・论 善・ J Med Res,Mar 2017,Vo1.46 No.3 磁共振动脉自旋标记(ASL)技术对颞叶 癫痫患者海马灌注情况的研究 何明远 赵 蕊 刘鹏飞 摘要 目的研究磁共振动脉自旋标记技术对海马脑血流量(CBF)的定量测量方法,评估颞叶癫痫的发生与海马灌注量 通过视频脑电(VEEG)及磁共振常规序列将筛选出的42例受试者均 的关系及探求预测颞叶癫痫的海马CBF的临界值。方法分成3组,即健康对照组、常规海马MRI未见异常,一侧颞叶异常放电的颞叶癫痫患者组及常规海马MRI证实为一侧海马硬化 的颞叶癫痫患者组,然后行海马3D ASL检查。在海马头、体、尾显示最好的层面分别设置6个相同大小的感兴趣区(ROI),测量 并记录每位受试者双侧海马的CBF值,探讨海马的脑血流量值与颞叶癫痫的关系。结果 分别计算出每个受试者单侧海马的 平均脑血流量值,得出健康对照组海马的平均CBF值为53.82±0.98m1/(100g・min)。癫痫单侧异常放电组患侧与健侧海马的 平均CBF值分别为49.12±5.31、55.99±1.65ml/(100g・rain);癫痫单侧海马硬化组患侧与健侧海马的平均CBF值分别为 39.57±2.08、48.06±1.74ml/(1O0g・min)。然后对这3组实验者不同组别之间单侧海马的平均CBF值进行两两比较,即比较 癫痫单侧异常放电组患侧与健侧、癫痫单侧海马硬化组患侧与健侧、健康对照组与癫痫单侧异常放电组患侧、健康对照组与癫痫 单侧海马硬化组患侧、癫痫单侧异常放电组患侧与癫痫单侧海马硬化组患侧、健康对照组与癫痫单侧海马硬化组健侧、健康对照 组与癫痫单侧异常放电组健侧、癫痫单侧异常放电组健侧与癫痫单侧海马硬化组健侧之间海马的平均脑血流量值,发现这8次 比较中前6次的差异有统计学意义。对健康对照组与癫痫单侧颞叶异常放电组的患侧进行比较,运用ROC曲线对最佳临界点 进行计算,得出cut一0ff值是46.76。结论磁共振动脉自旋标记(ASL)技术可以通过定量测量海马CBF值的方法对颞叶癫痫 患者海马的脑血流量进行评价。颞叶癫痫患者海马灌注量的变化要先于影像学的改变。ASL定量测量海马CBF值有助于颞叶 癫痫的早期诊断与治疗。 关键词 颞叶癫痫 海马硬化 动脉自旋标记中图分类号 R4 文献标识码 A 磁共振成像 DoI 10.1 1969/j.issn.1673・548X.2017.03.021 Study of Hippocampal Perfusion in Temporal Lobe Epilepsy Patients with MRI Arterial Spin Labeling(ASL)Technique.He Mingyuan, Zhao Rui,Liu Pengfei.Department ofMRI,1 st Hospital ofHMU,Heilongifang 150001,China Abstract 0bjective To perform the main application of MRI arterial spin labeling(ASL)in cerebral blood flow(CBF)on hippo— campus of patients with temporal lobe epilepsy for quantitative measurement,to assess the relationship between temporal lobe epilepsy oc— currence and hippocampal perfusion and to explore the critical value of hippocampal CBF predict the temporal lobe epilepsy early.Meth・ ods Forty—two subjects by video EEG(VEEG)and conventional MR sequences screend were divided into 3 groups eventually,namely group of healthy control,the group with one temporal lobe abnormal discharge,that conventional MRI in hippocampus is not abnormal and the last group with one side hippocampus sclerosis confirmed by conventional MRI in temporal lobe epilepsy patients,then for the hipp— ocampal 3 D ASL examination.We provided six same size regions of interest(ROI)in the hippocampal head,body,tail respectively with the best level display to measure and record bilateral hippocampal cerebral blood flow values(CBF values)of every subject,and to explore the relationship between the cerebral blood flow value in the hippocampus and temporal lobe epilepsy.Results Mean cerebral blood flow (CBF)value of each subject s unilateral hippocampus was calculated.The average CBF value of the hippocampus in the healthy control group was 53.82±0.98ml/(100g・min).The average CBF of the hippocampus in epileptic unilateral abnormal discharge group with the ipsilateral and contralateral were 49.12±5.31ml/(100g・min)and 55.99±1.65m1/(1OOg・min).The average CBF of the hippocam- pus in epileptic unilateral hippocampal sclerosis group with the ipsilateral and contralateral were 39.57±2.08ml/(1O0g‘min)and 48.06±1.74ml/(100g・min).Then pairwise comparison of the unilateral hippocampal average CBF value among the 3 groups of experi一 基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目(D201102) 作者单位:150001 哈尔滨医科大学附属第一医院磁共振室(何明远、刘鹏飞),脑电室(赵蕊) 通讯作者:刘鹏飞,主任医师,电子信箱:Pfeiliu@hotmail.corn 82・ ・医学研究杂志2017年3月 第46卷第3期 ・论 善・ menters in different groups was performed.The results showed that in the eight times,the first six times had statistically significant difer— ences.Comparing between the healthy control group and epilepsy unilateral temporal lobe abnormal discharge group,to calculates the best critical point by the ROC curve.the cut—off value was 46.76.Conclusion Magnetic resonance arterial spin labeling(ASL)technique can evaluate the cerebral blood flow in the hippocampus of patients with temporal lobe epilepsy by quantitative measurement of hippocam— pal CBF value.The changes of hippocampal perfusion in patients with temporal lobe epilepsy should be preceded by the changes of ima— ging.ASL quantitative measurement of hippocampal CBF value is helpful for early diagnosis and treatment of temporal lobe epilepsy. Key words Temporal lobe epilepsy;Hippocampal sclerosis;Arterial spin labeling;Magnetic resonance imaging 癫痫(epilepsy)即俗称的“羊角风”,是大脑神经 元突发性异常放电,导致短暂的大脑功能障碍的一种 慢性疾病。颞叶癫痫是癫痫病中最常见的一种,常由 海马硬化引起,占70%~80% 。然而,在实际的临 2016年1月收治的癫痫患者70例、健康对照组20 例,其中男性43例,女性47例。考虑到年龄过小或 者某些疾病如阿尔兹海默病等可能随着年龄的增加 而对海马的灌注量造成影响,因此所有受试者的年龄 选择在26—45岁。人组的受试者还应满足:血压在 床工作中很多患者有明确的癫痫发作史及癫痫持续 发作的临床表现,但MRI的常规序列(包括T.WI、 T,WI、T,FLAIR等)多显示海马正常,海马硬化的阳 性率远未达到70%,这就启发我们从微观的角度去 思考海马灌注情况的异常。而磁共振动脉自旋标记 正常范围内、近1个月内未服用过舒张或收缩血管的 药物、心理状态平稳。 2.仪器及操作方法:视频脑电图(VEEG)检查采 用加拿大卫星“Satellite”18导脑电图仪,按照国际 10/20标准导联法安放电极,对70例癫痫患者与20 例健康志愿者脑电图采集时间至少24h,包括清醒、 睁闭眼、躁动、过度换气及睡眠时间描记,观察癫痫波 的出现位置及出现频率。70例癫痫患者中找到一侧 颞叶异常放电,即单侧颞叶出现慢波、棘波、尖波病灶 共计33例,20例健康志愿者VEEG检查均未见异常 (图1)。 (arterial spin labeling,ASL)技术作为一种无需外源性 对比剂、无创的灌注成像方法成为新近研究的热点。 本研究应用3.0T高场磁共振对癫痫患者及健康对照 组进行MRI常规序列及ASL检查,获得了海马脑血 流量(cerebral blood flow,CBF)的绝对值,为癫痫的评 估提供了新的思路。 资料与方法 1.一般资料:选取笔者医院自2014年7月~ 一 一 “ ¨一 . ‘ 图1 一侧颞叶异常放电患者与健康志愿者的脑电图 A.患者,男性,27岁,一侧颞叶异常放电。VEEG示蝶骨电极,左颞频发棘波,于蝶骨电极呈倒转改变 B.健康志愿者,女性,39岁,正常.脑内无异常放电。VEEG示正常,l导耳极参考电极 应用GE公司Signa HDxt 3.0T超导型磁共振成 l2,FOV 24mm×l8mm;②轴位及斜冠状位FLAIR: TR 9000ms、TE 170ms、TI 2250ms,层厚3.0mm,层间 距1.0mm,矩阵288×224,NEX 1,层数12,FOV 像系统、HDNV Head线圈对受试者行海马常规MRI 检查。常规MRI检查采用FSE序列,包括横轴位及 斜冠状位的T WI、T WI及FLAIR序列。具体扫描参 24mm×24mm;③斜冠状位TlWI:TR 2545ms、TE 26ms、TI 860ms,层厚3.Omm,层间距1.Omm,矩阵 320×256,NEX 2,层数12,FOV 34ram×20mm。观察 ・数为:①轴位T wI:TR 4200ms、TE 120ms,层厚 3.Omm,层间距1.Omm,矩阵384×256,NEX 2,层数 83・ ・论 善・ J Med Res,Mar 2017.Vo1.46 No.3 T wI信号增高(FLAIR序列明显);③海马头部浅沟 双侧海马的体积、信号强度、海马头部浅沟显示情况 及侧脑室颞角的宽度,判断海马是否硬化。 3.判断标准:海马硬化的MRI表现如下:①海马 萎缩,海马体积缩小(冠状位显示佳);②海马异常 消失;④患侧白质萎缩;⑤患侧颞叶萎缩;⑥患侧侧脑 室颞角扩大。同时满足①、②以及③、④、⑤、⑥中任 意1个即可认定为一侧海马硬化(图2)。 图2海马硬化的常规磁共振表现 A、B、C、D【 分别为海马常规MRI扫描轴位T2WI、轴位FLAIR、斜冠状位FLAIR以及斜冠状位T1wI序列。患者,女性,29岁,可见左侧 海 5体积萎缩,明显小于对侧;左侧海马偏外侧T2信号增高,尤以FLAIR相信号增高最为明显;左侧颞叶萎缩,左侧侧脑室颞角明显 扩大;右侧海马形态及信号未见异常 根据VEEG及常规MRI检查的结果,最终将满 足实验条件的受试者共分为3组,第1组:健康对照 组l4例;第2组:常规海马MRI未见异常,一侧颢叶 异常放电的颞叶癫痫患者14例;第3组:常规海马 MRI证实为一侧海马硬化的颞叶癫痫患者l4例。其 中男性20例,女性22例,患者年龄26~45岁,平均 年龄为33.98±5.42岁。上述3组受试者行磁共振 动脉[j旋标记(ASL)检查。 4.3D ASL扫描及图像后处理:3D ASL扫描包括 Ax 3D T 和3D ASI 两部分。由于功能图像3D ASL 解剖分辨率差,需与Ax 3D T.进行图像融合。Ax 3D T1采用FSPGR序列,覆盖双侧海马,纯轴位扫描,TR 7ins、TE 2ms、TI 860ms,层厚4.0mm,无层间距,矩阵 384 X 256,NEX l,层数l4,FOV 24mm X 24mm,扫描 时间为I27s。3D AS[ 采用SE SPIRAL序列,定位线 图3 Ax 3D T。与3D ASL序列融合后的伪彩图 可分别获得双侧海马头、体、尾的脑血流量(CBF)值 复制Ax 3D T.序列,纯轴位扫描。通过ADW4.5工 作站进行后处理,使用Function Tool软件进行上述两 种图像的融合。在融合后的图像上,选择海马显示最 清楚的层面,分别在海马的头、体、尾3个区域勾画相 同大小的感兴趣区(ROI),左右对称共6个。为确保 选择的精确性,ROI应尽量小一些,统一选择70mm 的圆(图3),测量并记录每个感兴趣区的脑血流量 (CBF)值。 分析采用ROC曲线,并且计算敏感度和特异性,以P <0.05为差异有统计学意义。 结 果 1.海马平均脑血流量的计算:由于每一侧海马均 由头、体、尾3部分组成,因此本实验将这3个部分的 平均值做为单侧海马的平均脑血流量(CBF)值。对 于健康对照组,由于左右两侧海马CBF值的差异无 统计学意义(P>0.05),故双侧海马可取1个平均 5.统计学方法:所有统计学分析均采用SAS CBF值,经计算为53.82±0.98ml/(100g・min)。而 9.1 3国际标准统计学编程软件进行统计分析。计量 资料采用均数±标准差( ±s)描述,组间差异性检验 采用成组t检验、组内采用配对t检验,最佳截断点的 .对于另外两组癫痫患者,可分别求出患侧海马与健侧 海马的平均CBF值,以便于进行对比研究(表1)。3 组数据每一组的健侧与患侧分别进行对比,无论是健 84. 医学研究杂志2017年3月 第46卷第3期 侧还是患侧,差异均有统计学意义(表2、表3)。 表1 3组患侧与健侧海马的平均脑血流量值 [ml/(100g・min)] 健康对照组患侧与健侧的数值均为双侧平均值 表2 3组内部的健侧的比较 采用单因素方差分析,ss是离均差平方和,MS是均方,,是方差 分析的统计量,P表示3组之间的差异,由于3组放在一起有统计学 意义,因此需要进一步的两两比较,采用Bonferroni校正 表3 3组内部的患侧的比较 2.组内与组间海马平均脑血流量的对比:对于这 3组实验者组内与组间进行两两比较,发现除了健康 对照组与癫痫单侧异常放电组健侧以及癫痫单侧异 常放电组健侧与癫痫单侧海马硬化组健侧之外,其他 6组各组之间两两比较差异均有统计学意义(表4)。 表4组内与组间海马平均脑血流量的两两对比 涉及多组之间任意两两比较,因此采用Bonferroni校正,比较了8 次因此检验水准设置成0.05/8=0.00625,也就是说后面的P值不再 是与0.05比较,而是与0.00625比较,<0.00625则说明差异有统计 学意义 3.依据单侧海马平均脑血流量值对癫痫发作的 预测分析:通过所得的数据不难看出,单侧海马硬化 ・论 善・ 组的患侧海马CBF值明显减低。为了进一步探求颞 叶癫痫的发生与否在海马的灌注量上是否存在临界 值,对以上数据进一步研究,发现选择表2中的第3 组即健康对照组与癫痫单侧颞叶异常放电组的患侧 进行比较最具代表性。运用ROC曲线对最佳临界点 进行计算,得出cut—off值是46.76(图4)。根据 ROC曲线及最佳临界点对前两组即健康对照组和常 规海马MRI未见异常,一侧颞叶异常放电的颞叶癫 痫患者进行分析、归纳,显示总的诊断敏感度是 100%,特异性是64.29%,阳性预测值是73.68%,阴 性预测值是100%,约登指数是0.6429。 餐 图4 ROC曲线图(健康人和癫痫单侧 颞叶异常放电组的患侧数据) 讨 论 内侧颞叶癫痫(mTLE)是最常见的难治性癫痫 类型,约占70%~80%,其最主要的病理改变是海马 硬化。以往,磁共振常规成像已能对海马硬化进行较 明确的诊断,但此时海马病变已到了较严重的程度, 大多需要手术治疗,创伤较大,其原因可能是常规影 像学的改变要滞后于功能学的改变,而且无法观察到 海马与邻近脑区的网络联系。磁共振功能成像有很 多种,如扩散张量成像(DTI),氢质子磁共振波谱 ( H—MRS)等,均应用到了对癫痫的研究,而磁共振 灌注成像(PWI)在颞叶癫痫的研究中具有重要价值, 为颞叶癫痫的早期诊断提供了帮助。 磁共振灌注成像是近年来快速发展的在分子水 平反映组织微血管分布和血流灌注情况的一种功能 性成像方法。该技术通过相关参数可半定量、定量地 反应组织血流动力学信息,具有高空问分辨率和时间 分辨率,因此特别适合于在微观领域对致痫灶的血流 ・85. ・论 善・ J Med Res,Mar 2017,Vo1.46 No.3 马的体部。本实验中测得正常海马的平均CBF值为 53.82±0.98ml/(100g・min),与Rusinek等所得到 动力学进行评价。磁共振灌注成像依据是否需要注 射造影剂可分为两种类型,其中动脉自旋标记技术由 于无需注射对比剂、完全无创的特性成为新近研究的 热点。ASL技术是1992年Detre等嵋 最早提出的,其 的正常海马平均CBF值61.2±9.0ml/(100g・min) 略有差别,这与机器的场强、2D与3D数学运算的差 原理如下:血液流人组织中,如果其自旋状态与组织 原有的血液不同时,就会引起整体磁化强度的改变, 这种变化可被磁共振成像仪检测出来 。ASL技术 异、ROI位置的选择等均有关系。Talagala等研究显 示,3D ASL CBF值在正常脑灰质及白质区分别为50± 5ml/(100g・min)及33±3ml/(100g・min),与本研究 利用动脉血中的水作为一种内源性示踪剂,在成像平 面上游利用反转脉冲对动脉血进行标记,使血液的自 中作为灰质结构的正常海马CBF值有显著的相关性。 总之,动脉自旋标记(ASL)技术作为一种新兴的 旋状态发生改变,待到达成像平面后,含有标记的动 脉血的图像称为标记像,标记像与没有反转标记的控 制像相减,即可得到灌注图像,再通过一定的数学模 型,可定量测量CBF值 。 本研究中单侧海马硬化组的患侧海马CBF值明 显减低,可能导致了顽固性癫痫的发生,究其原因,海 马组织的血流灌注量减少,细胞缺血并发生细胞毒性 水肿,使细胞的局部电位发生改变,在相应脑区产生 了异常发放的电流。对于表2与表3的统计学结果, 笔者认为:从正常的海马组织逐渐缺血,再到海马硬 化,是海马病变逐步加重、海马灌注量逐渐减少的过 程,因此表3中3组内部患侧的比较结果差异有统计 学意义比较好理解;左、右大脑半球通过胼胝体等纤 维联系组成完整的网络结构,再加上血管与神经的滋 养使大脑成为一个有机的整体,海马结构也不例 外。。 。正常双侧海马的血流灌注量没有明显的差 异,当一侧海马病变血流灌注量减低时,对侧海马由 于代偿机制灌注量会略有增加,随着患侧海马硬化程 度的进展,健侧海马也会出现失代偿致血流灌注量减 低,因此表2中3组内部健侧的比较结果差异有统计 学意义。选择健康对照组与癫痫单侧颞叶异常放电 组的患侧进行比较,运用ROC曲线对最佳临界点进 行计算,得出cut—off值是46.76,说明当单侧颞叶异 常放电时,如果该侧海马的平均CBF值<46.76ml/ (100g・min),可高度怀疑单侧颞叶癫痫的发生。 海马平均CBF值测定的关键是如何对海马的 头、体、尾区域进行正确的划分。以往斜冠状位最适 合海马头、体、尾的分界 ,然而本研究中使用的3D ASL成像目前只能在纯轴位上进行后处理,因此决定 采用如下方法确定海马的头、体、尾3个部分:①在纯 轴位上确定杏仁核,其下方邻近的区域即为海马的头 部 ;②在纯轴位上确定穹窿,其上方邻近的区域即 为海马的尾部 ;③在确定海马的头部和尾部后,在 同一层面目测确定海马头部、尾部连线的中心即为海 .86・ 磁共振功能成像方法,能通过定量测量海马脑血流量 的绝对值,并根据统计学分析得出:颞叶癫痫患者海 马灌注量的变化要先于影像学的改变,便于临床上对 颞叶癫痫进行早期诊断、早期治疗。同时,由于ASL 技术具有无辐射、无创及无需使用外源性对比剂等优 点,其在全身其系统的疾病诊断中有应用价值。 参考文献 1 Coan AC,Morita ME,Campos BM,et a1.Amygdala enlargement oe- curs in patients with mesial temporal lobe epilepsy and hippocampal sclerosis with early epilepsy ONset[J].Epilepsy Behav,2013,29(2): 390—394 2 Detre JA,Leigh JS,Williams DS,et a1.Perfusion imaging[J]. 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