磁共振波譜與彌散張量成像在顳葉癲癇診斷中的應(yīng)用

王連慶 吳育錦

磁共振波譜與彌散張量成像在顳葉癲癇診斷中的應(yīng)用

王連慶 吳育錦

磁共振，波譜;磁共振，彌散;磁共振成像;癲癇

癲癇是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)綜合征，在藥物難治性癲癇中，約有70% ～80%是顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)，臨床上因其發(fā)病率高、手術(shù)治療效果好已成為近年來(lái)醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)，其中致癇灶的影像學(xué)定側(cè)與定位更是研究的熱點(diǎn)之一。海馬在TLE的發(fā)生、發(fā)展和傳導(dǎo)中起重要作用。常規(guī)MRI通過(guò)觀察海馬形態(tài)、信號(hào)改變或通過(guò)不同的分割方法測(cè)量海馬體積的變化可對(duì)部分海馬硬化做出診斷，但對(duì)早期病變或病變程度較輕的患者，則很難做出明確診斷。隨著磁共振場(chǎng)強(qiáng)的提高和先進(jìn)采集技術(shù)的運(yùn)用，圖像的信噪比和空間分辨率進(jìn)一步提高，腦功能的無(wú)創(chuàng)性評(píng)價(jià)在癲癇術(shù)前評(píng)價(jià)及隨訪觀察中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。氫質(zhì)子磁共振波譜成像(1H-magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)、彌 散 加 權(quán) 成 像 (diffusion weighted imaging，DWI)及彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)均屬于磁共振功能成像技術(shù)。

1 MRS在顳葉癲癇中的應(yīng)用

MRS是惟一一種能夠非侵入性測(cè)定活體組織內(nèi)化學(xué)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物的影像檢查方法，使影像學(xué)研究達(dá)到了分子水平。1H-MRS在癲癇中的應(yīng)用主要集中在病因分析、了解癲癇的病理生理變化、術(shù)前定側(cè)定位病灶、評(píng)價(jià)抗癲癇藥療效及手術(shù)效果及預(yù)后的評(píng)價(jià)等方面。

1.1 MRS成像原理 MRS是利用不同電化學(xué)環(huán)境下原子核的共振頻率發(fā)生偏移(化學(xué)移位)，經(jīng)過(guò)傅立葉變換后，形成按頻率-信號(hào)強(qiáng)度分布的譜線，通過(guò)某些物質(zhì)在特定的頻率產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷該物質(zhì)的濃度。目前主要采用1H-MRS來(lái)檢測(cè)腦內(nèi)化合物的濃度。MRS對(duì)發(fā)現(xiàn)癲癇患者的代謝產(chǎn)物異常是敏感的，其中與癲癇病灶生化改變密切相關(guān)的物質(zhì)是N-乙酰天門冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、膽堿(Cho)、谷氨酸(Glu)、谷氨酰胺(Ghi)、γ-氨基丁酸(GABA)和乳酸(Lac)等。代謝物的信號(hào)強(qiáng)度由峰高或峰下面積來(lái)表示，由于將信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為絕對(duì)濃度存在困難，人們一般用代謝物的信號(hào)強(qiáng)度比值來(lái)比較研究，如 NAA/Cr、NAA/(Cho+Cr)等。

1.2 MRS在癲癇診斷中的應(yīng)用 1H-MRS的譜線中，NAA為最主要波峰，它廣泛存在于神經(jīng)元和軸突的線粒體內(nèi)，是神經(jīng)元活性及密度的標(biāo)志，其濃度降低表明神經(jīng)細(xì)胞的損傷或喪失［1］。Cr屬于肌酸/磷酸肌酸類，是能量代謝中高能磷酸鍵的緩沖儲(chǔ)備物，其改變反映能量代謝的變化，由于其濃度相對(duì)穩(wěn)定，常作為其他代謝物變化的參照物;Cho屬于膽堿/磷酸膽堿類，是細(xì)胞膜的成分之一，其改變反映膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量的改變。

Doelken等［2］應(yīng)用1H-MRS對(duì)TLE進(jìn)行的定量 NAA研究表明，無(wú)論普通MRI表現(xiàn)為陽(yáng)性還是陰性，其致癇灶同側(cè)海馬NAA均較正常對(duì)照組顯著降低。而多數(shù)文獻(xiàn)采用相對(duì)值，即NAA/(Cr+Cho)的比值作為顳葉癲癇定位診斷標(biāo)準(zhǔn)，王志群等［3］對(duì)一組經(jīng)病理證實(shí)的HS患者進(jìn)行的1H-MRS研究表明，患側(cè)海馬NAA/(Cr+Cho)值低于正常對(duì)照組，反映了神經(jīng)元丟失和膠質(zhì)增生的共同結(jié)果。

Starck等［4］認(rèn)為，用MRS方法檢測(cè)患者海馬區(qū)NAA的濃度與NAA/(Cho+Cr)比值對(duì)HS的診斷是非常有幫助的，但對(duì)檢測(cè)方法及測(cè)得結(jié)果的可靠性提出質(zhì)疑，在海馬頭體尾部的不同區(qū)域或周圍組織部分容積影響會(huì)不會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不穩(wěn)定，他們選擇一組12名健康志愿者在這方面進(jìn)行了研究，最后認(rèn)為MRS方法所檢測(cè)到的內(nèi)側(cè)顳葉的代謝產(chǎn)物濃度是海馬與大量鄰近組織含量的平均值，所以建議要想對(duì)海馬本身進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估，就得縮小檢測(cè)時(shí)的體素范圍，達(dá)1 cm3之下，并需要一個(gè)亞厘米級(jí)的層厚。

熊曉雙［5］采用3.0T磁共振掃描儀對(duì)12例伴有單側(cè)HS的發(fā)作間期TLE患者及12例正常對(duì)照者行單體素1H-MRS及DWI檢查。筆者對(duì)海馬波譜掃描定位方法進(jìn)行了改進(jìn)，即不是采用既往常用的軸位或冠狀位，而是以垂直于海馬長(zhǎng)軸的斜冠狀位為定位像，輔以矢狀位和軸位圖像進(jìn)行精確調(diào)整，以平行于海馬長(zhǎng)軸的長(zhǎng)方體ROI掃描，并合理施加預(yù)飽和帶，可最大限度包全海馬結(jié)構(gòu)、并減少腦脊液等其他影響因素的干擾，得到的譜線效果較好。研究結(jié)果顯示，TLE患者患側(cè)海馬NAA/(Cr+Cho)值低于對(duì)側(cè)海馬及對(duì)照組，而患側(cè)海馬的Cho/Cr值與對(duì)側(cè)及對(duì)照組間未見顯著性差異;發(fā)作間期海馬ADC值高于對(duì)側(cè)海馬及對(duì)照組;患側(cè)海馬NAA/(Cr+Cho)和ADC值之間存在相關(guān)性，各組海馬Cho/Cr與ADC值之間未顯示顯著的相關(guān)性;患側(cè)海馬NAA/(Cr+Cho)和病程之間存在相關(guān)性，ADC值和病程之間存在顯著性相關(guān)。

2 DTI在顳葉癲癇中的應(yīng)用

DTI技術(shù)是近年來(lái)MRI研究的一項(xiàng)重大技術(shù)新進(jìn)展，是目前唯一可以無(wú)創(chuàng)地清晰顯示人腦內(nèi)部白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)的成像技術(shù)［6］，它有助于理解正常腦功能和多種影響腦功能的病理過(guò)程。自由水分子的彌散是隨機(jī)的，也就是說(shuō)在不同方向上其彌散程度相同，這種現(xiàn)象被稱為各向同性;而在生物體組織結(jié)構(gòu)中，水分子的彌散過(guò)程受到多種局部因素的影響，如濃度梯度下的擴(kuò)散、分子的跨膜擴(kuò)散等，此時(shí)則表現(xiàn)為單位體積內(nèi)不同方向上分子擴(kuò)散程度的總和各不相同，這種現(xiàn)象被稱為各向異性。在腦白質(zhì)中，水分子在與纖維束平行的方向上的運(yùn)動(dòng)比在垂直方向上容易得多，所以水分子在神經(jīng)纖維束內(nèi)的彌散是高度各向異性的?，F(xiàn)在，DTI可利用標(biāo)定人腦組織中的水分子的擴(kuò)散狀態(tài)來(lái)研究其中的組織分布，以及研究纖維的走向和分叉等細(xì)節(jié)情況，并最終評(píng)價(jià)大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性、病理改變及組織結(jié)構(gòu)和功能間的關(guān)系，是磁共振成像的重要組成部分。

2.1 DTI的原理 彌散是水分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，即布朗運(yùn)動(dòng)。DWI是在自旋回波T2加權(quán)序列1800脈沖后通過(guò)施加兩個(gè)對(duì)稱的彌散敏感梯度脈沖來(lái)完成的，它可以反映水分子的彌散運(yùn)動(dòng)幅度，但由于該成像過(guò)程并不能區(qū)別水分子的運(yùn)動(dòng)方向，因而DWI所測(cè)得的分子運(yùn)動(dòng)只能用表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)來(lái)表示。DTI則是在DWI基礎(chǔ)上，施加大于6個(gè)非線性方向的梯度塊，以獲取能描述水分子的運(yùn)動(dòng)方向，也可以說(shuō)是水分子在三維空間內(nèi)彌散各向異性的張量圖像。DTI通過(guò)對(duì)每一個(gè)體素構(gòu)造一個(gè)彌散張量，進(jìn)而通過(guò)彌散張量的本征值與本征向量來(lái)反映水分子在該體素的彌散特征。DTI常用參數(shù)有平均彌散系數(shù)(average diffusion coefficient，Dav)、平均彌散率(mean diffusivity，MD)、部分各向異性(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和相對(duì)各向異性(relative anisotropy，RA)。Dav主要反映彌散運(yùn)動(dòng)的快慢而忽略其彌散方向，取三個(gè)本征值的平均值得到每一個(gè)像素的Dav;MD值是彌散張量D在x、y、z三個(gè)方向的特征值的平均值，反映水分子彌散能力的大小。FA值主要反映組織各向異性彌散程度的變化，數(shù)值在0～1范圍之間，當(dāng)擴(kuò)散各向異性最強(qiáng)時(shí)，F(xiàn)A值接近于1，而擴(kuò)散各向異性最低時(shí)，F(xiàn)A值接近于0。RA是彌散各向異性與彌散各向同性的比值，0表示最大各向同性。通過(guò)定量分析這些參數(shù)值在病理情況下的變化可以了解組織病變的病理生理學(xué)信息。

2.2 DTI在癲癇診斷中的應(yīng)用 體外實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)胞外間隙擴(kuò)大和細(xì)胞膜通透性增加都能引起ADC值升高。癲癇持續(xù)狀態(tài)時(shí)腦細(xì)胞代謝率和大腦血流增加，以維持正常細(xì)胞能量水平，而離子通透性增加導(dǎo)致一定程度的細(xì)胞毒性水腫，細(xì)胞外間隙減小，ADC值急劇下降。隨著發(fā)作停止以及導(dǎo)致彌散受限的一過(guò)性因素的終止，ADC值可恢復(fù)正常。如果出現(xiàn)不可復(fù)性組織損傷，彌散持續(xù)增加，超過(guò)正常水平，將出現(xiàn)致癇組織神經(jīng)元變性、神經(jīng)膠質(zhì)增生等組織病理學(xué)變化［7］。

海馬硬化的病理改變即是神經(jīng)元喪失和膠質(zhì)細(xì)胞增生，相應(yīng)細(xì)胞外間隙擴(kuò)張，引起水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，MD值升高;硬化海馬的FA值也可出現(xiàn)異常，但改變程度比MD值低。

在TLE的不同時(shí)期，水分子的彌散率和各向異性值是不一樣的。在發(fā)作期及發(fā)作后短時(shí)間內(nèi)，腦組織局部代謝增強(qiáng)，氧耗增加，引起腦細(xì)胞相對(duì)缺氧、神經(jīng)元腫脹和細(xì)胞毒性水腫，導(dǎo)致MD值下降。MD值減低持續(xù)時(shí)間與癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，如果發(fā)作持續(xù)時(shí)間短，則MD值減低可不明顯而不能被觀察到。Briellmann等［8］研究表明，癲癇發(fā)作后24 h內(nèi)是研究MD值急性異常變化的最佳時(shí)期。在大部分短暫發(fā)作患者，隨著發(fā)作的結(jié)束，彌散的異常即可消失。而另一部分患者的海馬區(qū)，MD值持續(xù)增加超過(guò)正常值，則提示出現(xiàn)了神經(jīng)元萎縮、丟失、神經(jīng)膠質(zhì)增生等局灶性永久性損傷。發(fā)作前、后FA值未出現(xiàn)顯著性的變化，提示癲癇發(fā)作期所引起的異常彌散的微觀結(jié)構(gòu)改變未引起白質(zhì)纖維完整性及連續(xù)性的明顯異常改變［9］。在發(fā)作間期，患側(cè)海馬MD值顯著高于對(duì)側(cè)海馬和正常對(duì)照組，而患側(cè)海馬FA值低于對(duì)側(cè)海馬和正常對(duì)照組，其原因主要為發(fā)作間期海馬結(jié)構(gòu)細(xì)胞外間隙擴(kuò)大，神經(jīng)元密集度減低，樹突減少，細(xì)胞結(jié)構(gòu)丟失。有學(xué)者研究提出MD值升高可作為TLE術(shù)前定側(cè)診斷的依據(jù)之一，而FA值降低為非特異性，并不穩(wěn)定。

Arfanakis等［10］通過(guò)與正常對(duì)照組的對(duì)比研究中發(fā)現(xiàn)，局灶性TLE患者組的多個(gè)白質(zhì)結(jié)構(gòu)彌散各向異性值顯著性減低，而與軸突相交方向上的彌散率升高，所選的這些白質(zhì)結(jié)構(gòu)并不單純局限在顳葉。而對(duì)所選結(jié)構(gòu)進(jìn)行MD值比較后發(fā)現(xiàn)兩者差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Gross等［11］研究表明DTI能發(fā)現(xiàn)常規(guī)MRI難以明確的TLE白質(zhì)改變。而且這些白質(zhì)改變并不僅局限于顳葉結(jié)構(gòu)，顳葉外白質(zhì)結(jié)構(gòu)均可發(fā)生異常，并常呈雙側(cè)分布，這些白質(zhì)改變是由于癲癇灶的異常放電傳遞到全腦所致。此外，TLE患者穹隆、扣帶回、丘腦等邊緣系統(tǒng)的多個(gè)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了形態(tài)學(xué)改變，并且某些結(jié)構(gòu)的改變具有特異性。

張泉等［12］對(duì)臨床確診的42例發(fā)作間期TLE患者和32名健康志愿者行常規(guī)MRI和DTI檢查，定量測(cè)量胼胝體膝部、體部、壓部、內(nèi)囊前肢、后肢及外囊的平均想彌散系數(shù)(DCavg)和FA值并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)TLE患者胼胝體壓部、內(nèi)囊后肢及外囊的DCavg值顯著高于正常人(P＜0.01)，胼胝體膝部、壓部、內(nèi)囊前肢及外囊的FA值顯著低于正常人，TLE患者內(nèi)囊后肢DCavg值與病程長(zhǎng)短呈正相關(guān)。由此得出結(jié)論，TLE患者的顳葉以外白質(zhì)確實(shí)存在隱匿性損傷，且內(nèi)囊后肢的損傷程度與病程長(zhǎng)短有關(guān)。

白卓杰等［13］基于體素分析的擴(kuò)散張量成像在內(nèi)側(cè)顳葉癲癇中的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，患者ADC增高區(qū)表現(xiàn)在患側(cè)內(nèi)外顳葉、部分額葉、頂葉和腦干結(jié)構(gòu)，以及患側(cè)丘腦等部位;其中大部分腦區(qū)同時(shí)也表現(xiàn)為FA值的降低，少部分腦區(qū)僅表現(xiàn)為FA值減低。在比較ADC及FA值兩種結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)前者在癲癇病灶定側(cè)方面具有更好的效果。

總之，1H-MRS通過(guò)測(cè)定神經(jīng)細(xì)胞的代謝變化，可在常規(guī)MRI顯示結(jié)構(gòu)和信號(hào)異常之前發(fā)現(xiàn)海馬異常，從而可早期發(fā)揮對(duì)TLE的無(wú)創(chuàng)性輔助定側(cè)診斷作用。海馬MRS在臨床應(yīng)用中也存在一些不足，如定位較復(fù)雜，易受患者頭部運(yùn)動(dòng)及海馬周圍結(jié)構(gòu)如腦脊液、血管、顱骨等的影響導(dǎo)致代謝產(chǎn)物定量不準(zhǔn)確等因素，在一定程度上影響了1H-MRS技術(shù)對(duì)海馬觀察的臨床應(yīng)用。DTI是一種基于表觀擴(kuò)散系數(shù)的多方向擴(kuò)散各向異性分析方法，是一種敏感的影像技術(shù)，可用于TLE定側(cè)及癲癇腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究，有助于對(duì)TLE病理生理機(jī)制理解，并具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 Soares DP，Law M.Magnetic resonance spectroscopy of the brain:review of metabolites and clinical applications.Clini Radiology，2009，64:12-21.

2 Doelken MT，Stefan H，Pauli E，et al.1H-MRS profile in MRI positiveversus MRI negative patients with temporal lobe epilepsy.Seizure，2008，17:490-497.

3 王志群，李坤成，王亮，等.顳葉癲癇定位診斷的磁共振波譜研究.放射學(xué)實(shí)踐，2007，22:371-375.

4 Starck G，Vkhoff Baaz B，Ljungberg M，et al.Anterior to posterior hippocampal MRS metabolite difference is mainly a partial volume effect.Acta Radiol，2010，51:351-359.

5 熊曉雙.顳葉癲癇海馬1H-MRS、DWI和語(yǔ)言fMRI的初步研究.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)位論文，2009.

6 Alexander AL，Lee JE，Lazar M，et al.Diffusion tensor imaging of the brain.Neurotherapeutics，2007，4:316-329.

7 Nairismagi J，Grohn OH，Kettunen MI，et al.Progression of brain damage after status epilepticus and its association with epileptogenesis:a quantitative MRI study in a rat model of temporal lobe epilepsy.Epilepsia，2004，45:1024-1034.

8 Briellmann RS，Wellard RM，Jackson GD.Seizure-associated abnormalities in epilepsy:evidence from MR imaging.Epilepsia，2005，46:760-766.

9 Diehl B，Symms MR，Boulby PA，et al.Postictal diffusion tensor imaging.Epilepsy Res，2005，65:137-146.

10 Arfanakis K，Hermann BP，Rogers BP，et al.Diffusion tensor MRI in temporal lobe epilepsy.Magn Reson Imaging，2002，20:511-519.

11 Gross DW，Concha L，Beaulieu C.Extratemporal white matter abnormalities in mesial temporal lobe epilepsy demonstrated with diffusion tensor imaging.Epilepsia，2006，47:1360-1363.

12 張泉，張?jiān)仆?，馮凱琳，等.顳葉癲癇患者的顳葉以外白質(zhì)MR擴(kuò)散張量成像研究.臨床放射學(xué)雜志，2009，28:8-11.

13 白卓杰，張志強(qiáng)，盧光明，等.基于體素分析的擴(kuò)散張量成像在內(nèi)側(cè)顳葉癲癇中的應(yīng)用.臨床放射學(xué)雜志，2009，28:924-928.

R 742.1

A

1002-7386(2011)09-1391-03

10．3969/j．issn．1002-7386．2011．09．066

050051 石家莊市，河北省人民醫(yī)院影像科

book=9,ebook=133

2010-12-06)

·綜述與講座·