第十四章 脑磁图在神经外科中的应用
功能神经影像学的发展日新月异,从早期的脑电图(EEG)及诱发电位到近来的功能磁共振成像MRI,PET或SPECT,从不同的角度探索和研究人脑的功能。脑电图可以探测脑诱发后的电活动(诱发电位,event-related potentials,ERP)来研究人脑的功能,其优点是可以观察到即时的脑电活动,但是EEG所测的为容积电流,容易受不同介质导电率的影响,到头皮的失真较大;功能MRI是利用激活的脑组织局部脑血流中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的比例与未激活的脑组织不同,从而导致MRI信号的差别,即BOLD(blood oxygen level dependence)。用快速扫描的MRI序列(梯度回波序列及回波平面序列)可以探测出这种变化,但是无论多么快的扫描序列也不可能实时的以毫秒级反映脑的活动,即功能MRI的时间分辨率不高;SPECT和PET是通过向体内注射放射性同位素来观察,然后通过监测脑组织局部核素浓集的程度反映局部脑血流(regional cerebral blood flow,rCBF),这在某种程度上与功能MRI相似。近十年开始应用于功能神经影像学研究的脑磁图(magnetoencephalography,MEG)或叫磁源成像(magnetic source imaging,MSI)利用超导技术制成的高敏感传感器SQUID(superconducting quantum interference device)可以在颅外及时的探测大脑神经元电活动所产生的磁场,这种电活动不是指细胞外容积电流,而是神经元的内部电流,磁场不受组织导电率的影响,并且把所探测到的磁源重叠到相应的MRI图像上即可确定磁源的位置而又没有EEG导电率差别所至的信号失真而导致的定位不准,同时又具有MRI、SPECT和PET等不具备的极高的时间分辨率——可达亚毫秒(约为0.5ms——2500 WH Spec,4D Neuroimaging Inc.,San Diego,CA)(图14-0-1)。脑磁图在功能神经影像学领域的应用正在逐渐拓宽。2002年美国FDA批准了脑磁图在临床中的应用,其临床适应证:①致癫痫灶的手术前定位;②重要神经功能的手术前评价,如运动功能、听觉、视觉、感觉功能、语言功能等。2005年国际临床脑磁图促进协会(International Society of the Advancement of Clinical MEG,ISACM)成立并在希腊举行第一次会议。2006年美国临床脑磁图协会(American Clinical MEG Society,ACMEGS)在温哥华的BIOMAG会上成立。迄今为止,美国的临床脑磁图中心已经从2005年的不到十个发展到现在的三十多,在美国临床脑磁图协会的组织会员有22个(ACMEGS.org)。2011年这个协会出版了临床指南。
图14-0-1 magnes2500WH磁源成像系统示意图
一、脑磁图的发展历史和简要原理
大脑的活动总是伴随着颅内电流而产生,任何形式的电流均可产生磁场,磁场不受组织导电率的影响,失真很小。但是神经磁场很小是地球磁场的十几亿分之几还要弱。“如何测到如此小的磁场”是必须要面对的第一个问题。20世纪60年代Baule和Mcfee首先对相对较强的心脏电流的磁源进行了测量(为地球磁场的百万分之几),这迈出了非常重要的第一步——证明了这种测量的可行性。事实上当时的测量方法非常原始。几年后(1970年)Cohen等宣布SQUID投入应用,他们的研究是在麻省理工学院的磁屏蔽室内进行的,这明显提高了心脏信号的质量。又过了2年,还是Cohen首先应用SQUID测量了颅内电流的磁场,同时也进行了EEG的测量,这奠定了脑磁图的基础,这种神经信号不久又得到了证实,一直延续到现在是大多数脑磁图研究所依据的中心理论。这是脑磁图发展的3个重要里程碑。形成神经磁信号的电流:神经磁信号最有可能是由一列方向相似同时活动的神经元构成,单个神经元电活动的磁场非常小(2×10-17T),至今仍无设备能探测出如此小的磁场。估计104~105个神经元同时参加了磁场诱发的活动。那么形成磁信号电流是什么性质呢?脑的电活动主要有3个来源:①跨膜电流;②细胞外电流;③细胞内电流信号。细胞膜去极化所致的跨膜电流不能产生磁信号,因为细胞膜内外的电流大小相等方向相反产生净零磁场。细胞内的轴突电流也不是神经磁信号的来源,因为轴突传导非常快,所有轴突同步而产生电流是不现实的。细胞外的容积电流也不是神经磁信号的来源,因为容积电流如果以非球形进行传导时可以产生颅外磁信号,但是当容积电流以球形传导时,垂直与球表面的磁场总和为零,头颅的内表面为近似的圆形,所以我们不能把细胞外电流作为磁源信号。那么磁源信号的来源就只剩下细胞内树突的电流,其原因为:①树突内的电流速度慢,在同一细胞柱的神经元容易产生同步活动;②大脑皮层的锥体细胞有足够的尖状树突并且平行排列,这种同步的电活动可以形成等电流偶极子从而产生在头皮能测到的磁信号。
如要测量颅内的神经磁信号需以下几个条件:①这些电流与头皮垂直或者由于头皮垂直的成分;②距离不是太远(根据Biot-Savart法则B=μ0Qsinθ/4πr2);③磁信号足够强(许多神经元同时活动)。所幸的是,大脑的很多活动信号源来自皮层,如听觉、体部感觉及许多病理活动等,与头皮接近易于测量。用超导设备SQUID可以测到神经磁信号,但是这种测量应在磁屏蔽室内进行,否则由于环境噪声无法测到神经磁信号。除了SQUID外梯度测量仪(gradiometer)也是不可少的设备。梯度测量仪由两个顺序排列反向缠绕的磁场测量器构成,这种构造可以消除外部噪声,因为磁噪声一般距离较远,其大小方向比较均一,两个线圈所产生的电流大小相等方向相反而使净电流为零。而距离较近的神经磁源(几个厘米)由于其上方补偿线圈的作用受影响很小,使我们能测量到神经磁信号。这样可以做到有选择的消除噪声,并且不削弱神经磁的信号。把和梯度测量仪SQUID置于充满液氦的容器中使其温度为绝对温度的4.2K,这样可使其处于超导状态,在容器的尾部有许多梯度测量仪(37~148个甚至300多个,我们实验室的为148个),把这些梯度测量仪放置在被检查者的头部表面纪录诱发的或自发的神经磁信号。
信号源的定位:是基于反向问题的解决,那就是从体表所测的磁场或电位来评价信号源的构型。不幸的是这个逆向问题没有独到的解决办法,作为不定数量的等信号源构型或许可以解决所测到的分布。克服这一问题的唯一方法就是选择一个合适的模型信号源,这种模型从生理上足以贴近实际情况,数学上易于控制,计算从信号源到体表面磁场和电位的理论分布,即是解决前向的问题。如果实际值与测量值吻合最好,那么即可确定信号源的位置。比较合适的模型是等电流偶极子(equivalent current dipole,ECD),电流偶极子可以由电流和一定方向的长度来决定,其电容:Q=Iλ(单位是安培·米)。磁通量(B)为椭圆形与电流方向相垂直,其形成的继发电流在原始电流周围媒介中传播并形成环路,原始电流为细胞内电流由大脑皮层细胞产生,继发电流为细胞外的容积电流,这样的模型叫等电流偶极子模型。这种模型被广泛应用于脑磁图,但不是唯一的。当电流偶极子在具有均一传导性的某一介质扩散时,在任一位置与信号源有关的磁感应B是由Biot-Savart法则决定的:
B=μ0Qsinθ/4πr2
B的单位是特斯拉(Tesla,T),r是从电流源到该位置的距离,单位是米。电容Q的单位是安培米。θ是与偶极轴的角度。μ0为一常数值为4π×10-7安培/牛顿,代表自由空间的磁导率,实际上与活体组织(如脑、头颅和头皮)的数值相同。一个偶极子的特征可由五个参数来决定:偶极子的大小、方向、三维的位置。人的头颅与球形相仿,应用球形模型即便磁信号不与头颅表面垂直,其与头颅表面成10°~20°角也可产生足够大的垂直于颅表面的矢量以便于我们测量。除了以上的参数外,我们还用适合度(goodness of fit,g)来描述所测量的信号与由模型预测的信号的相关系数,如果其数值低就提示测量的数值与模型有明显偏差,是信噪比不好。在进行MEG分析时一般选适当的g值作为标准。
与MRI结构性图像的重叠:在进行MEG检查时,把左右外耳道,鼻根部位置及头颅形状的信息输入计算机,同时患者应有MRI结构图像,并且MRI图像应该是通过容积扫描而获得,用MEG检查时所输入的体表标志进行重建。把患者磁源信号与MRI的结构性图像重叠,即可获得患者某一解剖位置的磁源信号。这给神经外科医生的手术提供了极为重要的信息,使其可避免在手术中损伤重要的神经功能)。
二、脑磁图在癫痫灶手术前定位的应用
癫痫的发病率大约在0.5%~1%之间,而在其中有三分之一的患者经抗癫痫药物治疗无效,这一部分患者的治疗则需要手术方法介入。手术成功的关键则在于手术前癫痫病灶的准确定位。传统癫痫手术前定位的手段包括:
1.非创伤方法
①临床症状;②头皮脑电图;③结构性磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI);④单光子发射计算体层摄影(single photon emission computed tomography,SPECT)和正电子发射体层摄影(positron emission tomography,PET);⑤EEG激发的功能性磁共振成像;⑥磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)的神经化学成像等。
2.创伤性方法
皮层脑电图(包括手术放置电极的慢性监测和手术中直接监测)。
近十年来,作为非创伤性癫痫手术前定位的手段,脑磁图(MEG)逐渐的应用于临床。MEG是在屏蔽室内,通过用磁场测量仪或梯度磁场测量仪测量颅内电流所形成的微弱磁场,而磁场与电流所不同的是-磁场在通过颅骨时并没有像电流那样的信号扭曲,这样,我们可以通过复杂的运算推算出信号源在颅内的位置,并且应该比头皮脑电图更准确。
第一例癫痫患者的MEG描记是在1972年由Cohen首先报道的,在一例精神运动性癫痫患者慢的EEG和MEG活动在通气过度时加速。从20世纪80年代起,MEG的研究渐渐多起来。早期人们应用37信道的MEG,这种设备每次只能检查部分脑组织,现在已有248信道甚至更多的脑磁图导联的脑磁图,一次检查可以覆盖全脑。现在我们就以下几个方面分别讨论MEG在癫痫病灶术前定位中的应用:①癫痫患者的检查和分析方法;②发作期和发作间期癫痫灶的检查;③颞叶癫痫;④颞叶外癫痫(图14-0-2)。
图14-0-2 与图14-0-3为同一患者,脑磁图的尖棘波电磁活动为与左侧顶叶中央回区域(B)上黑色的点。MRI显示皮质发育不良的细微征象——灰白质边界模糊,皮质轻度增厚(A)和FLAIR MRI图像上白质内的轻度高信号(C)。发作间期(E)和发作期(F)SPECT图像上的高灌注区
癫痫患者脑磁图的检查和分析方法:现全头MEG检查仪已基本取代了37信道或更少信道等的老一代MEG设备,在进行常规癫痫患者检查时,明尼苏达癫痫组脑磁图中心采用全头脑磁图仪并同时进行国际10~20导联的头皮EEG描记和心电图检测,采样频率为1000Hz。在发作间期电活动不频繁的患者,患者在检查前常常服用可乐停(clonidine)或剥夺睡眠以获得更多的发作间期电活动。癫痫患者的检查时间一般为30分钟或者更长,在患者可以耐受的情况下获得发作间期甚至发作期的数据。癫痫患者MEG的分析是费时又复杂的过程,首先,用1~70Hz过滤原始数据,然后进行降低噪声处理,观测患者的EEG和MEG波形,发现发作间期的EEG和MEG尖或棘波,对这些波形进行分析发现磁偶极子的位置,把这些偶极子整合,最后把符合标准的偶极子投影到薄层容积扫描的磁共振图像上,从而最后决定发作间期易激惹区的位置。我们将偶极子标定为:①磁场平均平方的根(root-mean-square,RMS)应大于400ft(femto Tesla)这样可以保证信号相对于环境及脑内噪声足够强;②前向计算的磁场强度与实际所测的强度的相关性大于0.97,这样可以保证ECD磁源的位置合适;③偶极子电量的强度应小于400nAm(nanoAmpere meters),这可以保证偶极子强度为生理性的。
近年来,由于计算机和数据存储技术的发展,有的中心的采样频率高达4000Hz甚至更高。这使高频震荡研究成为可能,比如ripple效应和快速ripple效应。Xiang等人报道的4例儿童癫痫患者发作期的脑磁图的高频震荡可达910Hz,发作间期也达到了350Hz。这些高频震荡与皮层EEG所定位的癫痫灶吻合,作者对高频信号应用了波束成型(beamformer)的方法分析。
发作期和发作间期脑磁图检查:局部痫样放电伴有患者的癫痫发作是癫痫术前定位最可信的征象(图14-0-3,图14-0-4)。但是发作期脑磁图的报道不多,在有限的报道中,脑磁图的定位与创伤脑电图的定位一致并且似乎比头皮脑电图更准确。从1997年7月到2002年4月,480例患者在德克萨斯大学健康医学中心进行MEG检查,仅记录了11例发作期MEG,其中仅5例患者的数据足以进行分析解释。报道少的原因主要是脑磁图很难获得发作期检查,因为:①人必须发作很频繁才能使其在进行检查时获得发作期的资料;②患者必须保持固定姿势相对长的时间进行检查,所以只有充分合作的患者才能检查成功;③癫痫发作常常伴有运动以至产生伪影,从而使脑磁图的数据难于分析解释。鉴于以上原因,大部分脑磁图的描记是在发作间期。发作间期的尖或棘波所在的区域即是所谓的易激发区。发作间期MEG定位的准确性已经被许多作者应用皮层脑电图和手术得到证实。Suthering等进行的盲选前瞻性的研究报道,23例患者中脑磁图对33%的患者提供了其他方法不能提供的信息。Knowlton等对77例癫痫患者术前影像学评价和创伤性脑电图比较发现脑磁图敏感性为58%~64%,特异性为79%~88%,明显优于PET和发作期SPECT。Sutherling和Knowlton的报道对赢得保险公司涵盖脑磁图检查有着里程碑的意义。
图14-0-3 正常右利志愿者听觉单词认知任务(word recognition task)激发的脑磁图偶极子重叠到其MRI图像上的表现(红色方块代表偶极子),左侧晚期(﹥150ms)偶极子的数量明显多于右侧,偶极子多位于颞叶后2/3及颞叶内侧区域
图14-0-4 中央回附近的动静脉畸形,脑磁图检查提示感觉中枢(绿色的点)和运动中枢(红色和蓝色的点)的位置
(1)颞叶癫痫:
对于皮层癫痫,MEG可以提供精确的定位,明显优于头皮EEG。而颞叶癫痫大部分源于颞叶内侧结构,MEG应用尖棘波对于颞叶内侧癫痫灶的定位显得有一些困难。Iwasaki报道的11例患者中10例MR表现为海马硬化并经前颞叶手术切除证实,术后随访16个月以上,其中9例为EngelⅠ级,1例Ⅱ级,1例Ⅲ级。术后的MEG检查其中8例无棘波,3例有棘波。但是患者中无一例术前的MEG棘波偶极子位于颞叶内侧结构,大部分位于颞叶更外侧的位置。Mikuni检查的患者中前颞叶内侧癫痫患者的MEG定位比较困难,因为与MEG有关的脑电图的棘波中,只有7%的棘波达到了MEG评价的标准并且位于海马结构。位于颞叶皮层致癫痫灶患者的MEG棘波25%达到了评价标准。形成这种现象的原因可能是由于颞叶内侧结构距离头皮比较远,要有8cm2的同步活动的神经元才能在头皮监测到MEG的信号,而新皮层只需3.5~4cm2的区域即可产生在头皮可监测到的MEG信号。所以在颞叶外侧的棘波偶极子可能主要为颞叶内侧传导而来,而非真正的致痫灶位置。
为了提高MEG对颞叶癫痫的致痫灶的定位价值,Ebersole、Pataraia和Baumgartner等总结了总共51例颞叶癫痫患者,认为可以用颞叶棘波偶极子的方向特征来区分内侧和外侧颞叶癫痫,即所谓前颞水平偶极子与内侧颞叶癫痫有关,前颞垂直的与前或内侧颞叶癫痫有关,后颞垂直的偶极子与外侧或不能定位的发作有关。我们对29例行标准前颞叶切除的颞叶内侧癫痫患者的局限性发作间期MEG的慢波活动(low frequency magnetic activity,LFMA)进行了研究。结果发现LFMA可以对17例(58.4%)患者进行定侧,而发作间期MEG可对14例患者(48%)进行定侧。所以,对于颞叶癫痫患者,虽然MEG对发作间期棘波的定位有一定的困难,但借助偶极子的方向我们有可能区分颞叶内侧和外侧皮层癫痫病灶,结合LFMA的分析也可有助于准确地对颞叶致痫灶定侧定位。
(2)颞叶外皮层癫痫:
颞叶外癫痫是癫痫患者手术治疗的主要问题是,因为其手术结果要比颞叶癫痫差,术后仅有43.2%和45.1%的患者无发作,27.8%和35.2%的患者改善。其中的一个原因为头皮EEG所记录的癫痫发作区范围较广且边界不清楚,这可能是由于癫痫电活动在脑叶内或脑叶间的快速扩散,因此大部分这种患者不得不进行手术植入皮层电极进行致癫痫病灶的定位。甚至单纯依靠头皮电极所获得的定位信息都不足以指导适当的植入硬膜下电极(图14-0-5~7)。
图14-0-5 发作期脑磁图和同时描记的脑电图。发作期和发作间期的电磁活动重叠到MRI图像上后,两者均与硬膜下电极脑电图描记一致,位于右侧额叶后部
图14-0-6 左侧颞叶癫痫患者。左图显示为同时描记的双侧颞叶脑磁图(上)和双极脑电图(下)1~70n Hz滤过,左侧颞叶脑磁图显示多发性低频率电磁活动但不明显。右图与左图的唯一不同是使用1~7n Hz进行滤过,先是左侧颞叶明显的低频率活动
图14-0-7 顶叶皮质发育不良患者。脑磁图和脑电图记录显示每两秒一次的频发的发作间期尖棘波
对于颞叶外皮层癫痫,数项研究均证实MEG可以提供重要的信息。Knowlton对22例患者进行了研究,其中9例为颞叶外癫痫,他发现MEG对颞叶外癫痫可起到比颞叶癫痫更重要的作用,尤其是对在MR图像上没有局灶性病变、大的囊性病变和不能确定意义的病变时。其中6例得到了创伤EEG的证实。Smith等研究了29例大脑凸面癫痫的患者,28例进行了MEG检查,21例致痫灶的定位与创伤EEG定位一致。
在MRI检查正常的难治性癫痫患者,MEG有非常重要的意义。这类患者手术切除的治愈率很低,对手术治疗是很具挑战性的。Minassian等发现11例无MR病灶的颞叶外癫痫病儿中10例病儿的MEG定位与创伤性脑电图的结果一致,该作者得出结论MEG在无病变的颞叶外癫痫病儿的手术前评价中定位准确,起到非常重要的作用。Cleveland Clinic最近报道这类患者手术切除后的两年无癫痫发作的只有42%,这个系列的报道并未提到应用MEG进行术前评价。最近有几组报道单独应用脑磁图或与PET及SPECT合并应用可以提高癫痫术前的定位,并提高手术效果,其中一组有22例,术后72%的患者可达EngelⅠ的结果。另外,如果脑磁图发现紧密的发作间期偶极子簇(cluster)重新评价。一组3例MR报告正常而手术证实的微小皮层发育不良的颞叶外癫痫患者,结果发现发作间期MEG不仅可以精确地进行癫痫灶的定位,在MEG定位的协助下还发现MR图像上的微小病变。另一组近期报道40例患者中,29例在脑磁图导下对MRI图像重新评价,结果有7例发现了MRI结构性病变。这样不仅可以指导癫痫手术,还可以改变对患者的预后的估计。
对结节性硬化患者的癫痫术前评价,脑磁图有其重要的价值。结节性硬化属于神经上皮综合征的一种,病变涉及多个系统——中枢神经系统、皮肤、心脏、肾脏等。脑的影像学的主要发现包括:单发或多发的皮层结节,皮层下白质病变,室管膜下结节,室管膜下巨细胞星形细胞瘤。癫痫是中枢神经系统最常见症状,并常常对药物治疗不敏感。近年来手术切除治疗结节性硬化治疗癫痫已经越来越被人们接受。脑磁图对确定致痫结节有很重要的作用。Wu等报道了6例结节性硬化手术患者,患者术前评价包括高分辨MRI、FDG-PET、MEG/MSI、非创伤和创伤性EEG检查,作者认为MEG/MSI更准确。Kamimura T等报道偶极子模型对结节性硬化患者更适合,尤其是只有一簇发作间期偶极子的患者。Frost等也有类似的报道。
三、术前语言功能的描绘
与处理语言功能有关的大脑皮层的描绘非常重要,以往对大脑语言中枢仅限于定侧诊断并且需要创伤性的方法,如手术前的WADA试验或手术中或术外语言功能区的刺激,并且WADA试验是借助于用血管内注射异戊巴比妥短暂地麻醉一侧大脑半球来确定语言优势半球,这有一定的危险性;并且有大脑半球间动脉血交叉流动时就不能提供正确的信息;患者对异戊巴比妥的反应也不尽相同,意识及行为受抑制的水平也可影响检查结果。手术中的语言功能刺激或手术植入电极后的术外刺激是最直接可靠的金标准,但毫无疑问这些检查是创伤性的。功能性MRI的研究的结果不甚一致,虽然可以用功能MRI研究提示大脑半球语言功能区的优势侧别,但功能MRI多提示额叶区域与定侧有关,尤其是用听觉诱发的研究。这可能主要是由于如前所述功能MRI的时间分辨率差,把由于声音和与语言有关的脑活动进行了平均,而后者是双侧对称性的。脑磁图具备高的时间分辨率,可以克服这一功能MRI的缺憾。
首先通过对正常志愿者进行了一系列的研究,第一个试验显示分别用听觉和视觉的语言认知任务,刺激所有7例右利手成人志愿者,发现早期(﹤150ms)的诱发磁场(evoked fields,EFs)均位于听觉和视觉的原始皮层且双侧对称;而晚期(﹥150ms)的则主要位于语言特异的区域,如颞叶中上回后部,角回及边缘上回。晚期左侧大脑活动明显要多于右侧,接近两倍。第二个实验是给15例右利手志愿者听觉词汇认知任务,用等同的音调任务刺激做对照。第三个实验是给11志愿者视觉认知任务用人面识别任务作为对照。这两个实验的目的是确认晚期的Efs是与语言相关,还是所有晚期脑活动所共有的。结果发现不管是听觉还是视觉的语言任务刺激,都显示为左侧脑活动明显高于右侧;而音调刺激和人面图像刺激任务的脑活动均为双侧对称性的。第四个实验通过对16例志愿者两次间隔1小时视觉语言任务刺激对可重复性进行了研究,发现其中15例的脑活动的部位是等同的。通过这些实验,我们认为MEG语言功能的定侧及定位是可行的、可信的,并且具有可重复性。在这些试验的基础上,我们对两组临床手术前患者的WADA试验结果和MSI检查结果进行了临床相关性的研究,一组研究中26例(现在患者的数量已达到70多例)拟做癫痫手术的患者术前均进行了WADA试验和MSI检查,结果发现其中24例WADA试验和MSI检查的定侧相一致,两例不一致,这两例患者的WADA试验结果提示可能为双侧,左侧少强于右侧,而在MEG则为左侧优势,而这两例患者在接受WADA试验时的行为状态在双侧语言功能的边界上,也许这是导致两者不同的原因。导致两者不同的原因在于:①WADA试验为接受和表达双向语言活动,而MSI检查仅为接受性的(通过听觉或视觉获得词汇的信息)。②在WADA试验中语言阻断的研究本身是一种人为的状态,解释时需极为小心。因为有一些区域没有被完全阻断而可以产生部分功能,从而导致一些假象。③MSI检查受很多因素的影响,如信号源的深度,激活区域的形状,信噪比及所用的算法等。在另一组研究中我们比较了MSI检查与手术中及手术植入电极后刺激语言功能区的结果,进行研究的13例患者(10例为术中电刺激,3例为术外电刺激)的MSI检查和电刺激描绘的手术患者语言功能的位置都相一致,即便是在由于病变所致的非正常的位置。对19例8~18岁儿童患者的WADA试验和MSI检查比较表明,19例患者中有17例两者的语言功能定侧完全一致,有两例不一致,其中一例的MSI检查语言功能为双侧,而向右侧注射时有某种程度的阻断,这也提示MSI检查度双侧语言功能的患者要比WADA试验敏感。另一例病儿WADA试验语言为双侧性,而MSI检查为右侧,其原因有待于进一步探讨。这种这主要为感觉语言功能的定位的方法后来后来在几个脑磁图中心又得到了证实。随后的研究也证实脑磁图的感觉语言定位大致与皮层电刺激定位相匹配,脑磁图还提供了额外的皮层电极记录不易获得的信息,并且在不适合皮层电刺激的特殊患者,脑磁图提供了可信的信息。脑磁图对感觉性语言中枢似乎比功能磁共振有更大优势,这提示我们颞叶病变的术前语言描绘,用脑磁图更准确有效。但是脑磁图对运动性语言中枢的定位并不是很理想,很可能是这种偶极子模型的问题,锁定运动性语言中枢的活动的时间很困难。有一些脑磁图中心开始用不同的算法研究,比如说MNE(minimal norm estimates,最小范数估计)、dSPM(dynamic statistical maps)及SAM(synthetic aperture magnetometry)等,这些算法对运动型语言中枢会比偶极子算法有优势,其敏感性和特异性这还有待于更多的临床数据证实。
四、术前感觉运动功能的定位
术中目测大脑运动和感觉功能区往往不太准确,在肿瘤及其他占位性患者尤其如此。术中的准确定位多有赖于皮层电刺激,这种方法要求患者局麻下合作或慢性电记录,并且这一过程较费时。MEG为非创伤性并且较为准确地确定感觉和运动中枢的位置,即便是在占位性病变导致这些中枢移位的病例。MEG比EEG更简单准确。原始的躯体感觉中枢(primary somatosensory center,SI)位于中央后回,其神经元所产生的电流主要为切线方向,脑磁图较为容易探测到SI区的信号。电刺激正中神经后其脑磁图的波峰在20毫秒左右。用气压刺激手指所获得的第一个波峰位于平均位于45毫秒左右(脑磁图可以较准确地确定中央沟的位置﹤5mm)。一项研究报道了34例脑肿瘤术前应用脑磁图感觉和运动中枢定位研究,97%(33例)的患者的S1和79%(27例)的运动中枢的位置得到较为准确的定位。不能定位的7例患者中,1例由于有牙齿植入物的伪影不能进行检查,5例患者由偏瘫而不能获得肌电图信号而进行平均。Kirsch等2010年报道13例患者术前脑磁图检查定位的体感中枢位置,得到了术中电刺激的证实,作者认为用脑磁图可以指导手术中电刺激,确定运动中枢的位置。脑磁图与功能磁共振结合可获得更准确的定位。
五、总结与展望
MEG最早是应用在癫痫灶的手术前定位。但随着设备的发展和研究的深入其应用领域不断拓宽,其在临床神经科学领域的应用除了癫痫放电灶的术前定位外,还可用于语言,感觉及运动等功能的手术前定位。随着病例研究的增多,这种非创伤的具有高时间分辨力的检查最终将有可能取代创伤性的WADA试验和术中及术外的电刺激检查。但是相对其他影像学检查方法,脑磁图也有其限度及缺憾。首先,脑磁图的检查时间受限制,不容易获得癫痫发作期的数据;第二,对脑深部的电磁信号不敏感(Biot-Savart法则);第三,只能获得切线方向的电流;第四,数学模型复杂,等电流偶极子模型不易观察不同区域同时发生的信号源,尤其在信号远距离较近时。除了批准的临床应用之外,近年来,还有很多从基础到临床的转化性研究。比如Alzheimer病的研究、轻度颅脑创伤的研究、创伤后应激障碍(post traumatic stress disorder,PTSD)、疼痛等,这些研究很有可能在不久的将来转变为常规的临床检查。
(张文波)
参考文献
1.Knowlton RC,Elgavish RA,Limdi N,et al.Functional imaging:I.Relative predictive value of intracranial electroencephalography.Ann Neurol,2008,64(1):25-34
2.Sutherling WW,Mamelak AN,Thyerlei D,et al.Influence of magnetic source imaging for planning intracranial EEG in epilepsy.Neurology,2008,71(13):990-996
3.Xiang J,Wang Y,Chen Y,et al.Noninvasive localization of epileptogenic zones with ictal high-frequency neuromagnetic signals.J Neurosurg Pediatr,2010,5(1):113-122
4.Baumgartner C,Pataraia E,Lindinger G,et al.Magnetoencephalography in focal epilepsy.Epilepsia,2000,41 Suppl 3:S39-S47
5.Baumgartner C,Pataraia E,Lindinger G,et al.Neuromagnetic recordings in temporal lobe epilepsy.J Clin Neurophysiol,2000,17(2):177-189
6.Morioka T,Nishio S,Hisada K,et al.Neuromagnetic assessment of epileptogenicity in cerebral arteriovenous malformation.Neurosurg Rev,2000,23(4):206-212
7.Iwasaki M,Nakasato N,Shamoto H,et al.Surgical implications of neuromagnetic spike localization in temporal lobe epilepsy.Epilepsia,2002,43(4):415-424
8.Pataraia E,Baumgartner C,Lindinger G,et al.Magnetoencephalography in presurgical epilepsy evaluation.Neurosurg Rev,2002,25(3):141-159
9.Ishibashi H,Simos PG,Castillo EM,et al.Detection and significance of focal,interictal,slow-wave activity visualized by magnetoencephalography for localization of a primary epileptogenic region.J Neurosurg,2002,96(4):724-730
10.Smith JR,King DW,Park YD.Magnetic source imaging guidance of gamma knife radiosurgery for the treatment of epilepsy.J Neurosurg,2000,93 Suppl 3:136-140
11.Minassian BA,Otsubo H,Weiss S.Magnetoencephalographic localization in pediatric epilepsy surgery:comparison with invasive intracranial electroencephalography.Ann Neurol,1999,46(4):627-633
12.Widjaja E,Shammas A,Vali R.FDG-PET and magnetoencephalography in presurgical workup of children with localization-related nonlesional epilepsy.Epilepsia,2013,54(4):691-699
13.Stefan H,Hummel C,Hopfengärtner R,et al.Magnetoencephalography in extratemporal epilepsy.J Clin Neurophysiol,2000,17(2):190-200
14.See S,Jehi L,Vadera S,et al.Surgical Outcomes in Patients With Extratemporal Epilepsy and Subtle or Normal Magnetic Resonance Imaging Findings.J Neurosurgery,2013,73(1):68-77
15.Zhang W,Simos PG,Ishibashi H,et al.Multimodality neuroimaging evaluation improves the detection of subtle cortical dysplasia in seizure patients.Neurol Res,2003,25(1):53-57
16.Funke ME,Moore K,Orrison WW.The role of magnetoencephalography in “nonlesional”epilepsy.Epilepsia,2011,52,Suppl 4:10-14
17.Kamimura T,Tohyama J,Oishi M,et al.Magnetoencephalography in patients with tuberous sclerosis and localization-related epilepsy.Epilepsia,2006,47(6):991-997
18.Lehericy S,Cohen L,Bazin B,et al.Functional MR evaluation of temporal and frontal language dominance compared with the Wada test.Neurology,2000,54(8):1625-1633
19.Papanicolaou AC,Simos PG,Castillo EM,et al.Magnetocephalography:a noninvasive alternative to the Wada procedure.J Neurosurg,2004,100(5):867-876
20.Breier JI,Simos PG,Zouridakis G.Lateralization of activity associated with language function using magnetoencephalography:a reliability study.J Clin Neurophysiol,2000,17(5):503-510
21.Breier JI,Simos PG,Zouridakis G.Language dominance determined by magnetic source imaging:a comparison with the Wada procedure.Neurology,1999,53(5):938-945
22.Simos PG,Castillo EM,Fletcher JM.Mapping of receptive language cortex in bilingual volunteers by using magnetic source imaging.J Exp Child Psychol,2001,80(3):245-270
23.Breier JI,Simos PG,Wheless JW,et al.Language dominance in children as determined by magnetic source imaging and the intracarotid amobarbital procedure:a comparison.J Child Neurol,2001,16(2):124-130
24.Maestú F,Ortiz T,Fernandez A.Spanish language mapping using MEG:a validation study.Neuroimage,2002,17(3):1579-1586
25.Zerrifield WS,Simos PG,Papanicolaou AC,et al.Hemispheric language dominance in magnetoencephalography:sensitivity,specificity,and data reduction techniques.Epilepsy Behav,2007,10(1):120-128
26.Doss RC,Zhang W,Risse GL,et al.Lateralizing language with magnetic source imaging:validation based on the Wada test.Epilepsia,2009,50(10):2242-2248
27.Zhang W,Risse G,Landsteiner J,et al.Receptive language mapping with magnetic source imaging(MSI)and electrical cortical stimulation(ECS).Epilepsia,2009,50 (Suppl 11):176-177
28.Gallagher A,Tanaka N,Suzuki N,et al.Diffuse cerebral language representation in tuberous sclerosis complex.Epilepsy Res,2013,104(1-2):125-133
29.McDonald CR,Thesen T,Hagler DJ Jr.Distributed source modeling of language with magnetoencephalography:application to patients with intractable epilepsy.Epilepsia,2009,50(10):2256-2256
30.Hirata M,Goto T,Barnes G,et al.Language dominance and mapping based on neuromagnetic oscillatory changes:comparison with invasive procedures.J Neurosurg,2010,112(3):528-523
31.Papanicolaou AC,Simos PG,Breier JI,et al.Brain plasticity for sensory and linguistic functions:a functional imaging study using magnetoencephalography with children and young adults.J Child Neurol,2001,16(4):241-252
32.Maestú F,Yubero R,Moratti S,et al.Brain activity patterns in stable and progressive mild cognitive impairment during working memory as evidenced by magnetoencephalography.J Clin Neurophysiol,2011,28(2):202-209
33.Huang MX,Theilmann RJ,Robb A,et al.Integrated imaging approach with MEG and DTI to detect mild traumatic brain injury in military and civilian patients.J Neurotrauma,2009,26(8):1213-1226
34.Georgopoulos AP,Tan H-RM,Lewis SM,et al.The synchronous neural interactions test as a functional neuromarker for post-traumatic stress disorder(PTSD):a robust classification method based on the bootstrap.J Neural Eng,2010,7(1):16011
35.Pahapill PA,Zhang W.Restoration of Altered Somatosensory Cortical Representation With Spinal Cord Stimulation Therapy in a Patient With Complex Regional Pain Syndrome:A Magnetoencephalography Case Study.Neuromodulation,2014,17(1):22-26
36.Walton KD,Dubois M,Llinás RR.Abnormal thalamocortical activity in patients with Complex Regional Pain Syndrome(CRPS)type I.Pain,2010,150(1):41-51
37.张文波,祁吉,Papanicolaou AC.功能神经影像学-语言功能的脑磁图研究.国外医学(临床放射学分册),2002,25(04):212-215