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    顳葉癲的功能MRI研究進(jìn)展

    2016-03-09 17:30:03蘭許亮劉
    關(guān)鍵詞:海馬功能研究

    劉 蘭許 亮劉 筠*

    劉蘭1許亮2劉筠2*

    顳葉癲日(TLE)是癲日中最常見(jiàn)的難治性類(lèi)型,臨床上對(duì)于藥物難以控制的癲日,手術(shù)切除致日灶具有良好的治療效果。隨著MRI技術(shù)的迅速發(fā)展,功能磁共振成像(fMRI)在癲日研究中的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越顯著,尤其在癲日灶的定側(cè)、定位方面明顯優(yōu)于常規(guī)MRI,具有更好的臨床應(yīng)用價(jià)值。fMRI對(duì)TLE腦網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知功能的研究,及在TLE病因、病理生理機(jī)制、治療預(yù)后等方面的應(yīng)用取得了諸多進(jìn)展。

    顳葉癲日;功能磁共振成像;磁共振波譜成像;血氧水平依賴(lài);擴(kuò)散張量成像;動(dòng)脈自旋標(biāo)記

    基于HS是TLE的主要病理基礎(chǔ),早期研究者從海馬結(jié)構(gòu)形態(tài)和信號(hào)改變方面對(duì)TLE進(jìn)行相關(guān)研究,具體可歸為以下3個(gè)方面:①?gòu)某R?guī)MRI上直接觀(guān)測(cè)海馬體積及信號(hào)的改變;②利用定量MRI對(duì)海馬體積進(jìn)行測(cè)量[2];③海馬T2測(cè)定[3]。大量研究表明,T2WI或液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù) (fluid attenuated inversion recovery,F(xiàn)LAIR)序列上觀(guān)察到海馬信號(hào)增高、海馬萎縮或T2延長(zhǎng)是HS的可靠影像征象,但這些方法均難以做到早期診斷,并且敏感性較低。隨著MRI技術(shù)的不斷發(fā)展,許多MRI新技術(shù)特別是功能MRI(functioanl MRI,fMRI)被廣泛應(yīng)用于

    *審校者TLE的研究中,在其診斷和預(yù)后方面取得了進(jìn)展。

    廣義上,能反映腦組織功能情況的成像方法統(tǒng)稱(chēng)為 fMRI,主要包括:磁共振波譜成像(MR spectroscopy,MRS)、血氧水平依賴(lài)功能磁共振成像(blood-oxygen level-dependent fMRI,BOLD-fMRI)、擴(kuò)散加權(quán)成像 (diffusion weighted imaging,DWI)、擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)及灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging,PWI)。下面對(duì)各種fMRI技術(shù)在TLE中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

    1 MRS在顳葉癲的研究

    MRS成像技術(shù)是一種分析評(píng)價(jià)活體組織、器官能量代謝、生化改變及多種特定化合物定量分析的無(wú)創(chuàng)診斷方法。通過(guò)外加磁場(chǎng)激發(fā)活體組織內(nèi)部的原子核,從而產(chǎn)生磁共振信號(hào),再轉(zhuǎn)換成波譜。MRS技術(shù)可以敏感地探測(cè)到腦內(nèi)特定區(qū)域N-乙酰天門(mén)冬氨酸(N-acetylaspartate,NAA)、膽堿(choline,Cho)和肌酸(creatine,Cr)等化合物的代謝變化,間接證實(shí)病灶內(nèi)組織病理學(xué)改變。

    許多研究者將MRS技術(shù)應(yīng)用于TLE病人的研究中,評(píng)價(jià)MRS技術(shù)用于癲灶定側(cè)和定位的臨床價(jià)值。何等[4]發(fā)現(xiàn)當(dāng)NAA/(Cr+Cho)<0.68,并與對(duì)側(cè)差別>7%時(shí)可對(duì)癲灶定側(cè)。TLE病人的MRS研究顯示,NAA含量的降低、NAA/Cr和NAA/Cho比值降低是癲灶定位的標(biāo)志,NAA/Cr和NAA/Cho比值降低被認(rèn)為是定量診斷癲最敏感指標(biāo)之一[5-7]。早期認(rèn)為這與癲灶內(nèi)神經(jīng)元丟失和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生有關(guān),但隨著研究的深入,越來(lái)越多的證據(jù)支持這與癲灶內(nèi)神經(jīng)元細(xì)胞和膠質(zhì)細(xì)胞的功能障礙有關(guān),而不僅僅是神經(jīng)元的丟失[8]。研究表明NAA降低的程度與癲發(fā)作的嚴(yán)重程度及癲樣放電的程度密切相關(guān),但Cho和Cr含量在TLE致癇灶中的代謝變化在不同研究中結(jié)果有所出入,可能與癲發(fā)作類(lèi)型和抗癲藥物治療有關(guān),有待進(jìn)一步研究[9]。Zhang等[10]發(fā)現(xiàn)MRS對(duì)MRI陽(yáng)性的單側(cè)TLE病人致灶的定側(cè)具有很高的敏感性,對(duì)MRI陽(yáng)性的雙側(cè)TLE及MRI陰性的單側(cè)TLE病人具有中等的敏感性,但對(duì)MRI陰性的雙側(cè)TLE病人具有相對(duì)低的敏感性。

    對(duì)伴有HS的TLE病人的MRS研究發(fā)現(xiàn),除了患側(cè)海馬的NAA含量、NAA/Cr和NAA/Cho比值降低外,一定比例的病人健側(cè)海馬的NAA含量、NAA/ Cr和NAA/Cho比值較對(duì)照組降低,經(jīng)手術(shù)切除致灶后,健側(cè)海馬的NAA含量和NAA/Cho比值能恢復(fù)到正常水平[11],可能的解釋是反復(fù)發(fā)作的癲樣放電由患側(cè)的杏仁核、海馬經(jīng)穹窿聯(lián)合和前聯(lián)合擴(kuò)散到對(duì)側(cè)形成鏡像灶,進(jìn)而引起健側(cè)海馬、杏仁核的神經(jīng)細(xì)胞短暫的代謝紊亂,但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)或致灶的切除可以恢復(fù)正常。此外,內(nèi)側(cè)顳葉癲(mesial temporal lobe epilepsy,mTLE)的MRS研究發(fā)現(xiàn)[12],異常區(qū)域并不僅僅局限于海馬,在同側(cè)顳葉、雙側(cè)額葉等腦區(qū)NAA/(Cr+Cho)值也有所降低,其發(fā)生機(jī)制還不清楚,一些研究者認(rèn)為由于癲異常放電播散到海馬外腦區(qū)引起局部興奮毒性效應(yīng)導(dǎo)致神經(jīng)功能障礙和/或神經(jīng)元丟失,有待進(jìn)一步深入研究。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)顳葉外腦區(qū)MRS參數(shù)變化對(duì)癲灶的定側(cè)、定位沒(méi)有很大的意義,但與TLE病人的認(rèn)知能力障礙具有相關(guān)性,有待深入研究。

    Mantoan等[13]對(duì)12例頑固性TLE的病人的MRS研究發(fā)現(xiàn),顳葉外側(cè)NAA含量與語(yǔ)言記憶能力呈正相關(guān),而顳葉內(nèi)側(cè)NAA含量與年齡及神經(jīng)心理測(cè)量有關(guān),證實(shí)了大腦損害的解剖部位與特定的認(rèn)知能力障礙相關(guān)。

    2 BOLD-fMRI在顳葉癲的研究

    1990年Ogava等發(fā)現(xiàn)BOLD效應(yīng)是BOLD-fMRI成像的基礎(chǔ)。BOLD效應(yīng)是指由血氧水平依賴(lài)性使磁共振信號(hào)發(fā)生改變的效應(yīng)。BOLD-fMRI對(duì)血紅蛋白的氧合狀態(tài)和血流速度變化很敏感,當(dāng)大腦受到刺激時(shí),相應(yīng)區(qū)域的血流量流速及血紅蛋白脫氧程度就會(huì)發(fā)生變化,從而導(dǎo)致該區(qū)域的磁化率發(fā)生改變。BOLD-fMRI可以檢測(cè)大腦激活區(qū)血流和代謝的改變,廣泛應(yīng)用于阿爾茨海默病、癲等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中。

    傳統(tǒng)fMRI采用任務(wù)或刺激模式來(lái)研究大腦的功能,但卻無(wú)法應(yīng)用于不能配合及參加任務(wù)的人群,比如癲病人。靜息態(tài)fMRI(resting state fMRI,rs-fMRI)是指在受檢者靜息狀態(tài)下,即沒(méi)有任何任務(wù)的情況下,采集大腦自發(fā)產(chǎn)生的BOLD信號(hào)進(jìn)行研究,應(yīng)用人群及范圍較任務(wù)態(tài)fMRI更廣。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究證明發(fā)作間期的樣放電,即間期樣放電(interictal epiletiform discharges,IEDs)可等同于任務(wù)或刺激所產(chǎn)生的BOLD效應(yīng),所以rsfMRI能夠很好地用于TLE研究。

    大腦在靜息態(tài)下的活動(dòng)復(fù)雜豐富,因此靜息態(tài)下腦功能數(shù)據(jù)的分析很關(guān)鍵,其中常見(jiàn)的數(shù)據(jù)分析類(lèi)型包括基于種子點(diǎn)的功能連接、獨(dú)立成分分析、局部一致性、低頻振幅及低頻振幅分?jǐn)?shù)等。以上數(shù)據(jù)分析類(lèi)型普遍應(yīng)用于TLE的研究之中,為揭示TLE認(rèn)知病理生理學(xué)機(jī)制、術(shù)前癲灶的定側(cè)、定位及功能區(qū)定位提供了更多信息。

    2.1認(rèn)知病理生理學(xué)機(jī)制研究越來(lái)越多的證據(jù)支持TLE是一種腦網(wǎng)絡(luò)異常疾病[14],并且以默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)的改變最為顯著。癲異常放電可以引起DMN連接的中斷[15],是癲病人意識(shí)喪失及記憶、情感等認(rèn)知能力障礙的神經(jīng)病理生理基礎(chǔ)。Campo等[16]研究發(fā)現(xiàn)mTLE病人存在雙側(cè)顳葉外網(wǎng)絡(luò)功能連接異常,并認(rèn)為其與病人情景記憶障礙有關(guān)。黃等[17]對(duì)左側(cè)TLE病人言語(yǔ)工作記憶功能連接的rs-fMRI研究發(fā)現(xiàn),TLE病人雙側(cè)前額葉、頂葉、小腦后葉等腦區(qū)功能連接強(qiáng)度減低。Pittau等[18]發(fā)現(xiàn)mTLE病人患側(cè)杏仁核、海馬以及腦DMN的連接強(qiáng)度降低,反映了TLE病人精神、認(rèn)知等高級(jí)腦功能缺陷的神經(jīng)機(jī)制。

    3 DTI在顳葉癲的研究

    DTI技術(shù)是在DWI基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的,并在近幾年得到迅速發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)。成像原理是利用水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)存在各向異性來(lái)反映活體組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)和功能改變,常用參數(shù)為平均擴(kuò)散率(mean diffusivity,MD)和部分各向異性(fractional anisotropy,F(xiàn)A),其中MD用來(lái)反映水分子擴(kuò)散能力,F(xiàn)A值用來(lái)描述水分子各向異性的程度,從而揭示腦白質(zhì)纖維束的微觀(guān)病理變化。

    3.3認(rèn)知功能損害的DTI研究TLE病人的認(rèn)知功能障礙越來(lái)越受到關(guān)注,其中包括視、聽(tīng)等低級(jí)認(rèn)知功能障礙和記憶、注意力、語(yǔ)言等高級(jí)認(rèn)知功能的損傷?;A(chǔ)研究表明,海馬與鄰近的皮質(zhì)灰質(zhì)、杏仁體及屏狀核等存在雙向纖維聯(lián)系束,共同參與情感、信息儲(chǔ)存、學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)。DTI白質(zhì)纖維束示蹤技術(shù)能夠立體直觀(guān)地展示神經(jīng)纖維束的走向及完整性,有利于觀(guān)察致灶與周?chē)M織之間神經(jīng)束的聯(lián)系,有利于術(shù)前評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)DTI能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)術(shù)后視輻射損傷的范圍及視野缺損的嚴(yán)重程度[32]。神經(jīng)病理學(xué)證實(shí),鉤突是連接顳葉前部和額葉的主要白質(zhì)纖維束,Diehl等[33]對(duì)單側(cè)mTLE病人(18例左側(cè)mTLE,10例右側(cè)mTLE)的DTI研究發(fā)現(xiàn),單側(cè)mTLE病人的患側(cè)鉤突ADC值均增加,F(xiàn)A值均顯著減小,左側(cè)TLE病人患側(cè)鉤突的ADC值與直接聽(tīng)覺(jué)和延遲記憶呈負(fù)相關(guān),右側(cè)TLE病人的視覺(jué)延遲記憶與患側(cè)鉤突的FA值減小和ADC增加呈正相關(guān)。Diao等[34]研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)TLE病人患側(cè)鉤突的FA值顯著低于對(duì)照組,并與TLE病人的執(zhí)行能力障礙有關(guān)。因此,術(shù)前DTI檢查對(duì)于術(shù)中需要避開(kāi)的重要結(jié)構(gòu)具有很好的提示作用,并能預(yù)測(cè)術(shù)后可能出現(xiàn)的認(rèn)知功能障礙。

    擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)是在DTI技術(shù)基礎(chǔ)上延伸而來(lái)的擴(kuò)散成像技術(shù),對(duì)水分子的非高斯擴(kuò)散改變很敏感,可以獲取更多組織結(jié)構(gòu)微觀(guān)信息。研究發(fā)現(xiàn)DKI能顯示DTI無(wú)法檢測(cè)到的腦白質(zhì)及灰質(zhì)的異常腦區(qū)[35],是一種對(duì)TLE病人腦組織微觀(guān)結(jié)構(gòu)改變非常敏感的成像技術(shù),將DKI應(yīng)用于TLE研究中將是未來(lái)研究的一個(gè)方向。

    4 PWI在顳葉癲的研究

    PWI可以提供組織中微觀(guān)血流灌注情況及動(dòng)力學(xué)方面的信息。主要包括需要外源注射對(duì)比劑的動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比增強(qiáng)灌注加權(quán)成像(dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion weighted imaging,DSC-PWI)、動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling,ASL)成像技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)SPECT、PET、CT灌注成像及DSC-PWI,ASL作為一種無(wú)需對(duì)比劑、無(wú)創(chuàng)的定量MR灌注成像技術(shù),選用磁標(biāo)記的動(dòng)脈血作為內(nèi)源性示蹤劑,在興趣區(qū)的血液上游層面對(duì)流入血液進(jìn)行標(biāo)記,待標(biāo)記血流進(jìn)入成像平面后采集圖像,將標(biāo)記前后興趣區(qū)影像相減,即可獲得興趣區(qū)血流灌注影像,具有無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)便、可重復(fù)性好、適用人群廣等優(yōu)點(diǎn)?;谝陨蟽?yōu)點(diǎn),ASL廣泛應(yīng)用于腦血管疾病、阿爾茨海默病及癲等疾病的研究中。

    Guo等[36]對(duì)TLE病人發(fā)作間期的ASL成像研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)側(cè)顳葉存在不對(duì)稱(chēng)性灌注異常,這得到了許多研究的驗(yàn)證[37-39],且與PET與EEG源成像的結(jié)果相一致,反映了TLE病人患側(cè)顳葉受損的灌注改變。對(duì)這一發(fā)現(xiàn)的解釋是顳葉致灶長(zhǎng)期反復(fù)的異常放電,導(dǎo)致皮質(zhì)萎縮、神經(jīng)元減少及功能障礙,進(jìn)而引起相應(yīng)區(qū)域的低灌注狀態(tài),也有研究認(rèn)為發(fā)作間期的低灌注可能與IEDs有關(guān),對(duì)于其發(fā)生機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

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    [40]孫祎繁,陳自謙,鹿麗,等.動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)對(duì)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇發(fā)作間期血流灌注改變的應(yīng)用研究[J].功能與分子醫(yī)學(xué)影像學(xué),2014,3:446-449.

    (收稿2015-05-15)

    Progress of functional magnetic resonance imaging in temporal lobe epilepsy

    LIU Lan,XU Liang,LIU Jun.1 School of Medicine,Nankai University,Tianjin 300071,China;2 Imaging Centre,Tianjin People's Hospital

    Temporal lobe epilepsy(TLE)is the most common type of intractable epilepsy.Clinically,for epilepsy which is difficult to control with drugs,surgical removal of the epileptogenic foci has a good therapeutic effect.With the rapid development of MRI technology,the advantages of functional magnetic resonance(fMRI)in epilepsy research are becoming more and more notable.fMRI is superior to conventional MRI on the epileptogenic foci lateralization and localization,thus having better clinical value.The research in brain networks and cognitive function of TLE with fMRI has made significant breakthrough on some aspects such as etiology,physiopathologic mechanism,treatment and prognosis of TLE.

    Temporal lobe epilepsy;Functional magnetic resonance imaging;Magnetic resonance spectroscopy;Bloodoxygen level-dependent;Diffusion tensor imaging;Arterial spin labeling Int J Med Radiol,2016,39(1):13-17;22

    10.3874/j.issn.1674-1897.2016.01.Z3622

    1南開(kāi)大學(xué)醫(yī)學(xué)院,天津 300071;2天津市人民醫(yī)院影像科

    劉筠,E-mail:cjr.liujun@vip.163.com

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