基于神经心理评估和MRI的颞叶癫痫分类研究
颞叶癫痫(Temporal lobe epilepsy,TLE)是临床最常见的难治性癫痫类型,占成年人癫痫的50%以上。难治性癫痫患者一般需要考虑手术治疗。手术治疗的关键是术前综合评估以精确定位致痫灶和功能表达区,进而切除致痫灶并保护功能区。临床上TLE诊断和致痫灶定位需要结合多种模态综合评估得出结论。神经心理评估和结构磁共振(Magnetic resonance imaging,MRI)扫描是目前TLE诊断常用的检查手段。然而目前神经心理评估及医学图像检测主要依赖医师人工解读,流程复杂、耗时费力、主观性较强。本研究拟基于神经心理评估和MRI影像,同时运用机器学习算法对TLE进行分类,并利用MRI影像信息对认知损伤机制进行探讨和解释,以辅助医生进行术前评估,降低医生的工作负担;提高TLE分类的准确率,提升手术治疗的效果,改善患者术后生活质量。本研究收集了42例癫痫患者,包括TLE患者23例(33.4±2.2岁),非颞叶癫痫(Extratemporal lobe epilepsy,extraTLE)患者19例(31.4±2.0岁)。所有患者在术前都进行了神经心理评估测试和MRI扫描。首先,基于神经心理评估特征和机器学习的方法对TLE进行分类,并甄选对TLE分类具有重要意义的神经心理评估特征。其次,分析TLE组和extraTLE组的脑结构差异,找出与神经心理评估相关的脑区,分析认知行为学改变的影像学机制。最后,结合MRI与神经心理评估特征,并运用机器学习的方法探讨两者结合是否可以提高TLE分类的准确率。研究发现,(1)以神经心理评估为特征,并用支持向量机(Support vector machine,SVM)对TLE进行分类的准确率为75.5%,预测模型的受试者工作特性曲线(Receiver operating characteristic,ROC)的曲线下面积(Area under the ROC curve,AUC)为0.81;用逻辑斯蒂回归对TLE进行分类的准确率为81.0%,AUC为0.79;用随机森林对TLE进行分类的准确率为80.3%,AUC为0.84。使用这三种分类模型对TLE进行分类的结果差异不具有统计学意义。(2)13个心理评估特征是TLE分类相对重要的预测标志,包括:韦克斯勒成人智力测验量表(Wechsler Adult Intelligence Scale)中的算术测试、数字广度和数字符号,抽象图形学习记忆测试中的即时回忆、延迟回忆、最大容量测试,左右肢体定向测试,选择性注意测试中的数字正确率、流畅性测试中的偏旁部首测试、词语分类测试,Stroop测试中的单字、单色和双色测试等。(3)在TLE组和extraTLE组的脑结构差异分析时,发现两组的海马旁回、梭状回两个脑区的灰质体积有差异。而在以皮层厚度、沟回深度、平均曲率为特征分析两组的脑结构差异时,发现皮质差异是广泛而分散的,分布于颞叶、额叶、顶叶等脑叶中。(4)研究患者认知损伤差异与脑结构异常关系时,发现了两组患者记忆功能测试的差异与左侧楔前叶、颞上回后部的变化有关;工作记忆测试和执行功能测试的差异与顶叶、额叶、颞叶等脑叶中部分脑区有关;而感知觉和视空间能力的差异与左侧颞上回的结构差异有关。(5)结合MRI影像特征与神经心理评估特征,并运用机器学习方法进行TLE分类,发现在以神经心理评估和脑区灰质体积值为特征时的准确率为79.6%~85.7%,AUC为0.82~0.88,均优于仅以神经心理评估为特征时的分类效果。综上所述,结合神经心理评估和神经影像,并运用机器学习的方法对TLE进行分类,可以取得较好的分类结果。同时,结合神经影像信息,可以在一定程度上解释认知行为学改变的机制,更好地辅助医生进行TLE的术前评估。
- 作者：
- 邓刊
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 黄炳升
- 中图分类号：
- R445.2；R742.1
- 关键词：
- 颞叶癫痫；机器学习；结构磁共振；神经心理评估；认识损伤
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