《NeuroImage: Reports》：Robustness of MEG source imaging in pediatric patients with surgical cavities: A case series
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摘要专业翻译
背景：脑磁图（MEG）用于在药物难治性癫痫（DRE）儿童术前评估中定位致痫区（EZ）。然而，对于既往手术失败后遗留脑脊液（CSF）填充手术腔隙的患者，其准确性可能受损。基于组织几何和生物物理学的有限元法（FEM）头模型可能比常用的球面近似模型更好
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背景：脑磁图（MEG）用于在药物难治性癫痫（DRE）儿童术前评估中定位致痫区（EZ）。然而，对于既往手术失败后遗留脑脊液（CSF）填充手术腔隙的患者，其准确性可能受损。基于组织几何和生物物理学的有限元法（FEM）头模型可能比常用的球面近似模型更好地反映解剖改变，但其在真实临床病例中的附加价值尚不明确。
目的：研究人员评估了头模型选择对接受再次手术的、伴有术前手术腔隙的儿科DRE患者脑磁图源成像（MSI）的影响。
方法：研究人员回顾性分析了四例（年龄9–18岁）既往癫痫手术失败、在第二次或第三次切除术前接受MEG检查的患者中的发作间期和发作期事件。对所有六个活动数据集应用了动态统计参数映射（dSPM）。等效电流偶极子（ECD）估计在四个发作间期数据集中保留了偶极子；两个发作期数据集均未产生满足拟合优度阈值的偶极子。源成像使用了传统的重叠球面（OS）、边界元法（BEM）、先进的三层FEM（3L-FEM）和四层FEM（4L-FEM，包含腔隙）头模型。EZ估计在体积、EZ-腔隙质心距离、重叠度（DICE系数）以及与后续切除区（RZ）的一致性方面进行了比较。
结果：在每种映射方法内，除一个活动数据集外，dSPM质心和偶极子位置到腔隙的距离在不同头模型间的差异均小于1 cm。成对dSPM源质心距离最大达1.84 cm，成对偶极子距离在一位参与者的MEG会话中最大达4.39 cm。OS和BEM的dSPM估计体积通常大于FEM对应值，FEM提供了更空间受限的源。在无发作病例中，4个癫痫样事件中的3个的dSPM源成像与后续RZ重叠。计算方面，OS模型在数秒内生成，BEM模型约需7分钟，而4L-FEM每个头模型需时超过20分钟。
结论：在这项含手术腔隙的儿科癫痫病例系列中，MSI在简单球面与先进真实头模型之间显示出广泛一致性。这些发现未确立某一种头模型相对于另一种的一致定位优势。然而，需要更大规模的前瞻性队列及独立金标准来验证并将这些发现推广至不同腔隙类型和EZ位置。
论文解读文章
一、研究背景与问题
癫痫手术是药物难治性癫痫（DRE）的成熟治疗手段，当致痫区（EZ）被准确定位、病灶局限且被完整切除时，患者可获得无发作结局。然而，在缺乏明确结构异常的情况下，形成EZ假说颇具挑战，这种情况常见于局灶性皮质发育不良（FCD）——儿童DRE中最常见的致痫病理实体。此类病例术后无发作率仅为40–60%，部分患者需再次手术。脑磁图（MEG）成像通过毫秒级时间分辨率无创映射发作间期癫痫样放电（IEDs）和发作的起源，在EZ判定中发挥重要作用。磁源成像（MSI）已与颅内电极和手术等金标准相关联，多项研究发现当MSI识别区域被切除时手术结局更优，定位精度与颅内和模拟金标准相比可达2 cm以内。MEG成像需要基于个体磁共振成像（MRI）解剖结构构建生物物理头模型。尽管脑电图（EEG）研究支持使用真实形状头模型并呼吁考虑解剖缺损和脑脊液（CSF），但部分MEG研究认为此类细节并非必要。既往研究显示MEG对开颅或既往手术造成的组织改变敏感性较低。然而，Piastra等人（2022）的最新工作对脑梗死患者CSF填充腔隙对MSI的影响提出担忧——模拟数据表明此类腔隙可导致源位移和源强度改变，较大腔隙影响更大，可在20 mm外被观察到。类似担忧可能适用于使用MEG重新评估伴有CSF填充手术腔隙的癫痫患者。鉴于每次额外手术后无发作可能性降低且神经功能缺损风险增加，优化MEG头模型技术至关重要。本研究旨在评估头模型选择对既往手术失败的DRE患儿MEG定位EZ的影响，假设CSF填充手术腔隙会负面影响MSI准确性，但充分的组织生物物理建模可克服这些挑战。
二、研究设计与主要技术方法
本研究经麦吉尔大学健康中心研究伦理委员会批准。研究人员从蒙特利尔儿童医院2015年7月至2023年9月间连续99例接受MEG术前评估的DRE患者中筛选入组，纳入标准为：1）MEG检查前至少接受过一次未能控制发作的切除手术并遗留MRI可见手术腔隙；2）MEG记录期间出现癫痫样活动；3）MEG记录后接受另一次癫痫手术。最终四名参与者（年龄9–18岁，1名男性）符合标准。研究人员使用BrainSuite对个体三维T1加权MRI进行分割并手动调整参数以最大化腔隙周围皮质分割的体素纳入；使用ITK-SNAP手动创建手术腔隙和后续RZ的三维感兴趣区（ROIs）。MEG数据采用275通道CTF系统以2400 Hz采样率采集，经60 Hz陷波滤波、1–70 Hz带通滤波并重采样至300 Hz。研究人员为每位参与者计算了四种头模型：重叠球面（OS）模型使用BrainStorm默认参数；边界元法（BEM）和三层FEM（3L-FEM）基于头、外颅骨和内颅骨表面构建，使用OpenMEEG和DUNEuro软件，脑、颅骨、头皮电导率分别为0.33 S/m、0.008 S/m和0.43 S/m；四层FEM（4L-FEM）在3L-FEM基础上加入ITK-SNAP定义的腔隙作为第四表面，CSF电导率设为1.79 S/m。MSI采用动态统计参数映射（dSPM）和等效电流偶极子（ECD）两种逆解方法。IEDs以放电峰前200 ms至峰后500 ms为窗口分段并平均，取上升坡约一半处的源图估计EZ；发作事件取发作起始前10 s至后5 s，使用Welch法计算前2.5 s的β频段（15–35 Hz）功率分布。dSPM源图以最大值75%为阈值，ECD采用70%拟合优度阈值。
三、研究结果
3.1 病例A：18岁女性，两岁时因左额叶病变接受手术切除，病理提示静脉梗死。MEG显示F7尖波，dSPM MSI定位于左额叶岛盖、原手术腔隙后方。四种头模型dSPM源均定位至同一区域，源至腔隙质心距离与OS-EZ差异小于1 cm。OS-EZ、BEM-EZ、3L-EZ和4L-EZ质心距腔隙质心分别为2.18 cm、2.67 cm、2.44 cm和2.68 cm。OS-EZ和3L-EZ体积相近（8.49 cm3和9.89 cm3），4L-EZ体积为4.38 cm3，仅为OS-EZ和3L-EZ体积的52%和44%，BEM-EZ体积最大（14.01 cm3）。DICE系数显示OS与3L重叠最高（0.62），BEM与3L重叠最高（0.72），OS与4L重叠最低（0.41）。第二次手术扩大腔隙并切除OS-EZ区域，术后无发作持续9年，病理为FCD 3d型。
3.2 病例B：10岁女性，既往左额叶手术（病理为胶质增生），MEG记录到一次发作。四种头模型的dSPM源成像均定位于左辅助运动区（SMA）及中扣带回区域，与后续RZ重叠。第二次手术切除左SMA及中扣带回区域，病理为FCD 2b型，术后无发作持续7年。
3.3 病例C：9岁女性，既往左前颞及后颞手术（病理为FCD 2a型），MEG记录到IEDs（O2/Pz棘慢波，1206个事件）和一次发作。四种头模型的dSPM源成像均定位于左枕叶及顶叶区域，与后续RZ重叠。第二次手术切除左枕叶及顶叶区域，病理为FCD 2a型，术后无发作持续2年。发作期事件未产生满足70%拟合优度阈值的ECD偶极子。
3.4 病例D：13岁男性，既往左前颞手术（病理为FCD 1b型），第一次MEG记录到P7/T7棘慢波（145个事件），dSPM源成像定位于左后颞区域，第二次手术切除左后颞区域，病理为少突胶质细胞增生，但术后未实现无发作。约5年后进行第二次MEG记录（18岁时），记录到P3棘慢波（403个事件），但该次记录后未进行后续手术。
3.5 跨病例综合分析：在每种映射方法内，除一个活动数据集外，dSPM质心和偶极子位置到腔隙的距离在不同头模型间差异均小于1 cm。成对dSPM源质心距离最大达1.84 cm，成对偶极子距离在一位参与者的MEG会话中最大达4.39 cm。OS和BEM的dSPM估计体积通常大于FEM对应值，FEM提供更空间受限的源。在无发作病例中，4个癫痫样事件中的3个的dSPM源成像与后续RZ重叠。计算方面，OS模型数秒内生成，BEM模型约7分钟，4L-FEM每个头模型需时超过20分钟。
四、讨论与结论总结
讨论部分指出，本研究中不同头模型间的MSI定位差异总体较小，这与Piastra等人基于模拟数据预测的较大影响不完全一致，可能原因包括本研究中腔隙相对较小、源位置距腔隙较远，以及MEG对组织电导率变化相对不敏感。FEM模型提供的更受限源体积可能反映其更准确的生物物理建模，但未转化为一致的临床定位优势。计算成本方面，4L-FEM显著高于OS和BEM，可能限制其在常规临床中的应用。研究人员强调，本研究的病例数有限，且RZ选择过程中已知MSI结果可能引入偏倚，需更大规模的前瞻性队列及独立金标准来验证和推广这些发现。
结论：在这项含手术腔隙的儿科癫痫病例系列中，MSI在简单球面与先进真实头模型之间显示出广泛一致性。这些发现未确立某一种头模型相对于另一种的一致定位优势。然而，需要更大规模的前瞻性队列及独立金标准来验证并将这些发现推广至不同腔隙类型和EZ位置。
