原發性癲癇的多模態磁共振成像研究進展

裴春梅，高陽，喬鵬飛，牛廣明*

原發性癲癇的多模態磁共振成像研究進展

裴春梅1， 2，高陽2，喬鵬飛2，牛廣明2*

原發性癲癇是常見的神經系統疾病，為神經元異常放電導致反復的大腦機能紊亂所致。其發病機制繁雜，臨床表現多樣，因此加深對該病本質的認識，對患者的診治具有重大意義。近年來，多模態磁共振技術不斷進步，已經從形態結構水平成像發展到代謝、功能以至分子水平成像，在癲癇的定位、定側診斷，術前及預后的腦功能評估等方面發揮著越來越重要的作用，本文綜述了近年來多模態磁共振新技術在癲癇領域的進展。

原發性癲癇；功能磁共振成像；磁敏感加權成像；彌散張量成像；擴散峰度成像

1School of Graduate， Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010020， China

2Department of MRI， the First Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010050， China

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of science and technology project of Inner Mongolia Autonomous Region（No. 20150032）.

內蒙古自治區科技計劃項目（編號：20150032）

接受日期：2016-03-04

裴春梅， 高陽， 喬鵬飛， 等. 原發性癲癇的多模態磁共振成像研究進展. 磁共振成像， 2016， 7（6）: 464-468.

原發性癲癇是指腦部無明顯器質性或代謝性異常表現，發病機制尚未完全闡明，可能與遺傳因素相關并以不同程度的意識障礙、自主神經癥狀和精神癥狀發作的慢性神經系統疾病。以腦部神經元放電的興奮性和同步性異常所致過度放電引起的突然、反復和短暫的中樞神經系統功能失常為特征［1］，任何年齡段均可發病，以兒童期和青壯年期常見。由于它病理生理機制復雜、臨床表現多樣化，故臨床診斷和治療還存在很大的挑戰［2］。目前認為原發性癲癇的病因與遺傳關系密切，據統計多達70%的癲癇患者都與遺傳因素有關［3］。相當部分為藥物難治性，顳葉癲癇又是其中最為常見的類型，手術切除致癇灶不乏為外科一種有效的治療手段。實現對癲癇灶準確的定側、定位始終是癲癇病學最為關注的問題。隨著磁共振新技術的不斷發展，實現對致癇灶的定側、定位，為臨床提供更為精確、有價值的影像信息成為可能。

1 靜息態功能磁共振成像（resting-state fMRI， rfMRI）的應用研究

目前應用最多的功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging， fMRI）技術是基于血氧水平依賴（blood oxygen level dependent， BOLD）的成像技術，能提供腦血流量和腦氧代謝率的信息，是反映神經元活動的一個重要標志［4］。區別于事件相關功能磁共振成像（event-related fMRI），靜息態腦功能磁共振成像主要探索腦在靜息態下的活動情況及工作機制。由于它具有無創、操作簡便、可重復性強的優點，現已成為腦功能研究的重要組成部分。通過不同的分析技術，能將活動中的神經組織以圖像形式直觀地顯示出來，具有極好的空間及時間分辨率，主要的分析方法有功能連接（functional connectivity， FC）、低頻振幅（amplitude of low frequency fluctuation， ALFF）及局部一致性（regional homogeneity， ReHe）等。

首先，它可有效反映癲癇間歇狀態下的異常神經功能網絡，有助于解釋難治性內側顳葉癲癇（mesial temporal lobe epilepsy， mTLE）的病理生理機制［5］。喬鵬飛等［6］對40例復雜部分性發作（complex partial seizures， CPS）癲癇患者及40例正常對照組采用ReHo、ALFF、FC等3種方法得到的數據進行對比聯合分析，結果發現CPS患者內側顳葉及其周圍腦區參與了癇樣放電，默認網絡［7］（default mode network， DWN）和小腦受癲癇活動的破壞和抑制最大。吳寒等［8］發現內側顳葉癲癇發作間期癇樣發放對腦高級認知網絡及感知覺網絡均產生廣泛影響，尤其是對參與腦高級認知功能網絡的損害。其次，rfMRI在癲癇欲手術患者對病灶的定側、定位及功能區的評估也體現了一定的價值，Morgan等［9］和Zhang等［10］分別利用功能連接分析方法與低頻振幅分析方法準確區分了左、右側顳葉癲癇。Liu等［11］利用功能連接分析方法對癲癇患者緊鄰致癇灶的軀體感覺運動區成功定位，并在術中皮層刺激定位中得到證實。此外，rfMRI也可用于對手術患者預后能力的評估，Mccormick等［12］發現癲癇患者靜息態時默認網絡功能連接的改變可以有效預測癲癇患者術后認知障礙的程度，認為術前若癲癇灶同側海馬與后扣帶回連接的程度越高，術后患者的語言、記憶能力下降越嚴重。

rfMRI運用多種分析技術，從結構到功能、腦局部性質到網絡性質等多方面對原發性癲癇腦改變特征進行觀察，目前已從單純的基礎機制研究向臨床應用研究轉化。然而rfMRI在技術及方法學上仍然存在一些問題，如時間分辨率較低，易受到各種生理或是環境噪聲的影響，各種后處理技術的多樣性及復雜性使得分析數據討論結果時沒有統一的標準，在臨床實踐中rfMRI應用也相對困難，因為rfMRI的使用需要臨床醫療系統和先進的成像實驗室緊密相連，并且需要相關技術的專業知識與臨床團隊的整合［13］。

2 磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging，SWI）的應用研究

SWI成像是近年來發展的磁共振成像新技術，主要運用三維梯度的高分辨力的回波成像加上完全流動補償技術，薄層掃描達到毫米級水平，主要對組織間的磁敏感信號差異表現出特異性。對靜脈系統、出血和鐵質等的檢查具有很好的優勢［14］。

鐵是體內重要的微量元素，參與多種生理生化過程，有研究［15］提出，腦內至少1/3的非血紅蛋白鐵以鐵蛋白（可使局部磁場發生改變而引起質子去相位）為主，尤其灰質區域含量較多，特別是基底節區中的紅核、黑質以及蒼白球中含量尤為顯著。并且多巴胺（一種重要的鐵酶）系統代謝與腦皮層下核團鐵含量有密切聯系［16-18］，Bouilleret等［19］及Theodore等［20］也都認為多巴胺神經傳遞參與了癲癇綜合征的發作與控制，并在實驗中證明18FL-多巴于顳葉癲癇患者的黑質、殼核及尾狀核中攝取降低，尤其是伴有海馬硬化的顳葉癲癇患者中降低更加明顯。Zhang等［21］研究表明，與正常對照組相比，mTLE患者雙側基底節、丘腦及腦干SWI信號明顯降低，并且基底節、丘腦等區域的SWI信號與癲癇發病時間呈明顯負相關，提示皮層下灰質核團SWI信號的改變反映了其鐵含量發生改變，并在顳葉癲癇發生發展過程中起到重要作用，這與之前學者研究結果相吻合。

另外，在研究癲癇持續狀態的局灶性血流動力學模式改變中，SWI也顯示了其獨具的優勢，它甚至可以檢測到小于1個體素的血管［22］。Aellen等［23］對12例伴或不伴驚厥的癲癇患者持續狀態急性發作時行磁共振SWI序列檢查，結果發現12例患者中均于SWI上顯示局限性實質區皮質靜脈假性狹窄，并與腦血流量增加及平均通過時間縮短（局灶性高灌注區）具有相關性。表明在高灌注及發作實質區SWI可顯示局灶性皮質靜脈假性狹窄。因此，SWI具有發現癲癇患者的皮層腦血流量異常的潛能。

SWI為原發性癲癇患者顯示病變區靜脈系統、出血和鐵質等方面的異常提供了一種新的手段。但較早的SWI成像技術缺乏對信號源的定量定位，它感應的主要是磁敏感變化所帶來的空間綜合效應。而定量磁敏感成像（quantitative susceptibility mapping， QSM）攻克技術難關，實現了對磁敏感擾動源的定量定位，使得到的信號能夠直接、精確地提供磁化率定量和豐富的局部細節信息［24］。在中樞神經系統疾病的微細結構及病變顯示方面表現出較常規SWI更加明顯的優勢。雖然目前為止，在原發性癲癇疾病方面的研究鮮有報道，但隨著科研腳步的持續前進，磁共振掃描技術和后處理技術的持續發展，相信它將在癲癇領域顯示出獨有的應用前景。

3 彌散張量成像（diffiusion tensor imaging， DTI）的應用研究

DTI的基本原理是水分子擴散的各向異性，它是在彌散加權成像的基礎上發展而來的［25］，它利用大腦水分子擴散運動的各向異性進行成像，可無創地反映水分子在活體組織中病理、生理狀態下的擴散特征，能在三維空間中定量分析水分子的方向性及擴散量度，是反映腦白質微結構的功能磁共振技術。DTI可定量描述白質纖維連接及顯示白質微結構情況［26］。DTI的主要參數有部分各向異性（fractional anisotropy， FA）、平均彌散率（mean diffusivity， MD）、表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient， ADC）。FA值主要反映組織結構的方向性，檢測髓磷脂的含量以及軸索對水分子彌散的限制，值越大表明組織的各向異性越顯著。MD值是彌散張量D在x、y、z 3個方向上水分子彌散的平均值，反映水分子彌散程度。ADC值反映水分子整體擴散水平，間接反映細胞膜、髓鞘結構的完整性。通過定量分析在病理情況下以上參數值的變化來了解組織病變的病理生理學機制。早有大量實驗［27-28］報告，細胞膜通透性增加及細胞外間隙擴大可導致ADC值升高。當致癇灶異常放電并處于持續狀態時，腦細胞代謝率和血流出現異常，離子通透性增加而致不同程度的細胞毒性水腫，ADC值升高。當導致彌散受限因素的一過性終止及異常放電的停止，ADC值便可恢復正常。當海馬硬化等不可復性組織損傷時，致癇組織神經元變性、神經膠質增生等病理變化使細胞外間隙永久擴張，水分子擴散運動加強，ADC值及MD值持續升高，而內部白質纖維結構受損，水分子擴散的各向異性度降低，FA值減低。

DTI白質纖維束成像（DTI tractography， DTIT）是顯示白質纖維束的一種技術，它是在擴散張量數據的基礎上進一步加工處理出來的。Ahmadi等［29］在對內側顳葉癲癇患者腦白質纖維素研究實驗中，發現患者致癇側白質纖維素的FA值廣泛性減低，而且相比于右側TLE患者，左側TLE患者的擴散變化更大，認為在確定致癇灶的偏側優勢性中DTIT體現了重要作用，并在手術定位及制定手術策略中能為臨床提供可靠依據。Concha等［30］利用DTIT技術研究頑固性內側顳葉癲癇患者的實驗中得到了下縱束、鉤束和弓狀束纖維，提出準確評估特定白質纖維束有利于外科對TLE患者進行術前評估，同時對異常腦白質的病理生理特征會有更好的理解。

DTI是目前在活體上定量測量水分子擴散運動與成像的新技術，在原發性癲癇患者定側診斷方面有重要價值，能發現常規MRI難以顯示的腦結構的微觀異常，有助于研究原發性癲癇網絡以及進一步認識和理解該病的病理生理機制。然而，DTI也并非完美。首先，其空間分辨率需進一步提高。其次，擴散梯度場磁場的不均勻性及同時產生的渦流均可致圖像失真，對定量分析的精確度產生不利影響。最后，在纖維束成像過程中，不能清晰成像單一體素內多種成分走向的纖維束，也較難顯示大纖維束中的小纖維束，在纖維素走形的交叉、分叉、匯合處該如何追蹤，還需進一步解決。

4 癲癇的擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）應用研究

擴散峰度成像是DTI技術的延伸，是反映生物組織非高斯分布水分子擴散運動的新興磁共振擴散技術，DKI通過量化組織中水分子的非高斯擴散行為以提取組織微結構信息，它的特征參數值平均擴散峰度（mean kurtosis， MK）定義為峰度在所有方向的平均值，被認為是組織微結構復雜程度的指標。較DTI比較，在顯示病灶的微細結構中，MK值比FA及MD具更高的敏感性和特異性。因此，它對水分子擴散不均一性的描述更加敏感，采用更高階的四階三維模式能更加細致地反映組織微結構的復雜程度［31］，不僅可準確地判斷纖維束的交叉，而且腦部灰、白質結構皆可描述。DKI技術在得到自己特征參數的同時也可得到DTI的參數，卻比DTI評價大腦灰、白質微結構的變化更敏感、更具特異性。

DKI技術近幾年主要應用于中樞神經系統疾病的研究，而在癲癇領域也逐漸嶄露頭角。Lee等［32］在對14例特發性全身性癲癇的DKI研究中，發現DKI可以很好顯示丘腦—皮層廣泛腦組織微結構的異常改變。Zhang等［33］在對15例兒童癲癇的DKI研究中，發現FA值異常腦區集中在左側額葉及對側顳葉的白質，MD值異常腦區集中在右側大腦半球邊緣葉、海馬旁回及鉤回，MK值異常腦區主要集中在大腦的額葉白質及右側大腦頂葉白質。從而認為DKI對癲癇患者的灰、白質的顯示均表現較高的特異性及敏感性。

因此，在異質性擴散與組織微觀結構方面，DKI是一項敏感且具特異性的技術。目前，原發性癲癇方面的DKI應用尚處于研究階段，還有許多不足之處。例如：它需要的b值大，信噪比較高，高階峰度成像易出現點狀偽影，測量的水分子擴散也并非所有方向［34］。DKI的參量值因檢測部位的不同和研究設計的不同也不夠穩定［35］。

5 展望

總的來說，原發性癲癇患者腦內存在廣泛的微觀結構異常改變區域，多模態磁共振成像在原發性癲癇的應用上取得了較大的發展并顯示出了巨大的潛力。fMRI顯示腦血流量和腦氧代謝率信息，SWI提供磁敏感信號差異，DTI與DKI分別反映生物組織高斯與非高斯分布水分子擴散運動，它們都從微觀組織結構變化的角度反映了原發性癲癇患者腦組織病理生理學改變信息，有助于進一步了解其發生機制，為臨床提供有價值的信息。而且這些技術的聯合應用將為原發性癲癇的定性定位診斷、指導制定治療方案和評估預后帶來新的突破，使癲癇的診治水平不斷提高。相信隨著今后MRI技術的不斷發展，MRI在原發性癲癇的診斷和治療方面將發揮更大的作用。

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The study progress of multi-mode MRI in the idiopathic epilepsy

PEI Chun-mei1， 2， GAO Yang2， QIAO Peng-fei2， NIU Guang-ming2*

21 Jan 2016， Accepted 4 Mar 2016

The idiopathic epilepsy is a common neurological disorder characterized by abnormal hyper-synchronization of neural activity. It is important to understand the essence for the diagnosis and treatment. In the recent years， with the rapid development of mutiple MRI， it has made great progresses in the level of morphological structure imaging， the metabolism， the function and the molecular imaging， which plays an important role in the location of epilepsy， the lateralization diagnosis and the assessment of the cerebral function for the preoperative and prognosis. This article mainly discusses the new technology progresses of mutiple MRI in the idiopathicx epilepsy.

Idiopathic epilepsy； Magnetic resonance imaging， functional；Susceptibility weighted imaging； Diffiusion tensor imaging； Diffusion kurtosis imaging

1. 內蒙古醫科大學研究生學院，呼和浩特 010020

2. 內蒙古醫科大學第一附屬醫院磁共振室，呼和浩特 010050

牛廣明，E-mail: cjr.niuguangming @vip.163.com

2016-01-21

R445.2；R742.1

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.06.013

*Correspondence to: Niu GM， E-mail: cjr.niuguangming@vip.163.com