脑磁图和磁源影像在颅脑疾病中的应用

脑磁图和磁源影像在颅脑疾病中的应用作者：吴婷    作者单位：210029 南京医科大学附属脑科医院脑磁图中心 　　脑磁图（MEG）是一种应用脑功能图像检测技术对人体实施完全无接触、无侵袭、无损伤的大脑研究和临床应用的设备。是惟一能无接触地检测脑组织细胞内活动的检查方法。它能精确地从空间、时间上提供脑组织电生理的功能性信息。MEG的研制起始于上世纪70年代。目前，信号探测传感器在整个头部分布的探测位置数量已达到275个，可同时快速地收集和处理整个大脑的数据，并通过抗外磁场干扰系统和计算机综合影像信息处理技术，将获得信号转换成脑磁曲线图、等磁线图，而且还可与MRI 或CT等显现大脑神经结构解剖图的影像信息叠加整合，形成脑功能的解剖学定位，能准确地反映出脑功能的瞬时变化状态，用于脑的高级功能方面的研究［１，2］，以及广泛地用于神经科学及儿童神经疾病诊断等临床科学的研究。1  MEG的检测条件及要求　　1.1  磁场屏蔽系统  MEG检查大脑神经元树突内电流产生的磁场必须排除环境和人体本身噪声源的干扰。磁场屏蔽系统主要由屏蔽室构成,大多数屏蔽室是由一层或多层高磁导率的合金组成,如钼合金磁导率极高,可以较好地屏蔽低频信号,铝合金可以屏蔽高频场的涡流。因此，外部磁场无法穿入磁屏蔽室内,从而屏蔽室内放置的传感器系统不受外部磁场干扰。　　1.2  磁场测量系统  MEG磁场测量系统必须非常灵敏,超导量子干涉设备(SQUID) 的出现使测量脑磁成为可能。直接测量脑电磁信号的是检测线圈，称之为磁通量感应器，它通过电磁感应与SQUID相连，整个检测线圈及SQUID放入-270°的液氦中，以保持SQUID呈超导状态。　　1.3  MEG的信息综合处理系统  采集的MEG数据经过计算机处理推断出信号源的位置,用以指导临床诊断。目前常用的分析方法包括两种：（1）偶极子模式：假设头颅为球形，根据已知球状物体上各处磁场的分布逆向推断电流源的方向、位置、强度。偶极子的计算前提是假定头颅为一个固定不变的球状模型，在虚拟头颅上，其误差固定不变；但在真实的头颅中计算误差可能增大。就瞬间电流产生位置而言，MEG 探头与头皮距离越远，误差越大。异常放电源在距头皮3 cm内时，偶极子定位误差<1 cm，脑凸面的致疒间灶距头皮距离近，获得的偶极子定位可靠；而位于深部脑组织的致疒间灶（颞叶内侧、大脑半球深部、基底神经节）偶极子定位可靠性差。（2）合成孔径成像（SAM）：SAM是近年推出的MEG计算模式，计算中使用MRI提供的真实头颅模型。分析1～10 Hz，10～20 Hz，20～70 Hz波的功率谱，因而简化了庞大的MEG原始数据的计算。与MRI整合可行癫疒间放电灶的三维重建。与偶极子不同，SAM只对棘波起始电流源的检出敏感，当起始疒间波的信号开始传播时，SAM探及的信号已经减弱，因而对早期起始的疒间性活动更敏感。　　1.4  磁源性影像  目前影像医学有融合成像趋势，即将功能成像与解剖成像两种装置融合在一起。由于MEG本身不具备结构成像功能，如将MEG磁源成像或定位与某些结构成像系统（如MRI、CT 或DSA）结合，即可再现脑内三维动态电活动。无损伤的脑功能成像技术，特别是功能性MRI技术（fMRI）和MEG的融合，利用MEG的时间分辨率优势和fMRI成像的空间分辨率优势，可同时提高影像的时间分辨率和空间分辨率，可以在正常生理条件下更客观地观察受检者于精神活动时脑不同区域的激活状态，为研究人的心智问题提供了有力的工具，从整体水平上提供脑解剖学与功能学的相关信息，改变了传统用电生理技术记录单个神经细胞的功能活动的模式。2  MEG的检测内容　　2.1  对自发异常波的检测  MEG可以象EEG 那样检测病理状态下大脑神经元的异常放电。对发作性异常波（如癫疒间发作间期的棘波）的阳性率要高许多，并可对异常波的发生源进行精确定位，对手术有重要参考价值［3，4］。MEG还可检测并定位脑卒中半暗带的异常低频波，协助临床调整治疗方案。　　2.2  体感诱发磁场（SEFs）  常用的刺激部位：上肢为正中神经，其次为尺神经；下肢为股神经，其次为胫神经。刺激强度为10 mA 左右。刺激电流的磁场会对测量产生干扰，故将刺激装置安装在屏蔽室外，使用特殊的屏蔽导线将刺激电流引入屏蔽室内。刺激正中神经可纪录到M20, M35,和M60，其发生源在初级体感中枢“手区”。将诱发磁场发生源位置与MRI结果进行影像融合，即可对皮质功能区进行定位。　　2.3  听觉诱发磁场（AEFs）  AEFs是由听觉刺激诱发产生的脑磁场，其刺激装置安装在屏蔽室外，通过管道将声音传入室内，一般使用纯音或纯短音，刺激时程约数毫秒。AEFs可根据潜伏期长短分为短潜伏期（<12 ms）、中潜伏期（12～50 ms）、长潜伏期（>50 ms）。其中，短潜伏期AEFs起源于脑干水平，信号较弱；中潜伏期AEFs有M30和M50 两个成分，起源于初级听觉皮质；长潜伏期AEFs包含M100 和M200，大部分成分起源于初级听觉中枢，即双侧颞横回。　　2.4  视觉诱发磁场（VEFs）  视觉刺激装置安放在屏蔽室外，利用投影仪、屏幕或光导纤维传送图像，常用闪光或翻转黑白格刺激模式，其磁场发生源通常定位在双侧距状裂的外侧底部。VEFs波幅随黑白格增大而增大，潜伏期缩短。　　2.5  运动功能诱发  给予受检者双耳tone音120 dB刺激后嘱受检者左手自主握拳运动，频率0.05 Hz，其磁场发生源通常定位在双侧中央前回皮质运动功能区。利用MEG功能定位的特性,临床上相应开展了对脑部疾病患者重要运动皮质区域及受累情况的定位,指导神经外科手术入路、确定切除范围、评估术后结局等方面的工作。　　2.6  语言功能定位  给予受检者中文名词图像和匹配或非匹配录音同步刺激，让受检者默念文字并辨别出图像内容与录音是否匹配。以刺激时间作为标记叠加数据后显示双侧短潜伏期波形分化良好，通过SAM法分析100～700 ms潜伏期波形，磁源性成像显示受检者语言中枢位于Broca区（额中回下部）和Wernicke区（颞上回后部）。3  MEG在颅内疾病诊断和治疗中的应用　　3.1  在癫疒间病中的应用  临床上最为常见。是应用MEG在癫疒间手术前的方案的制定，为了避免术后的脑功能缺损，切除的脑组织越少越好。但MRI及CT 影像并不能提供足够的信息，病理或损伤常难以界定；脑波电位记录能探测到癫疒间发作的特异性棘波，但其空间分辨率极差；且为侵入性检查，如硬膜下格状皮质脑电图癫疒间源定位需要开颅手术和1～2周的集中监护，监测中感染等不良反应加大了其检测的危险性。MEG癫疒间定位法具有无创、减少时间、降低费用等优点［5］。但MEG是否可以取代电生理定位，尚有不同意见。大多数癫疒间中心术前定位仍以电生理检测为主，主要由于MEG的价格偏高并且对深部起源灶定位不如颅内电极，而需要手术治疗的多为额颞叶内侧或深部的癫疒间灶。神经外科治疗癫疒间的机制：（1）确定脑内皮质下致疒间灶并实施手术毁损或去除，从而消除产生癫疒间的来源；（2）破坏皮质下有关传导癫疒间的途径，以阻止癫疒间放电向远处传播，减少癫疒间发作；（3）毁损脑内特定结构，从而减少大脑半球皮质兴奋性，或者增加对其他结构的抑制性；（4）颅内神经核团电刺激如DBS。在实施手术之前以上4种方法都离不开癫疒间灶的准确定位，癫疒间活动灶的准确定位可使得脑外科医师的注意力集中在切除癫疒间病灶或阻断癫疒间放电的扩散途径上。因此，利用MEG进行准确的癫疒间灶定位，明确病灶与脑重要结构和功能区的关系，对采取正确的手术方案和取得较满意的治疗效果十分重要。MEG可检测到直径<2 mm的癫疒间灶，而且时间分辨率可达1 ms。由于一侧半球病灶发放的间歇期活动通过胼胝体传递到对侧半球出现类似信号的时间差为20 ms，所以MEG根据癫疒间信号出现的时间差很容易将一侧大脑半球致疒间灶与对侧半球“镜灶”区分开来［6］。利用这种信号时限差技术，MEG不仅可以确定双侧大脑半球同时出现而EEG难以鉴别的双侧广泛性癫疒间波病灶，而且还能分辨出一侧半球中多脑叶出现的异常间歇期活动病灶。　　3.2  在脑血管病中的应用  脑血管病早期诊断和评估在疾病的治疗和预后中起着至关重要的作用。脑梗死超早期MRI不能发现脑组织缺血区结构异常，但MEG可表现为异常低频磁活动，有助于评估脑组织受损区，同时追踪引起脑磁活动异常的缺血区移动，观测病情的变化。在脑梗死的MEG显示超低频慢波提示为可逆性的脑功能受损，类似于影像学的缺血半暗带，如及时治疗可以恢复，预后良好。如M20、M35诱发反应波明显降低、消失，提示为不可逆的脑功能受损，预后不良，类似于影像学的梗死灶。脑梗死患者往往伴有运动、感觉或语言功能障碍，可通过脑诱发磁场、波幅和潜伏期变化，估算出功能受损程度和功能重组的情况，为疾病的治疗和预后评估提供客观的依据。　　3.3  在帕金森病（PD）中的应用  MEG在PD的研究中发现，N100和P50峰顶潜伏期左耳侧明显延长,认为可能是由于纹状体的单侧损害导致感觉传导通路通过丘脑到皮质，为PD的诊断提供依据。　　3.4  在颅脑外伤中的应用  研究发现，脑外伤常引起朝向低频磁信号的改变。低频磁场活性（ALFMA）在测定轻度创伤性脑损伤患者脑功能状况的临床评估方面有一定作用。在重型颅脑外伤昏迷的患者中,由于弥漫性脑损伤导致脑功能恢复不全，临床上常用体感诱发电位来进行脑功能的评估，但存在着由于脑组织传导不均匀、颅骨缺损或脑缺陷引起的准确度降低，而MEG检测不受此种因素的影响，比较适合对此类患者的评估。因交通意外致严重颅脑损伤后有躯体感觉与运动障碍的患者，用MEG测量刺激双侧正中神经引起的躯体感觉磁场区域，计算N20、P30、N45和P60位置电流偶极子成分和潜伏期，发现峰值和潜伏期较正常人明显不同。皮质功能测定重型颅脑损伤所致的长期植物生存状态患者，发现诱发反应减少，表明植物生存状态下仍有部分脑功能活动。　　3.5  在术前脑功能定位中的作用  脑外科手术常通过手术切除了肿瘤或癫疒间灶，但因病灶与运动及语言中枢关系密切，故术后可能产生新的损害。MEG能预测术后脑功能恢复的可能性，这对无创伤外科技术的应用也具有十分重要的作用。MEG最常用的检查是脑皮质感觉、运动区定位；听觉、视觉、躯体感觉部位对刺激反应能以毫米级精确定位，身体各部位的皮质运动区也可同样通过刺激进行定位。其作用对于避免因手术造成皮质区功能缺损非常重要［7］。　　3.6  在儿科及精神疾病中的应用   越来越多的研究表明，脑器质性功能障碍是导致精神类疾病的主要原因，然而常规的影像学方法通常难以显示其异常，随着MEG在脑功能区定位的发展及研究, MEG已成为神经精神疾病的早期诊断和指导治疗的一种重要手段。目前MEG在神经精神疾病中主要应用于以下几个方面：（1）通过MEG的表现早期诊断某些神经精神疾病，如Alzheimer病的早期诊断；(2)监测胎儿的神经发育状况，MEG具有无创性，可重复性及无损害性，故可以用于胎儿发育的监测，通过检测妊娠3个月以上胎儿的脑活动以及心跳，可以判断胎儿的神经系统发育情况；（3）利用MEG的无创性进行小儿精神疾病的诊断及鉴别诊断，如视听功能障碍，学习、朗读、注意力、智力障碍及孤独症等，有利于早期预防、早期治疗和症状的长期改善；（4）动态指导治疗，神经精神疾病的治疗方案比较个性化，需要多次调整才能达到最好的疗效，通过MEG在治疗中的动态观察，可以及早取得最佳治疗方案。　　3.7  其他应用  （1）司法鉴定由于外伤或手术等原因造成的智力损伤；MEG可以为植物状态的判断提供客观依据。（2）特殊人群的体检，包括宇航员、飞行员或从事特殊职业者，如被检人隐瞒癫疒间等病史，MEG检测可以发现。（3）戒毒，通过MEG可查出吸毒原因，找出隐发点，从而进行治疗。（4）中国传统的医药理论和临床应用方面研究，如针灸治疗功效的机制，气功师发功和治病的机制等。MEG还应用在皮质下神经元的活动、信息处理过程的动态学，同步神经元的分析、新药的开发和研究，以及特异功能的基础研究等。   　　相信随着神经、精神科学的进一步发展，医学界对MEG诊断优势将不断发掘和认识。【参考文献】　　［1］Cohen D.Science,1968,161:781.　　［2］喻廉，傅先明. 中国微侵袭神经外科杂志，2001，6：252.　　［3］常义,刘宏毅. 临床神经外科杂志，2006，3：40.　　［4］邢学民，冯华.重庆医学，2005，34：145.　　［5］Knowlton RC. Curr Neurol Neurosci Rep，2003,3:341.　　［6］Knowlton RC, Laxer KD, Aminoff MJ, et al. Ann Neurol，1997,42:622.　　［7］Hillebrand A, Barnes GR. Neuroimage，2002,16:638.