磁共振波譜與彌散張量成像在顳葉癲癇診斷中的應用

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系統綜合征，在藥物難治性癲癇中，約有70% ～80%是顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)，臨床上因其發病率高、手術治療效果好已成為近年來醫學研究的重點，其中致癇灶的影像學定側與定位更是研究的熱點之一。海馬在TLE的發生、發展和傳導中起重要作用。常規MRI通過觀察海馬形態、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，腦功能的無創性評價在癲癇術前評價及隨訪觀察中發揮著越來越重要的作用。氫質子磁共振波譜成像(1H-magnetic resonance spectroscopy，1H-MRS)、彌 散 加 權 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。

1 MRS在顳葉癲癇中的應用

MRS是惟一一種能夠非侵入性測定活體組織內化學物質或代謝產物的影像檢查方法，使影像學研究達到了分子水平。1H-MRS在癲癇中的應用主要集中在病因分析、了解癲癇的病理生理變化、術前定側定位病灶、評價抗癲癇藥療效及手術效果及預后的評價等方面。

1.1 MRS成像原理 MRS是利用不同電化學環境下原子核的共振頻率發生偏移(化學移位)，經過傅立葉變換后，形成按頻率-信號強度分布的譜線，通過某些物質在特定的頻率產生的信號強度來判斷該物質的濃度。目前主要采用1H-MRS來檢測腦內化合物的濃度。MRS對發現癲癇患者的代謝產物異常是敏感的，其中與癲癇病灶生化改變密切相關的物質是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在癲癇診斷中的應用 1H-MRS的譜線中，NAA為最主要波峰，它廣泛存在于神經元和軸突的線粒體內，是神經元活性及密度的標志，其濃度降低表明神經細胞的損傷或喪失［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，是細胞膜的成分之一，其改變反映膠質細胞數量的改變。

Doelken等［2］應用1H-MRS對TLE進行的定量 NAA研究表明，無論普通MRI表現為陽性還是陰性，其致癇灶同側海馬NAA均較正常對照組顯著降低。而多數文獻采用相對值，即NAA/(Cr+Cho)的比值作為顳葉癲癇定位診斷標準，王志群等［3］對一組經病理證實的HS患者進行的1H-MRS研究表明，患側海馬NAA/(Cr+Cho)值低于正常對照組，反映了神經元丟失和膠質增生的共同結果。

Starck等［4］認為，用MRS方法檢測患者海馬區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果的可靠性提出質疑，在海馬頭體尾部的不同區域或周圍組織部分容積影響會不會導致結果的不穩定，他們選擇一組12名健康志愿者在這方面進行了研究，最后認為MRS方法所檢測到的內側顳葉的代謝產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HS的發作間期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整，以平行于海馬長軸的長方體ROI掃描，并合理施加預飽和帶，可最大限度包全海馬結構、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。研究結果顯示，TLE患者患側海馬NAA/(Cr+Cho)值低于對側海馬及對照組，而患側海馬的Cho/Cr值與對側及對照組間未見顯著性差異;發作間期海馬ADC值高于對側海馬及對照組;患側海馬NAA/(Cr+Cho)和ADC值之間存在相關性，各組海馬Cho/Cr與ADC值之間未顯示顯著的相關性;患側海馬NAA/(Cr+Cho)和病程之間存在相關性，ADC值和病程之間存在顯著性相關。

2 DTI在顳葉癲癇中的應用

DTI技術是近年來MRI研究的一項重大技術新進展，是目前唯一可以無創地清晰顯示人腦內部白質纖維結構的成像技術［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，這種現象被稱為各向同性;而在生物體組織結構中，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，此時則表現為單位體積內不同方向上分子擴散程度的總和各不相同，這種現象被稱為各向異性。在腦白質中，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，所以水分子在神經纖維束內的彌散是高度各向異性的?，F在，DTI可利用標定人腦組織中的水分子的擴散狀態來研究其中的組織分布，以及研究纖維的走向和分叉等細節情況，并最終評價大腦白質結構的完整性、病理改變及組織結構和功能間的關系，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(apparent diffusion coefficient，ADC)來表示。DTI則是在DWI基礎上，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彌散各向異性的張量圖像。DTI通過對每一個體素構造一個彌散張量，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常用參數有平均彌散系數(average diffusion coefficient，Dav)、平均彌散率(mean diffusivity，MD)、部分各向異性(fractional anisotropy，FA)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，數值在0～1范圍之間，當擴散各向異性最強時，FA值接近于1，而擴散各向異性最低時，FA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值在病理情況下的變化可以了解組織病變的病理生理學信息。

2.2 DTI在癲癇診斷中的應用 體外實驗證明，細胞外間隙擴大和細胞膜通透性增加都能引起ADC值升高。癲癇持續狀態時腦細胞代謝率和大腦血流增加，以維持正常細胞能量水平，而離子通透性增加導致一定程度的細胞毒性水腫，細胞外間隙減小，ADC值急劇下降。隨著發作停止以及導致彌散受限的一過性因素的終止，ADC值可恢復正常。如果出現不可復性組織損傷，彌散持續增加，超過正常水平，將出現致癇組織神經元變性、神經膠質增生等組織病理學變化［7］。

海馬硬化的病理改變即是神經元喪失和膠質細胞增生，相應細胞外間隙擴張，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。在發作期及發作后短時間內，腦組織局部代謝增強，氧耗增加，引起腦細胞相對缺氧、神經元腫脹和細胞毒性水腫，導致MD值下降。MD值減低持續時間與癲癇發作嚴重程度相關，一般來說，如果發作持續時間短，則MD值減低可不明顯而不能被觀察到。Briellmann等［8］研究表明，癲癇發作后24 h內是研究MD值急性異常變化的最佳時期。在大部分短暫發作患者，隨著發作的結束，彌散的異常即可消失。而另一部分患者的海馬區，MD值持續增加超過正常值，則提示出現了神經元萎縮、丟失、神經膠質增生等局灶性永久性損傷。發作前、后FA值未出現顯著性的變化，提示癲癇發作期所引起的異常彌散的微觀結構改變未引起白質纖維完整性及連續性的明顯異常改變［9］。在發作間期，患側海馬MD值顯著高于對側海馬和正常對照組，而患側海馬FA值低于對側海馬和正常對照組，其原因主要為發作間期海馬結構細胞外間隙擴大，神經元密集度減低，樹突減少，細胞結構丟失。有學者研究提出MD值升高可作為TLE術前定側診斷的依據之一，而FA值降低為非特異性，并不穩定。

Arfanakis等［10］通過與正常對照組的對比研究中發現，局灶性TLE患者組的多個白質結構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，所選的這些白質結構并不單純局限在顳葉。而對所選結構進行MD值比較后發現兩者差異無統計學意義。Gross等［11］研究表明DTI能發現常規MRI難以明確的TLE白質改變。而且這些白質改變并不僅局限于顳葉結構，顳葉外白質結構均可發生異常，并常呈雙側分布，這些白質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、丘腦等邊緣系統的多個結構也發生了形態學改變，并且某些結構的改變具有特異性。

張泉等［12］對臨床確診的42例發作間期TLE患者和32名健康志愿者行常規MRI和DTI檢查，定量測量胼胝體膝部、體部、壓部、內囊前肢、后肢及外囊的平均想彌散系數(DCavg)和FA值并進行統計學分析。結果發現TLE患者胼胝體壓部、內囊后肢及外囊的DCavg值顯著高于正常人(P＜0.01)，胼胝體膝部、壓部、內囊前肢及外囊的FA值顯著低于正常人，TLE患者內囊后肢DCavg值與病程長短呈正相關。由此得出結論，TLE患者的顳葉以外白質確實存在隱匿性損傷，且內囊后肢的損傷程度與病程長短有關。

白卓杰等［13］基于體素分析的擴散張量成像在內側顳葉癲癇中的應用中發現，與正常人相比，患者ADC增高區表現在患側內外顳葉、部分額葉、頂葉和腦干結構，以及患側丘腦等部位;其中大部分腦區同時也表現為FA值的降低，少部分腦區僅表現為FA值減低。在比較ADC及FA值兩種結果后，發現前者在癲癇病灶定側方面具有更好的效果。

總之，1H-MRS通過測定神經細胞的代謝變化，可在常規MRI顯示結構和信號異常之前發現海馬異常，從而可早期發揮對TLE的無創性輔助定側診斷作用。海馬MRS在臨床應用中也存在一些不足，如定位較復雜，易受患者頭部運動及海馬周圍結構如腦脊液、血管、顱骨等的影響導致代謝產物定量不準確等因素，在一定程度上影響了1H-MRS技術對海馬觀察的臨床應用。DTI是一種基于表觀擴散系數的多方向擴散各向異性分析方法，是一種敏感的影像技術，可用于TLE定側及癲癇腦網絡結構的研究，有助于對TLE病理生理機制理解，并具有潛在的臨床應用價值。

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.放射學實踐，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和語言fMRI的初步研究.第四軍醫大學學位論文，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，張云亭，馮凱琳，等.顳葉癲癇患者的顳葉以外白質MR擴散張量成像研究.臨床放射學雜志，2009，28:8-11.

13 白卓杰，張志強，盧光明，等.基于體素分析的擴散張量成像在內側顳葉癲癇中的應用.臨床放射學雜志，2009，28:924-928.

R 742.1

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1002-7386(2011)09-1391-03

10．3969/j．issn．1002-7386．2011．09．066

050051 石家莊市，河北省人民醫院影像科

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2010-12-06)

·綜述與講座·