基于源级EEG和图论的卒中后癫痫患者功能连接变化研究报告

2024-06-23 Sun
基于源级EEG和图论的卒中后癫痫患者功能连接变化研究报告研究背景癫痫的病因多种多样，包括特发性、先天性、头部外伤、中枢神经系统感染、脑肿瘤、神经退行性疾病或者脑血管疾病(Disease)。其中，脑血管疾病占全部癫痫病例的约11%，是老年癫痫患者最常见的病因。同时，卒中后癫痫（Post-Stroke Epilepsy, PSE）是卒中患者常见的并发症之一，3%至30%的卒中患者可能会发展为PSE。卒中性癫痫的风险因素包括皮质参与、出血性转化、早期癫痫发作、年轻时发病、卒中严重程度（如高NIHSS评分）以及酗酒。
网络科学和图论被认为在理解脑功能上具有显著潜力。图论的图指标可反映网络的整合和隔离特性，因此被广泛应用于包括癫痫在内的各种神经系统疾病研究中。然而，尽管已有研究表明癫痫患者的脑网络拓扑在健康对照者中存在显著变化，尚无基于源级EEG分析的功能连接变动研究关注PSE患者。
研究来源本文由Dong Ah Lee、Taeik Jang、Jaeho Kang、Seongho Park和Kang Min Park撰写，均来自韩国仁济大学医学院海云台Paik医院神经内科。文章已发表于期刊《Brain Topography》并于2024年3月28日正式接收。
研究方法研究对象本研究在医院伦理委员会批准下，前瞻性招募了30名PSE卒中患者和35名非PSE卒中患者。这些患者在卒中前均无癫痫或癫痫发作史，且无精神障碍、发育障碍或其他严重疾病史。我们收集了患者的临床特征信息，如年龄、性别、卒中的病因（根据TOAST分类）、卒中的位置和侧面、NIHSS得分、出血性转化存在与否、共病（如高血压、糖尿病、血脂异常、房颤等）、卒中发病到EEG检查的时间间隔以及局灶性双侧强直阵挛发作的存在。
EEG数据采集及预处理EEG数据采集在患者处于静息状态且双眼闭合但清醒时进行。均使用相同类型的EEG设备，采用国际10-20系统放置的23个电极。采样频率为250 Hz，每次记录持续至少30分钟。随后手动审阅数据，并使用Alpha活动出现的无伪影和癫痫样放电的5秒期数据进行预处理。
源估计和功能连接矩阵创建我们使用Brainstorm程序通过最小范数成像法进行源估计，并根据Desikan-Killiany Atlas定义节点（大脑皮层68个感兴趣区域），采用相位锁定值（PLV）测量脑同步化。数据按EEG频带（Alpha、Beta、Theta、Delta、低Gamma和高Gamma）进行处理，每组建立一个68×68的加权连接矩阵。
图论分析我们使用Braph程序进行图论分析，从连接矩阵中获取功能连接测量值，如平均强度、半径、直径、平均离心率、特征路径长度、平均聚类系数、传递性和小世界指数。并通过非参数置换检验比较PSE患者和非PSE患者之间的这些连接测量值。
统计分析我们使用卡方检验、独立样本t检验或Mann-Whitney检验比较两组患者的临床特征。功能连接测量值采用1,000次置换的非参数检验进行统计显著性检验，∆标注为显著结果的调整p值。
研究结果临床特征对比结果显示，两组患者的年龄、性别、卒中病因、卒中侧面和位置、NIHSS评分及共病特征均无显著差异。然而PSE组的EEG检测时间间隔显著长于非PSE组（29.0周对2.0周，p<0.001），这意味着PSE患者在卒中后更长时间被检查。
EEG频谱功率分析在Delta、Theta、Alpha、Beta、低Gamma和高Gamma频带内，两组患者的相对频谱功率均无显著差异。
功能连接测量对比通过图论分析发现PSE患者在Beta和高Gamma频带内的半径和直径显著增加，低Gamma频带内的半径也显著增加，而在高Gamma频带，PSE患者的平均强度、平均聚类系数和传递性显著降低。这表明PSE患者的脑网络分离和整合均减弱，尤其在Beta和Gamma频带尤为显著。
研究结论及意义本研究首次使用源级EEG分析和图论研究PSE患者的脑功能连接变化。结果表明，与未患有PSE的卒中患者相比，PSE患者在脑网络的分离和整合方面存在显著变化，这种变化主要体现在高频（Beta和Gamma）频带。这些发现支持PSE的癫痫加强机制与脑功能连接的改变密切相关。这对于深入理解PSE的发病机制及其潜在的临床干预策略提供了重要参考。
研究亮点本研究的亮点在于通过源级EEG分析提供了PSE患者脑功能连接方面的新见解，并使用图论方法详细量化了不同频带的脑网络特征。此外，即便在小样本量和单中心研究条件下，仍能清晰地揭示PSE的癫痫发病机制并提出潜在的临床应用价值，为未来的大规模、多中心纵向研究奠定了基础。
研究局限性由于样本量相对较小且为单中心研究，这些结果应在更大规模、多中心研究中进一步验证。此外，EEG测试时间间隔的差异也可能影响研究结果，需要未来研究设计中予以控制和考量。
总结基于源级EEG和图论的卒中后癫痫患者功能连接变化研究揭示了PSE患者在脑网络拓扑上的显著变化，为理解PSE的癫痫发生机制及其临床干预策略提供了宝贵的认识。