SPC DIR序列在一体化PET-MRI中对癫痫灶的定位诊断价值

张微，李云波

癫痫(Epilepsy)是最常见的神经系统疾病之一，对于难治性局灶性癫痫而言，手术治疗是有效方法之一[1]。手术方案及疗效极大程度上取决于术前评估的准确性，影像学发现的结构异常与癫痫发作之间并不存在必然的因果关系[2]。常规MRI序列(T1WI、T2WI)及磁化准备快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquired gradient echo,MPRAGE)发现的结构异常并非都会引起癫痫，同时并非所有的癫痫患者均能检测出结构异常，有20%～30%的颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy，TSE)和20%～40%的颞叶外癫痫在常规影像学图像上不能发现明显的致癫灶[3]。一体化PET-MRI可以实现结构、功能和分子影像数据在时间和空间的最佳配置，可将功能影像和结构影像的优势互补[4]。与常规MRI癫痫灶阳性率结果比较，PET-MRI可通过脑异常葡萄糖代谢将阳性率 提高35%～40%[5]。另一方面，在脑代谢异常引导下的MRI多序列复审中，能够发现易漏诊的结构异常。可见，如何优化MRI序列是癫痫灶定位中的关键问题。三维快速自旋回波双翻转恢复(three dimensional sampling perfection with applicitong-optimized contrasts by using different flip angle evolutions-double inversion recovery，3D SPC DIR)序列可使脑白质和脑脊液信号趋于零，能显著提高脑灰质病变的显示。本文通过回顾性分析25例癫痫患者的一体化PET-MRI检查结果，旨在探讨3D SPC DIR成像联合18F-FDG PET葡萄糖代谢成像对致痫灶的诊断价值。

材料与方法

1.研究对象

回顾性分析2017年8月-2019年4月30日本院经手术病理证实的25例难治性癫痫患者的临床和影像学资料。其中女14例，男11例，年龄6～46岁，平均(21.8±9.3)岁。所有患者术前评估内容包括详细的病史及神经系统体征、神经心理学评估、脑电图检测(EEG)、一体化PET-MRI扫描。采用常规平扫(T1WI、T2WI)、MPRAGE和3D SPC DIR序列行MRI检查。纳入标准：①药物难治性局灶性癫痫；②无MRI检查禁忌证；③经外科初步诊断拟行手术治疗。排除标准:①MRI提示脑内有扩散异常区、脑实质多发病灶；②遗传代谢性脑病所致继发性癫痫；③既往有颅内手术史；④体内有抗磁性植入物；⑤幽闭恐惧症患者；⑥其它原因不能耐受PET-MRI检查者。

2.PET-MRI检查

检查前24 h内禁止患者摄入烟、酒、咖啡以及影像葡萄糖代谢的物质。检查前禁食4～6 h。注射显像药物前测量血糖浓度，需控制血糖水平<11.1 mmol/L(低于8.3 mmol/L为佳)。测量身高、体重；经肘静脉注射18F-FDG，剂量3.7 mBq/kg(0.1 mCi/kg)。随后患者在候诊室试听封闭40 min后进行PET-MRI检查。

使用Siemens Biograph mMR PET-MR仪，由PET系统和3.0T磁共振系统组成。PET检查的空间分辨率达2 mm。18F-FDG(江源安迪科公司)的放化纯度>95%。检查过程中，患者平卧于扫描床上，头部固定。颅脑18F-FDG PET扫描参数：采集时间20 min，PET衰减矫正采用冠状面基于MRI图像信号的衰减矫正法，重建类型为HD PET，迭代次数8，矩阵512×512。MRI扫描序列和参数如下。①横轴面TSE T2WI：TR 5000 ms，TE 91 ms，层厚3 mm；②冠状面TSE T2WI：TR 4000 ms，TE 82 ms，层厚3 mm；③MPRAGE：TR 1900 ms，TE 2.36 ms，层厚1 mm；④SPC DIR：TR 7500 ms，TE 339 ms，层厚1.5 mm。采用Syngo Via后处理工作站获得PET-MRI融合图像。

3.图像分析

由两位核医学副主任或主任医师对PET 结果进行双盲分析。通过对比两侧大脑半球之间放射性分布的不对称性，连续3层以上出现局限性放射性分布减低或增高即可判定为脑代谢异常。由两位放射医学主任医师对MRI结果进行双盲分析。分别分析T2WI+MPRAGE图像和SPC DIR图像，综合判断各序列图像上脑皮质区是否存在异常信号、病灶边界的清晰程度和结构特征。临床根据影像结果选择术前影像学能够提供较为全面的定位信息的患者进行手术治疗，根据手术结果比较两组方法对癫痫灶定位的一致性和准确性。

4.统计学处理

所有数据使用SPSS 17.0软件包进行统计学分析。计数资料用例数和百分数表示，组间比较采用卡方检验。以P<0.05为差异具有统计学有意义。

结 果

所有纳入的25例癫痫患者均进行手术治疗，根据术后病理结果，致痫病灶均为单侧，部位分布：颞叶19例，额叶4例，顶叶2例。病理基础为皮质发育不全7例(图1～2)，海马硬化5例，皮质发育不全合并海马硬化12例(图3)，节细胞胶质瘤1例。

PET-MRI扫描全程均无癫痫症状发作。PET共检出阳性病例23例(92%)，表现为单侧18F-FDG代谢减低；1例表现为双侧代谢减低，1例无明显代谢异常，这2例患者以术中皮质脑电图进行定位。13例患者(52%)经常规MRI序列(T2WI+3D MPRAGE)综合判定为阳性结果，信号特点为T2WI上信号增高伴局部结构不清。SPC DIR序列判断21例患者(84%)为阳性结果，表现为局部信号增高、灰白质交界不清。两组方法结合PET进行统计学分析，常规MRI序列联合18F-FDG定位准确13例，SPC DIR序列联合18F-FDG定位准确21例，差异有统计学意义(χ2= 4.50，P=0.034)；对2组检查诊断致痫灶的效能进行ROC曲线分析，曲线下面积分别为0.725和0.912，SPC DIR序列的诊断效能优于常规MRI序列(图4)。

讨 论

18F-脱氧葡萄糖正电子发射计算机断层显像(18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography，18F-FDG PET)是一种无创性检查方法，能够检测到因癫痫活动引起的脑葡萄糖代谢异常，并作为神经影像检查手段常规应用于癫痫的术前评估和定位。对癫痫患者的FDG-PET图像进行分析时，通常采用左右对比的方法来评估代谢异常区域。同时，癫痫症状与默认网络(default mode network，DMN)系统存在一定的关联[6]，葡萄糖代谢能反映DMN状态。FDG-PET应用于难治性癫痫患者，可以发现MRI检查结果为阴性患者的致痫灶，尤其在颞叶癫痫患者中效果较好[7]，能够对80%的此类患者进行致癫灶的准确定位，但对于颞叶外癫痫病灶FDG-PET的阳性检出率显著降低。这是由于PET图像的空间分辨率较低，不能很好地描述病灶的边缘细节。在发现异常代谢区后，定位诊断比较粗略，并不能精准定位，只能为癫痫患者的术前评估勾画大致的手术范围。MRI检查技术具有较高的空间分辨率和组织分辨率，能够发现癫痫患者尤其是局灶性皮质发育不良(focal cortical dysplasia，FCD)患者脑皮层内微小病灶的信号和结构变化[8]。因此我们通过一体化PET-MR检查技术，达到真正意义上的同机同时"多模态"采集，结合两种检查技术的优势，不仅通过额外的定侧/定位信息将可疑病灶范围缩小，还能将一部分难治性癫痫患者从既往的隐源性癫痫转变为有明确病因、病灶的癫痫，并提供了脑功能评估依据。

图3 女，23岁，术后病理提示为海马硬化伴皮质发育不良。a)冠状面T2WI，显示颅内未见明显异常信号；b)冠状面SPC DIR图像，显示右侧海马(箭)信号较对侧增高；c)冠状面PET-MRI融合图像，显示右侧海马(箭)葡萄糖代谢较对侧轻度减低。

图4 T2WI+3D MPRAGE和SPC DIR序列诊断致痫灶的ROC曲线，曲线下面积分别为0.725和0.912。

一体化PET-MRI的诊断效能需要MRI多序列的支持。大脑皮质内的细小和皱褶结构、白质和脑脊液紧密接触的部分通常很难通过常规成像明确有无病变。我们更注重双反转恢复序列的使用，该序列在快速自旋回波基础上施加了两个反转恢复脉冲(TI1=3000ms，TI2=450ms)，可抑制脑白质尤其是脑脊液的信号，来增加灰质和背景的对比度。DIR序列让白质和脑脊液分别呈现不同的信号特点，再配合SPC技术的3D高分辨成像，可以行任意方向的图像重建，对病灶的显示更优，能够获得最优的大脑皮质评估效果。术前MRI检查结果为阴性一直以来被认为是癫痫患者手术预后不佳的一个预测因子[9]。有研究结果显示，MRI表现为阴性的癫痫患者，术后病理检查显示大多有海马硬化、胶质细胞增生、低级别胶质瘤、胚胎发育不良性神经上皮瘤和皮质发育不良[10]。而皮质发育不良最常见的局灶性异常包括皮质厚度异常、灰白质交界不清、“Transmantle”征等[11]。考虑到这些病变在皮层和白质相关区域的位置，我们采用的DIR序列既能突出皮质结构异常变化又能显示白质病变。

在对癫痫病例的回顾性分析中，我们发现双翻转恢复序列在皮质发育不良、颞叶海马硬化和肿瘤导致的癫痫都有其独特的优势：皮质内致癫灶的细胞结构的差异导致皮层信号较其它部位更薄和模糊不清、细胞结构的差异导致海马高信号、并可明确渗透性肿瘤或皮质发育不良的范围。①颞叶内侧硬化：在早期主要为海马硬化和萎缩，病变区在T2WI上信号改变不明显，但是在DIR图像上能很明显地观察到两侧海马和杏仁核的信号不对称。颞叶癫痫发作还可引起海马的肿胀、僵硬和长T2信号改变[12-13]。本研究中有4例患者的海马较对侧明显肿胀、体积增大，葡萄糖代谢较对测减低，DIR序列上能很明显地看到海马的高信号改变及双侧信号不对称。此外，颞叶癫痫患者在常规MRI上可发现非患侧的继发改变，通过DIR及FDG-PET可发现左、右侧颞叶的差异。②局灶性发育不良和结节性硬化症：局灶性发育不良尤其是IIB型，主要MRI表现为局灶性皮层增厚、灰白质分界不清、白质内向侧脑室方向延伸的锥形异常增高信号，DIR序列能够很清晰地显示此类异常信号。③室周旁结节状灰质异位：DIR序列能抑制正常白质信号，使得异位的灰质信号凸显。DIR序列还能区别胶质增生还是灰质异位，因为前者信号比正常灰质更显著。④多小脑回畸形：是神经元移行异常的一种常见类型，其大体病理表现以脑回增多、脑沟变浅和皮质增厚为特点。因为多小脑回畸形常发生在皮质发育的后期阶段，因此病灶内细胞发育不良相对较少，在T2WI上并不显示为高信号，薄层T1WI上病灶信号与正常灰质的信号强度相似。本研究中我们发现，虽然DIR图像上脑实质内信号并无异常，但是能很清楚地显示增厚的皮层，结合FDG-PET图像，能准确诊断和精确定位。⑤神经胶质瘤：DIR图像对肿瘤与相邻正常皮层提供了较高的对比度，尤其对于是神经胶质肿瘤，能清晰显示可能导致癫痫的病变区域皮质细节改变，对手术范围的精准制定提供了帮助。

临床研究发现，虽然PET在癫痫定位中结果阳性率整体高于MRI，但是由于PET分辨率的不足，必须联合MRI才能在癫痫定位中提供的解剖定位诊断[14-15]。所以癫痫灶精确定位的前提需要选择合适的MRI序列。SPC DIR序列是在快速自旋回波序列上加两个翻转脉冲(TI1=3000ms，TI2=450ms)，通过这两个选择脉冲，使脑白质和脑脊液信号趋于零，能提供优异的灰白质对比。通过本研究也发现SPC DIR序列优于常规的MRI序列。可见，在一体化PET-MRI常规显像联合SPC DIR技术对代谢异常区域进行三维定位，能更加准确地明确致癫灶的位置，为外科手术范围的划定提供有力证据，对于药物治疗控制不佳的癫痫患者具有重要价值。所以，无论是使用一体化PET-MRI还是单纯MRI进行术前定位，SPC DIR都应是需要采用的序列。

本研究仍存在着一些不足：①判断病灶时，PET为定量分析，而对DIR图像上病灶的观察为主观判断，可能受到诊断经验等因素的影响。②本研究中病例数相对较少，有待今后进一步扩大样本量，调整序列参数来进一步提高图像的信噪比，希望发掘出更多影像信息，结合图像后处理技术，以及计算机自动提取图像异常区域(代谢、信号、皮层宽度等)等新技术的应用，为癫痫的诊断提供更进一步的帮助。