發(fā)現，腦磁圖在癲癇患者中的陽性率約為60%～90%，與EEG相近。但需要注意的是，有些患者僅有腦磁圖或EEG陽性，而另一種檢測方法不能探測到癇性棘波。有研究[7]進一步發(fā)現，幾近一半的EEG無棘波的癲癇患者，腦磁圖檢查中都可以發(fā)現棘波。兩種檢查的神經生理基礎不完全相同，因此臨床實踐中不能簡單地根據EEG結果陽性或陰性來推測腦磁圖檢查的可能結果。相比單一檢查模態(tài)，EEG聯合腦磁圖對棘波的檢出率更高[5]。

腦磁圖設備能否探測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。磁場的強度與探測器到源電流距離的平方成反比，因此源電流的位置越深，所探測的磁場強度越小[8]，例如基底節(jié)、扣帶回等部位的癇性放電。只有當其強度為皮質表面的幾倍時，其產生的磁場才可能被探測到。

源電流的方向也會對腦磁信號探測產生影響。腦磁圖只能記錄到切向電流產生的磁場。因此，腦回頂部及腦溝底部皮質的放電可能是腦磁圖探測的盲區(qū)，而溝回側壁皮質的放電更容易被探測到。不過，Hillebrand等[8]以真實人腦形態(tài)為模型模擬了不同部位偶極子放電的探測情況發(fā)現，雖然在腦回頂部有非常細的2 mm寬的帶狀區(qū)域不能被探測到，但其周圍皮質所產生的電流有切向成分，也可以為相應區(qū)域的磁場做出貢獻。因此，這一因素對檢測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，產生棘波的大腦皮質需達到一定面積產生的磁場才能夠被探測到。研究[9]顯示，腦磁圖信號探測需要3～4 cm2大腦皮質產生同步電活動，而EEG需要6～10 cm2才能夠探測到棘波[10]。從這個角度看，腦磁圖對棘波的探測似乎比EEG更加敏感。

腦磁圖檢測棘波的敏感性也與源電流所處的不同腦區(qū)的位置有關。腦磁圖對于表淺大腦皮質的信號更敏感。這是因為源電流的深度對探測的影響很大，且即使在腦回頂部可能有小部分皮質的徑向電流磁場不能被探測到，但其臨近皮質仍會產生切向電流且位置表淺，可以為相應腦區(qū)的腦磁信號作出貢獻。而對于內側顳葉結構，大部分研究[11-14]認為，腦磁圖的敏感性是比較低的。一些研究[11-12]顯示，腦磁圖對內側顳葉棘波的檢出率非常低。Santiuste等[13]對癲癇患者的棘波進行顱內電極以及腦磁圖的檢測發(fā)現，腦磁圖對于內側顳葉棘波的檢出率約為25%～60%，遠低于同研究中其他新皮質部位95%的檢出率。Agirre-Arrizubieta等研究[14]發(fā)現，只有25%的由ECoG檢測到的內側顳葉棘波可以被腦磁圖探測到，而眶額區(qū)和半球間區(qū)域探測率可以達到90%。總體來說，內側顳葉結構的棘波不易被腦磁圖檢測到，這可能是因為其位置較深。另一方面，也有些學者[11]認為，內側顳葉中海馬結構的螺旋形態(tài)可能導致其產生的磁場相互削弱抵消，因而難以探測。雖然顳葉底部位置較深，但其皮質走行方向易于產生切向電流，因而當癇性放電累及的皮質面積較大時，棘波仍有可能被探測到[9]。對于位置較深的島葉癲癇來說，多項研究[15-17]顯示，腦磁圖可以在島葉癲癇患者的島葉及周圍皮質探測到棘波。而腦磁圖對于中線表淺部位的棘波較為敏感。Agirre-Arrizubieta等[14]發(fā)現，對于經ECoG檢測出的中線部位的間期放電，腦磁圖的檢出率高達90%。因此，當頭皮EEG難以對中線部位放電進行左右定側時，利用腦磁圖的高空間分辨率可能對定側有所幫助?？傮w來說，腦磁圖檢測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特優(yōu)勢，臨床中最好與EEG聯合應用，互為補充。

4 腦磁圖定位癲癇灶的準確性

通過腦磁圖對癲癇灶進行定位主要是通過源分析實現的。如前文所述，源分析是根據探測到的腦磁信號推算顱內信號源的位置、強度和方向的。如選用發(fā)作間期棘波的腦磁圖數據進行源分析，即可對棘波進行定位，從而為癲癇術前評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。其基本思想是通過假設的電流偶極子來模擬磁源，用數學方法計算其所產生的空間磁場，以最小二階乘的方法，不斷改變偶極子的數量、位置、強度和方向，找到與實際探測到的顱外磁場最吻合的偶極子分布。

通過腦磁圖偶極子分析方法對癲癇灶進行定位，與ECoG、結構影像學有較高的一致性，并且可能提示手術預后。已有多項研究[18-21]顯示，通過偶極子方法對發(fā)作間期棘波進行源定位，與后續(xù)術中顱內電極或ECoG監(jiān)測到的致癇灶區(qū)域有較好的一致性[22-23]。對于皮質表淺部位，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。當發(fā)作間期棘波發(fā)放較多、且偶極子分布較集中時，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)，并不一定需要手術切除[18]。對于有顱內結構性病變的癲癇患者，棘波相關的偶極子大多分布于病灶及其周圍區(qū)域[20-21,23]，與結構病變一致性較高。且腦磁圖的偶極子定位可以引導臨床醫(yī)生發(fā)現較隱蔽或難以識別的結構性病變[16,24]。在手術預后方面，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]，較好地預測手術預后[26]。對單一集中的偶極子分布區(qū)域進行完全切除多提示術后癲癇無發(fā)作，而不全切除則提示可能預后不佳[27-29]。最新一項回顧性臨床研究[30]發(fā)現，當偶極子較為集中、方向穩(wěn)定時，手術預后相對良好，而當偶極子較為分散時，提示手術預后不佳。將腦磁圖與其他術前評估手段結合進行評估則更有幫助。當腦磁圖與SEEG結果相吻合時，術后癲癇無發(fā)作比率更高[30]。且楊露等[31]研究發(fā)現，采用腦磁圖結合EEG對難治性癲癇患者進行術前定位，伽馬刀手術治療效果顯著。

另一種臨床中較常用的源分析方法是合成孔徑磁場測定法(SAM)[32]，它屬于信號集束器方法的一種。其基本思想是將大腦劃分成很多體素，在每一體素內對測量信號使用信號集束器，求得某種函數，并得出函數分布的概率密度圖，其中極大值通常與源位置相對應。Zhu等[33]對一組左側顳葉癲癇患者的腦磁圖數據采用SAM法分析發(fā)現，與正常人相比，這些患者左側顳葉結構SAM值顯著升高，與臨床有較好的一致性。吳婷等[34]對一組難治性癲癇患者的腦磁圖數據使用偶極子、SAM等多種方法進行分析，并以發(fā)作間期ECoG作為金標準進行比較發(fā)現，偶極子的定位吻合率為62.5%(10/16)，SAM的吻合率為68.7%(11/16)，說明SAM具有與偶極子方法相近的準確性。另外，SAM方法可以用于分析迷走神經刺激術治療中癲癇患者的腦磁圖數據[35]。刺激器的干擾可造成原始數據中顯著的偽跡，嚴重影響讀圖，而SAM法可以克服這一點，較為準確地對這類數據進行源分析。但是，檢查中患者頭面部肌肉收縮所產生的肌電偽跡通常會對SAM產生干擾，在對SAM分析結果進行解讀時應注意鑒別。

5 腦磁圖結果解讀注意事項

在對腦磁圖結果進行解讀中需要注意，所采用的頭部模型和源分析采用的數學方法不同所產生的結果會有差異。尤其當患者的頭部不是很規(guī)則時，源分析的空間定位偏差可能較大。當源分析結果疊加到MRI結構像上產生磁源性影像時，不能機械地直接采取定位結果，要根據源電流的方向及位置，結合相應部位大腦皮質的溝回走行結構，推測最可能產生相應癇性放電的區(qū)域[7]。另外，腦磁圖探測到的棘波多處于發(fā)作間期，需注意其對致癇灶定位意義有限。腦磁圖有自身探測盲區(qū)，有相當一部分腦磁圖陰性的患者EEG可有陽性發(fā)現。在對癲癇患者進行術前評估時，最好能夠參考多種腦功能檢查方法的結果，結合患者的臨床表現，綜合考慮，做出對患者最有益的臨床決策。

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