海马硬化mri表现及mri研究进展

海马硬化mri表现及mri研究进展

癫痫是一种复杂且反复发作的神经系统疾病。这是神经科学上仅次于脑血管疾病的第二个发病率。颞叶癫痫(temporallobeepilepsy,TLE)占药物难治性癫痫的60%~80%,其中60%~90%可通过手术治疗,术前对致痫灶的定位非常重要。与大多数疾病的影像学研究不同,癫痫灶有很强的病理生理学属性,很多致痫灶并不表现为通常意义上的形态学异常;有的海马癫痫形成镜影病灶,双侧受累,常规MRI依绝对标准或双侧对照的相对标准做出判断均有困难,甚至造成影像学显示的病灶部位与脑电图不一致;患者的利手差别等因素也会影响影像学判断癫痫灶的敏感性和特异性。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(hippocampalsclerosis,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。本文就海马硬化的常规MRI表现和MRI研究进展进行综述。1海马体积测量海马体积萎缩是神经元丢失在MRI上的反映;神经胶质增生及水肿导致海马T2WI信号增高。海马体积缩小和T2WI上信号弥漫性增高是HS的直接征象;侧脑室颞角扩大和海马头部浅沟消失等也是诊断海马硬化的可靠征象。硬化萎缩的海马T2弛豫时间T2延长,海马T2值超过116ms与海马硬化存在显著的相关性。FLAIR成像可获得比SET2WI更重的T2加权像,同时抑制了海马周围的脑脊液信号,提高了海马与周围信号的对比,更易于显示海马硬化信号的增高,较T2WI更加敏感和准确。海马体积测量(hippocampalvalumetry)的方法有多种,常用的为追踪法(tracing)和阈值法(thresholding),兴趣区的准确界定是保证测量准确的关键。追踪法是在T1WI斜冠状面图像上逐层勾画出海马轮廓;阈值法是建立一个灰阶阈值,计算机自动检测海马的边界。一般将追踪法和阈值法结合使用进行体积测量。阈值法用于标识结构边界的高对比部分,而结构边界的低对比部分通过追踪法标识。评价海马体积改变常用的方法为双侧海马结构体积差值(differenceofhippocampalformation,DHF),即将右侧海马体积减去左侧海马体积得到的体积差值。若右侧体积小于左侧体积,则差值为负值;反之差值为正值。由于正常人群的双侧海马体积存在不对称,平均DHF值为0.2~0.3cm3。所以在用DHF值行定侧诊断时,不用0作为临界值,而采用0.2cm3或0.3cm3。DHF对单侧海马硬化的诊断准确率高,DHF值越大,手术预后越好。2分散加权成像dwi和扩散张量成像di大分子、细胞膜、细胞成分和组织微结构均影响组织中水的扩散特性,DWI和DTI可提供以组织成分为基础的常规MRI所不能提供的信息。2.1患者发作期癫痫模型的建立组织水的扩散受组织水微环境的影响,表观扩散系数(apparentdiffusioncoefficient,ADC)可定量研究组织状态。癫痫发作期,患侧海马神经元肿胀和细胞外间隙减小等微环境改变导致ADC下降。癫痫发作导致的扩散减低过程非常短暂,关于患者发作期的DWI研究较少。Hasegawa等采用DWI对狗的复杂性部分性癫痫发作研究发现,癫痫发作后3h和6h,DWI显示左侧杏仁核高信号和ADC值下降,而此时T2WI和FLAIR上均无异常发现。近年来对急性症状性癫痫发作或癫痫持续状态之后短期内的DWI研究越来越多,结果表明急性发作后海马、海马旁回等区域在DWI上呈高信号,这些区域的高信号在随访后恢复正常,表明与局灶性癫痫活动有关的细胞毒性水肿是可复性的。DWI的暂时性变化特征为新近的癫痫活动提供了重要的定位信息。对癫痫发作间期的DWI研究较多,由于神经元密集度减低、树突分支减少、细胞结构丢失等因素导致组织结构疏松、细胞外间隙增宽,因此水分子扩散加快、ADC值升高。Kantarci和Lee等研究结果表明,海马和颞叶ADC值升高的定侧率分别为80%和100%,提示ADC值对于颞叶癫痫具有定侧诊断价值。2.2健康志愿者检测DTI是在常规DWI基础上发展的MR成像技术。DTI可测量水分子在三维空间的扩散方向和扩散程度,用于分析癫痫患者发育上和潜在致痫灶引起的白质束改变。Assaf等对12例颞叶癫痫和14例健康志愿者行6个方向的DTI研究发现,病例组病侧海马的平均扩散度高于对侧海马和正常对照组,而平均部分各向异性值(fractionalanisotropy,FA)低于对侧和正常对照组。Arfanakis等和Salmenpera等也发现类似的研究结果,Arfanakis等还发现TLE患者扩散各向异性减低不仅局限在颞叶,而延伸到颞叶外的其他区域。但是应当注意,既然癫痫本质上是海马灰质的病变,那么从检测到的白质异常作出的诊断还有待于商榷。因此,ADC值升高和FA值降低,在目前临床应用中常作为定侧指标,而不作为颞叶癫痫的诊断标准,也不作为预后评价指标。3检测条件的差异磁共振波谱可以敏感地测定局部脑区重要的代谢物浓度;通过细胞的代谢变化反映病灶的病理改变,如神经元损伤和神经胶质细胞增生等。氢质子波谱常测物质是N-乙酰天冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、胆碱(Cho)、乳酸(Lac)、谷氨酸(Glu)和γ-氨基丁酸(GABA)。NAA峰值降低提示神经元数目减少,Cr和Cho峰值升高提示胶质增生。由于Cr和Cho峰在谱线有部分重叠,故综合计算它们的信号强度,以消除Cr和Cho峰部分融合导致的峰下面积测量不准确的影响,使定量更加准确。由于测量方法不同,NAA/(Cr+Cho)的最低正常值也不完全相同;常采用0.72作为最低值,低于此值0.05为异常,提示海马硬化。3.11海马神经元缺失后的临床表现1H-MRS可以对轻度海马硬化进行早期诊断,提高海马硬化诊断的敏感性。在海马硬化早期,虽然有神经元变性、缺失及胶质细胞增生,但形态学改变可能不明显;海马神经元缺失后胶质细胞增生也会使海马体积缩小不明显;此时常规MRI上无形态学改变。MRS探测脑内代谢产物的异常,只要存在神经元缺失的代谢改变,就可通过代谢物比值反映出病理变化。Connelly等对7例海马和杏仁核常规MRI表现正常的患者进行1H-MRS研究,发现5例NAA/(Cr+Cho)明显减低,表明神经元减少或者胶质增生。3.21癫痫模型及糖酵解的确定在癫痫发作后早期和发作间期通过MRS测量NAA/(Cr+Cho)比值,可确定神经元及轴突的最大损害部位,进行术前定侧和痫灶定位。癫痫活动引起无氧糖酵解增加,癫痫发作后病灶区乳酸含量增高;因此测定TLE局灶的乳酸值可确定致痫灶。3.31癫痫灶对侧海马的影响在发作间期头皮EEG显示有20%的癫痫患者是双侧颞叶起源;发作间期颅内电极记录显示约80%以上的患者存在双侧颞叶内侧棘波。1H-MRS能敏感的反映出两侧颞叶代谢产物浓度的变化,准确判断病理改变严重的一侧,为外科手术提供精确定位。Ende等的研究中,16例患者中有15例癫痫灶对侧NAA下降,12例对侧NAA/(Cr+Cho)比值下降。Vermathen等对10例TLE患者进行1H-MRS研究,发现术前癫痫灶对侧海马NAA减少,术后对侧海马代谢水平恢复,说明癫痫灶反复发作可影响对侧海马,但不造成双侧内侧颞叶硬化。造成双侧NAA值下降和(或)NAA/(Cr+Cho)值低于正常值,其原因可能是由于患侧海马放电经过海马联合或后联合传递到对侧海马形成镜影病灶,长时间的发作导致对侧脑组织出现相应的生物化学改变,神经递质失衡,细胞丢失,因此对侧也会出现代谢功能的异常,但代谢异常的程度较患侧轻。单侧颞叶NAA浓度降低以及NAA/(Cr+Cho)比值低的患者,术后预后良好,而双侧颞叶NAA浓度均低的患者,预后不佳。3.41抗癫痫药物的致死量及药物治疗后的gaba含量变化Glu是脑内含量最多的一种氨基酸;作为重要的兴奋性神经递质,它是癫痫性脑损害的触发因子,在癫痫发作时可检测到Glu含量增高。GABA是中枢神经系统重要的抑制性神经介质;癫痫发作时GABA降低。抗癫痫药物通过减少GABA的细胞外摄取量,阻断GABA的降解或提高GABA受体的活性而产生疗效。1H-MRS通过测定活体脑组织中的GABA浓度及药物治疗后的GABA含量变化,可以评价新的抗癫痫药物的临床疗效,并合理地选择给药方式及调整剂量;同时也可避免脑脊液测定的有创性和标本处理带来的不准确性。3.5p-mrs的临床应用与1H-MRS相比,31P-MRS空间分辨率差,信号采集时间长,敏感性低,但31P-MRS仍具有重要的临床价值。磷代谢物包括三磷腺苷(ATP)、磷酸肌酸(PCr)、磷酸单酯(PME)、无机磷酸盐(Pi)等,主要参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢,因此31P-MRS被广泛应用在研究组织能量代谢和生化改变等方面。在脑代谢活动过程中,ATP分解为ADP和Pi,PCr分解为Pi和Cr,其中Pi与ADP合成ATP供能。癫痫发作时需要大量的ATP供给能量,而ATP的供给又由PCr提供,因此癫痫灶中ATP和PCr减少,Pi和H+增加。31P-MRS对癫痫病灶的测定结果常表现为pH值升高、PME减少及PCr/Pi比值降低。有人认为PME减少反映了神经元缺失和胶质增生有关的磷脂代谢改变,而致病灶pH值增高可能是大脑对癫痫反复发作的一种保护性机制。Kuzniecky等对部分性癫痫患者的研究发现PCr/Pi比值病灶侧是38%,对侧为50%,有效治疗后,逐渐恢复正常。4临床癫痫学发展的功能研究fMRI可用于癫痫患者的感觉、运动、语言和记忆等功能研究,在癫痫发病机制研究及手术定位等方面发挥重要作用,极大地推动了临床癫痫病学的发展。4.1fmri致痫灶定位致癫痫药的意义癫痫活动可引起相应部位脑血流的改变;fMRI是应用血氧水平依赖(bloodoxygenationleveldependent,BOLD)技术探测脑血流动力学改变,反映大脑活动,定位致痫灶。脑电图(electroencephalogram,EEG)和录像监测EEG(video-EEG,VEEG)触发的fMRI,可充分发挥fMRI空间分辨率高和EEG时间分辨率高的优点;fMRI可精确定位致痫灶,EEG可清楚区分不同激活灶的先后顺序。通过癫痫患者发作间期的异常放电,触发fMRI进行采集,获得神经元激活与局部脑血流在时间上的关系,以提高病灶检出率,并监测癫痫发作活动的传播,对深入探索癫痫发病机制有很高价值。fMRI-EEG可检查具有亚临床电活动的癫痫患者,避免了扫描时患者发作的危险性和运动伪影的产生,可提高检查的安全性和诊断准确性。事件相关fMRI根据事件触发采集到的异常神经兴奋信号所确定的癫痫灶位置。连续进行事件相关fMRI扫描,可获得反映兴奋传播过程中fMRI信号变化的系列图像,为研究癫痫灶兴奋及其传播过程提供重要实时信息。4.2手术前的定位功能个体差异以及癫痫患者在疾病发展中重塑语言与认知皮层功能区,导致语言与认知功能区的非典型分布。研究语言认知功能区的准确定位,不仅有利于深入了解癫痫发病机理,揭示语言、记忆等认知功能及其发展机制,而且对癫痫的诊断和治疗也具有重要意义。外科手术是治疗顽固性癫痫的重要手段;但术后是否引起功能缺失是判断颞叶切除术是否成功的重要指标。切除优势半球常引起语言和记忆缺失,因此术前对患者语言优势半球的确认以及记忆功能的定位至关重要。如果能准确定位脑功能皮层,即可预计手术切除癫痫病灶的危险水平,制订精细的手术计划,决定手术切除的范围,尽可能预防神经损伤。Adcock等对l9例颞叶癫痫患者进行语言范例研究(其中左侧病变12例,右侧病变7例),发现与对照组和右颞叶癫痫患者比较,左颞叶癫痫患者的右半球激活更多见,其出现几率高于双侧半球激活(33%),该结果与Wada试验有很好的相关性。此试验表明,很多难治性颞叶癫痫患者存在语言半球重塑。Dupont等应用fMRI对7例左内颞叶癫痫患者进行评价,以寻找癫痫患者词句记忆神经网络皮层再分布的证据。所有被试者均显示了海马旁回的激活,与对照组相比,癫痫患者在执行记忆任务中还显示广泛一致的左前额叶激活。4.3双侧和海马硬化Dupont等用fMRI技术研究左侧颞叶内侧癫痫患者(LTLE)和正常人的短暂记忆的解剖环路,显示LTLE患者在左侧前额叶背侧皮层有一新的变异激活区,而左侧海马激活消失,对侧海马旁回激活减弱。对侧海马旁回激活减弱提示左侧海马硬化可以导致右侧海马功能障碍,为颞叶内侧癫痫综合征的双侧受累提供了证据。Dupont等采用短时记忆和延迟记忆模式fMRI研究结果显示,与对照和LTLE相比,右侧颞叶内侧癫痫(RTLE)患者左侧半球功能激活区普遍减低,RTLE患者存在语义记忆障碍被认为是记忆双侧受损的证据。海马硬化是癫痫发