癫痫手术前计划中通过空间扰动框架评估癫痫发作起始区（SOZ）的植入质量

2024-07-01 Mon
癫痫手术前计划中通过空间扰动框架评估癫痫发作起始区（SOZ）的植入质量背景介绍癫痫手术的成功主要依赖于术前计划的精确性，这通常涉及使用临床症状学、脑电图（EEG）和磁共振成像（MRI）来识别癫痫发作起始区（EZ）。然而，在复杂病例中，这些工具可能不足以确定EZ，需插入立体脑电图（SEEG）电极以获得更高的空间分辨率。Bancaud和Talairach将EZ定义为最早癫痫发作组织和传播的网络或区域。而SEEG虽然非常有用，但受到植入有限数量电极的限制。典型的SEEG探索仅能覆盖约5-10%的大脑体积。
在临床实践中，癫痫发作起始区（SOZ）作为EZ的一个电图学标志，用于术前计划。然而，即使仔细识别潜在癫痫病灶，只有大约一半的选择手术的患者在手术后能够达到无癫痫发作。手术失败的一个主要原因是未能正确采样“真正的”SOZ，导致EZ的误识别。这种不准确可归因于许多因素，如源自一期术前评估的模糊假设以及SEEG电极立体定向植入中的不准确性。
研究来源这篇论文由Kassem Jaber、Tamir Avigdor、Daniel Mansilla、Alyssa Ho、John Thomas、Chifaou Abdallah、Stephan Chabardes、Jeff Hall、Lorella Minotti、Philippe Kahane、Christophe Grova、Jean Gotman和Birgit Frauscher等研究人员共同撰写。这些作者来自蒙特利尔神经研究所和医院（McGill University）、杜克大学Pratt工程学院、多模态功能成像实验室（McGill University）、Asenjo神经外科研究所、杜克大学医学中心、Grenoble- Alpes大学脑科学研究所等机构。这篇论文发表于2024年6月4日，被《Nature Communications》接收并在线发布。
原始研究的详细流程研究工作流程患者选择和数据收集：
研究涉及两组患者：蒙特利尔神经研究所的50名患者（17名Engel IA，33名Engel IIB+）和Grenoble Alpes University Hospital Center的26名患者（18名Engel IA，8名Engel IIB+）。排除了Engel IB-IIA患者，认为在评估EZ植入时这些病例不明确。采样的是药物难治性局灶性癫痫患者的SEEG记录。
提取癫痫生物标志物：
使用了每个SEEG电极检测癫痫生物标志物的速率，尤其是IED-γ率（30-100Hz之间的γ活动物出现的IED）。IED-γ被认为是与EZ高度相关的一个生物标志物。
构建空间系统和扰动分析：
构建了一个空间系统，将IED-γ速率与它们到特定空间参考点的距离耦合起来，空间参考点被定义为具有最大IED-γ率的通道。挖掘并测量在扰动（如移除SOZ）时这个系统的响应。
实验方法与数据分析虚拟移除SOZ：
通过虚拟移除SOZ来扰动空间系统，并测量系统在移除前后的耦合强度变化。这可以通过计算移除前后的皮尔逊相关系数（ρ）来实现。
随机移除非SOZ通道：
使用非SOZ通道进行随机移除，以测试在同一配置下移除任意部分的影响是否不同于移除SOZ的影响。
数据比较和统计检验：
使用统计方法验证扰动系统是否真正影响SOZ。对两个患者队列（癫痫发作自由和非癫痫发作自由）的结果进行比较。
扰动强度的分类（perturbation strength）：
将扰动强度（ρ前与ρ后的绝对对数比值）作为成功分类手术植入质量的重要指标，并使用该指标分类手术结果。
构建空间扰动图（spatial perturbation map）：
通过对系统响应的空间排序，构建一个空间扰动图，帮助定性评估植入方案。该图表可视化地展示了扰动对每个通道的影响，并将植入方案与SOZ位置进行对比。
主要研究结果在蒙特利尔神经研究所队列中，移除SOZ显著减少了癫痫发作自由患者的空间耦合（ρ显著降低），而对非癫痫发作自由患者影响不大。这一结果在Grenoble Alpes University Hospital Center上的验证具有一致性（相似的统计结果）。
扰动强度在癫痫发作自由患者中显著更高，并成功用于分类植入方案的质量。
构建了空间扰动图（spatial perturbation map），患者癫痫发作自由的案例显示出强烈的扰动系统响应，而植入质量差的案例则显示出图像上的无规律核减。
研究结论和意义这个研究提出了一种新的基于SEEG的评估框架，对于验证癫痫发作自由患者中的SOZ植入有明确的效果。在进行术前评估时，可以通过这个新框架有效避免由于植入方案差而导致的不成功手术，降低患者术后再次发作的风险。这为术前计划和植入策略的改进提供了重要工具。
此外，此研究强调了精准采样在癫痫手术成功中的关键角色，通过计算模型和生物标志物的空间分布，来确保植入能够真正覆盖癫痫发作的起始区。这个新框架在临床上的应用，可以提高术前评估阶段的成功概率，并最终保护患者免受不必要的手术带来并发症和后遗症。
研究亮点植入质量的定量评估：提出了一种基于扰动强度的全新定量评估方法，比以往通过事件率来测量Epileptogenic Zone（EZ）更加有效。
高效的术前评估工具：空间扰动图提供了一个直观的视觉工具，可帮助癫痫专家在术前评估患者的植入质量，从而预防不成功手术。
适应并整合多种形式的癫痫生物标志物：该框架可以适应各种癫痫生物标志物，不限于IED-γ，进一步验证其在复杂临床环境中的适用性。
这篇研究不仅提出了一种新的理论框架，还通过实际临床数据验证了其有效性，为癫痫手术的术前评估提供了新的方法和工具。这个框架的引入，能够显著提升手术的成功率和患者的生活质量。