何明遠 劉鵬飛
癲癇(epilepsy)是腦神經細胞異常發放電沖動,導致突發驚厥、震顫以及一過性意識喪失等為主要表現的一種疾病。癲癇病中有一大類是顳葉癲癇,其中以內側顳葉癲癇為主,而引起內側顳葉癲癇最常見的病因就是海馬硬化。據報道,在難治性癲癇中,大約70%存在海馬硬化。所謂的難治性癲癇,也被稱為頑固性癲癇,即在確診癲癇后無論是使用單藥治療或者多藥配伍,持續2 ~3 年癲癇仍無法控制。本文簡要介紹了人體海馬的解剖、組織學特點以及海馬硬化的病理改變,著重闡述了多種磁共振方法對顳葉癲癇海馬硬化的診斷價值。
海馬(hippocampus)由于其形態相似于海洋生物中的海馬故而得名,為內側顳葉的一部分。海馬結構(hippocampal formation,HF)包括海馬、齒狀回、下托和海馬旁回等。海馬位于側腦室下角,靠近基底部,可分為CA1、CA2、CA3、CA4 4 個區域,呈C 形。齒狀回(dentate gyrus)是一個狹長的皮質,僅內側面沒有被海馬包圍,其3 層結構共同開口于門區(hilar 區)。下托(subiculum)位于海馬和海馬旁回之間,由3 層向6 層皮質移行,共包括旁下托、前下托、下托和下托尖4 個部分。海馬旁回與旁下托相互延續。
海馬的組織結構主要包括傳入纖維與傳出纖維兩個部分,是大腦結構的邊緣系統。海馬的傳入纖維主要包括來自內嗅皮質的纖維穿行通道和起源于隔核的隔核——海馬通路。前者所轉導的神經沖動大多終止于CA1 區腔隙分子層和齒狀回的分子層,后者主要投射到海馬齒狀回和CA3、CA4 區。海馬的主要傳出纖維是穹窿,其纖維結構可在扣帶回、隔核、視前區、乳頭體等處終止。此外,海馬結構與皮質及皮質下中樞纖維聯系也較為緊密[1]。
海馬硬化(hippocampus sclerosis,HS)這個概念是1964 年Falconer 等[2]最先提出的。海馬硬化是由于海馬萎縮導致的,其組織病理學特點是神經元缺失和膠質增生。經典的HS 神經元損失最嚴重的區域是在CA1 區和hilar 區(包括CA4),并伴有膠質增生。嚴重的HS 幾乎海馬的所有亞區神經元都完全喪失,甚至也可能有齒狀顆粒細胞層的分散。HS 可分為終板硬化型(end folium sclerosis)、經典型(classical hippocampal sclerosis)以及全海馬硬化型(total Ammon's horn sclerosis)共3 種類型,其中第一種病變最輕,最后一種病變程度最嚴重。
長期以來,HS 的早期定側與精確定位一直困擾著臨床醫生。以往主要是通過患者的臨床癥狀和腦電圖(EEG)來進行診斷,但由于部分單側顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy,TLE)存在雙側互不相關的癇性放電現象,甚至出現對側放電占優勢,因此腦電圖對癲癇灶定側、定位存在較大缺陷。在眾多的檢查方法中,MRI 由于空間分辨率高、無輻射等優點,被廣泛應用到HS 的檢測中。
1.MRI 的常規方法:(1)海馬結構的體積測量:眾所周知,海馬硬化的一個重要參考指標就是海馬體積的減小。MRI 對海馬體積的測量能夠給予海馬形態直觀準確的描述,是診斷海馬萎縮較為準確的定量測定方法,進而可以評估海馬的正常生理狀態和病理變化[3]。測量海馬體積的方法大體可分為2 種,即直接法跟間接法。直接法又稱為左右海馬體積差值法,Jack 等[4]定義用右側海馬體積減去左側海馬體積的差值來衡量海馬是否萎縮,此方法多用于單側海馬硬化的診斷。間接法主要是測量海馬體積與顱內容積的比例,主要用于雙側海馬硬化的診斷。而在實際中這兩種方法往往互相結合才能定診。Coan 等[5]使用3.0T 磁共振對125 名經目測懷疑為海馬硬化海馬體積縮小的患者進行海馬體積的測量,結果有119 例患者海馬體積萎縮,占受試者的95%,另有10 例經目測未發現海馬體積有明顯異常的患者也被查出海馬萎縮。可見,海馬結構的體積測量相比目測分析能夠提高海馬硬化海馬萎縮檢出的敏感度。(2)海馬T2弛豫時間測量:海馬硬化患者中有65% ~95% 可表現為T2WI 高信號,尤以T2WI FLAIR 為明顯。硬化的海馬T2信號增高的原因可能是海馬神經元的缺失、膠質細胞增生,使其內部自由水的比例升高,繼而引起T2馳豫時間延長。FLAIR 序列即液體衰減反轉恢復序列,它可以將T2WI 上表現為高信號的自由水信號抑制掉,這其中就包括了腦脊液(CSF),而在側腦室顳角旁的海馬T2WI 信號值幾乎不受影響。然而,由于在解剖細節的顯示上FLAIR 圖像不及T2加權相,因此,聯合應用T2WI 及FLAIR 圖像可更好的顯示HS。早在1991 年,Berkovic 等[6]就用磁共振的方法檢測出海馬硬化患者海馬的T2WI 信號升高。而Jackson 等[7]則定量量化硬化海馬的T2值,他們發現正常海馬的T2值為99 ~106ms,相對較小,而海馬硬化患者病變的海馬T2值升高,弛豫時間延長。在他們的研究中,79%的海馬硬化患者病灶側海馬的T2弛豫時間>106ms,而病灶側海馬T2弛豫時間>116ms 的則占65%。海馬T2弛豫時間大于116ms 的所有患者均被病理和MRI 證實為海馬硬化[7]。由此可見,海馬T2弛豫時間超過116ms 可高度提示海馬硬化。
另外,Coan 等[5]還發現,相比專家應用3. 0T MRI 目測檢查海馬表現正常者,聯合應用量化的海馬體積和T2值檢查對顳葉內側癲癇患者海馬硬化的檢出率可提高28%,明顯高于這兩種方法單獨使用。
2.MRI 的功能檢查方法:(1)磁共振擴散加權成像(diffusion weighted imaging,DWI):海馬硬化的病理改變是神經元的缺失和膠質細胞增生,這會使病變海馬的結構疏松,有利于水分子的擴散。正是基于這一點,擴散加權成像(DWI)可以從分子水平去探究海馬硬化。Lee 等[8]對20 例顳葉癲癇伴單側海馬硬化的患者行DWI 檢查,結果在發作間期ADC 值的偏側率為100%,可見DWI 對海馬硬化的檢出具有很高的敏感度。Yoo 等[9]對19 名健康志愿者和18 名經MR證實為單側海馬硬化的頑固性顳葉癲癇患者行DWI檢查,并繪制出相應的ADC 圖。結果顯示:①在所有患者中患側海馬的平均ADC 值顯著高于對側(P <0.001);②海馬硬化者的平均ADC 值也明顯高于健康志愿者;③在患者中外觀表現正常的一側海馬的ADC 值同樣較健康志愿者高(P =0.045)[9]。此外,Wieshmann 等[10]通過實驗還對海馬硬化患者與健康志愿者的海馬ADC 值進行了量化,計算得出硬化的海馬平均ADC 值為(1.13 ±0.17)×10-3mm2/s,而正常對照組的海馬平均ADC 值為(0.91 ±0.03)×10-3mm2/s,兩者之間的差異具有統計學意義。由此可見,磁共振擴散加權成像(DWI)可以從分子水平進一步揭示HS 的成因,成為檢出HS 的一個行之有效的工具。(2)磁共振擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI):擴散張量成像(DTI)是在DWI 基礎上發展起來的,它可以檢測白質纖維束的成分、完整性以及離散的程度,這是傳統的磁共振方法不能做到的。DTI 的原理是定量量化在不同神經隔之間由布朗運動和擴散關聯度引起的水分子的隨機運動,是施加擴散敏感梯度場來獲取體內水分子擴散運動的張量信息。DTI 常用的參數包括MD(mean diffusivity)值與FA(fractional anisotropy)值。MD 值即平均擴散率,它反應的是水分子在相應體素中平均的擴散幅度,其數值大小與組織內水分子擴散的受限程度呈反比;FA 值即各向異性分數,它反應的是水分子擴散各向異性的大小,其數值大小與組織內水分子擴散的各向異性程度呈正比[11,12]。有研究表明,顳葉癲癇海馬硬化患者致癇灶一側海馬的平均MD 值要高于對側,并明顯高于對照組,而病灶側海馬的平均FA 值要低于對照組;在患者組與對照組的MD 不對稱指數差異具有統計學意義;常規海馬MRI 表現正常的顳葉癲癇患者也存在雙側海馬的FA 值降低和MD 值升高,并且MD 值比FA 值的變化更為敏感[13]。Yu 等[14]還發現,彌散異常不僅僅局限于病側海馬,腦內其他組織如同側顳葉、顳葉外區域、對側非硬化的海馬等均可存在彌散各向異性的改變。而DTI 成像經后處理后還有一個評價腦功能的重要指標即白質纖維束的走行及疏密情況。Briellmann等[15]經研究發現,對于局灶性癲癇患者,語言功能的偏側性可能與白質纖維束的走行密切相關。Pai等[16]對12 名健康志愿者和15 名內側顳葉癲癇患者進行DTI 檢查,并使用“種子”體素的方法對腦內白質纖維束進行追蹤,發現在海馬相關結構的穹窿、扣帶回處,健康志愿者的白質纖維束較癲癇患者致密、平滑。而且,這種3D 的后處理效果使圖像的觀察更為清晰、直觀。研究認為DTI 不僅可預測TLE 病側海馬的異常,同時可評估由致癇灶引起的相關神經網絡的聯系與變化。因此,筆者認為利用MRI 擴散張量成像對于HS 的評估具有重要意義,其不僅可以較好地顯示硬化海馬微觀結構的改變,還可以從整體水平早期發現海馬以外的組織結構損傷,更好地指導臨床早期診斷和治療。(3)氫質子磁共振波譜(1H -magnetic resonance spectroscopy,1H - MRS)分析:MRS 是根據MR 化學移位作用,對人體內反應某些代謝功能的特異性標志物進行定量分析。雖然MRS的圖像采集方法與傳統MRI 相似,但由于后處理方法的不同會將各種代謝物的參數轉換為相應的譜線。到目前為止,MRS 是一種無創活體顯示組織代謝的較好的影像學方法。Kuznieck 等[17]認為,氫質子磁共振波譜在癲癇診斷檢測方面具有明顯的優勢。1H-MRS 可以測定腦內多種重要代謝物的濃度,其中與癲癇生化改變密切相關的有N - 乙酰天冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、膽堿(Cho)等。NAA 廣泛存在于神經元中,是神經元密度及活力的重要標志物,其波峰位于2.02ppm,峰值的降低提示神經元數目減少或活性降低。Cr 包含肌酸和磷酸肌酸,波峰位于3.03ppm,因總量相對恒定故常被用作參考值。Cho 的波峰位于3.22ppm,是細胞膜更新的重要標志物。Cr 和Cho 主要存在于星形膠質細胞和少突膠質細胞中,其峰值升高可作為膠質細胞增生的重要指標。所以HS 患者1H -MRS 分析呈現NAA 峰值降低,Cho 或和Cr 峰值增高,NAA/(Cr +Cho)比值下降。有研究者用NAA/(Cr+Cho)值做為判定標準,認為其臨界值為0.72,若低于此值5%則高度懷疑海馬硬化[18]。進一步研究還發現,如單側低于該臨界值下限,則該側為致癲側;若雙側海馬硬化,其雙側差值>0.07 可定側,否則則不能定側[19]。海馬組織結構的微小變化使用常規MRI 通常不能早期顯示,只有當病變較嚴重,神經元丟失超過50% ,才能表現出形態學及信號的改變。而1H-MRS 卻可以及時檢測到早期的組織細胞代謝變化[20]。夏清艷等[21]經實驗證實,19 例常規MRI 陰性的內側顳葉癲癇(mesial temporal lobe epilepsy,mTLE)患者,在海馬區的單體素氫質子磁共振波譜(SVS)均顯示病灶的存在,病灶可出現在一側海馬或雙側海馬同時受累,表現為NAA/(Cho+ Cr)比值不同程度的降低,說明當常規MRI 上沒有發現mTLE 患者海馬病變時,1H -MRS就可以表現出異常[21]。此外,在顳葉癲癇患者中,1H-MRS 能較常規MRI 發現更多的雙側病變,據文獻報道,約有40% ~50%的顳葉癲癇患者存在雙側NAA/(Cho+Cr)比值下降[17,22],這也得到了術后病理結果的證實。到目前為止其發生機制尚不完全清楚,王志群等[23]認為,可能是由于一側致癇灶異常放電,經聯合纖維傳遞到對側,導致對側海馬及杏仁核等結構出現一過性損傷,短暫的神經元缺失,但致癇灶側若早期進行相關干預,對側功能往往都能自行恢復。(4)磁共振動脈自旋標記(arterial spin labeling,ASL)技術:足夠的血流灌注對于組織進行氧氣和營養物質及代謝產物的供應和排泄非常關鍵,它的正常與否含有器官的活性和功能的重要信息,因此是一個極其重要的生理參數。灌注的下降或異常可作為診斷癲癇等疾病較具特征性的參考標準。目前傳統的灌注成像方法如PET、SPECT 以及傳統的磁共振灌注成像(PWI)等都需要注射入某種放射性化合物作為外源性對比劑,這使得成本高、不方便,存在輻射污染,又有一定的危險性。正是基于上述原因,磁共振動脈自旋標記(ASL)作為一種新興的技術成為學者廣泛研究的熱點。ASL 技術通過對動脈血進行磁化以作為內源性對比劑,在流經腦組織的過程中被計算機接收信號并采集灌注信息,從而定量測量腦組織的血流灌注情況。該技術作為一種完全無創性的、不需注射對比劑的新的磁共振灌注功能成像方法,結合了功能、影像和解剖三方面的因素,具有高的時間及空間分辨率、造價低、可重復性好等優點[24]。隨著磁共振成像技術的迅猛發展,ASL 技術已由最開始的定性測量發展到現在的定量測量,其中一個重要的定量參數就是局部腦血流量(region cerebral blood flow,rCBF),利用其對顳葉癲癇海馬硬化患者的致癇灶進行腦血流量的定量評估,可以早期發現病灶、早期診斷、早期治療。Li 等[25]曾使用ASL 序列測量過海馬的rCBF,證實了該序列可用于定量檢測HS 患者海馬灌注量的可行性。Wolf 等[26]最早使用動脈自旋標記技術對一側難治性顳葉癲癇患者進行檢測,結果發現患者雙側顳葉的rCBF 顯著不對稱,癲癇側(主要是海馬)的rCBF 明顯較對側降低。筆者使用ASL 技術對頑固性癲癇海馬硬化的患者進行研究,并分為3 個實驗組,即正常對照組,海馬常規MRI 表現正常的癲癇患者以及常規MRI 確定為海馬硬化的癲癇患者。筆者在研究中發現,上述3 組在海馬的相同區域繪制相同大小的感興趣區,rCBF 值差異具有統計學意義。此外,郭超等[27]通過進一步研究發現,無論是左側還是右側顳葉癲癇,除相應側海馬受累外,腦內很多結構如海馬旁回、梭狀回等亦可出現單側或雙側rCBF值下降,但患側的下降程度和范圍均大于對側,這表明有海馬硬化的顳葉癲癇患者由于癲癇的發作會使腦內很多相關結構血流灌注量減低。筆者相信,隨著科技的進步,特別是MRI 技術的迅速發展,ASL 技術會逐漸取代PET,成為最主要的人腦灌注測量方法,在癲癇等疾病的診斷中發揮更重要的作用。(5)靜息態腦功能磁共振成像(resting - state functional MRI,rfMRI):雖然磁共振功能成像有很多種,但狹義的fMRI 僅是只血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)磁共振成像。而靜息態腦功能磁共振成像是指大腦在靜息狀態下,利用內源性血氧信號進行成像,檢測功能相關腦區的低頻波動信號,用于靜息態腦活動網絡的研究。此種方法相比外界刺激的腦功能成像操作更簡單,可重復性更好。靜息態腦活動網絡包括后扣帶回、丘腦背側區、前額葉內側區、楔葉及楔前葉、海馬、部分顳葉等結構,可能認為與情景記憶的提取、對周圍環境和自我內省狀態的監控以及持續進行的認知和情感過程有關[28]。由此可見,顳葉癲癇海馬硬化的患者很可能存在靜息態腦活動網絡的改變。Zhang 等[29]經研究證實,單側海馬硬化患者在背內側前額葉、內側顳葉及顳下極網絡連接功能降低。而右側mTLE 患者雙側顳葉內側連接功能降低和扣帶回后部連接功能增加,提示扣帶回后部在右側顳葉癲癇的網絡連接改變中發揮代償作用,但左側海馬硬化的患者卻沒有相應的變化。這表明右側與左側海馬硬化的mTLE 發病機制可能不同。顳葉癲癇海馬硬化的患者中還有一部分人存在語言功能區受損的情況。研究發現,HS 患者支配語言功能的感興趣區(region of interest,ROI)與其他語言功能區連接減少,出現了網絡系統的異常。進一步研究還發現,由于語言中樞的優勢半球在左側,因此左側海馬硬化的患者支配語言功能區的網絡連接破壞的更加嚴重,這是形態學磁共振成像無法發現的[30]。近年來,將腦電圖與功能磁共振相結合組成的腦電圖-功能磁共振(electroencephalography -correlated functional MRI ,EEG -fMRI)成像對癲癇的研究成為熱點。Coan 等[5]根據EEG 監測的發作期癲癇樣放電及常規MRI 將內側顳葉癲癇患者分為HS(MTLE -HS)與非HS(MTLE -NL)兩組。研究發現,MTLE -HS 組和MTLE -NL 組在同側顳葉前部及導葉有相對積極的BOLD,只有MTLE-HS 組在對側海馬和前扣帶回有顯著積極的BOLD,而MTLE -NL 組相對積極的BOLD 區域出現在同側額葉。兩組患者在靜息態腦活動網絡中均存在顯著的消極BOLD,如后扣帶回和楔前葉。并且所有積極與消極的BOLD 區域沒有任何的重疊區。由此可見,結合了EEG 的fMRI 對內側顳葉癲癇的研究更加深入,獲得的相關信息也更多。
磁共振成像技術由于其良好的空間分辨率、豐富的功能成像方法以及強大的后處理功能等特點,在中樞神經系統、特別是對癲癇的診斷中存在著巨大的優勢。我們有理由相信,隨著研究的深入和MRI 成像技術的不斷進步,對顳葉癲癇的發現會更早、對癲癇灶的定位會更加精確,從而更好地指導臨床進行診斷與治療。
1 王志業. 顳葉癲癇海馬硬化的MRI 研究現狀[J]. 國外醫學臨床:放射學分冊,2006,29(1):20 -24
2 Falconer MA,Serafetinides EA,Corsellis JAN,et al. Etiologyand pathogenesis of temporal lobeepilepsy[J]. Arch Neurol,1964,10:233 -248
3 Olson BL,Holshouser BA,Britt W 3rd,et al. Longitudinal metabolic and cognitive changes in mild cognitive impairment patients[J].Alzheimer Dis Assoc Disord,2008,22(3):269 -277
4 Jack CR,Sharbrogh FW,Twomey CK,et al. Temporal lobe seizures:lateralization with MR volume measurements of the hippocampal formation[J].Radiology,1990,175(2):423 -429
5 Coan AC,Kubota B,Bergo FPG,et al. 3T MRI quantification of hippocampal volume and Signal in mesial temporal lobe epilepsy improves detection of hippocampal sclerosis[J].AJNR Am J Neuroradiol,2014,35(1):77 -83
6 Berkovic SF,Andermann F,Olivier A,et al. Hippocampal sclerosis in temporal lobe epilepsy demonstrated by magnetic resonance imaging.Ann[J]. Neurol,1991,29:175 -182
7 Jackson GD,Connelly A,Duncan JS,et al. Detection of hippocampal pathology in intractadle partial epilepsy:increased sensitivity with Quantitative magnetic reasonance T2realxometry[J]. Neurology,1993,43(9):1973 -1979
8 Lee JH,Chung CK,Song IC,et al. Limited utility of interictal apparent diffusion coefficient in the evaluation of hippocampal sclerosis[J].Acta Neurol Scand,2004,110:53 -58
9 Yoo SY,Chang KH,Song IN,et al.Apparent diffusion coefficient value of the hippocampus in patients with hippocampal sclerosis and in healthy volunteers[J].ANJR,2002,23(5):809 -812
10 Wieshmann UC,Clark CA,Symms MR,et al.Water diffusion in the human hippocampus in epilepsy[J]. Magn Reson Imaging,1999,17:29 -36
11 Sundgren PC,Dong Q,Gomez-Hassan D,et al. Diffusion tensor imaging of the brain:review of clinical applications[J]. Neuroradiology,2004,46(5):339 -350
12 Lansberg MG,Thijs VN,Ali JO,et al. Evolution of apparent diffusion coefficient,diffusion weighted,and T2 weighted signal intensity of acute stroke[J]. AJNR,2001,22 (4):637 -644
13 Salmenpera TM,Simister RJ,Bartlett P,et al. High -resolution diffusion tensor imaging of the hippocampus in temporal lobe epilepsy[J].Epilepsy Research,2006,71:102 -106
14 Yu AH,Li KC,Yu CS,et al. Diffusion tensor imaging in medial temporal lobe epilepsy[J]. Chinese Medical Journal,2006,119(15):1237 -1241
15 Briellmann RS,Mitchell LA,Waites AB,et al. Correlation between language organization and diffusion tensor abnormalities in refractory partial epilepsy[J].Epilepsia,2003,44(12):1541 -1545
16 Pai D,Soltanian-Zadeh H,Hua J.Evaluation of fiber bundles across subjects through brain mapping and registration of diffusion tensor data[J].Neuroimage,2011,54 Suppl 1:S165 -175
17 Kuznieck RI,Knowlton RC. Neuroimaing of epilepsy[J]. Semin Neurol,2002,22(3):279 -288
18 Irwan R,Sijens PE,Potze JH,et al. Correlation of proton MR spectroscopy and diffusion tensor imaging[J]. Magnetic Resonance Imaging,2005,23(8):851 -858
19 Grob TJ,Novak U,Maisse C,et al. Human delta NP73 regulates a dominant negative feedback loop for TAP73 and p53[J]. Cell Death Differ,2001,8(12):1213 -1223
20 Kuznieck RI,Knowlton RC. Neuroimaing of epilepsy[J]. Semi Neurol,2002,22(3):279 -288
21 夏清艷,劉鵬飛,王巍.磁共振單體素波譜在顳葉癲癇診斷中的應用[J]. 哈爾濱醫科大學學報,2008,42(6):625 -628
22 Araujo D,Santos AC,Velasco TR,et al. Volumetric evidence of bilateral damage in unilateral mesial temporal lobe epilepsy[J]. Epilepsia,2006,47(8):1354 -1359
23 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[J]. 放射學實踐,2007,22(4):371 -375
24 Buxton RB. Quantifying CBF with arterial spin labeling[J]. JMRI,2005,6:723 -726
25 Li X,Sarkar SN,Purdy DE,et al.Anteroposterior perfusion heterogeneity in human hippocampus measured by arterial spin labeling MRI[J]. NMR Biomed,2013,26(6):613 -621
26 Wolf RL,Alsop DC,Levy-Reis I,et al. Detection of mesial temporal lobe hypoperfusion in patients with temporal lobe epilepsy by use of arterial spin labeled perfusion MR imaging[J]. Annals of Neurology,2001,1999:1334 -1341
27 郭超,鄭罡,陳春曉,等. 基于動脈自旋標記技術的內側顳葉癲癇病人腦血流灌注成像研究[J]. 生物物理學報,2011,27(11):975 -983
28 曾自三. 靜息態腦功能磁共振成像的研究進展[J]. 廣西醫科大學學報,2012,29(5):811 -813
29 Zhang ZQ,Lu GM,Zhong Y,et al. Altered spontaneous neuronal activity of the default - mode network in mesial temporal lobe epilepsy[J].Brain Res,2010,1323:152 -160
30 龍淼淼,倪紅艷. 靜息態腦功能成像臨床應用研究進展[J]. 國際醫學放射學雜志,2013,36(3):217 -221,231