癫痫影像诊断与研究进展

癫痫影像诊断与研究进展,复旦大学附属华山医院放射科何慧瑾,癫痫病因学, 肿瘤 皮质发育不良 血管畸形 近中颞叶硬化（MTS） 神经皮质硬化,癫痫影像学的进展, 结构成像：CT、MRI 功能成像：MRS、fMRI、DWI、DTI SPECT、PET 定量技术：MRI体积测量、T2弛豫时间测量、 ADC值、FA值,癫痫影像学的作用, 明确病因 了解脑的功能状态：MRS、fMRI、DTI 术前准备：定侧诊断、功能评价、预测预后 探索癫痫的疾病过程,MRI成像序列, 矢状面SE T1加权 横断面FSE T2加权 倾斜冠状面T1加权： IR T1W或3D-FSPGR序列 倾斜冠状面FSE T2加权 倾斜冠状面T2-FLAIR序列,2D-SE,3D-FSPGR,3D-BRAVO, 3D扫描T1权重大，灰白质对比度好 3D整块扫描，图像信噪比好 无间隔，薄层，分辨率高 扫描时间短,正常海马的MRI表现, 全长 4-5cm,主要为灰质结构，分三部分 头部：与杏仁核为邻，扁平不规则形， 海马趾为其特征 体部：规则卵圆形 尾部：体向后方的横行段 人为分界：脑干前缘，四叠体,正常海马形态和细胞结构,3.0-T 60-cm imager ，3-cm-diameter solenoid coil Spin-echo interleaved images ， 1000/30/4 ，256 * 256 matrix, 1-mm thickness, 3- or 4-cm FOV,Subdivisions of Ammons hornCA1 (1), CA2 (2), CA3 (3), CA4 (4),海马正常的内部结构,内层： 齿状回 灰质信号 中间层：辐射层 白质信号 外层：安蒙氏角CA1-CA4 灰质信号 海马槽和海马伞：白质纤维,三层结构,3T显示正常海马,7T显示正常海马,Radiology 2011,261(1),海马的病变,海马是一个极易受损的敏感部位，创伤、缺血缺氧、炎症反应和变性等过程均可引起海马病变。海马硬化( hippocampal sclerosis，HS ) 是难治性颞叶癫痫最常见的病理类型，主要病理改变为抑制性神经元数目的减少， 神经元树突棘的丧失以及星形胶质细胞的反应性增生。在大体结构上，海马变小变硬。,海马硬化的病理,1825年，Bouchet 和 Cazauvieilh 首次报道了癫痫和精神错乱之间的关系，8例/18例穿刺发现有海马病变，以后被称之为安蒙氏角硬化（Ammons horn sclerosis)。1880年，Sommer 首次对海马病灶镜检，描述了海马CA1段广泛的神经元丢失情况。1899年，Bratz估计安蒙氏角硬化占癫痫病理的50；认为安蒙氏角硬化可能是癫痫的病因，而不仅仅是癫痫发作的结果。,1987年，Kuzniecky 首次报道HS的MRI，并与病理相对照，几乎完全靠T2加权高信号诊断。1990年，Jackson首次采用理想的倾斜平面成像诊断HS：海马萎缩T2加权信号改变（0.3T）。 1993年， Jackson 建立了海马硬化MRI诊断的4个标准（1.5T）。,海马硬化MRI,海马硬化的特征,T1W显示近中颞叶硬化的示意图,主要MR征象：右侧海马萎缩、T1W信号降低（T2W信号增高）、海马内部 细节丢失次要MR征象：同侧颞叶萎缩、侧白质萎缩（CWM）、穹隆萎缩、颞角扩大、 同侧乳头体萎缩（前部层面）,右侧海马硬化,右侧海马硬化,左侧海马硬化,Radiology 2011,261(1),海马硬化的MRI诊断,海马硬化神经元丢失和胶质增生 海马萎缩胶质增生 信号增高神经元丢失和胶质增生 内部细节丢失,颞角扩大只有与同侧海马萎缩同时存在，才能与海马硬化的诊断相关。正常变异，其它原因导致颞叶实质丢失，头位不正等也可引起颞角扩大。颞叶萎缩不能作为海马硬化的诊断标准。先天变异，头位不正或其它原因可以造成颞叶萎缩的假象。侧白质萎缩可能是海马硬化的病理延续。,海马硬化的MRI诊断,海马硬化的病因探讨, 儿时高热惊厥史：2540TLE 产伤：1953年 Earle 提出incisural sclerosis 内侧颞叶经小脑天幕疝 海马损伤 癫痫发作： 成人大发作14天 高信号，8个月萎缩 老鼠模型 Kainate 血管性水肿 细胞毒性水肿 15天 胶质增生 海马硬化既是原因，又是结果,海马硬化的鉴别诊断,老年性海马萎缩：与大脑萎缩程度一致AD海马萎缩：无信号的异常海马的肿瘤：体积增大、占位征象其它病变注意海马损伤之后的暂时性改变,海马胶质瘤 WHO2级,少枝胶质瘤 WHO2级,MRI体积测量 对颞叶癫痫诊断价值的研究,MRI体积测量方法,追踪法（tracing）域值法 （thresholding） 基于感兴趣区 随机标记法（random marking）VBM（voxel-based morphometry） 基于体素,基于感兴趣区的体积测量方法,颅内容积测量 海马、杏仁核和前颞叶的定界 海马、杏仁核和前颞叶体积测量 海马、杏仁核和前颞叶体积的标准化处理： VR=Vr*Va/Vn,临床应用价值,定侧诊断DHF与海马绝对容积相结合定侧敏感性76%，特异性100%。杏仁核和前颞叶体积测量不具定侧诊断价值。2.评价手术预后单侧海马萎缩是手术的最佳适应症。双侧海马不对称萎缩不是手术禁忌（DHF值达定侧标准，预后好）。,基于体素的形态测量学（VBM）,2000年首次被Ashburner和Friston提出 基于体素对脑结构磁共振图像的自动、全面、 客观的分析技术，可以对整脑定量地检测脑组 织成分的密度，从而刻画出局部脑区的特征和 脑组织成分的差异。,VBM方法,空间标准化：将个体脑结构图像在空间上标 准化到一个完全相同的立体空间 分割：得到灰质、白质和脑脊液 平滑：提高信噪比 统计建模和假设检验,VBM的优点,允许对全脑做出估计，无需关于感兴趣区的先 验假设定量检测出脑组织的密度差异， 使对脑组织的分析从定性上升到定量可重复性好，无主观误差,皮层表面积,FreeSurfer,皮层厚度,颞叶癫痫患者皮层表面积与海马容积的相关性红色代表正性相关,1H MRS对颞叶癫痫 定侧诊断价值的研究,右侧NAA/(Cr+Cho)比值为0.46，左侧NAA/(Cr+Cho)比值为0.73。,右侧NAA/(Cr+Cho)比值为0.48，左侧NAA/(Cr+Cho)比值为0.56。,颞叶癫痫1H MRS改变的病理,TLE基本病理改变抑制性神经元数目减少 NAA 星形胶质细胞反应性增生 Cr、Cho本研究显示病侧颞叶NAA/Cr、NAA/Cho和NAA/(Cr+Cho)比值较对侧和正常对照组降低，由此推测NAA减少，或Cr、Cho增高。与文献报道相一致，也为病理所证实。,1H MRS双侧异常的意义及与手术预后的关系,本研究中MRS双侧异常率34 文献18-50。 原因：1.Margerison双侧病理； 2.癫痫放电的传导扩散。 MRS双侧异常并不预示手术预后不良。 双侧不同程度代谢异常并不是手术禁忌。 双侧异常可能更多地反映神经元的失功能。 文献报道中有相反的意见。 原因：预后不良组病例数少，需进一步随访。,fMRI对颞叶癫痫的研究,WADA试验 创伤性 BOLD 无创 语言功能定侧 致痫灶定侧 皮层语言区定位，与术中皮层电刺激相符合 手术适应症和手术方案的选择，手术预后的评价,BOLD语言激活模式,实验任务： 语音判断任务 图片命名任务 语义联想任务 背诵任务 阅读无意义词任务刺激任务设计模式：组块设计（Block Design）,语音判断任务平均激活图,图片命名任务平均激活图,语义联想任务平均激活图,背诵任务平均激活图,阅读无意义词任务平均激活图,目前尚不能肯定fMRI语言激活图如何应用于癫痫手术切除的精确计划，至少有三个问题使进展受阻：不同激活模式产生的语言激活图不一致。目前尚未找到一个可靠激活前颞叶的激活模式，而前颞叶是大部分癫痫手术施行的部位。对fMRI激活特异性的理解尚不够充分。,fMRI对癫痫选择性手术切除的价值,fMRI对癫痫选择性手术切除的价值,采用fMRI激活图来决定单个患者的哪些部位的脑组织能被切除，将面临二个风险：由于应用的特定语言激活模式的不敏感导致患者被切除了“未激活”的重要语言区，从而引起术后语言功能下降。保留了“激活”的区域，而这些区域事实上并不是重要语言区，从而引起术后不够理想的癫痫控制。,fMRI对癫痫选择性手术切除的价值,只有经过非常仔细设计的研究切除时不知晓fMRI数据，采用标准化程序评价预后，对解剖和功能病灶行定量测量 fMRI语言功能图对癫痫选择性手术切除 的价值才能得以评价。,MRI弥散成像,MRI弥散成像中的基本概念,弥散（Diffusion）：指水分子随机的微观的直线运动（布朗运动）。 弥散加权成像（DWI）：MRI图像上的信号强度可以通过添加额外的磁场梯度使脑内水分子的弥散率发生变化而变化。在DWI上，低弥散区域具有相对高的信号强度。 弥散张量成像（DTI）：各向异性弥散由弥散张量表示，以矩阵D的形式表示 Dxx Dxy Dyz D= Dyx Dyy Dyz Dzx Dzy Dzz,细胞密度低-细胞小: 促进弥散,b1000 : 低信号ADC : 高信号,细胞外间隙 细胞内间隙,MRI弥散的基本原理,细胞密度高-细胞大: 限制弥散,细胞外间隙 细胞内间隙,b1000 : 高信号ADC : 低信号,MRI弥散的基本原理,弥散张量成像,Calculate shape of the ellipsoid,各向异性,弥散率,彩色编码,弥散张量成像测量水分子的随机运动,缺血脑组织中水ADC的下降与细胞毒性水肿的发生有关。 多种假设：1，细胞肿胀之后细胞外间隙扭曲导致细胞外弥散减低； 2，细胞膜通透性的降低； 3，细胞内弥散度的减低； 4，细胞内循环的降低或粘滞度的增加。 癫痫动物模型中观察到ADC的下降：离子平衡的破坏造成水从细胞外进入细胞内，或是由于细胞浆失功能所致。 癫痫模型与缺血模型有重要差别，但一个共同特征是细胞肿胀的存在，提示二者中弥散减低的机制可能存在共同性，尽管细胞受损的本质是不同的。,DWI信号改变的机制,DWI在癫痫中的应用,癫痫发作期：实验模型 DWI高信号，ADC值 下降（细胞肿胀） 患者癫痫发作间期：海马 ADC值升高（细胞外间 隙扩大） 海马之外病灶,注射kainic acid，癫痫持续状态后1hr,3days,24hr,7days,DWI,T2W,癫痫发作期,癫痫发作后 4个月,癫痫发作期,癫痫发作后 18个月,ADCs of the right and left hippocampus were 146*10_5 and 125*10_5 mm2/s, respectively.,ADC图的3D显示，左侧颞枕交界ADC值升高（红色），与颅内EEG显示的发作区（蓝色）和激惹区（绿色）相关。,颞叶癫痫网络,Spencer等在2002年首先提出内侧颞叶癫痫网络概念海马是TLE癫痫活动产生的核心区域；但双侧杏仁核、内嗅皮质、外侧颞叶及部分额叶、顶叶、丘脑中缝核团、中脑网状结构也共同参与TLE的发生、发展，构成TLE网络神经生理学研究：癫痫波的产生和传播有着特定神经解剖网络,研究意义,利用DTI技术观察儿童颞叶癫痫患者海马及颞叶白质MD值和FA值改变，探讨DTI在TLE中对于病变部位的显示价值分析脑白质纤维束的DTI参数，评价其揭示癫痫继发颞叶以外结构损伤的能力，并探索颞叶癫痫网络的性质,左图示FA图上海马的形态，右图显示在b0图上ROI区域放置位置,显示两侧颞叶白质，并显示b0图(左图)和DEC图(右图)ROI放置位置,研究小结,颞叶癫痫患儿，发作间期海马DTI参数值表现不同，MD为著除患侧海马外，对侧海马也存在MD值升高和FA值减低颞叶白质存在弥散系数和各向异性的异常，患侧较对侧明显DTI对颞叶癫痫，尤其是海马硬化具有一定的定侧诊断价值,标记各ROI区域：红色穹窿，粉红色扣带回，淡黄色胼胝体压部，蓝绿色胼胝体膝部，湖蓝色外囊，草绿色内囊,以DEC为参照选取的ROI位置,颞叶癫痫引起的脑组织水分子弥散程度异常并不仅限于颞叶，还可以通过颞叶网络影响颞叶以外的脑白质纤维束穹隆作为颞叶网络中的重要组成，由于继发轴索的Wallerian变性，穹隆体积减小；MD值和FA值变化最明显,研究小结,DTI在癫痫中的应用,对20例TLE行三种语言任务的fMRI，16例语言优势半球在左侧，另4例为双侧或右侧。DTI示左侧弓形纤维束的FA值高于右侧。在RTLE，弓形纤维束的各向异性与fMRI语言定侧呈明显正相关。,fMRI和DTI的联合应用反映了功能和结构的关系。弓形纤维束是主要的语言相关纤维束。,fMRI和DTI的联合应用。在对照组和右侧TLE组，语言激活和相关的白质通路为左侧半球优势形式。而在左侧TLE