颞叶癫痫脑网络影像学技术研究进展

Advances in Brain Network Imaging Techniques for Temporal Lobe Epilepsy

摘要: 近年来随着各种神经影像检查技术以及影像数据处理技术的飞速发展，对癫痫的影像学研究也逐渐深入，认为癫痫是一种脑网络疾病，发现癫痫患者脑网络结构和功能的异常与癫痫发作程度密切相关。颞叶癫痫是难治性癫痫最常见的临床类型，也是研究的重要类型。本文为了对颞叶癫痫的脑网络有进一步的了解，为临床诊断提供更加有力的影像学依据，综述如下。

Abstract: In recent years, with the rapid development of various neuroimaging techniques and image data processing techniques, the imaging research on epilepsy has gradually deepened. It is believed that epilepsy is a brain network disease, and it is found that the abnormal structure and function of brain network in epilepsy patients are closely related to the degree of epilepsy. Temporal lobe epilepsy is the most common clinical type of refractory epilepsy, and it is also an important type of research. In order to further understand the brain network of temporal lobe epilepsy and provide a more powerful imaging basis for clinical diagnosis, this article summarizes as follows.

1. 引言

癫痫是大脑神经元异常放电，引起的反复、发作性的中枢神经系统功能失常的慢性脑部疾病。随着现代神经影像学技术的快速发展，对于癫痫发病机制的认识理念也发生了转变，从原来的局限性属性转变为网络性属性，认为癫痫是一种脑网络疾病，癫痫发作主要是由于某些关键起源点受到破坏，导致连接环路失衡的过程。颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy, TLE)指的是异常放电多起源于颞叶，或者是异常电传导通过不同脑网络通路最先到达颞叶区域，是临床最常见的研究类型，按照发作类型分为，颞叶内侧型，颞叶外侧型(颞叶新皮质癫痫)，以及混合型[1]。通过现代神经影像学技术可以对颞叶癫痫进行系统全面的评估，常见的研究颞叶癫痫几种神经影像学技术如下。

2. 结构性神经影像技术

2.1. 结构磁共振成像(Structural Magnetic Resonance Imaging, sMRI)

sMRI具有高分辨率、多方位、多序列成像的特点，能够发现脑皮质以及皮质下结构细微的异常变化，如海马硬化、皮质发育不良，颞叶萎缩颅脑损伤、肿瘤等。对于评估癫痫病因以及确定癫痫潜在发作部位具有重要作用。孙兰凤[2]等人研究TLE患者sMRI影像资料发现，TLE患者的颞叶以及颞叶外区等多处脑区灰质萎缩，而且发现丘脑也有不同程度的萎缩，提示丘脑也是参与癫痫发作的重要枢纽结构。党连荣[3]等人通过回顾性分析135例TLE癫痫患者sMRI影像资料，发现出现海马结构模糊，体积缩小的TLE患者占比88.89%，此外还发现海马硬化信号与癫痫发作频率呈正相关。NV Ierusalimsky [4]等人通过回顾性分析80例TLE患者的sMRI资料发现，TLE患者双侧丘脑和脑干体积显著减小，左侧大脑半球脉络丛体积显著增大，左侧半大脑半球内嗅皮层、颞极、扣带回以及右侧半球颞中回和颞下回皮层厚度显著减小。但大约有30%的颞叶癫痫患者MRI扫描结果没有明显异常[5]。Ballerini Alice [6]等研究发现，MRI阴性的TLE患者中杏仁核体积的增加可以作为癫痫站诊断的一种形态学标志。sMRI对于某些因结构病变或占位引起继发性癫痫诊断较敏感，在sMRI上直接发现阳性的致痫灶也是临床良好预后的关键影像支持依据。

2.2. 弥散加权成像(Diffusion Weighted Imaging, DWI)

DWI是一种依赖水分子扩散运动的磁共振成像技术，可以通过对主要参数表观扩散系数(Apparent diffusion coefficient, ADC)的分析，以及对弥散图像的后处理，有助于对致痫灶更加精准的定位。研究发现通过对TLE患者发作间期ADC值的检测，TLE患者不仅患侧的ADC值增高，健侧值也有增高。间接的反应了癫痫发作的网络属性[7]。

2.3. 弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging, DTI)

DTI是在DWI基础上发展而来的技术，采用了更多方向的扩散梯度，它利用组织水扩散速率进行图像生成可以显示水分子在脑组织内的弥散特征，反应脑白质纤维束的微结构差异。主要研究参数有分数各向异性(fractional anisotropy, FA)，和平均扩散率(表(mean diffusivity, MD)，FA反应水分子扩散的优先方向性，MD反应扩散的总体幅度。杨春兰[8]等人研究发现，TLE患者脑白质纤维束结构的完整性与DTI扫描参数具有强相关性，表现为TLE患者的FA值普遍降低而平均弥散率MD值普遍增加。DTI技术的发展对于理解TLE的脑网络结构的变化提供了可靠依据，但该技术也存在一定局限性，容易受到涡流影响发生变形，造成重影等。

2.4. 扩散峰度成像(Diffusion Kurtosis Imaging, DKI)

是对传统DTI技术的一种扩展，通过分析水分子扩散概率分布函数的峰度，来发现癫痫患者脑白质结构的复杂微观改变。DKI除了提供了常见的FA和MD参数外，还对不同的峰度进行参数测量，如平均峰度(MK)，径向峰度(RK)，轴向峰度(AK)和峰度分数各向异性(Kfa)等，Kasa LW [9]等研究发现DKI对检测TLE患者微结构的改变更加敏感，可以发现颞极甚至是颞外白质纤维束的微观改变。

3. 功能性神经影像技术

功能磁共振成像(Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)通过检测大脑神经元活动，发现局部脑组织的血流动力学变化来反映局部脑组织的灌注改变情况。主要通过测量血氧水平依赖信号(blood level dependent, BOLD)对感兴趣脑功能区进行研究，来反映脑组织神经网络的变化。BOLD-MRI根据扫描时所处的状态可分为静息态和任务态，前者可以反映基础状态下大脑功能的病理生理该改变，后者则需要在扫描时完成特定任务或接受特定刺激，从而反应相应脑区血氧变化水平[10] [11]。目前fMRI功能连接(functional connectivity, FC)方法已被广泛用于研究TLE，FC就是通过检测不同脑区之间的BOLD信号波动的时间相关性，来反映TLE的神经网络变化。张玉莲[12]等人研究发现，有结构改变的TLE患者病灶同侧FC降低，无明显结构改变的TLE患者病灶同侧的FC增加。陈泽翔[13]等人发现，TLE患者的不同脑区结构连接和功能连接存在相关性，另外发现TLE患者警觉性、记忆力、执行力以及语言功能的受损与FC的变化密切相关，对于TLE患者术前精确的fMRI大脑语言功能区定位，极大降低了因手术操作导致的语音功能损伤。BOLD-fMRI技术为深入学习TLE功能网络提供了极大支持。

4. 代谢性神经影像技术

4.1. 磁共振波谱成像(Magnetic Resonance Spectroscopy, MRS)

MRS是一种无创性检查方法，通过外加磁场，激活组织内部的原子核，产生磁共振信号，再转变为波谱，来反映脑组织早期生化和代谢状态情况。多种原子核均可用于MRS检测，但临床上以氢质子MRS (H-MRS)最常用。通过对含氢质子代谢物N-乙酰天冬氨酸(NAA)、肌酸(Cr)、胆碱(Cho)、乳酸(Lac)、脂质(Lip)和谷氨酰胺(Glx)以及比值的检测，来反映TLE代谢脑网络的活动情况[14]。NAA/(Cho + Cr)比值被国内外认为是诊断TLE最敏感的指标之一，瞿斌[15]等人对23例TLE患者和17例健康志愿者进行不同场强的H-MRS扫描，发现与健康组组相比TLE组的代谢物比值NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/(Cho + Cr)和Cho/Cr均下降低于健康组。郭炜[16]等人对60例TLE患者海马头体尾不同亚区进行H-MRS检查，发现TLE患者海马头部NAA/(Cho + Cr)比值最低且双侧NAA/(Cho + Cr)比值差异最大，说明TLE患者海马头部更容易发现代谢异常。H-MRS为致痫灶的定侧定位提供了可靠依据。随着MRI单体素，多体素，杂合技术的多样发展，对于TLE的定位定侧诊断意义不言而喻。

4.2. 单光子发射计算机断层成像(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)

SPECT通过静脉注入含放射性核素的示踪剂，常用的示踪剂有99mTc-乙基半胱氨酸二聚体(99mTc-ECD)和99mTc-六亚甲基丙胺肟(99mTc-HMPAO)，待示踪剂通过血脑屏障进入脑组织后，观察TLE患者发作期及发作间期的局部脑组织血流灌注情况，有助于提高致痫灶的定位诊断以及了解TLE发作时的脑网络变化情况。研究发现发作期致痫区的脑血流量增加，放射性核素聚集，呈高灌注状态，发作间期致痫区的脑血流量减少，放射性核素减少，呈低灌注状态[17]。不同发作阶段SPECT检测的敏感性也不同，发作期SPECT的敏感性为97%~100%，其次是发作期后的SPECT敏感性为75%~77%，而发作间期SPECT的敏感性最低，为43%~44% [18]。关乐[19]等人通过回顾性分析18例由于海马硬化导致TLE患者的影像资料，发现与健侧相比患侧海马均可见到不同程度脑血流灌注降低区域，相关功能连接也发生了改变。SPECT对于学习TLE脑代谢网络具有独特的价值。

4.3. 正电子发射断层成像术(Positron Emission Tomography, PET)

是一种通过探测静脉注射示踪剂在体内动态变化情况的分子影像技术，可以从脑血流灌注，脑组织葡萄糖代谢，生化等方面对癫痫脑网络进行(定位及定量)分析。18氟标记脱氧葡萄糖(18F-FDG)是目前常用于癫痫代谢显像的示踪剂，能够较好的反映脑组织葡萄糖代谢情况，研究发现18F-FDG PET对TLE癫痫患者致痫灶定位更敏感，在发作期表现为代谢增高，发作间期表现为代谢下降，大约90%的TLE患者和60%的颞叶外癫痫患者可以通过18F-FDG PET确定致痫区域。卢冬莹[20]等人对60例TLE患者进行MRI检查、MRS检查以及18F-FDG PET检查，发现18F-FDG PET对颞叶癫痫致痫灶定侧检出率为85.00%，MRS检出率为78.33%，MRI检出率为33.33%，而三者联合检查检出率高达90.00%，证实了18F-FDG PET在检测TLE方面的应用价值。但示踪剂18F-FDG合成过程相对复杂，半衰期短，示踪剂被脑神经元细胞吸收时间所用时间较长，进行发作期成像较为困难，使PET的广泛应用受到一定的限制[21]。目前不断研究的各种新型示踪剂，为PET检查提供了更多的选择。

4.4. 磁共振灌注成像(PWI)

脑组织的代谢变化，会导致脑血流变化，PWI技术通过对感兴趣脑区，发作期以及发作间期脑组织的脑血流量变化分析，测量血流动力学指标，发现颞叶癫痫患者代谢脑网络变化情况。有内源性和外源性两种常用技术，内源性对比方法是将动脉血中的水质子作为示踪剂的方法。动脉自旋标记示踪法(ASL)是目前应用较多的内源性对比方法。外源性对比方法是使用外源性示踪剂，通过连续测量组织内示踪剂的浓度来获取相关的血流动力学参数，成像方式包括动态成像法和稳态成像法，具有检查费较低，无放射性等优点。张颖[22]等人通过对16例颞叶癫痫患者发作期以及发作间期进行PWI检查，发现在发作期短时间后，致痫侧相对脑血流高于正常侧，证实PWI技术对于颞叶癫痫的定位诊断具有重要的临床意义。

5. 融合成像技术

随着神经影像学技术的快速发展，传统的单一检查技术逐渐发展为多模态融合成像技术，一次扫描可以同时获取TLE患者脑结构，功能以及代谢等信息，对癫痫脑网络的研究将更为深入。常见的融合技术，EEG-fMRI融合技术，不仅仅是简单的组合，而是在时间分辨率和空间分辨率的高度结合，在监测到颞叶癫痫患者脑电异常活动的同时，也可以检测功能磁共振信号的变化。对于脑深部致痫灶的诊断更敏。PET/MRI技术既解决了PET空间分辨率低，解剖结构显示不清晰的缺点，同时又可以发现脑代谢特异性变化的特点，对致痫灶的检出率高达93.0% [23]。郭坤[24]等人通过对73例TLE患者进行PET/MRI扫描，研究发现高达94.5%的TLE患者致痫灶诊断明确，证明了PET/MRI有助于提高识别TLE患者致痫灶的准确性。SPECT/MRI：发作期单光子计算机断层减影与核磁共振融合成像术(Subtraction ictal single-photon emission computed tomography coregistered to MRI, SISCOM) SISCOM技术是近年来快速发展的影像技术，通过将发作期与发作间期SPECT图像相减后得到新的图像再与MRI图像融合，PECT脑血流灌注显像与MRI海马体积测量方法相结合，不仅克服了SPECT空间分辨率不足的缺点，同时提高了致痫灶定位的敏感性，能够为术前准确定位提供重要参考依据，具有无创性，无辐射，特异性等优点。MRI结构像与SPECT功能像融合成像技术合是未来发展趋势，作为临床对癫痫诊断的影像学资料，具有广阔的应用前景。

6. 总结与展望

目前颞叶癫痫脑网络的研究已近取得了一些重要进展，通过研究颞叶癫痫影像学特征结合临床表现，发现TLE患者的语言功能，记忆功能，控制执行功能等认知功能障碍与脑网络的连接变化存在密切关系，特别是对脑网络中枢节点的研究，从局部和整体角度研究脑网络变化，有助于预测癫痫临床症状的发展，制定个体化的诊疗方案，改善患者生活质量，但对于颞叶癫痫脑网络连接属性和动态变化属性的研究任务依然是任重道远。在未来，需要收集更多的TLE患者临床资料，借助融合成像技术以及影像后处理技术，结合多种数据分析方法有助于深入研究颞叶癫痫脑网络异常的原因，揭示颞叶癫痫的发病机制，从影像学角度提供诊断依据，实现临床对颞叶癫痫患者的早期诊断和干预。

基金项目

CAAE癫痫科研基金-UCB基金(CU-A-2021-27)；

内蒙古医科大学科技百万工程联合项目(YKD2018KJBW(LH)030)。

NOTES

^*第一作者。

^#通讯作者。