1H-MRS在顳葉癲癇中的應用進展

曾文兵，楊染，高才良，秦媛，汪明全

癲癇(epilepsy)是神經系統中的常見病、多發病。顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)是臨床中最常見的癲癇類型，其中約70%～80%的患者與海馬硬化有關，手術切除致癇灶具有良好的效果[1]，但手術成功的關鍵是術前對致癇灶的準確定位，進而行完整的切除。所以術前的準確定位十分重要。MR波譜(MRS)是一種能夠研究活體組織器官能量代謝、生化改變和特定化合物定量分析的非侵襲性的MR功能成像的檢查技術，成為近年來應用于癲癇研究的新方法。

1 顳葉癲癇

癲癇是多種原因導致的腦部神經元異常過度放電的臨床綜合征，常伴有局部代謝、結構、受體及血流等病理生理改變，其臨床表現具有發作性、短暫性、重復性和刻板性的特點。癲癇本身病理生理機制復雜、臨床表現多樣[2]。癲癇的頻繁、持續發作可引起腦內各種酶、神經遞質、氨基酸等化學物質迅速變化，導致海馬結構變性、硬化。反過來海馬硬化時，神經纖維重組形成興奮環路又進一步加重癲癇的發作，兩者相互促進，互為因果[3]。其導致的超微結構變化主要有：神經細胞的水腫、變性和壞死等；膠質細胞的反應性增生；有髓神經纖維軸突的變性，髓鞘結構的板層顯示不清，部分髓鞘碎裂；無髓纖維的纖維樣結構增多。國內流行病學調查顯示其發病率為5‰，全國約有600～700萬患者，癲癇發病的2個高峰年齡段是青少年及老年。

TLE發病率約占人群的0.5%～1.0%[4]，且是最常見的難治性癲癇類型。主要病理基礎是神經元丟失和膠質增生所致的內側海馬硬化。海馬硬化(hippocampal sclerosis，HS)最早由Falconer等[5]提出，其病理特征主要是安蒙角CA1、CA3區和齒狀回顆粒細胞層神經元丟失和膠質細胞增生，其中CA1區最敏感，而CA2區一般不受累。在MRI上表現為海馬萎縮和信號的改變[6-8]。

2 MRS的成像原理

當前，波譜成像等新技術在癲癇中已廣泛研究并用于臨床[9]。MRS是一種非侵襲性的MR功能成像技術，是在常規的形態成像基礎上，提供檢測組織的代謝信息。MRS與MRI的基本原理大致相同，都遵循Larmor定律，即采集所測組織內不同代謝產物在不同化學環境中產生的輕微偏移信息，并通過增益放大后經傅立葉變換將其轉換為MRS波譜。MRS譜線的橫軸表示化學位移，即頻率，某種特定的化合物在MRS譜線上表現為一個或幾個特定的頻率峰，故根據不同化合物在MRS譜線上峰的位置不同，就可以區分出不同的化合物。在所測組織內不同代謝產物的化學位移大小用每百萬單位(ppm)表示。縱坐標即表示代謝物的信號強度，信號峰值由MR頻率峰高和半高寬度決定[10-11]，與該化合物的濃度呈正比。不同化合物的化學位移位置不同，產生的信號強度峰也不同，因而MRS可對特定化合物進行系列的分析。任何有適當自旋數目的原子核都可以產生自己的MRS。如1H不但具有較高的磁敏感性，且相對于其他原子核，氫質子在人體中含量豐富，所以臨床上最常應用的是1H波譜[12]。

另外，MRS成像技術可選擇單體素(single voxel，SV)技術、多體素(multi voxel，MV)技術或雜合技術(hybrid techniques)[13]。SV技術最早應用于科研與臨床的技術之一，所得數據相對可靠、檢查時間較短，已廣泛應用于多種腫瘤的研究，如腦腫瘤、乳腺腫瘤、前列腺腫瘤等。與MV相比，由于每次測量的興趣區體素較小，興趣區體素內成分相對較單一，故勻場相對容易，信噪比也較高，掃描往往較容易。但是SV技術的解剖范圍覆蓋太小，即采集一次只能分析一個區域，對體素位置的選取要求亦較高，因此目前應用趨于減少。MV技術又稱化學位移成像(chemical shift imaging，CSI)，可行二維單層面成像或三維多層面成像。CSI可以同時獲取人體組織內多個體素的代謝信息，同時顯示病變組織及其對周圍結構的侵犯情況。對于對稱性的組織(如腦)可與對側正常組織對照分析，同時可以將不同代謝物的分布情況通過后處理成偽彩圖顯示在參照MR圖像上，因此較SV技術提供更多、更直觀的代謝信息，對分析和診斷更為有利，具有更大的臨床應用價值。而雜合技術的運用可以預防皮下脂肪信號的干擾。

3 1H-MRS譜線上與癲癇生化改變密切相關的幾種主要物質

1H-MRS可以無創地測定活體局部腦組織在神經生物學上起重要作用的幾種代謝物濃度，其中與癲癇生化改變密切相關的物質主要有N-乙酰天冬氨酸(N-aceyd aspartate，NAA)、肌酸類(creatine，Cr)和膽堿類化合物(choline，Cho)。

NAA由線粒體生成，幾乎完全存在于神經元胞體和突觸內，是神經元活性及密度的標志，是1H-MRS的譜線中最主要的波峰，位于2.0 ppm中，含量變化能夠代表神經元的數量和功能狀態，其濃度降低表明神經元細胞的機能受損或丟失[14]。Doelken等[15]應用1H-MRS對TLE進行的定量NAA研究表明，無論MRI普通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。Cr屬于肌酸/磷酸肌酸類，其波峰位于3.0 ppm處，是能量代謝中高能磷酸鍵的緩沖儲備物之一，其改變反映能量代謝狀態的變化。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，其波峰位于3.2 ppm處，其改變反映細胞膜狀態的改變。Cho和Cr在神經元和神經膠質細胞內均被發現，而在星形和少突膠質細胞內Cho和Cr含量明顯高于神經元。故Cho和Cr的升高可作為提示神經膠質細胞增生的重要指標。由于實際操作中Cr和Cho的峰值相鄰很近，時常無法完全分開，故臨床上常用NAA/ (Cr + Cho) 代表膠質增生的程度。

1H-MRS還可利用短回波時間序列檢測到一些其他潛在的重要神經化學物質，如γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)、谷氨酸(glutamic acid，Glu)/谷氨酰胺(glutamine，Gln)及重要的神經調節物質乳酸(lactic acid，Lac)等，這些測量物質的含量同癲癇的活動也有密切的關系，有助于理解癲癇的活動特點。GABA的C4亞甲基波峰位于3.0 ppm，是中樞神經系統中最重要的抑制性神經介質。有報道提示顳葉癲癇中細胞外氨基丁酸(ecGABA) 增高同NAA/Cr值的下降相關，且ecGABA量的增多、NAA/Cr值的下降同膠質增生程度相關[16]。Glu的波峰位于2.2～2.4 ppm，是大腦皮質層內最重要的興奮性神經遞質，可以轉變為GABA和Gln。谷氨酸類神經遞質是癲癇性腦損害得觸發因子。研究顯示，在存在異常的海馬區，由于谷氨酸-谷氨酞胺循環中谷氨酸清除減慢，導致細胞外的谷氨酸水平升高[17]。Lac的波峰位于1.33 ppm，來源于乳酸的甲基，正常生理狀態下不能顯示，但是在癲癇發作時氧化磷酸化過程不能滿足能量的消耗，從而發生無氧代謝，使得乳酸堆積而出現波峰。即表明Lac的升高并不是癲癇本身的疾病改變，而是癲癇發作產生的。

4 1H-MRS在顳葉癲癇診斷中的應用進展

TLE是臨床中最常見的癲癇類型，手術切除致癇灶具有良好的效果，但關鍵是術前對致癇灶的準確定位，進而行完整的切除。在對致癇灶的精確定位方面，1H-MRS顯示出了其超凡的優勢。

但是關于TLE的定位診斷標準，各家說法不一。代謝物的信號強度如前所述由磁共振頻率峰高和半高寬度決定，與該化合物的濃度呈正比。目前的研究主要集中在NAA、Cr、Cho上。國外已有應用MRS進行化合物絕對值定量研究的報道[18]，但測量過程復雜、費時，在臨床工作中難以具體實施。當然亦可以在經過相應軟件處理后，做到定量研究。典型的異常由NAA減少、Cho，Cr的增加組成。但是由于應用于臨床中的機器型號及磁場高低等因素的影響，使得僅僅利用NAA、Cr、Cho的量來作為判斷異常的標準，重復性較差，敏感性及特異性相差較大，而且實際操作中Cr和Cho的峰值相鄰很近，時常無法完全分開，給測量Cr和Cho的值帶來了困難。所以目前人們一般用代謝物的信號強度比值來對比研究，如NAA/Cr、NAA/(Cr+Cho)等。由于實際操作中Cr和Cho的峰值相鄰很近，時常無法完全分開，故臨床上常測量Cr峰和Cho峰的共同峰下面積，進而用其與其他物質的峰下面積的比值進行對比研究，如NAA/(Cr+Cho )比值就具有重復性好、反映代謝異常較敏感的特點[19-20]。Ng等[21]以NAA/Cho<1.13作為判斷異常的標準，敏感度和特異度分別為90%和85%。Hugg等[22]以Cr/ NAA>1.0為異常標準也達到很高敏感性。NAA/(Cr+Cho )、NAA/Cho、NAA/Cr、Cr/Cho等不同比值在顳葉癲癇定位中的準確率是不一樣的。近來Obata等[23]發現，NAA/(Cr+Cho)比值降低是反映神經元改變的理想指標。王志群等[24]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。有研究報道，部分性癲癇中顳葉癲癇及額葉癲癇的癇性發作區與NAA/(Cr+Cho )比值降低具有一致性[25]，提示顳葉癲癇的符合率(90%)較額葉癲癇(57%)明顯增高，從而揭示了1H-MRS在TLE定位診斷應用中的地位。因此，NAA/(Cr+Cho )比值被認為是評價顳葉癲癇病理改變的一個重要敏感指標。目前國內外多數文獻采用NAA/(Cr+Cho )的比值作為顳葉癲癇的診斷標準。但因測量方法各不相同，測量數值也存在差異。文獻報道，NAA/(Cr+Cho )＜0.68或雙側差別＞7%作為異常的標準，其敏感性達75～88%，特異性達100%[18，26]。Willmann等[27]的研究表明，正常NAA/(Cr+Cho)的最低值是0.72，低于此值的0.05為異常，提示海馬硬化，目前已得到公認。1H-MRS在TLE致癇灶定位中的應用價值也得到肯定[28]。

然而，Starck等[29]認為，雖然用1H-MRS方法檢測患者海馬區NAA的濃度及NAA/(Cr+Cho )的比值對HS的診斷非常有幫助，但對檢測方法及測得結果的可靠性提出了質疑，因為部分容積效應的影響會不會導致結果的不穩定，他們對在這方面進行了研究，發現檢測到的內側顳葉的代謝物濃度是海馬與鄰近組織含量的平均值，所以建議要想對海馬本身進行評估，就得縮小檢測時的體素范圍，達1 cm3之下，并需要亞厘米級的層厚。

5 小結

1H-MRS作為是目前惟一可以用來在活體檢測細胞代謝水平、組織器官能量代謝、生化改變以及化合物定量分析的一種非侵襲技術[30]，對于癲癇在早期診斷、定側定位診斷、對抗癲癇藥物監測及術后評估等方面均顯示出重要的作用。但是引起顳葉癲癇的病因多且復雜，以及MRS自身技術及其在癲癇診斷的應用中還存在多因素限制，故目前其還沒有達到癲癇灶精確定位的目的。所以還值得進一步研究和發展。相信隨著1H-MRS研究的深入及推廣應用，必將給顳葉癲癇的病因研究、臨床診斷及治療帶來更為深遠的影響及效益。

[References]

[1]So EL.Role of neuroimaging in the management of seizure disorders.Mayo Clin Proc, 2002, 77(11): 1251-1264.

[2]Lu GM, Zhang ZQ.Strengthening functional MRI research on epilepsy.Chin J Magn Reson Imaging, 2013, 4(1): 1-2.盧光明, 張志強.加強癲癇功能MRI 研究.磁共振成像, 2013, 4(1):1-2.

[3]Qi J, Du XK, Luan GM, et al.Studies on hippocampal sclerosis by1H MRS and MRI.Chin J Radiol, 2000, 34(8): 511-514.齊靜, 杜湘珂, 欒國明, 等.海馬硬化MR質子波譜分析與MRI的對比研究.中華放射學雜志, 2000, 34(8): 511-514.

[4]Tang Y, Liu Y.The value of clinical application and research of MRS in temporal lobe epilepsy.Chin J Magn Reson Imaging, 2012, 3(3):228-230.湯易, 劉影.MR波譜在顳葉癲癇中的臨床應用與研究價值.磁共振成像, 2012, 3(3): 228-230.

[5]Falconer MA, Serafetinides EA, NicholasCorsellis JA.Etiology and pathogenesis of temporal lobe epilepsy.Arch Neuro, 1964, 10:233-248.

[6]He HJ, Shen TZ, Chen XR, et al.MRI segmentation in the diagnosis and clinical correlations of temporal lobe epilepsy.Chin J Radiol,2004, 38(12): 1285-1289.何慧瑾, 沈天真, 陳星榮, 等.MRI海馬結構體積分割分析對顳葉癲癇的診斷價值及臨床相關性研究.中華放射學雜志, 2004, 38(12):1285-1289.

[7]O'Muircheartaigh J, Richardson MP.Epilepsy and the frontal lobes.Cortex, 2012, 48(2): 144-55.

[8]Ruggieri PM, Najm IM.MR imaging in epilepsy.Neurol Clin, 2001,19(2): 477-489.

[9]Xiao X, Wu YK.Application progresses of new magnetic resonance imagingtechniques in epilepsy.Chin J Magn Reson Imaging, 2013,4(1): 64-70.肖翔, 吳元魁.MRI 新技術在癲癇中的應用進展.磁共振成像,2013, 4(1): 64-70.

[10]De Luis DA, Aller R, Izaola O, et al.Infl uence of insulin resistance in obese patients on elevated serum alanine aminotransferase.Eur Rev Med Pharmacol Sci, 2007, 11(1): 21-25.

[11]Bloomgarden ZT.Second world congress on the insulin resistance syndrome: insulin resistance syndrome and nonalcoholic fatty liver disease.Diabetes Care, 2005, 28(6): 1518-1523.

[12]Daniclsen ER, Ross B.Magnetic resonance spectroscopy diagnosis of neurological diseasese.New York: Marcel Dekker, 1999: 1-43.

[13]Gao CL, Dong GL, Zeng NL.Progress of magnetic resonance spectroscopy in chronic renal failure patients with vertebral bone change.Inter J Med Radiol, 2013, 36(2): 136-139.高才良, 董國禮, 曾南林.慢性腎衰竭病人椎體骨質變化的MRS研究進展.國際醫學放射學雜志, 2013, 36(2): 136-139.

[14]Soares DP, Law M.Magnetic resonance spectroscopy of the brain:review of metabolites and clinical applications.Clin Radiol, 2009,64(1): 12-21.

[15]Doelken MT, Stefan H, Pauli E, et al.1H-MRS profi le in MRI positiveversus MRI negative patients with temporal lobe epilepsy.Seizure,2008, 17(6): 490-497.

[16]Pan JW, Cavus I, Kim J, et al.Hippocampal extracellular GABA correlates with metabolism in human epilepsy.Metab Brain Dis, 2008,23(4): 457-468.

[17]Petroff OA, Pleban LA, Spencer DD.Symbiosis between in vivo and in vitro NMR spectroscopy: the creatine, N-acetylaspartate, glutamate and GABA content of the epileptic human brain.Magn Reson Imaging, 1995, 13(8): 1197-1211.

[18]Ende GR, Laxer KD, Knowlton RC, et al.Temporal lobe epilepsy:bilateral hippocampal changes revealed at proton MR spectroscopic imaging.Radiology, 1997, 202(3): 809-817.

[19]Maton B, Londono A, Sawrie S, et al.Reproducibility of proton magnetic resonance spectroscopy imaging measurements of normal human hippocampus at 1.5 T: clinical implications.J Neruoimaging,2001, 11(2): 194-201.

[20]Hsu YY, Chen MC, Lim KE, et al.Reproducibility of hippocampal single-voxel proton MR spectroscopy and chemical shift imaging.AJR Am J Roentgenol, 2001, 176(2): 529-536.

[21]Ng TC, Comair YG, Xue M, et al.Temporal lobe epilepsy: presurgical localization with proton chemical shift imaging.Radiology, 1994,193(2): 465-472.

[22]Hugg JW, Kuzniecky RI, Gilliam FG, et al.Normalization of contralateral metabolicfunction following temporal lobectomy demonstrated by1H magnetic resonance spectroscopic imaging.Ann Neurol, 1996, 40(2): 236-239.

[23]Obata T, Someya Y, Suhara T, et al.Neural damage due to temporal lobe epilepsy: dual-nuclei (proton and phosphorus) magnetic resopnance spectroscopy study.Psychiatary Clin Neurosci, 2004,58(1): 48-53.

[24]Wang ZQ, Li KC, Wang L, et al.Evaluation of proton magnetic resonance spectroscopy for localization of temporal lobe epilepsy.Radiologic Pract, 2007, 22(4): 371-375.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(4): 371-375.

[25]Kikuchi S, Kubota F, Akata T, et al.A study of the relationship between the seizure focus and1H-MRS in temporal lobe epilepsy and frontal lobe epilepsy.Psychiatry Clin Neurosci, 2000, 54(4): 455-459.

[26]Cross JH, Connelly A, Jackson GD, et al.Proton magneti resonance spectroscopy in children with temporal lobe epilepsy.Ann Neurol,1996, 39(1): 107-113.

[27]Willmann O, Wennberg R, May T, et al.The role of1H magnetic resonance spectroscopy in pre-operative evaluation for epilepsy surgery: a meta analysis.Epilepsy Res, 2006, 71(2-3): 149-158.

[28]Riederer F, Bittsansky M, Schmidt C, et a1.1H-magnetic resonance spectroscopy at 3 T in cryptogenic and mesial temporal lobe epilepsy.NMR Biomed, 2006, 19(5): 544-553.

[29]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(3): 351-359.

[30]Hajek M, Krsek P, Dezortova M, et al.1H MR Spectroscopy in histopathological subgroups of mesialtemporal lobe epilepsy.Eur Radiol, 2009, 19(2): 400-408.