陆军军医大学新桥医院综合癫痫中心、全军癫痫诊治中心、重庆脑与智能科学中心刘仕勇/杨辉教授团队在BMC旗舰期刊《BMC Medicine》（1区TOP，五年IF：10.4）发表了题为“Predictive model for epileptogenic tubers from all tubers in patients with tuberous sclerosis complex based on 18F-FDG PET: an 8-year single-centre study”的研究论文，揭示了机器学习在结节性硬化症（TSC）难治性癫痫患者颅内致癫痫结节定位中的作用，为癫痫病灶的术前评估提供了无创、精准的人工智能新策略。
结节性硬化症（TSC）是一种常染色体单基因遗传性疾病，目前尚缺乏有效治愈手段。超过一半的TSC患者伴发药物难治性癫痫，严重影响患者的生活质量，给家庭和社会带来沉重的负担。TSC患者颅内通常有多个皮层结节，包括致癫痫结节和非致癫痫结节，手术切除致癫痫结节是控制TSC患者难治性癫痫最有效的方法。术前从多个皮层结节中精准识别出致癫痫结节是TSC患者癫痫手术成功的关键，并直接影响手术效果和患者预后。
脑电图（EEG）是目前临床上定位致痫灶的常规方法，由于癫痫发作具有发作性和短暂性，普通脑电图有时很难记录到癫痫起源脑区脑电活动。尽管立体定位脑电图（SEEG）可以较准确地判断致痫灶，但SEEG是一种有创检查，存在手术麻醉、颅内感染、出血以及脑脊液漏的风险，且产生的医疗费用较高，限制了其在临床上的广泛应用。随着人工智能在临床影像应用领域的快速发展，通过人工智能和影像学结合无创定位致痫灶不仅不受癫痫放电随意性和短暂性的影响，而且能够减轻SEEG给患者带来的创伤和经济负担，具有非常广泛的临床应用及推广价值。
近年来，18F-FDG PET通过反映不同脑区葡萄糖代谢分布，被广泛应用于识别局灶性癫痫患者颅内潜在致痫灶。刘仕勇/杨辉教授团队开发了一种基于18F-FDG PET影像的非侵入性癫痫病灶预测模型，采用3D Slicer软件导入预处理图像，在图像上勾画出致癫痫结节、非致癫痫结节等感兴趣区（regions of interest，ROIs），然后，通过Quantitative Indices Tool模块提取ROIs的PET影像定量指标（包括常规指标SUVmean、SUVmax、SUVmin以及其他相关实验指标），这些指标代表了18F-FDG PET的常规参数，反映18F-FDG PET的临床意义。
图1 研究流程图
有趣的是，TSC患者致癫痫结节的18F-FDG PET定量指标与其癫痫发作临床特征存在相关性。在此基础上，团队基于TSC患者皮层结节18F-FDG PET代谢定量指标，建立LR、LDA、ANN等机器学习模型，用于辅助临床医生预测TSC患者致癫痫结节定位以及皮层结节长期结局（癫痫发作或无癫痫发作）。
预测模型的结果显示，逻辑回归（LR）模型（AUC=0.7706；95%CI：0.70-0.83）在预测致痫结节方面的表现优于线性判别分析（LDA）模型（AUC=0.7506；95%CI：0.68-0.82）和人工神经网络（ANN）模型（AUC=0.7425；95%CI：0.67-0.82）。说明LR模型在识别致癫痫结节定位中表现出更好的性能，因此选择LR模型进行致癫痫结节的识别。
图3 LR、LDA、ANN机器学习模型性能
为了让临床医生更加容易地根据18F-FDG PET图像的定量指标来识别致癫痫结节，进一步Nomogram图，指导临床医生根据不同皮层结节18F-FDG PET图像的定量指数评分来进行致癫痫结节定位，同时建立校正曲线证实了Nomogram的有效性。
图4 Nomogram图的构建及有效性验证
此外，决策曲线分析（DCA）和临床影响曲线（CIC）的结果也证实了基于定量指标构建的预测致痫结节模型在临床实践中对患者有着不小的获益性和实用性。
图5 决策曲线（DCA）和临床影响曲线（CIC）的构建
有趣的是，LR模型在测试集中表现出良好的预测能力，能够很好地预测致癫痫结节，表明了该模型在致癫痫结节识别中的泛化能力；同时该模型对皮层结节长期结局（1年，3年，5年）的预测也表现出良好的性能。因此，本研究的预测模型能够在手术前准确识别多个皮质结节中的致痫结节，预测致痫结节的长期预后，并为临床医生提供精确的TSC手术干预指导。
图6 模型泛化能力结果
新桥医院综合癫痫中心、全军癫痫诊治中心
新桥医院癫痫中心是军队唯一的癫痫病诊治中心，是全国三级癫痫综合中心、中国抗癫痫协会常务理事单位，由神经外科、神经内科、儿科、医学影像科及药理基地等科室联合开展癫痫诊疗工作。在杨辉教授、刘仕勇教授等中心带头人带领下，传承40年癫痫外科医研结合学科优势，手术总量超过4000台次，总有效率达到93%，居国内前五位，军内首位；创立了一套适合不同年龄及病因特点的数字化立体致痫灶评估体系，发展了适合儿童和成人的个性化脑功能评估手段，是国内最早开展立体脑电图、射频热凝术、迷走神经刺激术等癫痫微创治疗新技术的单位之一；中心科学研究力量雄厚，尤其是在复杂重症癫痫综合征的外科治疗方面取得突破，走在了国际同类领域的前沿，发表高水平论文200余篇，获得包括重点项目在内的国家自然科学基金项目20余项，重庆市科委重点项目2项，获军队科技进步二等奖、军队医疗成果一等奖和重庆市科技进步一等奖各1项，参编专著、指南和专家共识10部，是该领域课题与成果最多的单位之一，形成了全国领先、全军一流的专业技术优势。
通讯作者简介
刘仕勇 教授
主任医师、教授、博士生导师，重庆市学术技术带头人
新桥医院CAAE全国综合癫痫中心、中国人民解放军癫痫诊治中心主任，中国抗癫痫协会理事，结节性硬化症与罕见病专委会副主委
主要从事难治性癫痫的基础和临床研究，主持国家自然科学基金6项，在Brain、Brain Behavior and Immunity、Annals of Neurolgy、Theranostics、BMC medicine等杂志发表论文100余篇，参编专著3部，参与制定立体定向脑电图（SEEG）引导射频热凝毁损治疗药物难治性癫痫、结节性硬化症相关癫痫外科治疗等中国专家共识。获得军队医疗成果一等奖、重庆市科技进步一等奖、四川省科技进步一等奖等科技奖励7项
杨辉 教授
主任医师，教授，博士（后）导师，国家新世纪百千万人才，国家“求是奖”，全国科技创新人才奖，中国神经外科医师“学术成就奖”
新桥医院CAAE全国综合癫痫中心、中国人民解放军癫痫诊治中心首任主任，中国抗癫痫协会常务理事，中华医学会神经外科分会委员
主要从事难治性癫痫和垂体瘤的基础和临床研究，获批中国神经外科首个国家自然科学基金重点项目，主持国家、军队和重庆市课题30余项，在国外学术期刊、国家核心源期刊发表文章200余篇，牵头制定原发性空蝶鞍综合征诊治中国专家共识。获得军队科技进步二等奖、军队医疗成果一等奖、重庆市科技进步一等奖、四川省科技进步一等奖、中华医学科技进步二等奖等省部级科技奖励10余项
杨小林 副教授
副主任医师，主要从事药物难治性癫痫的基础和临床研究
重庆市抗癫痫协会会员，参与多项国家自然科学基金的研究，在Brain Behavior and Immunity、Theranostics、eBioMedicine、BMC medicine等专业杂志发表论文15篇，获得与癫痫治疗相关的专利3项
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