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醫(yī)學(xué)研究的重點，其中致癇灶的影像學(xué)定側(cè)與定位更是研究的熱點之一。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通過觀察海馬形態(tài)、信號改變或通過不同的分割方法測量海馬體積的變化可對部分海馬硬化做出診斷，但對早期病變或病變程度較輕的患者，則很難做出明確診斷。隨著磁共振場強的提高和先進采集技術(shù)的運用，圖像的信噪比和空間分辨率進一步提高，腦功能的無創(chuàng)性評價在癲癇術(shù)前評價及隨訪觀察中發(fā)揮著越來越重要的作用。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、評價抗癲癇藥療效及手術(shù)效果及預(yù)后的評價等方面。

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)過傅立葉變換后，形成按頻率-信號強度分布的譜線，通過某些物質(zhì)在特定的頻率產(chǎn)生的信號強度來判斷該物質(zhì)的濃度。目前主要采用1H-MRS來檢測腦內(nèi)化合物的濃度。MRS對發(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。代謝物的信號強度由峰高或峰下面積來表示，由于將信號強度轉(zhuǎn)換為絕對濃度存在困難，人們一般用代謝物的信號強度比值來比較研究，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備物，其改變反映能量代謝的變化，由于其濃度相對穩(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TLE進行的定量 NAA研究表明，無論普通MRI表現(xiàn)為陽性還是陰性，其致癇灶同側(cè)海馬NAA均較正常對照組顯著降低。而多數(shù)文獻采用相對值，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］對一組經(jīng)病理證實的HS患者進行的1H-MRS研究表明，患側(cè)海馬NAA/(Cr+Cho)值低于正常對照組，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方法檢測患者海馬區(qū)NAA的濃度與NAA/(Cho+Cr)比值對HS的診斷是非常有幫助的，但對檢測方法及測得結(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不會導(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行了研究，最后認(rèn)為MRS方法所檢測到的內(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，所以建議要想對海馬本身進行單獨評估，就得縮小檢測時的體素范圍，達1 cm3之下，并需要一個亞厘米級的層厚。

熊曉雙［5］采用3.0T磁共振掃描儀對12例伴有單側(cè)HS的發(fā)作間期TLE患者及12例正常對照者行單體素1H-MRS及DWI檢查。筆者對海馬波譜掃描定位方法進行了改進，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軸的斜冠狀位為定位像，輔以矢狀位和軸位圖像進行精確調(diào)整，以平行于海馬長軸的長方體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)值低于對側(cè)海馬及對照組，而患側(cè)海馬的Cho/Cr值與對側(cè)及對照組間未見顯著性差異;發(fā)作間期海馬ADC值高于對側(cè)海馬及對照組;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MRI研究的一項重大技術(shù)新進展，是目前唯一可以無創(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程。自由水分子的彌散是隨機的，也就是說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，水分子的彌散過程受到多種局部因素的影響，如濃度梯度下的擴散、分子的跨膜擴散等，此時則表現(xiàn)為單位體積內(nèi)不同方向上分子擴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動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。現(xiàn)在，DTI可利用標(biāo)定人腦組織中的水分子的擴散狀態(tài)來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，并最終評價大腦白質(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運動，即布朗運動。DWI是在自旋回波T2加權(quán)序列1800脈沖后通過施加兩個對稱的彌散敏感梯度脈沖來完成的，它可以反映水分子的彌散運動幅度，但由于該成像過程并不能區(qū)別水分子的運動方向，因而DWI所測得的分子運動只能用表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)來表示。DTI則是在DWI基礎(chǔ)上，施加大于6個非線性方向的梯度塊，以獲取能描述水分子的運動方向，也可以說是水分子在三維空間內(nèi)彌散各向異性的張量圖像。DTI通過對每一個體素構(gòu)造一個彌散張量，進而通過彌散張量的本征值與本征向量來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)和相對各向異性(relative anisotropy，RA)。Dav主要反映彌散運動的快慢而忽略其彌散方向，取三個本征值的平均值得到每一個像素的Dav;MD值是彌散張量D在x、y、z三個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)擴散各向異性最強時，F(xiàn)A值接近于1，而擴散各向異性最低時，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 體外實驗證明，細(xì)胞外間隙擴大和細(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)胞外間隙擴張，引起水分子擴散運動增強，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)作后短時間內(nèi)，腦組織局部代謝增強，氧耗增加，引起腦細(xì)胞相對缺氧、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)時間與癲癇發(fā)作嚴(yán)重程度相關(guān)，一般來說，如果發(fā)作持續(xù)時間短，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值顯著高于對側(cè)海馬和正常對照組，而患側(cè)海馬FA值低于對側(cè)海馬和正常對照組，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］通過與正常對照組的對比研究中發(fā)現(xiàn)，局灶性TLE患者組的多個白質(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。而對所選結(jié)構(gòu)進行MD值比較后發(fā)現(xiàn)兩者差異無統(tǒng)計學(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值并進行統(tǒng)計學(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)確實存在隱匿性損傷，且內(nèi)囊后肢的損傷程度與病程長短有關(guān)。

白卓杰等［13］基于體素分析的擴散張量成像在內(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通過測定神經(jīng)細(xì)胞的代謝變化，可在常規(guī)MRI顯示結(jié)構(gòu)和信號異常之前發(fā)現(xiàn)海馬異常，從而可早期發(fā)揮對TLE的無創(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，易受患者頭部運動及海馬周圍結(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)對海馬觀察的臨床應(yīng)用。DTI是一種基于表觀擴散系數(shù)的多方向擴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TLE病理生理機制理解，并具有潛在的臨床應(yīng)用價值。

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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

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2010-12-06)

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