原发性癫痫的多模态磁共振成像研究进展

裴春梅，高阳，乔鹏飞，牛广明*

原发性癫痫的多模态磁共振成像研究进展

裴春梅1， 2，高阳2，乔鹏飞2，牛广明2*

原发性癫痫是常见的神经系统疾病，为神经元异常放电导致反复的大脑机能紊乱所致。其发病机制繁杂，临床表现多样，因此加深对该病本质的认识，对患者的诊治具有重大意义。近年来，多模态磁共振技术不断进步，已经从形态结构水平成像发展到代谢、功能以至分子水平成像，在癫痫的定位、定侧诊断，术前及预后的脑功能评估等方面发挥着越来越重要的作用，本文综述了近年来多模态磁共振新技术在癫痫领域的进展。

原发性癫痫；功能磁共振成像；磁敏感加权成像；弥散张量成像；扩散峰度成像

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）.

内蒙古自治区科技计划项目（编号：20150032）

接受日期：2016-03-04

裴春梅， 高阳， 乔鹏飞， 等. 原发性癫痫的多模态磁共振成像研究进展. 磁共振成像， 2016， 7（6）: 464-468.

原发性癫痫是指脑部无明显器质性或代谢性异常表现，发病机制尚未完全阐明，可能与遗传因素相关并以不同程度的意识障碍、自主神经症状和精神症状发作的慢性神经系统疾病。以脑部神经元放电的兴奋性和同步性异常所致过度放电引起的突然、反复和短暂的中枢神经系统功能失常为特征［1］，任何年龄段均可发病，以儿童期和青壮年期常见。由于它病理生理机制复杂、临床表现多样化，故临床诊断和治疗还存在很大的挑战［2］。目前认为原发性癫痫的病因与遗传关系密切，据统计多达70%的癫痫患者都与遗传因素有关［3］。相当部分为药物难治性，颞叶癫痫又是其中最为常见的类型，手术切除致痫灶不乏为外科一种有效的治疗手段。实现对癫痫灶准确的定侧、定位始终是癫痫病学最为关注的问题。随着磁共振新技术的不断发展，实现对致痫灶的定侧、定位，为临床提供更为精确、有价值的影像信息成为可能。

1 静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI， rfMRI）的应用研究

目前应用最多的功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging， fMRI）技术是基于血氧水平依赖（blood oxygen level dependent， BOLD）的成像技术，能提供脑血流量和脑氧代谢率的信息，是反映神经元活动的一个重要标志［4］。区别于事件相关功能磁共振成像（event-related fMRI），静息态脑功能磁共振成像主要探索脑在静息态下的活动情况及工作机制。由于它具有无创、操作简便、可重复性强的优点，现已成为脑功能研究的重要组成部分。通过不同的分析技术，能将活动中的神经组织以图像形式直观地显示出来，具有极好的空间及时间分辨率，主要的分析方法有功能连接（functional connectivity， FC）、低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation， ALFF）及局部一致性（regional homogeneity， ReHe）等。

首先，它可有效反映癫痫间歇状态下的异常神经功能网络，有助于解释难治性内侧颞叶癫痫（mesial temporal lobe epilepsy， mTLE）的病理生理机制［5］。乔鹏飞等［6］对40例复杂部分性发作（complex partial seizures， CPS）癫痫患者及40例正常对照组采用ReHo、ALFF、FC等3种方法得到的数据进行对比联合分析，结果发现CPS患者内侧颞叶及其周围脑区参与了痫样放电，默认网络［7］（default mode network， DWN）和小脑受癫痫活动的破坏和抑制最大。吴寒等［8］发现内侧颞叶癫痫发作间期痫样发放对脑高级认知网络及感知觉网络均产生广泛影响，尤其是对参与脑高级认知功能网络的损害。其次，rfMRI在癫痫欲手术患者对病灶的定侧、定位及功能区的评估也体现了一定的价值，Morgan等［9］和Zhang等［10］分别利用功能连接分析方法与低频振幅分析方法准确区分了左、右侧颞叶癫痫。Liu等［11］利用功能连接分析方法对癫痫患者紧邻致痫灶的躯体感觉运动区成功定位，并在术中皮层刺激定位中得到证实。此外，rfMRI也可用于对手术患者预后能力的评估，Mccormick等［12］发现癫痫患者静息态时默认网络功能连接的改变可以有效预测癫痫患者术后认知障碍的程度，认为术前若癫痫灶同侧海马与后扣带回连接的程度越高，术后患者的语言、记忆能力下降越严重。

rfMRI运用多种分析技术，从结构到功能、脑局部性质到网络性质等多方面对原发性癫痫脑改变特征进行观察，目前已从单纯的基础机制研究向临床应用研究转化。然而rfMRI在技术及方法学上仍然存在一些问题，如时间分辨率较低，易受到各种生理或是环境噪声的影响，各种后处理技术的多样性及复杂性使得分析数据讨论结果时没有统一的标准，在临床实践中rfMRI应用也相对困难，因为rfMRI的使用需要临床医疗系统和先进的成像实验室紧密相连，并且需要相关技术的专业知识与临床团队的整合［13］。

2 磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）的应用研究

SWI成像是近年来发展的磁共振成像新技术，主要运用三维梯度的高分辨力的回波成像加上完全流动补偿技术，薄层扫描达到毫米级水平，主要对组织间的磁敏感信号差异表现出特异性。对静脉系统、出血和铁质等的检查具有很好的优势［14］。

铁是体内重要的微量元素，参与多种生理生化过程，有研究［15］提出，脑内至少1/3的非血红蛋白铁以铁蛋白（可使局部磁场发生改变而引起质子去相位）为主，尤其灰质区域含量较多，特别是基底节区中的红核、黑质以及苍白球中含量尤为显著。并且多巴胺（一种重要的铁酶）系统代谢与脑皮层下核团铁含量有密切联系［16-18］，Bouilleret等［19］及Theodore等［20］也都认为多巴胺神经传递参与了癫痫综合征的发作与控制，并在实验中证明18FL-多巴于颞叶癫痫患者的黑质、壳核及尾状核中摄取降低，尤其是伴有海马硬化的颞叶癫痫患者中降低更加明显。Zhang等［21］研究表明，与正常对照组相比，mTLE患者双侧基底节、丘脑及脑干SWI信号明显降低，并且基底节、丘脑等区域的SWI信号与癫痫发病时间呈明显负相关，提示皮层下灰质核团SWI信号的改变反映了其铁含量发生改变，并在颞叶癫痫发生发展过程中起到重要作用，这与之前学者研究结果相吻合。

另外，在研究癫痫持续状态的局灶性血流动力学模式改变中，SWI也显示了其独具的优势，它甚至可以检测到小于1个体素的血管［22］。Aellen等［23］对12例伴或不伴惊厥的癫痫患者持续状态急性发作时行磁共振SWI序列检查，结果发现12例患者中均于SWI上显示局限性实质区皮质静脉假性狭窄，并与脑血流量增加及平均通过时间缩短（局灶性高灌注区）具有相关性。表明在高灌注及发作实质区SWI可显示局灶性皮质静脉假性狭窄。因此，SWI具有发现癫痫患者的皮层脑血流量异常的潜能。

SWI为原发性癫痫患者显示病变区静脉系统、出血和铁质等方面的异常提供了一种新的手段。但较早的SWI成像技术缺乏对信号源的定量定位，它感应的主要是磁敏感变化所带来的空间综合效应。而定量磁敏感成像（quantitative susceptibility mapping， QSM）攻克技术难关，实现了对磁敏感扰动源的定量定位，使得到的信号能够直接、精确地提供磁化率定量和丰富的局部细节信息［24］。在中枢神经系统疾病的微细结构及病变显示方面表现出较常规SWI更加明显的优势。虽然目前为止，在原发性癫痫疾病方面的研究鲜有报道，但随着科研脚步的持续前进，磁共振扫描技术和后处理技术的持续发展，相信它将在癫痫领域显示出独有的应用前景。

3 弥散张量成像（diffiusion tensor imaging， DTI）的应用研究

DTI的基本原理是水分子扩散的各向异性，它是在弥散加权成像的基础上发展而来的［25］，它利用大脑水分子扩散运动的各向异性进行成像，可无创地反映水分子在活体组织中病理、生理状态下的扩散特征，能在三维空间中定量分析水分子的方向性及扩散量度，是反映脑白质微结构的功能磁共振技术。DTI可定量描述白质纤维连接及显示白质微结构情况［26］。DTI的主要参数有部分各向异性（fractional anisotropy， FA）、平均弥散率（mean diffusivity， MD）、表观弥散系数（apparent diffusion coefficient， ADC）。FA值主要反映组织结构的方向性，检测髓磷脂的含量以及轴索对水分子弥散的限制，值越大表明组织的各向异性越显著。MD值是弥散张量D在x、y、z 3个方向上水分子弥散的平均值，反映水分子弥散程度。ADC值反映水分子整体扩散水平，间接反映细胞膜、髓鞘结构的完整性。通过定量分析在病理情况下以上参数值的变化来了解组织病变的病理生理学机制。早有大量实验［27-28］报告，细胞膜通透性增加及细胞外间隙扩大可导致ADC值升高。当致痫灶异常放电并处于持续状态时，脑细胞代谢率和血流出现异常，离子通透性增加而致不同程度的细胞毒性水肿，ADC值升高。当导致弥散受限因素的一过性终止及异常放电的停止，ADC值便可恢复正常。当海马硬化等不可复性组织损伤时，致痫组织神经元变性、神经胶质增生等病理变化使细胞外间隙永久扩张，水分子扩散运动加强，ADC值及MD值持续升高，而内部白质纤维结构受损，水分子扩散的各向异性度降低，FA值减低。

DTI白质纤维束成像（DTI tractography， DTIT）是显示白质纤维束的一种技术，它是在扩散张量数据的基础上进一步加工处理出来的。Ahmadi等［29］在对内侧颞叶癫痫患者脑白质纤维素研究实验中，发现患者致痫侧白质纤维素的FA值广泛性减低，而且相比于右侧TLE患者，左侧TLE患者的扩散变化更大，认为在确定致痫灶的偏侧优势性中DTIT体现了重要作用，并在手术定位及制定手术策略中能为临床提供可靠依据。Concha等［30］利用DTIT技术研究顽固性内侧颞叶癫痫患者的实验中得到了下纵束、钩束和弓状束纤维，提出准确评估特定白质纤维束有利于外科对TLE患者进行术前评估，同时对异常脑白质的病理生理特征会有更好的理解。

DTI是目前在活体上定量测量水分子扩散运动与成像的新技术，在原发性癫痫患者定侧诊断方面有重要价值，能发现常规MRI难以显示的脑结构的微观异常，有助于研究原发性癫痫网络以及进一步认识和理解该病的病理生理机制。然而，DTI也并非完美。首先，其空间分辨率需进一步提高。其次，扩散梯度场磁场的不均匀性及同时产生的涡流均可致图像失真，对定量分析的精确度产生不利影响。最后，在纤维束成像过程中，不能清晰成像单一体素内多种成分走向的纤维束，也较难显示大纤维束中的小纤维束，在纤维素走形的交叉、分叉、汇合处该如何追踪，还需进一步解决。

4 癫痫的扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）应用研究

扩散峰度成像是DTI技术的延伸，是反映生物组织非高斯分布水分子扩散运动的新兴磁共振扩散技术，DKI通过量化组织中水分子的非高斯扩散行为以提取组织微结构信息，它的特征参数值平均扩散峰度（mean kurtosis， MK）定义为峰度在所有方向的平均值，被认为是组织微结构复杂程度的指标。较DTI比较，在显示病灶的微细结构中，MK值比FA及MD具更高的敏感性和特异性。因此，它对水分子扩散不均一性的描述更加敏感，采用更高阶的四阶三维模式能更加细致地反映组织微结构的复杂程度［31］，不仅可准确地判断纤维束的交叉，而且脑部灰、白质结构皆可描述。DKI技术在得到自己特征参数的同时也可得到DTI的参数，却比DTI评价大脑灰、白质微结构的变化更敏感、更具特异性。

DKI技术近几年主要应用于中枢神经系统疾病的研究，而在癫痫领域也逐渐崭露头角。Lee等［32］在对14例特发性全身性癫痫的DKI研究中，发现DKI可以很好显示丘脑—皮层广泛脑组织微结构的异常改变。Zhang等［33］在对15例儿童癫痫的DKI研究中，发现FA值异常脑区集中在左侧额叶及对侧颞叶的白质，MD值异常脑区集中在右侧大脑半球边缘叶、海马旁回及钩回，MK值异常脑区主要集中在大脑的额叶白质及右侧大脑顶叶白质。从而认为DKI对癫痫患者的灰、白质的显示均表现较高的特异性及敏感性。

因此，在异质性扩散与组织微观结构方面，DKI是一项敏感且具特异性的技术。目前，原发性癫痫方面的DKI应用尚处于研究阶段，还有许多不足之处。例如：它需要的b值大，信噪比较高，高阶峰度成像易出现点状伪影，测量的水分子扩散也并非所有方向［34］。DKI的参量值因检测部位的不同和研究设计的不同也不够稳定［35］。

5 展望

总的来说，原发性癫痫患者脑内存在广泛的微观结构异常改变区域，多模态磁共振成像在原发性癫痫的应用上取得了较大的发展并显示出了巨大的潜力。fMRI显示脑血流量和脑氧代谢率信息，SWI提供磁敏感信号差异，DTI与DKI分别反映生物组织高斯与非高斯分布水分子扩散运动，它们都从微观组织结构变化的角度反映了原发性癫痫患者脑组织病理生理学改变信息，有助于进一步了解其发生机制，为临床提供有价值的信息。而且这些技术的联合应用将为原发性癫痫的定性定位诊断、指导制定治疗方案和评估预后带来新的突破，使癫痫的诊治水平不断提高。相信随着今后MRI技术的不断发展，MRI在原发性癫痫的诊断和治疗方面将发挥更大的作用。

［References］

［1］Fisher RS， Acevedo C， Arzimanoglou A， et a1. ILAE official report: a practical clinical definition of epilepsy. Epilepsia，2014， 55（4）: 475-482.

［2］Tan QF， Li L， Wu CY. Epilepsy Surgery. 2nd. Beijing: People's Medical Publishing House， 2012: 143-171.

谭启富， 李龄， 吴承远. 癫痫外科学. 第二版. 北京: 人民卫生出版社， 2012: 143-171.

［3］Hildebrand MS， Dahl HH， Damiano JA， et al. Recent advances in the molecular genetics of epilepsy. J Med Genet， 2013， 50（5）: 271-279.

［4］Kalamangalam GP， Nelson JT， Ellmore TM， et al. Oxygenenhanced MRI in temporal lobe epilepsy:Diagnosis and Lateralization. Epilepsy Res， 2012， 98（1）: 50-61.

［5］Lu L， Chen ZQ， Yang PF， et al. An investigation on the brain function of the patients with right temporal lobe epilepsy between onset periods using resting state functional magnetic resonance imaging. Funct Mol Med Imaging （Electronic Edition）， 2015， 4（2）: 651-656.

鹿丽， 陈自谦， 杨朋范， 等. 右侧颞叶癫痫发作间期静息态脑功能磁共振成像研究. 功能与分子医学影像学（电子版），2015， 4（2）: 651-656.

［6］Qiao PF， Niu GM， Han XD， et al. Resting state fMRI research of the idiopathic complex partial seizures epilepsy. Chin J Clinicians（Electronic Edition）， 2013， 7（1）: 75-78.

乔鹏飞， 牛广明， 韩晓东， 等. 原发性复杂部分性发作癫痫的脑静息态MRI研究. 中华临床医师杂志（电子版）， 2013， 7（1）: 75-78.

［7］Raichle ME， MacLeod AM， Snyder AZ， et al. A default mode of brain function. Proc Natl Acad Sci USI， 2001， 98（2）: 676-682.

［8］Wu H， Zhang ZQ， Xu Q， et al. The effect caused by interictal epileptic discharges on mesial temporal lobe epilepsy brain networks. Chin J Magn Reson Imaging， 2015， 6（11）: 801-806.

吴寒， 张志强， 许强， 等. 间期痫样发放对内侧颞叶癫痫脑网络的影响. 磁共振成像， 2015， 6（11）: 801-806.

［9］Morgan VL， Sonmezturk HH， Gore JC， et al. Lateralization of temporal lobe epilepsy using resting functional magnetic resonance imaging connectivity of hippocampal networks. Epilepsia， 2012， 53（9）: 1628-1635.

［10］Zhang Z， Lu G， Zhong Y， et a1. fMRI study of mesial temporal lobe epilepsy using amplitude of low-frequency fluctuation analysis. Hum Brain Mapp， 2010， 31（12）: 1851-1861.

［11］Liu H， Buckner RL， Talukdar T， et a1. Task-free presurgical mapping using functional magnetic resonance imaging intrinsic activity. J Neurosurg， 2009， 111（4）: 746-754.

［12］Mccormick C， Quraan M， Cohn M， et a1. Default mode network connectivity indicates episodic memory capacity in mesial temporal lobe epilepsy. Epilepsia， 2013， 54（5）: 809-818.

［13］D’Arcy RC， Gawryluk JR， Beyea SG， et al. Tracking cognitive changes in new-onset epilepsy: functional imaging challenges. Epilepsia， 2011， 52（4）: 43-46.

［14］Haacke EM， Cheng NY， House MJ， et al. Imaging iron stores in the brain using magnetic resonance imaging. Magn Reson Imaging， 2005， 23（1）: 1-25.

［15］Sehfal V， Delproposto Z， Haacke EM， et al. Clinical applications of neuroimaging with susceptibility-weighted imaging. J Magn Reson Imaging， 2005， 22（4）: 439-450.

［16］Glick SD， Ross DA， Hough LB. Lateral asymmetry of neuro transmitters in human brain. Brain Res， 1982， 234（1）: 53-63.

［17］Tucker DM， Williamson PA. Asymmetric neural control systems in human self-regulation. Psychol Rev， 1984， 91（2）: 185-215.

［18］Xu X， Wang Q， Zhang M. Age，gender，and hemispheric differences in iron deposition in the human brain: an in vivo MRI study. Neuroimage， 2008， 40（1）: 35-42.

［19］Bouilleret V， Semah F， Chassoux F， et al. Basal ganglia involvement in temporal lobe epilepsy: a functional and morphologic study. Neurology， 2008， 71（22）: 1840-1841.

［20］Theodore WH. Expanding the geography of epilepsy: imaging evidence for Basal Ganglia involvement. Epilepsy Curr， 2006，6（2）: 40-41.

［21］Zhang Z， Liao W， Bernhardt B， et al. Brain iron redistribution in mesial temporal lobe epilepsy: a susceptibility-weighted magnetic resonance imaging study. BMC Neurosci， 2014，21（15）: 117-128.

［22］Hunter JV， Wilde EA， Tong KA， et al. Emerging imaging tools for use with traumatic brain injury research. J Neurotrauma，2012， 29（4）: 654-671.

［23］Aellen J， Abela E， Buerki SE， et al. Focal hemodynamic patterns of status epilepticus dectected by susceptibility weighted imaging（SWI）. Eur Radiol， 2014， 24（11）: 2980-2988.

［24］Li EZ， Gao JH， Lu GM， et al. Functional neuroimaging and its applications to critical brain diseases. Scientia Sinica Vitae，2015， 45（3）: 237-246.

李恩中， 高家红， 卢光明， 等. 神经功能成像及其在重大脑疾病中的应用. 中国科学: 生命科学， 2015， 45（3）: 237-246.

［25］Tang SX， Dai JP. DTI and SWI application progress on hippocampus in patients withAlzheimer's disease. Chin J Magn Reson Imaging， 2015， 6（9）: 699-703.

唐守现， 戴建平. 扩散张量成像和磁敏感加权成像在阿尔茨海默病海马的研究进展. 磁共振成像， 2015， 6（9）: 699-703.

［26］Zhang LX， Wang WW， Zhao X， et al. Review on cerebral white matter microstructure detection based on diffusion magnetic resonance imaging. Nanotechnology and Precision Engineering，2015， 13（4）: 276-286.

张力新， 王伟伟， 赵欣， 等. 基于扩散磁共振成像的大脑白质微结构检测研究进展. 纳米技术与精密工程， 2015， 13（4）: 276-286.

［27］Anderson AW， Zhong J， Petroff OA， et al. Effects of osmotically driven cell volume changes on diffusion-weighted imaging of the rat optic nerve. Magn Reson Med， 1996， 35（2）: 162-167.

［28］Sevick RJ， Kanda F， Mintorovitch J， et al. Cytotoxic brain edema: assessment with diffusion-weighted MR imaging. Radiology， 1992， 185（3）: 687-690.

［29］Ahmadi ME， Hagler DJ， Mcdonald CR， et al. Side matters: diffusion tensor imaging tractography in left and right temporal lobe epilepsy. AJNR Am J Neuroradiol， 2009， 30（9）: 1740-1747.

［30］Concha L， Kim H， Bernasconi A， et al. Spatial patterns of water diffusion along white matter tracts in temporal lobe epilepsy. Neurology， 2012， 79（5）: 455-462.

［31］Hui ES， Cheung MM， Qi L， et al. Towards better MR characterization of neural tissues using directional diffusion kurtosis analysis. Neuroimage， 2008， 42（1）: 122-134.

［32］Lee CY， Tbesh A， Spampinato MV， et al. Diffusion Kurtosis imaging reveals a distinctive pattern of microstructural alternations in idiopathic generalized epiepsy. Acta Neurol Scand， 2014， 130（3）: 148-155.

［33］Zhang Y， Yan X， Gao Y， et al. A preliminary study of epilepsy in children using diffusional kurtosis imaging. Clin Neuroradiol，2013， 23（4）: 293-300.

［34］Van Cauter S， Veraart J， Sijbers J， et al. Gliomas: diffusion kurtosis MR imaging in grading. Radiology， 2012， 163（2）: 492-501.

［35］Szczepankiewicz F， Latt J， Wirestam R， et al. Variability in diffusion kurtosis imaging：impact on study design，statistical power and interpretation. Neuroimage， 2013， 76（1）: 145-154.

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. 内蒙古医科大学研究生学院，呼和浩特 010020

2. 内蒙古医科大学第一附属医院磁共振室，呼和浩特 010050

牛广明，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