遇濤

腦磁圖(magnetoencephalography, MEG)是一種無創(chuàng)性檢測工具,可以在顱骨外對大腦中神經(jīng)元電流產(chǎn)生的微弱磁場進(jìn)行測量。近年來,MEG的臨床應(yīng)用越來越受到重視,尤其是在癲癇的手術(shù)評估中,可以為致癇區(qū)定位或顱內(nèi)電極植入計(jì)劃提供額外的,有時(shí)是獨(dú)特的信息。本文將對MEG在癲癇外科的術(shù)前評估中的作用進(jìn)行分析和討論,以推動(dòng)MEG在癲癇術(shù)前評估中的合理應(yīng)用。

1 MEG定位致癇灶的原理

1.1 MEG的基本原理與源定位的基本概念

神經(jīng)元電活動(dòng)包括細(xì)胞內(nèi)的“初級電流”以及其誘導(dǎo)出的細(xì)胞外“容積電流”,兩種電流共同形成回路。細(xì)胞外容積電流增大到一定程度時(shí)產(chǎn)生的頭皮電位可通過腦電圖(electroencephalography, EEG)記錄到。初級電流和容積電流同時(shí)也產(chǎn)生磁場,當(dāng)磁場增大到一定程度時(shí),可以通過MEG記錄到。事實(shí)上,這些磁場非常微小,其磁感應(yīng)強(qiáng)度只有10-14～10-13T[1]。目前認(rèn)為MEG測量的神經(jīng)活動(dòng)來自皮質(zhì)灰質(zhì)的柱狀組織。MEG數(shù)據(jù)代表約一百萬個(gè)錐體神經(jīng)元的突觸后電位(post-synaptic potential, PSP)總和,PSP電流約為10 μA,沿2 mm的有效皮質(zhì)深度流動(dòng)[2]。

在MEG記錄期間收集的數(shù)據(jù)需要使用數(shù)學(xué)建模進(jìn)行處理,以確定產(chǎn)生磁場的電流的位置、強(qiáng)度及方向等。對于特定的一次電流,相應(yīng)頭皮電位和外部磁場的計(jì)算稱為“正問題”;與之相對應(yīng),利用記錄的MEG或EEG信息建模,推算其源位置,被稱為“反問題”。對癲癇患者臨床應(yīng)用MEG的主要目標(biāo)是解決這個(gè)“反問題”。一個(gè)簡單有效的模型是等效電流偶極子(equivalent current dipole, ECD)模型。ECD模型可表示源位置和電流方向(圖1)。單個(gè)ECD(single ECD, sECD)是假定ECD來自皮層的單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,是最常用的,也是驗(yàn)證最充分的一種源建模方式,它是涉及幾平方厘米皮層電活動(dòng)的良好模型,被公認(rèn)為癲癇術(shù)前評估中臨床應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)方法[3]。通過MEG進(jìn)行源定位后,與腦薄層MRI影像進(jìn)行配準(zhǔn),顯示解剖位置,稱為磁源成像(magnetic source imaging, MSI)。

1.2 MEG與EEG的比較及聯(lián)合應(yīng)用

與EEG類似,MEG也是一種對神經(jīng)功能的直接電生理測量,其以ms為單位記錄頭皮外的磁場。但與EEG通常只使用20～30個(gè)頭皮電極不同的是,MEG采集頭盔可以有數(shù)百個(gè)傳感器,并且磁場不會因顱骨或其他邊界而扭曲,因此這種良好的空間與時(shí)間分辨率相結(jié)合,可以精確評估癲癇活動(dòng)的產(chǎn)生和異常傳導(dǎo)。

注:A為紅色箭頭表示癲癇病灶中電流的方向,藍(lán)色線圈表示該電流產(chǎn)生的磁場的方向;B為黃色圖形表示磁源成像中的偶極子,圓形表示偶極子的位置,尾端表示偶極子的方向。

對于EEG,早期的體外研究顯示6 cm2的腦皮層激活可以產(chǎn)生頭皮EEG棘波[4],但后來的研究發(fā)現(xiàn),需要10 cm2或更大的放電皮層才能產(chǎn)生頭皮棘波[5]。相比之下,MEG記錄所需要激活的皮層面積為3 cm2～4 cm2,提示MEG對發(fā)作間期放電具有更高的信噪比和靈敏度[6]。理論上,EEG對腦回表面的垂直方向電流活動(dòng)敏感;相反,MEG對來自腦溝、島蓋、眶額部及半球間區(qū)域產(chǎn)生的切向電流特別敏感[6-9]。因此,MEG為EEG的定位提供了補(bǔ)充信息,也提供了觀察癲癇性電活動(dòng)的不同視角。

在進(jìn)行癲癇手術(shù)評估時(shí),越來越多的研究者建議同時(shí)進(jìn)行MEG和EEG記錄作為臨床標(biāo)準(zhǔn),其意義在于:(1)對MEG中記錄到的尖波活動(dòng)進(jìn)行判別,以免與正常變異的腦電活動(dòng)混淆;(2)增強(qiáng)對低信噪比MEG波形的檢測;(3)進(jìn)一步提高源定位的可信度;(4)區(qū)分EEG中特有的棘波類型[1]。

1.3 偶極子簇

通常將緊密聚集在一起的偶極子稱為“偶極子簇”,而將松散分布的偶極子則稱為“分散偶極子”。偶極子簇是一種特征性的現(xiàn)象,還需要關(guān)注簇的數(shù)量及其分布,以及簇內(nèi)偶極子的密度及其方向的均勻性(圖2)。具有單個(gè)偶極子簇、密集團(tuán)簇及偶極子局限于同一腦葉的患者常常具有更好的預(yù)后效果。單灶簇更可能與發(fā)作區(qū)重疊,而多灶簇可能反映廣泛的癲癇網(wǎng)絡(luò)[10-13]。

注:A為分散偶極子;B為島蓋區(qū)的單個(gè)偶極子簇;C為島葉-島蓋區(qū)的偶極子密集團(tuán)簇。

2 MEG在致癇灶評估中的作用

MEG在癲癇術(shù)前評估中的作用越來越受到重視,可以幫助醫(yī)生判斷是否進(jìn)行手術(shù)、是否需要電極植入及是否需要調(diào)整電極植入方案(包括增加額外的電極、移除不必要的電極及調(diào)整覆蓋感興趣電極等)等。一項(xiàng)大型的難治性癲癇病例(1 000例連續(xù)性入組病例)研究表明,在32%的病例中,MEG為現(xiàn)有的術(shù)前方法[包括頭皮EEG、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single photon emission computed tomography, SPECT)及MRI]提供了額外信息,并且完全切除MEG提示的腦區(qū)更可能實(shí)現(xiàn)無發(fā)作[14]。另有研究顯示,將MEG結(jié)果作為致癇灶的重要定位依據(jù),并將顱內(nèi)電極充分采樣MEG提示的腦區(qū)時(shí),患者術(shù)后實(shí)現(xiàn)無發(fā)作的機(jī)率顯著提高[13]。

2.1 在MRI陰性的局灶性癲癇中的應(yīng)用

MRI結(jié)果陰性的局灶性難治性癲癇患者的外科治療是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn),即使應(yīng)用顱內(nèi)電極監(jiān)測,仍然具有較低的手術(shù)治愈率。在一項(xiàng)納入57例患者的前瞻性隊(duì)列研究中,依據(jù)MEG結(jié)果改變了32例患者的手術(shù)方案,其中6例患者改為直接手術(shù),免除顱內(nèi)電極記錄;5例患者從最初建議的直接手術(shù)改為埋置顱內(nèi)電極;3例曾被視為非手術(shù)候選的患者進(jìn)行了顱內(nèi)電極的埋置[15]。MEG常常提示需要探測額外的腦區(qū),如腦島、眶額區(qū)及楔前區(qū)等。另一項(xiàng)前瞻性的研究也顯示,MEG結(jié)果導(dǎo)致23%的患者的顱內(nèi)電極植入方案發(fā)生調(diào)整[16],33%的患者的手術(shù)方案發(fā)生改變[17]。這些手術(shù)方案的調(diào)整,為MRI陰性的局灶性難治性癲癇患者的外科治療提供了有力支持。

2.2 MEG在顳葉癲癇中的應(yīng)用

由于顳葉癲癇的定位相對容易,且臨床醫(yī)生對MEG定位深部致癇灶的效果仍有懷疑,因此目前MEG在顳葉癲癇中應(yīng)用的重視程度不高。根據(jù)本中心的研究,在一部分顳葉內(nèi)側(cè)癲癇患者中,MEG可以準(zhǔn)確顯示顳葉內(nèi)側(cè)或顳前部的偶極子,尤其是在海馬旁回區(qū)域;而一些顳底、顳外側(cè)皮層的簇狀棘波偶極子對提示顳葉癲癇,尤其是顳外側(cè)型癲癇具有良好的臨床價(jià)值。后顳區(qū)偶極子的情況較為復(fù)雜,可能包括良性的偶極子形態(tài),常位于側(cè)裂周圍區(qū)域的后顳區(qū),特別是當(dāng)它們是雙側(cè)或具有180度相反方向時(shí),情況則更為復(fù)雜[18]。而顳后外側(cè)的單側(cè)性、方向一致的簇狀偶極子仍然為臨床定位帶來強(qiáng)烈提示。

2.3 MEG在額葉癲癇中的應(yīng)用

額葉是癲癇患者中最常見的MEG棘波偶極子存在部位,在此區(qū)域,MEG常顯示出比EEG更好的定位效果[19-20]。額葉外側(cè)表面解剖區(qū)域廣泛,單個(gè)、密集而均勻的簇狀偶極子對于確認(rèn)可疑局限的致癇灶非常有幫助,對提高額葉癲癇的手術(shù)效果有明確作用。例如眶額葉皮層來源的癲癇是額葉癲癇術(shù)前定位中非常困難的一種類型,可能有不同的EEG和臨床表現(xiàn),而且MRI常常容易被認(rèn)為是陰性。這種情況下,MEG可能是一種有效的定位工具[21]。然而,需要注意的是,檢測到位于外側(cè)眶額區(qū)的偶極子時(shí),還應(yīng)該注意鑒別是否存在內(nèi)側(cè)顳放電傳播到眶額皮質(zhì)的可能性。此外,考慮到額葉MEG結(jié)果還可能受到快速傳播及內(nèi)側(cè)面深部源活動(dòng)等因素的影響,在解釋額葉MRI陰性患者的MEG結(jié)果時(shí),應(yīng)始終考慮潛在傳播活動(dòng)及網(wǎng)絡(luò)連接的影響。

2.4 MEG在島葉-島蓋區(qū)癲癇中的應(yīng)用

島葉是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),包裹在側(cè)裂的深處,由額蓋、頂蓋及顳蓋等結(jié)構(gòu)覆蓋。近年來越來越多的證據(jù)表明,源自島葉-島蓋區(qū)的癲癇發(fā)作并不罕見,但識別困難,可能因此導(dǎo)致一些手術(shù)失敗[22-23]。如果能夠有效地識別島葉-島蓋致癇灶,大多數(shù)患者可能會獲得較好的手術(shù)結(jié)果。頭皮EEG對島葉癲癇的定位相對不敏感,與之相比,MEG對島葉-島蓋區(qū)產(chǎn)生的切向電流特別敏感,為EEG提供了補(bǔ)充信息[24-26](圖2 B～C)。

通過MRI檢測到的島葉病變是島葉癲癇的主要非侵入性證據(jù)[27]。但是,許多難治性島葉癲癇患者的MRI檢查難以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常,在波紋狀島葉皮質(zhì)中識別出細(xì)微的局灶性皮質(zhì)發(fā)育不良(focal cortical dysplasia, FCD)是很困難的。盡管島葉皮層大體上平行于腦表面,但事實(shí)上島葉皮質(zhì)包含幾個(gè)腦回,腦溝內(nèi)可能產(chǎn)生與頭皮成切線位的電流。因此,MEG不僅對蓋部的癲癇活動(dòng)敏感,還可以檢測島葉皮層本身的癲癇活動(dòng)[26, 28-29]。需要注意的是,位于島蓋前部的MEG偶極子更可能是病理性的,而對局限于后島蓋區(qū)的偶極子的解釋則需要額外考慮良性MEG變異活動(dòng)的可能性。

2.5 MEG在后皮層癲癇中的應(yīng)用

后皮層癲癇的發(fā)生率相對較低,而由于其致癇灶定位困難,涉及的功能復(fù)雜,其手術(shù)治療始終是一種挑戰(zhàn)[30]。關(guān)于后皮層癲癇的MEG定位報(bào)告也較少,其定位作用有待進(jìn)一步研究。兒童良性枕葉癲癇是一種常常需要進(jìn)一步識別的局灶性癲癇綜合征[31]。此外,考慮到后外側(cè)裂及枕內(nèi)側(cè)皮質(zhì)是良性MEG變異的常見部位,在分析后皮質(zhì)放電時(shí)也需要考慮到該部位[32]。其他檢查的特征性定位信息,包括EEG中相應(yīng)部位的尖波、MRI可疑病灶及PET局灶性低代謝等,均有助于確認(rèn)這些區(qū)域的MEG偶極子的意義,并為致癇灶定位提供新的證據(jù)。而陰性結(jié)果也可能是由于MEG對內(nèi)側(cè)和基底部的電活動(dòng)敏感性較低所致。

3 MEG的進(jìn)展與展望

盡管MEG在癲癇外科的術(shù)前評估中具有明顯優(yōu)勢,但目前更廣泛的使用仍受到限制,原因包括記錄環(huán)境特殊、嚴(yán)格限制受試者運(yùn)動(dòng)及高維護(hù)成本等。國內(nèi)外應(yīng)用MEG作為常規(guī)術(shù)前評估檢查的研究中心相對較少。研究者也在不斷克服MEG在臨床應(yīng)用中的缺陷,不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)處理、開發(fā)新的溯源分析方法及高頻信號分析、發(fā)展EEG或顱內(nèi)電極EEG與MEG同步記錄等。而最具顛覆性的變革是以新一代使用原子磁強(qiáng)計(jì)(也稱為光泵磁強(qiáng)計(jì))系統(tǒng)的MEG取代傳統(tǒng)的使用超導(dǎo)量子干涉裝置(superconducting quantum interference devices, SQUID)傳感器的MEG[33]。傳統(tǒng)的MEG傳感器必須在大型液氦杜瓦瓶中低溫冷卻,記錄只能在磁屏蔽室中進(jìn)行,患者需要將頭部固定在尺寸有限的MEG頭盔中,頭部相對于傳感器的任何運(yùn)動(dòng)都有可能影響MEG信號質(zhì)量,這也限制了其在特殊頭型、兒童患者及其他配合度不佳的患者中的應(yīng)用。新一代的MEG系統(tǒng)不需要液氦,可以在室溫下工作,并可通過穿戴式設(shè)備長時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測,可更多地記錄到發(fā)作期信號,這將大大提升MEG在癲癇術(shù)前評估中的應(yīng)用價(jià)值,顯著降低使用成本。在此基礎(chǔ)上,將會創(chuàng)造更先進(jìn)的硬件和精簡的軟件,使MEG進(jìn)一步成為癲癇標(biāo)準(zhǔn)評估與治療的一部分。