癫痫的影像学研究进展.ppt

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1、,癫痫的影像学研究进展,癫痫是一种以大脑神经元的反复异常放电为特征的一组临床症候群，患病率约0. 5 %1 %，人类对于癫痫的认识和研究最早可以追溯到2500年前。最近10余年，癫痫领域的研究进展很快，功能影像学方面 ，各种成像技术为癫痫的临床诊疗提供了崭新的检查手段 ： MRS 发展及其应用最为瞩目，因为MRS 具有很高的敏感性，且与手术病理有良好的符合，是探测局部神经元病变的最好工具。 fMRI 描述大脑内神经元激活的区域，进行脑功能定位； DWI 通过组织水分子的细微弥散变化情况来反映组织的病理生理过程，为癫痫研究提供了一种全新的研究方法。 SPECT、PET 从脑功能上了解发作间歇期和

2、（或）发作期的脑血流、脑代谢情况；MEG、MSI 更精确的发现异常放电的起始部位。,磁共振波谱 (magnetic resonance spectroscopy，MRS),是一种利用核磁共振现象和化学位移作用进行一系列特定原子核及其化合物分析的方法，能检测活体组织器官能量代谢、生化改变的一种无创性技术。随着高场强、高性能设备的问世，其灵敏度不断提高，近10余年来已逐渐地应用于包括癫痫在内的神经系统疾病的基础研究和临床应用中。,1HMRS病理生理学基础,癫痫的组织病理学改变为神经元损 伤和神经胶质细胞增生，因而用1HMRS 对NAA、Cho 、Cr 峰值及NAA/Cr、NAA/ (Cho +Cr

3、) 比值的分析来诊断癫痫，通过测定Glu、Gln、GABA 等三种 氨基酸神经递质来判断癫痫活动。,NAA（N乙酰天门冬氨酸） 主要存在于神经元内, 是神经元功能的标志物,其含量下降常提示神经元功能受损或丧失。 Cho （胆碱） 和Cr （肌酸） 在神经元和神经胶质内均被发现, 但细胞研究证明, 异形胶质细胞和少突胶质细胞内Cho 和Cr 含量明显高于神经元,所以Cho 和Cr 增加提示有神经胶质增生。 GABA （- 氨基丁酸） 是中枢神经系统中的一种主要抑制性神经递质，具有抗伤害作用。 Glu（谷氨酸）和Gln（谷氨酰胺） 是兴奋毒性作用的神经递质。 GABA减少或Glu和Gln增加都提示

4、局部兴奋性增高而异常放电。,1H MRS对NAA、Cr、Cho的测定,颞叶癫痫的研究 1.病理改变敏感指标：Duncan等对25例TLE患者和与其年龄相匹配的正常人进行了对照研究，也发现25例患者MRS全有异常，与正常对照比较，NAA信号减少22 。Cr和Cho信号分别增加l5和25 ，且NAA(Cho+Cr)比值明显降低。 2.致病灶的准确定位： 3.病灶对侧异常：对TLE的进一步研究还发现，不仅癫痫病灶侧有异常改变，病灶对侧也可出现异常。,非颞叶癫痫的研究 1HMRS可敏感地反映出非颞叶区的神经元缺失，为非颞叶癫痫提供有价值的术前定位信息。 Garcia等对额叶癫痫患者的研究表明致痫灶侧的

5、额叶NAA较对侧下降，NAA(Cho+Cr)也平均较对侧下降了30。 Savic等对特发性全面性癫痫 (idiopathic generalizedepilepsy，IGE)患者研究也得出相似的结果，并发现强直一阵挛发作患者会出现丘脑NAA含量降低，而所有患者都存在丘脑Cho、Ino含量改变。 Simister等近来对枕叶癫痫患者研究也发现类似的改变。,1H MRS对神经递质的测定,Glu，Gln：Petrdt等用1HMRS测得TLE病人活体和 手术标本的Gln峰值升高，且大脑皮质高于白质， 而Glu峰值变化不大 GABA: 对实验动物的大脑皮层和癫痫患者脑脊 液的测定，均显示有GABA的降低

6、。 Rothman等观察到患者服用氨己烯酸(vigabatrin， VGB)的量与大脑皮层GABA的增加基本平行。所以， 应用 1H MRS测定人活体GABA，可动态和定量评价 癫痫发作不同时期脑中GABA浓度和抗癫痫药物治疗 后GABA的含量，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。,MRS shows syndrome differentiated metabolite changes in human-generalized epilepsies Savic,a,Y.Osterman,c and G. Helms NeuroImage 21 (2004) 163172,

7、31P病理生理学基础,31PMRS用于癫痫活体研究早于1HMRS,生物体内许多 生物分子都含有31 P ,磷代谢物包括三磷腺苷 (adenosine triphosphate，ATP)、磷酸肌酸 (phosphate creatine，Pcr)、磷酸单酯(phosphate monoester，PME)、无机磷酸盐(phosphaticion，Pi )等，它们的能量代谢反应式为PCr+ADPATP+Cr； ATPADP+Pi+能量。 31PMRS判断致痫灶主要依据PME、Pi和PCr的峰值变 化。 有研究认为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。 PH值升高反映出脑组织的过

8、度兴奋和有异常发作。 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.,31PMRS在癫痫中的应用,31P MRS 对癫痫病灶的测定结果常表现为pH值升高、PME减少及PcrPi比值降低。 定位诊断：31PMRS对额叶的研究中也发现了患侧pH值升高和PME降低现象,证明了31PMRS对颞叶外癫痫的定位价值. 评价治疗：在8O年代，Young等应用31PMRS对癫痫患者进行研究时就发现致病区PcrPi比值在癫痫发作时降低50，痫性发作停止后，比值恢复正常。Kuzniecky 等对部分性癫痫患者的的研究也得到类似的结果，有效治疗后，各指标渐正常。 近来Obata等发现，Pi浓度

9、升高与NAA/(Cho+Cr)比值降低都是反映神经元改变的理想指标。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值的增高可能是大脑对癫痫反复发作的一种保护性机制。,其它原子核MRS 在癫痫中的应用,除1P、31P 外,13C 和23NaMRS 也用来研究癫痫, 目前主要处于实验阶段。 13C: 检测的敏感性只有1H 的116 % , 且检测信号较弱, MRS 显示结果不佳, 限制了在生物体内的应用。 Kwan 等将其与信号较强的1H 结合成1H/ 13C , 以此更好的显示脑组织内乳酸代谢情况, 实验性 癫痫发现脑组织内13C 明显增加, 反映了脑内糖 酵解的增

10、加。 23Na :人体内含量高, 感应性较13C 高, 但是钠离子受周 围化学环境的影响小, 化学位移相差很小, 故而应 用受到一定限制。 23Na MRS检测结果显示钠的跨膜运动与抽搐的 强度有一定相关性, 癫痫发作时, 抽搐强度增加, 进入神经细胞内的钠量也增加。,MRS存在问题及前景展望：,MRS作为一种新的无创性活体检测手段,因其独特的优 越性和敏感性，在癫痫的研究中备受青睐，取得了一定 的研究成果。但目前的研究还存在一些问题： 1 测定时间长，通常为30min左右。研制出新的快速 MRSI数据采集脉冲序列是最迫切的要求。 2 测定的精确度，区域定位选择方法不确定。 3 数据处理较复杂

11、。 4 波谱变化解释不明确 5 目前的MR装置，至少有+ 一005pH单位的误差， 关于31PMRS在癫痫研究结果不一致的原因不清楚。 6 还不能有效地区别出代谢产物与神经递质混和物中的 各种组分。 相信未来软件、硬件的进步，以上的问题将一一 解决， MRS的优越性将淋漓尽致地得以发挥。,功能性磁共振(fMRI),fMRI 作为90 年代发展起来的脑功能成像技术,脑激 活时,静脉血氧浓度升高,脱氧血红蛋白相对减少,导致局 部磁场的变化,引起MR 的信号改变。它以较高的时间、 空间分辨力,和在功能图上清晰可见的信号强度对人脑功 能定位，为研究人脑活动提供了一种新的技术。 脑细胞发作性过度放电是癫

12、痫发病的基础。这种异 常放电与正常脑功能活动时局部代谢及血流动力学变化 在某种程度上有类似之处。,fMRI在癫痫中的应用,准确定位癫痫灶： 术前EEG及皮层电极探测的病灶范围往往过大,难以为手术 及定向治疗提供确切的病变部位。特别是对存在于重要功能区 内的癫痫病灶,定位的准确与否将直接关系到术后功能状态。 以枕部癫痫为例,由于频繁癫痫性放电及向颞、额部的迅速传播, EEG常表现颞或额部为著的异常活动,甚至用皮层电极也常出现 错误定位。Lorianne 等对此类癫痫进行fMRI病灶定位研究,他 们在给予全视野刺激的同时采集到枕叶异常信号的位置,使术中 皮层电极的探测更具目的性。,保护病灶附近的功

13、能结构： 对某些手术患者,术前Wada 试验是判断语言优势区必不 可少的检查项目,而且在实施病灶切除前往往以皮层刺 激活法确定功能区的范围。这些检查均具有一定的创伤 性和危险性。与之相比,fMRI 不但安全、无创,而且可 提供语言和其他功能区确切的分布图像。Desmond 等和 Binder 等分别报道了fMRI 与Wada 测试对比性研究,他 们对29 例成年癫痫患者进行了术前Wada 测试和fMRI语 言功能检查,结果显示两种方法的语言定侧效果完全一 致。,语言优势半球及语言相关皮层区的功能性磁共振定位 刘刚等 实用放射学杂志2004 年3 月第20 卷第3期,上：正常被试脑区激活图 下：

14、癫痫病人的脑区激活图,fMRI优点,现阶段,虽然fMRI 在癫痫的临床研究尚处于初始阶段,但已经显示出其他功能影像无法比拟的优势,集中体现于以下几方面： 1 fMRI 是完全无创性的功能检查方法。 EPI（平面回波成像）图像采集速度快,可在50100 ms 时间内迅速采集到局部 脑兴奋时瞬时信号信息, 具有很好的时间分辨效果。 fMRI 图像的空间分辨率极佳,可提供癫痫灶更为精确 的三维空间位置,是其他功能成像技术无法比拟的。 fMRI 技术可对同一个体的某个脑功能活动或SED（亚 临床癫痫性放电,subclinical epileptogemi discharge) 事件进行重复研究,提供更

15、可靠的功能图 像信息。 对常规影像学无结构性变化的难治性癫痫病灶进行精 确的功能定位。,fMRI缺点,1 fMRI 对癫痫灶定位的临床意义旨在为外科及定向治疗提供更精确的病变部位。如果间歇期很少出现SED事件,就不可能捕获到病灶的信号,此时EEG结合其他功能成像技术可能有助于病灶定位; 2 即使在间歇期出现频繁的SED事件,亦并非均能获得可重复的兴奋灶图像,间歇期癫痫性波形及放电形式与病灶图像获得率间的关系尚待进一步研究; 3 在发作期,因伴有明显的运动症状将导致大量伪影,不适于此项检查; 4 对有多个刺激病灶的癫痫患者,需根据EEG事件多次采集EPI图像,并结合VEEG及临床资料进行综合分析

16、,以判断真正的致癫痫灶。 相信随着临床研究的不断扩展和MRI 硬件及软件分析技术的改进,这些问题将有望得到解决。在脑功能研究方面,尤其是对高级智能活动的深入研究,将进一步揭示不同脑区更精细的分工及与高级整合之间的相互关系,这对推动临床癫痫病学的发展必将产生更为深远的影响。,弥散成像（DWI）,在生物组织中，水弥散是同周围组织的微环境密切 相关的，组织微环境的改变会影响水分子的移动。DWI 技术就是通过记录组织的水弥散来反应组织的病理生理 变化。 在癫痫发作时，脑内神经元的异常放电会导致局部 脑组织的代谢和生化发生变化，这种微环境的改变引起 水分子的弥散变化，从而导致DWI信号的异常。同时这 种

17、检查是完全无创伤的，因此为癫痫的研究提供了一种 安全而有效的全新研究方法。,DWI在癫痫中的应用,在癫痫致痫灶定位中的作用 Kim等对5例癫痫患者的研究中发现，围 发作期的DWI信号改变区同EEG和发作期SPECT 扫描所记录的痫性发作灶位于同一脑叶。 Heiniger等对8例难治性癫痫患者的研究 也表明SPECT所记录的疑为致病灶的低灌注区 在DWI图像上显示ADC值较对侧明显下降。,反映癫痫发作过程中的病理生理变化过程： 动物实验中持续性癫痫发作后在DWI上可见到痫性发作区急性的 ADC值下降，而后在发作间期正常化，最后缓慢上升。对人类研究 也发现同动物实验相似的结果，患者在全面性强直痉挛

18、发作或癫痫 持续状态后的三天内，在脑灰质、灰质下白质以及海马区可看到局 灶性DWI信号增强及ADC值的下降，同时伴有相应区域的T2信号增 强，受累皮质的肿胀，皮质脑回的体积增大，随后的MRI复查可看 到大部分的信号异常完全消失，肿胀消退，只在小部分患者中留有 异常信号的改变。这种信号改变的典型部位和随后的可恢复性有助 于同致病性结构病变的鉴别。,反映海马硬化的病理改变并对其进行定位： 在颞叶癫痫的病人中，具有海马硬化侧的ADC值较无海马硬化的海马ADC值明显上升。组织学上海马硬化表现为神经元的脱失和胶质细胞的增生，特别是CAl、CA3和CA4的锥体神经元的脱失，导致细胞外间隙的扩大，水弥散的增

19、加，从而表现为ADC值的上升，这种ADC值上升有助于海马硬化患者致病灶的定位。海马硬化的这种DWI信号改变同动物实验中的慢性期变化相一致，说明海马硬化是癫痫反复发作的长期损伤结果。,发展前景,优点：DWI为一种完全无创的检查方法，不需要放射性显影剂或对比剂，非常方便临床的应用，可以在不同的时间内对病人进行重复检查。 有着很高的空问分辨率和时间分辨率，不仅可以非常直观地对病灶进行定位，而且通过快速成像的EPI技术，大大减少运动伪影并获得很高的时间分辨率。 缺点：DWI亦有着自身的局限性，对有着明显躯体运动的癫痫发作不能进行检查，比较局限于发作间期的研究，同时不是所有类型的癫痫发作都可以记录到DW

20、I的信号改变。,单光子发射断层扫描( single photon emission computed tomography ,SPECT),将能发射射线的放射性核素标记化合物注入体内,体内发射出的射线为SPECT 探头收集,经电子计算机处理成三维图像。由于脑实质对放射性核素的高摄取,故可发现高血流灌注而引起放射性核素的浓集,因此影像常具有较高的特异性。,SPECT在癫痫中的应用,在癫痫发作间期,病灶呈低血流区,而在发作期,则致癫痫灶局部脑血流高于正常脑组织。 SPECT在癫痫发作期定位率可高达97 % ,在颞叶癫痫发作间期癫痫病灶检出率在11 %80 %之间,平均50 % ,发作后期为71 %

21、。 优点：SPECT对癫痫的定位优于CT,MRI, EEG,故有人提倡在发作期行SPECT 检查,以提高癫痫的诊断及病灶定位阳性率,定位准率与ECoG( ear cochleagram) 检查相一致,有文献表明SPECT、rCBF 显像与ECoG手术病理结果的吻合率,多在90 %以上。 缺点：SPECT在颞叶癫痫病灶侧定位方面与MRI 比较可信度较低。SPECT所显示的脑血流改变范围远远超过癫痫源区的范围。 解决办法：利用解剖成像方式MRI 为其提供与之匹配的解剖信息,有效地弥补了SPECT空间分辨率低的缺点,得到癫痫病灶的准确位置。如果两者检出的病变部位与范围相一致,其手术效果也较好。,正电

22、子发射断层扫描（PET）,脑的能量代谢与脑的各种功能活动有着密切的关系,正子发射断层扫描(PET) 是将发射正电子的放射性核素标记物等作示踪剂,根据脑组织对放射性核素的摄取量不同来测定其代谢率。 PET在神经系统疾病诊断中的应用,分为脑血流显像、脑代谢显像和脑受体显像。与传统CT、MRI 相比,PET更重要的是功能图像,它反映的是脏器及细胞的生理和生化改变。 用于癫痫临床检查的示踪剂主要有18 F、11C、13N、15O 等正电子核素标记的化合物,其中最常用的是18 F-FDG。FDG是葡萄糖的同分异构体,通过静脉给药进入脑组织,与葡萄糖竞争,参与6-磷酸化反应,磷酸化后不能进入三羧酸循环,故

23、滞留于脑组织内。由于癫痫灶葡萄糖代谢不同于其他脑组织,因而FDG-PET能通过这种差异显示癫痫灶。,国内外学者采用18 FFDG PET 脑代谢显像对癫 痫进行了研究，扫描重建得到横断面、冠状及矢状面图 像显示PET 脑显像能准确定位癫痫灶，且效果优于传统 的EEG、MRI 等。 癫痫发作间期显示病变呈低代谢, PET显示局部 萄糖代谢降低;发作期显示病变区呈高代谢,可确定为癫 痫灶。,图1 1 例癫痫患者发作间期。a1PET 显像示右侧顶叶低代谢 灶;b MRI 未见明显异常,1 例癫痫患者发作后3 h PET 显像示左侧颞叶高代谢灶(a) ,12 h 显像示左侧颞叶代谢降低(b) ,46

24、例癫痫患者发作间期18F2FDG PET显像结果分析(马潞娜等） 中华核医学杂志2000 年2 月第20 卷第1 期,优点： PET 分辨率高于SPECT,对颞叶癫痫敏感性 高, 特别对海马硬化敏感性可高达100 %。18FFDG PET 进行脑功能显像与ECoG（皮层脑电图）检查结果 符合率在90 %以上。 缺点：PET 显示发作间期的低代谢范围往往超过脑 电图病灶和病理学检查范围,尽管SPECT及PET对癫痫 灶定位较准确,与皮层EEG吻合率高,但仍不能仅凭 PET、SPECT来指导手术。 解决办法：有学者认为如果SPECT、PET 定位的 单发病灶,又与EEG相吻合,则手术效果较好;而S

25、PECT、 PET发现多处病灶及与EEG不吻合的病灶不要轻易手 术。,脑磁图(magnetoencephalography ,MEG),是一种无创的功能成像技术,它将大脑皮层 神经元电活动产生的磁信号在颅外采集处理后 将磁信号源的空间位置融合对应于MRI 图像相 应的解剖部位,可直观地反映局部神经元的活动 情况 。,MEG在癫痫中的应用,MEG可以探测到皮层直径小于3mm 的癫痫灶电活动, 分辨时相可达1ms , 具有极高的时间分辨率和空间分辨 率。MEG可以确定致病灶与功能功能区的关系及语言中 枢的位置,MEG的语言中枢定位明显优于wadas 试验,它 可以无创地完成语言中枢的定侧及定位,

26、标记出语言中 枢的皮层区域。 目前临床深部电极监控做为癫痫灶定位的“金标准” ，MEG定位与侵入性电极定位符合率在80 %以上，MEG的 临床应用为癫痫术前评估提供了一个无创准确的定位方 法,从而避免或减少侵入性电极检查。MEG以其较高的时 间分辨率和空间分辨率已成为癫痫术前评估的重要手 段。,MEG、PET、SPECT比较,PET 和SPECT通过局部血流代谢情况来判定致痫灶,具有非侵入性、灵敏度高的特点,只是间接证实致痫灶,而MEG是由致痫灶棘波放电产生的磁场变化直接定位,所以在时间及空间分辨率上均优于二者,当MEG和PET一致,其侵入电极描记的结果也与之符合,手术疗效亦较好。,前景展望,

27、随着医学影像学技术的不断发展,影像学从传统的解学成像 逐渐发展为功能成像、分子成像。 CT与MRI 具有好的空间分辨 率,对反映精细的解剖结构有明显优势。SPECT、PET、MRS、MEG 使人们可以从脑功能上了解癫痫发的脑血流、葡萄糖代谢、氧 耗量、磁场等变化为癫痫灶的定提供了更精确的资料。 fMRI描 述大脑内神经元激活的区域，进行脑功能定位；其中SPECT、PET 对脑的生理、生化学递质、受体乃至基因改变的研究有着独特的 作用,被为“分子医学影像技术”; 同传统MRI及其它检查方法相MRS 具有更高的敏感性,使癫痫灶定位更为精确,而MEG以其较高的时间 分辨率和空间分辨率,且能分辨原发灶和继发灶,已成为癫痫术前、 术后估的重要手段。把MRI 或CT结构性图像与SPECT或PET能性图 像相结合,把MEG精确和灵敏与PET 相结合必将大地推动癫痫功能 性病变和脑解剖结构关系的研究。,Thanks,