SPC DIR序列在一體化PET-MRI中對癲癇灶的定位診斷價值

張微，李云波

癲癇(Epilepsy)是最常見的神經系統疾病之一，對于難治性局灶性癲癇而言，手術治療是有效方法之一[1]。手術方案及療效極大程度上取決于術前評估的準確性，影像學發現的結構異常與癲癇發作之間并不存在必然的因果關系[2]。常規MRI序列(T1WI、T2WI)及磁化準備快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquired gradient echo,MPRAGE)發現的結構異常并非都會引起癲癇，同時并非所有的癲癇患者均能檢測出結構異常，有20%～30%的顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TSE)和20%～40%的顳葉外癲癇在常規影像學圖像上不能發現明顯的致癲灶[3]。一體化PET-MRI可以實現結構、功能和分子影像數據在時間和空間的最佳配置，可將功能影像和結構影像的優勢互補[4]。與常規MRI癲癇灶陽性率結果比較，PET-MRI可通過腦異常葡萄糖代謝將陽性率 提高35%～40%[5]。另一方面，在腦代謝異常引導下的MRI多序列復審中，能夠發現易漏診的結構異常。可見，如何優化MRI序列是癲癇灶定位中的關鍵問題。三維快速自旋回波雙翻轉恢復(three dimensional sampling perfection with applicitong-optimized contrasts by using different flip angle evolutions-double inversion recovery，3D SPC DIR)序列可使腦白質和腦脊液信號趨于零，能顯著提高腦灰質病變的顯示。本文通過回顧性分析25例癲癇患者的一體化PET-MRI檢查結果，旨在探討3D SPC DIR成像聯合18F-FDG PET葡萄糖代謝成像對致癇灶的診斷價值。

材料與方法

1.研究對象

回顧性分析2017年8月-2019年4月30日本院經手術病理證實的25例難治性癲癇患者的臨床和影像學資料。其中女14例，男11例，年齡6～46歲，平均(21.8±9.3)歲。所有患者術前評估內容包括詳細的病史及神經系統體征、神經心理學評估、腦電圖檢測(EEG)、一體化PET-MRI掃描。采用常規平掃(T1WI、T2WI)、MPRAGE和3D SPC DIR序列行MRI檢查。納入標準：①藥物難治性局灶性癲癇；②無MRI檢查禁忌證；③經外科初步診斷擬行手術治療。排除標準:①MRI提示腦內有擴散異常區、腦實質多發病灶；②遺傳代謝性腦病所致繼發性癲癇；③既往有顱內手術史；④體內有抗磁性植入物；⑤幽閉恐懼癥患者；⑥其它原因不能耐受PET-MRI檢查者。

2.PET-MRI檢查

檢查前24 h內禁止患者攝入煙、酒、咖啡以及影像葡萄糖代謝的物質。檢查前禁食4～6 h。注射顯像藥物前測量血糖濃度，需控制血糖水平<11.1 mmol/L(低于8.3 mmol/L為佳)。測量身高、體重；經肘靜脈注射18F-FDG，劑量3.7 mBq/kg(0.1 mCi/kg)。隨后患者在候診室試聽封閉40 min后進行PET-MRI檢查。

使用Siemens Biograph mMR PET-MR儀，由PET系統和3.0T磁共振系統組成。PET檢查的空間分辨率達2 mm。18F-FDG(江源安迪科公司)的放化純度>95%。檢查過程中，患者平臥于掃描床上，頭部固定。顱腦18F-FDG PET掃描參數：采集時間20 min，PET衰減矯正采用冠狀面基于MRI圖像信號的衰減矯正法，重建類型為HD PET，迭代次數8，矩陣512×512。MRI掃描序列和參數如下。①橫軸面TSE T2WI：TR 5000 ms，TE 91 ms，層厚3 mm；②冠狀面TSE T2WI：TR 4000 ms，TE 82 ms，層厚3 mm；③MPRAGE：TR 1900 ms，TE 2.36 ms，層厚1 mm；④SPC DIR：TR 7500 ms，TE 339 ms，層厚1.5 mm。采用Syngo Via后處理工作站獲得PET-MRI融合圖像。

3.圖像分析

由兩位核醫學副主任或主任醫師對PET 結果進行雙盲分析。通過對比兩側大腦半球之間放射性分布的不對稱性，連續3層以上出現局限性放射性分布減低或增高即可判定為腦代謝異常。由兩位放射醫學主任醫師對MRI結果進行雙盲分析。分別分析T2WI+MPRAGE圖像和SPC DIR圖像，綜合判斷各序列圖像上腦皮質區是否存在異常信號、病灶邊界的清晰程度和結構特征。臨床根據影像結果選擇術前影像學能夠提供較為全面的定位信息的患者進行手術治療，根據手術結果比較兩組方法對癲癇灶定位的一致性和準確性。

4.統計學處理

所有數據使用SPSS 17.0軟件包進行統計學分析。計數資料用例數和百分數表示，組間比較采用卡方檢驗。以P<0.05為差異具有統計學有意義。

結 果

所有納入的25例癲癇患者均進行手術治療，根據術后病理結果，致癇病灶均為單側，部位分布：顳葉19例，額葉4例，頂葉2例。病理基礎為皮質發育不全7例(圖1～2)，海馬硬化5例，皮質發育不全合并海馬硬化12例(圖3)，節細胞膠質瘤1例。

PET-MRI掃描全程均無癲癇癥狀發作。PET共檢出陽性病例23例(92%)，表現為單側18F-FDG代謝減低；1例表現為雙側代謝減低，1例無明顯代謝異常，這2例患者以術中皮質腦電圖進行定位。13例患者(52%)經常規MRI序列(T2WI+3D MPRAGE)綜合判定為陽性結果，信號特點為T2WI上信號增高伴局部結構不清。SPC DIR序列判斷21例患者(84%)為陽性結果，表現為局部信號增高、灰白質交界不清。兩組方法結合PET進行統計學分析，常規MRI序列聯合18F-FDG定位準確13例，SPC DIR序列聯合18F-FDG定位準確21例，差異有統計學意義(χ2= 4.50，P=0.034)；對2組檢查診斷致癇灶的效能進行ROC曲線分析，曲線下面積分別為0.725和0.912，SPC DIR序列的診斷效能優于常規MRI序列(圖4)。

討 論

18F-脫氧葡萄糖正電子發射計算機斷層顯像(18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography，18F-FDG PET)是一種無創性檢查方法，能夠檢測到因癲癇活動引起的腦葡萄糖代謝異常，并作為神經影像檢查手段常規應用于癲癇的術前評估和定位。對癲癇患者的FDG-PET圖像進行分析時，通常采用左右對比的方法來評估代謝異常區域。同時，癲癇癥狀與默認網絡(default mode network，DMN)系統存在一定的關聯[6]，葡萄糖代謝能反映DMN狀態。FDG-PET應用于難治性癲癇患者，可以發現MRI檢查結果為陰性患者的致癇灶，尤其在顳葉癲癇患者中效果較好[7]，能夠對80%的此類患者進行致癲灶的準確定位，但對于顳葉外癲癇病灶FDG-PET的陽性檢出率顯著降低。這是由于PET圖像的空間分辨率較低，不能很好地描述病灶的邊緣細節。在發現異常代謝區后，定位診斷比較粗略，并不能精準定位，只能為癲癇患者的術前評估勾畫大致的手術范圍。MRI檢查技術具有較高的空間分辨率和組織分辨率，能夠發現癲癇患者尤其是局灶性皮質發育不良(focal cortical dysplasia，FCD)患者腦皮層內微小病灶的信號和結構變化[8]。因此我們通過一體化PET-MR檢查技術，達到真正意義上的同機同時"多模態"采集，結合兩種檢查技術的優勢，不僅通過額外的定側/定位信息將可疑病灶范圍縮小，還能將一部分難治性癲癇患者從既往的隱源性癲癇轉變為有明確病因、病灶的癲癇，并提供了腦功能評估依據。

圖3 女，23歲，術后病理提示為海馬硬化伴皮質發育不良。a)冠狀面T2WI，顯示顱內未見明顯異常信號；b)冠狀面SPC DIR圖像，顯示右側海馬(箭)信號較對側增高；c)冠狀面PET-MRI融合圖像，顯示右側海馬(箭)葡萄糖代謝較對側輕度減低。

圖4 T2WI+3D MPRAGE和SPC DIR序列診斷致癇灶的ROC曲線，曲線下面積分別為0.725和0.912。

一體化PET-MRI的診斷效能需要MRI多序列的支持。大腦皮質內的細小和皺褶結構、白質和腦脊液緊密接觸的部分通常很難通過常規成像明確有無病變。我們更注重雙反轉恢復序列的使用，該序列在快速自旋回波基礎上施加了兩個反轉恢復脈沖(TI1=3000ms，TI2=450ms)，可抑制腦白質尤其是腦脊液的信號，來增加灰質和背景的對比度。DIR序列讓白質和腦脊液分別呈現不同的信號特點，再配合SPC技術的3D高分辨成像，可以行任意方向的圖像重建，對病灶的顯示更優，能夠獲得最優的大腦皮質評估效果。術前MRI檢查結果為陰性一直以來被認為是癲癇患者手術預后不佳的一個預測因子[9]。有研究結果顯示，MRI表現為陰性的癲癇患者，術后病理檢查顯示大多有海馬硬化、膠質細胞增生、低級別膠質瘤、胚胎發育不良性神經上皮瘤和皮質發育不良[10]。而皮質發育不良最常見的局灶性異常包括皮質厚度異常、灰白質交界不清、“Transmantle”征等[11]。考慮到這些病變在皮層和白質相關區域的位置，我們采用的DIR序列既能突出皮質結構異常變化又能顯示白質病變。

在對癲癇病例的回顧性分析中，我們發現雙翻轉恢復序列在皮質發育不良、顳葉海馬硬化和腫瘤導致的癲癇都有其獨特的優勢：皮質內致癲灶的細胞結構的差異導致皮層信號較其它部位更薄和模糊不清、細胞結構的差異導致海馬高信號、并可明確滲透性腫瘤或皮質發育不良的范圍。①顳葉內側硬化：在早期主要為海馬硬化和萎縮，病變區在T2WI上信號改變不明顯，但是在DIR圖像上能很明顯地觀察到兩側海馬和杏仁核的信號不對稱。顳葉癲癇發作還可引起海馬的腫脹、僵硬和長T2信號改變[12-13]。本研究中有4例患者的海馬較對側明顯腫脹、體積增大，葡萄糖代謝較對測減低，DIR序列上能很明顯地看到海馬的高信號改變及雙側信號不對稱。此外，顳葉癲癇患者在常規MRI上可發現非患側的繼發改變，通過DIR及FDG-PET可發現左、右側顳葉的差異。②局灶性發育不良和結節性硬化癥：局灶性發育不良尤其是IIB型，主要MRI表現為局灶性皮層增厚、灰白質分界不清、白質內向側腦室方向延伸的錐形異常增高信號，DIR序列能夠很清晰地顯示此類異常信號。③室周旁結節狀灰質異位：DIR序列能抑制正常白質信號，使得異位的灰質信號凸顯。DIR序列還能區別膠質增生還是灰質異位，因為前者信號比正常灰質更顯著。④多小腦回畸形：是神經元移行異常的一種常見類型，其大體病理表現以腦回增多、腦溝變淺和皮質增厚為特點。因為多小腦回畸形常發生在皮質發育的后期階段，因此病灶內細胞發育不良相對較少，在T2WI上并不顯示為高信號，薄層T1WI上病灶信號與正常灰質的信號強度相似。本研究中我們發現，雖然DIR圖像上腦實質內信號并無異常，但是能很清楚地顯示增厚的皮層，結合FDG-PET圖像，能準確診斷和精確定位。⑤神經膠質瘤：DIR圖像對腫瘤與相鄰正常皮層提供了較高的對比度，尤其對于是神經膠質腫瘤，能清晰顯示可能導致癲癇的病變區域皮質細節改變，對手術范圍的精準制定提供了幫助。

臨床研究發現，雖然PET在癲癇定位中結果陽性率整體高于MRI，但是由于PET分辨率的不足，必須聯合MRI才能在癲癇定位中提供的解剖定位診斷[14-15]。所以癲癇灶精確定位的前提需要選擇合適的MRI序列。SPC DIR序列是在快速自旋回波序列上加兩個翻轉脈沖(TI1=3000ms，TI2=450ms)，通過這兩個選擇脈沖，使腦白質和腦脊液信號趨于零，能提供優異的灰白質對比。通過本研究也發現SPC DIR序列優于常規的MRI序列。可見，在一體化PET-MRI常規顯像聯合SPC DIR技術對代謝異常區域進行三維定位，能更加準確地明確致癲灶的位置，為外科手術范圍的劃定提供有力證據，對于藥物治療控制不佳的癲癇患者具有重要價值。所以，無論是使用一體化PET-MRI還是單純MRI進行術前定位，SPC DIR都應是需要采用的序列。

本研究仍存在著一些不足：①判斷病灶時，PET為定量分析，而對DIR圖像上病灶的觀察為主觀判斷，可能受到診斷經驗等因素的影響。②本研究中病例數相對較少，有待今后進一步擴大樣本量，調整序列參數來進一步提高圖像的信噪比，希望發掘出更多影像信息，結合圖像后處理技術，以及計算機自動提取圖像異常區域(代謝、信號、皮層寬度等)等新技術的應用，為癲癇的診斷提供更進一步的幫助。