文摘
目的:本研究的目的是评估患者是否手术难治性颞叶癫痫(MTLE)表现出不同的模式结构涉及颞叶和extratemporal区域的网络组织。
方法:我们回顾性研究了18名健康对照组20例药物难治性单边MTLE前颞叶切除术用于治疗癫痫。患者分为控制发作或不控制发作手术后至少1年。那些将要动手术的大脑连接体是通过概率计算连接从MRI-diffusion张量成像从83年在解剖学上定义感兴趣的区域包含整个大脑。连接模式分析了关于组的差异区域连接和网络图的属性。
结果:与控制相比,患者表现出减少连接涉及同侧丘脑皮层的区域,与病理增加侧内侧颞叶,狭隘,额连接。患者中,那些不能控制发作表现出更高的之间的连接结构1)侧内侧和外侧颞叶,同侧颞顶叶,2)和3)颞侧杆和顶叶。患者不能控制发作也表现出低small-worldness侧颞叶内的子网,子网集成为代价较高的隔离。
结论:MTLE与网络内重排有关,但不限于,同侧的颞叶癫痫发作。网络涉及关键组件内侧颞叶和结构的传统不移除手术期间可能与癫痫发作有关控制MTLE手术治疗后。
术语表
- 醉酒驾车=
- diffusion-weighted形象;
- FDT=
- FMRIB扩散的工具箱;
- MTLE=
- 内侧颞叶癫痫;
- 音乐=
- 南卡罗来纳医科大学的;
- ROI=
- 感兴趣的区域
内侧颞叶癫痫患者(MTLE),海马体是传统上被认为是癫痫发作。1,2手术切除海马通常关联到一个高概率完全发作的控制。1,3尽管如此,病理4,- - - - - -,6和成像研究7,- - - - - -,10一直显示在MTLE extrahippocampal异常。
extrahippocampal病理学MTLE患者的临床意义尚不清楚。对于实现控制癫痫手术后的患者,这可能代表一个远程病理的影响癫痫,对epileptogenesis没有影响。然而,患者手术耐火MTLE extrahippocampal病理学发起和维持癫痫发作可能是至关重要的。不幸的是,手术前患者不实现夺取自由将成为控制发作的患者并没有什么区别”。他们将有一个好的结果,但继续发作,尽管技术上成功的手术经验。
一个有前途的理论表明,一个明显的组织网络支持epileptogenesis涉及患者的颞叶手术耐火MTLE。11在这项研究中,我们测试这个假说通过比较大脑结构连接体由概率白质tractography从扩散张量磁共振成像获得的控制发作vs not-seizure-free MTLE患者手术治疗。我们假设不佳患者手术后的结果会表现出更复杂的那些将要动手术颞叶连接。
方法
科目。
我们回顾性研究了连续20药物难治性患者MTLE治疗在南卡罗莱纳医科大学的(音乐)男性(平均年龄42.9±12.2年,4)。所有患者被诊断出患有MTLE根据国际抗癫痫联盟定义的标准,12综合神经功能评价后,发作的脑电图记录的单边癫痫局部颞区,和高分辨率诊断MRI显示单侧海马萎缩整合猝发的脑电图的癫痫发作。所有患者耐火材料抗癫痫药物治疗和手术治疗的指示是通过音乐在难治性癫痫会议上达成共识。患者加入这项研究没有结构异常的证据除了那些将要动手术高分辨率核磁共振海马萎缩。所有患者接受了前颞叶切除术。没有一个病人内部或围手术期并发症,术前抗癫痫治疗方案是持续了所有的病人在术后时期。
手术结果定义至少1年的规模根据恩格尔外科手术后的后续结果。1患者放入1的2组:1)禁用癫痫(即自由。,控制发作),相当于恩格尔类我;或2)不能控制发作(恩格尔类II, III或IV)。那些将要动手术我们收集信息关于1)癫痫的危险因素(癫痫家族史,头部创伤的历史意识丧失,脑膜炎或脑炎的历史,和发热性癫痫发作史);2)在癫痫发病年龄;3)癫痫持续时间;和4)发作频率。所有患者的临床和人口信息研究中总结了表1。两个示例independent-measurest测试是用来比较的组。我们还研究了18个健康个体组成的对照组男性(平均年龄40.5±5.33年,8)招募了来自当地社区,无重大病史的神经或精神问题。
标准协议的审批、登记和病人同意。
本研究得到音乐机构审查委员会的批准。书面知情同意了所有的对照组。数据从患者获得通过回顾性图表检查和核磁共振分析。病人数据得到药物难治性癫痫的护理标准,综述了下“同意放弃”的范畴。
图像采集。
所有的受试者都接受相同的成像协议,西门子上执行3 t Verio磁共振扫描仪(西门子公司(Siemens AG)、埃朗根、德国)配有12-channel头线圈。成像协议产生了高分辨率的t1加权图像,具有各向同性体素的大小1毫米(重复时间= 2250毫秒,回波时间= 41毫秒,视野= 256×256毫米)。Diffusion-weighted图像(驾车)获得使用2扩散权重(b = 0和1000年代/毫米2)60 diffusion-encoding方向(重复时间= 10600毫秒,回波时间= 100毫秒,视野= 224×224毫米22、并行成像因素,切片厚度= 2毫米,60轴向片)。
图像处理。
DICOM-to-NIfTI格式转换和提取的扩散梯度方向进行dcm2nii (http://www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron/dcm2nii.html)。包FMRIB软件库的扩散工具箱(FDT) (www.fmrib.ox.ac.uk目前醉酒驾车)是用于预处理和扩散张量的估计。酒后驾驶进行了涡流校正通过仿射变换的醉酒驾车基本b = 0 t2加权图像。FDT的DTIFIT被用来执行voxel-wise大脑内扩散张量的计算。
概率tractography。
对于每一个主题,我们估计大脑连接体,即。,the whole brain structural connectivity, by performing the quantification of the number of white matter fibers connecting each possible pair of brain regions. Brain regions were individually defined according to an anatomical atlas, and white matter fibers were quantified through probabilistic distribution of fiber tractography streamlines obtained from diffusion tensor MRI. Structural connectivity was obtained by applying FDT's probabilistic method using FDT's probtrackx for fiber tracking on diffusion data after voxel-wise calculation of the diffusion tensor. We chose probabilistic tractography because it can, to some extent, resolve intravoxel fiber crossings,13,14从而增加纤维跟踪的真实性。值得注意的是,纤维tractography取决于MRI信号变化,运动,和生理噪声,它也增加了更多的编码方向。15
种子区域tractography自动皮层和皮层下得出了使用FreeSurfer (t1加权图像分割http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/)和皮质的利益分割成区域(roi)根据洛桑解剖图集(http://www.connectome.ch),产生83 ROI(42个地区每个半球和一个ROI脑干对应)(表上e 1首页神经病学®网站www.首页neurology.org)。地区被转换为每个主体的DTI空间使用仿射变换获得FMRIB软件库的调情。概率tractography进行使用的83个roi作为种子区域。
连接矩阵。
地区之间的加权连接i和j被定义为概率流线的数量到达j播种的时候,平均的数量概率流线到达我当j被播种。原始的连通性是规范化的总量原始和终止的地方。对于每个主题,结构连接矩阵”“有83×83条目,一个ij对应的加权i和j之间的连接结构,也称为节点i和j之间的联系。
Connectivity-based统计数据。
排列分析是用来评估区域网络链接重量差异病人和控制,和控制发作vs not-seizure-free病人。为每一个条目ij、组标签(即。,patients vs controls, or seizure-free vs not-seizure-free) were randomly permuted 5,000 times. For each permutation, the 2-sampletT检验统计量计算比较一组与另一个。最大T和最小值记录每个排列在整个矩阵A,和T分布的最大和最小值。占多重比较,统计学意义的阈值被定义为最低2.5百分点的T值和T值最高的97.5百分比的最小和最大T值分布,分别。16病人T值从原来的标签也进行了计算,并与T分数高于截止T分数最高,或低于最低截止T分数,被认为是统计学上显著。
用图的措施。
图论使网络属性的量化,评估可量化的特性,比如拓扑组织,信息流动的理论效率,和节点隔离。17图措施为每个单独的连接矩阵计算与大脑连接工具箱(https://sites.google.com/a/brain-connectivity-toolbox.net/bct/)。我们评估以下全球网络的措施:1)平均学历,2)平均聚类系数,3)全球效率,4)平均中间性中心,和5)small-worldness(定义为平均聚类系数之间的比例和网络的特征路径长度18)。区域网络措施也为每个节点计算,对应1)学位,2)聚类系数,3)当地的效率,和4)中间性中心。这些指标的解释是依照详细描述表。通过2-sample组之间的差异计算t测试比较各个组的节点指标。
子网分析。
鉴于癫痫在MTLE传统上被认为是来自于内侧颞叶,我们假设子网在同侧颞叶的结构差异,将最有可能与epileptogenicity和临床结果。我们执行一个子网分析评估差异控制发作vs not-seizure-free患者关注身体的同侧的颞叶子网及其节点(这个分析中包含的区域标有星号表e 1)。颞叶子网的图形属性评估节点在这个子网之间的关系。我们使用2-samplet测试组之间比较节点属性p值调整占多重比较。
结果
病人的人口统计资料。
病人和对照组没有不同的年龄(p= 0.42)或性别分布(p= 0.18)。没有在临床变量差异not-seizure-free vs控制发作患者(年龄:p= 0.8;发病年龄:p= 0.21;癫痫的持续时间:p= 0.09;发作频率:p= 0.45;头部外伤史:p= 0.4;发热性癫痫发作的历史:p= 0.16;脑膜炎或脑炎的历史:p= 0.25;癫痫家族史:p= 0.25)。
图像分析(病人与对照组):连接数据。
MTLE患者表现出显著减少侧丘脑和侧之间的连接中央前回(T = 4.99,p= 0.0001)。患者还表现出更高的连通性之间的侧壁小叶和侧supramarginal下回(T = 4.18,p= 0.0001)。探索性分析使用一个不严格的统计阈值(p< 0.001)表明增加患者连接MTLE涉及侧海马、杏仁核、岛叶、壳核、和中间额叶区域,在连接与减量眶额,,伪劣顶叶小叶。这些结果总结在图e 1和表e - 3。
图像分析(患者控制发作对患者不能控制发作)。
连接数据。
每个病人组的平均连接矩阵中显示图1。定性视觉检查连接矩阵建议not-seizure-free病人表现出微妙的更高的连接模式在每个半球与控制发作的病人相比,在减少级半球之间的连通性。半球内连接在每个连接的左上和右下象限矩阵(分别代表contralateral-contralateral连接,ipsilateral-ipsilateral连接)。促进网络的可视化模式在每一组中,圆形连接图如图依照所示,这里可以欣赏一个微妙的数量的减少侧额叶和颞叶之间的连接,连接的相对保留侧颞叶和额叶区域。
平均连接矩阵控制发作和not-seizure-free患者。大脑结构编号从1到83按照表依照标签。区域1 - 42代表半球侧癫痫发作,43 - 82代表了半球侧癫痫发作,和83年代表了脑干。在每一个半球,区域是按照以下顺序分组:额叶,颞叶,顶叶、枕叶基底核。矩阵中的每个条目代表日志的数量概率流线之间的地区相应的行和列。
t指数分布的比较not-seizure-free之间的数据显示和控制发作的患者图2。以下链接表现出更高的概率流线not-seizure-free病人在以下相互连接:1)同侧内嗅皮层和侧颞上回(T =−4.83,p= 0.0001);2)侧颞极和侧supramarginal回(T =−3.92,p= 0.0010);3)同侧海马旁回和侧顶叶脑回(T =−3.89,p= 0.0011)。这些结果中演示了图3。
T分数的分布的比较之间的加权连接矩阵控制发作和not-seizure-free患者。每个矩阵的条目代表的T评分t测试比较评估链接体重控制发作和not-seizure-free患者之间的差异。
与手术病人没有达到夺取自由表现出更高程度的1)内嗅皮层之间的连接(橙色)和颞上回(红色)(T =−4.83,p= 0.0001);2)侧颞极(浅蓝色)和侧supramarginal回(深蓝色)(T =−3.92,p= 0.0010);和3)同侧海马旁回(黄色)和侧顶叶脑回(绿色)(T =−3.89,p= 0.0011)。这个图生成与可视化软件BrainNet查看器。29日
我们没有观察到上述3链接之间的显著相关,发病年龄和临床变量如癫痫、时间或癫痫发作频率(所有的病人评估时,或当只有控制发作或not-seizure-free患者分别进行评估)。
图论的措施。
尽管观测区域异常,整个网络图属性2病人组没有差异。
节点图特性没有显著不同的群体之间使用定义的修正为多个比较T分数基于交换数据的分布。我们应用一个探索性的阈值p< 0.01,该方法显示同侧颞区横了聚类系数的增加(p= 0.003,T =−3.39)和地方效率(p= 0.009,T =−2.93)在患者不能控制发作。没有其他节点表现出群体差异的阈值p< 0.01。之间没有差别在全球网络small-worldness控制发作和not-seizure-free患者。
子网分析。
我们调查了一个子网组成的11个节点在同侧的颞叶癫痫发作(表e 1中高亮显示)。Not-seizure-free病人表现出显著增加加权程度在颞上回(p= 0.012,T = 2.79)和显著降低程度在舌回(p= 0.006,T = 3.13)。子网平均度、聚类系数、局部效率,中间性中心之间没有不同的组。我们观察到显著减少small-worldness not-seizure-free患者颞叶子网内(p= 0.015)。这些结果如图e - 3所示。
讨论
在这项研究中,我们调查是否不实现癫痫患者颞叶切除术后自由表现出不同模式的患者大脑结构连接而成为癫痫手术后的自由。
通过评估整个大脑和颞子网连接体,我们观察到4主要发现。首先,MTLE患者表现出失去连接涉及癫痫发作的半球侧到一边,与病理相关增加连接在侧内侧颞和边缘地区。第二,比较控制发作vs not-seizure-free病人,没有全局属性的差异相关的网络集成和隔离,即全球效率和聚类系数。第三,即使没有全球患者团体之间的差异,有同侧和对侧的区域网络差异主要涉及颞叶。Not-seizure-free病人表现出更高的地区之间的连接在侧内侧和外侧颞叶区域,地区之间在同侧颞叶和侧顶叶和颞侧杆内地区之间和顶叶。第四,not-seizure-free病人表现出混乱的small-worldness子网内的侧颞叶,反映为代价增加集成隔离在同侧颞叶。
这些结果证实了以前的研究结果表明连接MTLE患者的异常模式。19他们还表示不同的模式结构连通性MTLE患者不自由实现癫痫手术。网络结构重排手术患者观察耐火MTLE更值得注意的是,但不限于,同侧的颞叶癫痫发作。这些发现可以有意义的理解机制部分癫痫患者癫痫发作控制和epileptogenesis MTLE。这是特别相关的部分癫痫是进化的概念包括epileptogenesis支持网络的作用。11,20.MTLE extrahippocampal病理学的越来越多的证据表明,一个更大的网络结构异常可能参与癫痫的一代。目前尚不清楚是否广泛网络损伤MTLE可能影响epileptogenesis,或可能只是excitotoxic效应的结果没有直接影响的癫痫发作的一代。然而,缺乏控制癫痫MTLE患者似乎是最佳候选人手术表明癫痫可能源自extrahippocampal结构。有时这种观察证实了颅内脑电图研究表明,癫痫发作可能出现从时间结构附近的海马体手术失败的患者。21一项研究使用静息状态功能磁共振成像也观察到激活的模式不适合手术的患者的结果是更少的本地化。22这种融合证据表明更广泛的网络耐火MTLE患者获得的方法和不同的空间和时间分辨率。
这项研究的结果应该解释的局限性。也就是说,这是一个小样本的横断面研究。同时,本研究评估一个相对大量的女性患者。先前的研究指出,男性受试者可能经历一个稍微更好的手术结果。23此外,一些研究表明,男性更“扩展”发作的传播经验,24而其他的研究表明,女性患者经常表现出宠物代谢减退和猝发的蔓延至对侧颞叶。25我们研究的另一个限制是左派和右派的分组MTLE成一个集团。先前的研究表明,癫痫发作的一面与优势大脑半球之间的关系可能会影响在MTLE连接和结构异常。26,27研究结果的解释应在考虑这个因素,并进一步研究可能解决那些将要动手术模式是否依赖于癫痫发作。
可能病人可能有不同的亚型MTLE,那还看不见那些将要动手术的常规检查。不同亚型的MTLE可能由由癫痫引起的网络的程度和位置安排。28我们的研究表明,有特定的区域重新配置需要在颞叶和extratemporal地区not-seizure-free病人。
重要的是,我们的观察并不证明异常连接和手术结果之间的因果关系。可能是异常连接可能代表外科耐火度的结果,而不是直接支持epileptogenesis。也是值得注意的,一些不正常的连接,即侧内嗅皮层和同侧颞回,可能部分在前颞叶切除术移除。即使这些连接可能在手术切除不完全,形成异常epileptogenesis网络可能发生的相关性。这些研究结果值得进一步调查。特别是,本研究旨在确定一个常见的模式在各种MTLE患者。MTLE手术失败可能的原因多样,分别确定。疾病过程可能不同跨各种病人,和一个临床有用的工具应该支持与预后有关的个人标记的识别。这项研究表明,网络可以识别异常,这还有待定义是否有典型的模式可以被识别在个体基础上,以及这种模式是否可以用于个性化手术在MTLE预测。
作者的贡献
莱昂纳多Bonilha:研究设计、数据分析和解释,手稿起草、修订手稿的重要知识内容至关重要。约瑟夫·a·Helpern:研究设计和监督,关键的修订手稿的重要知识内容。Rup Sainju:数据收集和初步分析的临床数据。特拉维斯Nesland:成像数据分析和解释数据。乔纳森·c·爱德华和史蒂文·s .装玻璃:关键的修订手稿的重要知识内容。阿里Tabesh:研究设计,手稿起草、修订手稿的重要知识内容至关重要。
研究资金
支持的南卡罗来纳临床与转化研究所与南卡罗莱纳医科大学的一个学术家里,通过国家卫生研究院的基金UL1 RR029882和UL1 TR000062。
信息披露
作者报告没有披露相关的手稿。去首页Neurology.org为充分披露。
脚注
去首页Neurology.org为充分披露。资金信息和披露认为作者相关的,如果有的话,年底提供这篇文章。
- 收到了2013年3月11日。
- 接受的最终形式2013年8月13日。
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