磁共振成像技术在颞叶癫痫中的应用

磁共振成像技术在颞叶癫痫中的应用

癫痫是一组由神经异常放电引起的临床综合征。同时，它还伴有着大量的生理和生化变化，如脑血流、代谢和神经过渡。它是神经科仅次于脑血管疾病的第二高发疾病,发病率为0.5%～1.0%,其中20%～25%的癫痫是药物难治性的。颞叶癫痫(temporallobeepilepsy,TLE)占难治性癫痫的70%～80%。TLE常见的病因有海马硬化、局限性皮质发育不良、脑肿瘤、脑内血管畸形以及脑梗死等。其中海马硬化是难治性TLE最常见的病理学类型。随着癫痫外科的发展,TLE的手术治愈率已达到70%～90%,因此术前致痫灶的准确定位成为手术成功的关键。以往的癫痫定位技术如头皮脑电图、CT等都存在一定的局限性。随着神经影像学的不断发展,特别是磁共振的海马体积定量分析、扩散成像技术、功能磁共振(functionalMRI,fMRI)、磁共振波谱(magneticresonanceimagingspectroscopy,MRS)、脑磁图等技术的出现,不仅克服了以往技术的局限性,而且还可用来进行癫痫的准确定位定性和深入研究。本文就近年来磁共振成像技术及其对TLE的研究进展进行综述。1海马的海马结构与病理特性海马结构包括海马本部、齿状回、下托、邻近的内嗅区皮质和围绕胼胝体的海马残体。海马本部也称海马或Ammon角,位于侧脑室下角底部,在冠状面上呈C字形,与齿状回相连,共同形成S形的结构。下托是指位于海马旁回皮质和海马之间的过渡区域。海马表面覆有一层室管膜,膜的深面是一层被称为室床的白质,其纤维向后内方聚集,形成纵行的海马伞,与穹隆脚相续。海马结构的纤维联系:在海马的传入纤维中,主要有来自内嗅区皮质的“穿纤维通路”和来自于隔核的隔核-海马纤维。海马的主要传出纤维有室床、伞部及穹隆。海马硬化的病理特征主要是神经元丢失及胶质细胞增生,树突减少导致组织结构疏松,细胞外间隙增宽,水分子扩散功能加快。各种损伤造成海马神经元代谢异常、细胞变性坏死、丢失,同时刺激了剩余神经元的生长和异常神经元突触的重组。这些重组的网络引起异常放电,最后发展到促成临床发作的程度,成为癫痫发作的起源,反过来癫痫发作产生兴奋性氨基酸、热休克蛋白等促进海马变性物质,反复发作或持续状态致其硬化,二者互相促进,互为因果,最终出现海马形态学的改变。2磁共振成像技术对海战硬化的分析2.1海马硬化信号诊断海马硬化最常见的磁共振成像表现是海马结构萎缩和T2加权像(T2weightedimaging,T2WI)上海马结构信号增高。目前已经证实,海马结构的体积可反映神经元的数量,因此海马结构的萎缩是神经元丢失在磁共振成像上的反映。海马头部浅沟消失也是诊断海马硬化的一个可靠征象,前颞叶萎缩、颞角和环池的增宽是海马结构硬化的辅助征象,结合患侧海马有萎缩性改变和T2WI上信号增高可明确海马硬化诊断。在诊断颞叶内侧硬化方面,Briellmann等认为FLAIR序列(88.9%)较SE序列T2WI更为准确,主要由于FLAIR影像可获得比SET2WI更重的T2WI,同时抑制了海马周围的脑脊液信号,提高了海马与周围信号的对比,易于显示海马硬化信号的增高。因此结合SE序列能够提高海马硬化诊断的敏感性和准确性。2.2人工方法与人工测量相结合的原则海马体积测量可以准确反映TLE患者海马体积变化,对患者可能存在的海马硬化有一定的定性价值。其体积的测量主要有手工、半自动和自动测量3种方法。海马结构手工划界的精度是最高的,被作为金标准。但在实际工作中,一次只能针对某一结构或区域,比较费时,并且对操作者的解剖和影像学知识要求比较高。自动测量技术的信度比较高,并可对脑各个部位同时进行,耗时短,无人为因素的干扰,结果更为客观。手工划界和自动测量相结合现阶段被认为是比较理想的方法,可以避免二者的缺点。早期的海马体积研究多应用二维采集方法,而目前三维采集已成为图像采集的标准方法,逐渐有取代二维方法的趋势。三维容积采集的应用可以提高图像的准确性、分辨率和对比度,并能减少层厚。磁共振成像容积采集通常应用扰相梯度回波序列T1WI,大多数采用冠状位采集。海马结构体积的磁共振成像测量有两种方式:相对体积法和绝对体积法。相对体积方法用得最多的是双侧海马结构体积差值法,即将右侧海马体积减去左侧海马体积得到的体积差值。若右侧体积小于左侧体积,则差值为负值;反之差值为正值。由于正常人群的双侧海马体积存在不对称,平均海马结构体积差值为0.2～0.3cm3。Jack等认为海马结构体积差值对单侧海马硬化的诊断准确率高,海马结构体积差值越大,手术切除治疗癫痫的预后越好。绝对体积方法是用勾画出的海马边界得到的面积、层厚与相应比率的乘积。虽然不同研究者的具体测量方法各不相同,但是都有很高的敏感性和特异性。一些学者通过海马结构体积测量与手术切除的组织病理学结果的对照研究,认为磁共振成像定义的海马体积减小与海马硬化的组织学的严重程度高度相关。2.3t1弛豫时间的延长海马硬化萎缩时T2弛豫时间延长,海马的T2值超过116ms与海马硬化存在显著的相关性。Oertzen等认为,T2弛豫时间的延长与CAL区和CA3区的神经元密度的下降存在非常明显的相关性,因此认为,T2弛豫时间的延长不但可以检出海马硬化,还可评价海马病理改变的程度。海马T2弛豫时间测量能对海马体积表现正常的难治性TLE进行癫痫灶定位。3磁共振成像的研究3.1小鼠癫痫灶表观扩散系数的变化神经元水肿、萎缩、细胞外间隙增宽及正常组织结构消失等病理改变均会导致短暂或持久的水分子运动变化,因此扩散加权成像能够反映海马硬化分子水平的改变。扩散加权成像研究表明,TLE患者的癫痫灶的表观扩散系数升高、各向异性指数降低。Yoo等对18例单侧海马硬化的患者和19例正常人进行对照研究发现,所有患侧的表观扩散系数值明显高于对侧及对照组。Kantarci等认为在人脑内当能限制水分子运动的细胞膜和髓鞘等这些构成组织结构的壁被破坏时,水分子的扩散率就会增加。因此认为,海马硬化时表观扩散系数值增高是由于神经元的丢失和(或)胶质增生,并认为扩散加权成像能帮助从分子水平进一步理解海马硬化的病理改变。3.2dti与癫痫与扩散加权成像比较,扩散张量成像(diffusiontensorimaging,DTI)能够更精确地显示脑白质结构的细微变化。DTI可测量TLE发作后海马及其相关的脑白质区域的各向异性的改变,反映组织结构的完整性和连续性,是目前惟一可用于活体进行水分子扩散测量并观察白质纤维束结构改变的方法。目前TLE的DTI研究多是测量组织的平均扩散系数(averagediffusioncoefficient,Dcavg)和部分各向异性(fractionalanisotropy,FA),以了解癫痫发作后组织的病理改变。Rugg-Gunn等对常规磁共振成像扫描未见异常改变的30例癫痫患者进行DTI研究,结果8例有Dcavg值异常增加,其中6例Dcavg值的异常位置与脑电图记录异常放电的位置一致,9例电生理记录到左TLE患者,左颞叶白质有明显的Dcavg值和FA值的异常。这些结果表明,DTI能够发现常规磁共振成像不能显示的癫痫病灶,这对癫痫外科治疗的术前评价具有重要意义。由于海马主要是灰质结构,其内水分子扩散的各向异性不如白质明显,因此FA值对于海马病变检测的价值低于Dcavg值。Assaf等研究发现,TLE发作间期患侧海马Dcavg值显著升高,FA值虽有减低,但没有统计学意义,提示患侧海马细胞外间隙明显增宽,而纤维束结构则相对完整。尽管FA值在对海马病变的检测方面不如Dcavg敏感,但它能反映脑组织内水分子扩散方向性的异常变化,间接描述扩散屏障(如细胞膜等的改变),从而FA对TLE发作后脑白质区的异常改变敏感性高。Arfanakis等研究发现,TLE患者的内囊、外囊和胼胝体的FA均减低,以外囊和胼胝体压部为著,而Dcavg值则无显著异常。胼胝体压部的FA值与发病年龄呈正相关,与癫痫持续时间呈负相关,即发病年龄越小,时间越长,FA值越低。目前认为,海马硬化时神经元丧失可以继发轴索Wallerian变性,表现为穹隆体积轻度减小、扩散各向异性明显减低、各向同性轻度升高或正常。Concha等应用FLAIRDTI技术重组出TLE患者的穹隆纤维束,并与健康志愿者进行对比分析,发现TLE患者穹隆FA减低、Dcavg正常,符合Wallerian变性的表现。张泉等研究发现,TLE患者穹隆纤维束较正常人细小并有不同程度中断,以患侧为明显,反映了TLE患者双侧穹隆的受损程度不同。3.3致痫灶定位诊断标准MRS是利用磁共振技术检测体内含有特定原子核的化学成分的一种无创性功能影像检查方法,目前活体MRS多应用1H-MRS,可测定局部脑区在神经生物学上起重要作用的几种代谢物的浓度。其中与癫痫病灶生化改变密切相关的物质是N-乙酰天冬氨酸(N-acetylasparticacid,NAA)、肌酸(creatine,Cr)、胆碱(choline,Cho)、乳酸(lacticacid,Lac)、谷氨酸(glutamicacid,Glu)。1H-MRS在TLE的诊断和评价癫痫患者预后方面具有明显的优越性。Duzel等的研究表明,1H-MRS可提供海马病理改变的早期信息。1H-MRS对双侧异常的显示优于脑电图和磁共振成像。Park等对33例磁共振成像表现为单侧海马硬化的患者行MRS,其中10例患者(30%)MRS为双侧异常。由于致痫灶的主要病理生理改变为抑制性神经元数目减少,神经元树突棘的丧失以及星形胶质细胞的反应性增生。神经元丢失导致1H-MRS中NAA减少,胶质细胞增生导致肌酸胆碱增加,NAA/(Cr+Cho)比值下降。目前以NAA/(Cr+Cho)比值改变作为TLE灶定位诊断的标准。有研究认为TLE患者病灶侧及健侧NAA/(Cr+Cho)值均低于正常人,当颞叶NAA/(Cr+Cho)比值<0.6时,可判断脑组织代谢功能异常,当双侧颞叶NAA/(Cr+Cho)比值差值>0.07时,较低的一侧为病灶侧。3.4fmri研究血氧水平依赖法功能磁共振成像依赖于局部脑区的血氧含量变化。人体血液中的血红蛋白是抗磁性物质,脱氧血红蛋白是顺磁性物质,人脑在接受各种刺激,如进行各种运动、思维、记忆、精神活动等时,脑部特定区域被激活,出现局部脑血流量增加,使局部磁化率发生改变,在磁共振成像的T2WI出现局部信号增加。脑细胞发作性过度放电是癫痫发病的基础,这种异常放电与正常脑功能局部代谢及血流动力学变化在某种程度上有类似之处。fMRI就是针对这种脑血流变化,利用对磁化率敏感的快速高分辨梯度回波磁共振成像序列或平面回波成像序列,应用信号相减或其他方法检测像素信号幅度的微小变化,检测并显示这种变化的空间分布及其动态过程,识别功能区域,建立刺激与响应之间的联系,能显示不同脑区的功能、发生机制及异常表现。fMRI己经广泛应用于探索研究脑功能方面,时空分辨率分别达到秒和毫米数量级,其在癫痫灶的定位、颞叶切除术前语言、记忆评估及认知损害等方面取得令人注目的成果。fMRI已经用于定位癫痫灶并进行术前评估颞叶切除缺损后带来的潜在危险,成功地进行颞叶切除,以控制癫痫发作。Jokeit等对30例单侧难治性TLE和17例健康志愿者进行fMRI研究,要求受试者在脑海中想象如何从其非常熟悉的家乡某一地点走向三四百米的另一地点,并尽可能回忆起途中行经的某些标志性建筑。fMRI显示受试者双侧颞叶内侧结构被激活,16例左侧TLE中的14例,14例右侧TLE中的13例,可根据癫痫灶同侧的内侧颞叶激活相对较弱而得以定侧,总的准确度为99%;正常对照的两侧间并无明显差异。总之,海马硬化的诊断需要从形态、功能和代谢等方面综合分析。磁共振成像良好的分辨率对于形态学的改变越来越敏感,海马定量测量,尤其是海马体积、T2弛豫时间测量相结合能提供TLE海马病变评价的客观指标,有助于TLE海