1H-MRS在颞叶癫痫中的应用进展

曾文兵，杨染，高才良，秦媛，汪明全

癫痫(epilepsy)是神经系统中的常见病、多发病。颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy，TLE)是临床中最常见的癫痫类型，其中约70%～80%的患者与海马硬化有关，手术切除致痫灶具有良好的效果[1]，但手术成功的关键是术前对致痫灶的准确定位，进而行完整的切除。所以术前的准确定位十分重要。MR波谱(MRS)是一种能够研究活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的非侵袭性的MR功能成像的检查技术，成为近年来应用于癫痫研究的新方法。

1 颞叶癫痫

癫痫是多种原因导致的脑部神经元异常过度放电的临床综合征，常伴有局部代谢、结构、受体及血流等病理生理改变，其临床表现具有发作性、短暂性、重复性和刻板性的特点。癫痫本身病理生理机制复杂、临床表现多样[2]。癫痫的频繁、持续发作可引起脑内各种酶、神经递质、氨基酸等化学物质迅速变化，导致海马结构变性、硬化。反过来海马硬化时，神经纤维重组形成兴奋环路又进一步加重癫痫的发作，两者相互促进，互为因果[3]。其导致的超微结构变化主要有：神经细胞的水肿、变性和坏死等；胶质细胞的反应性增生；有髓神经纤维轴突的变性，髓鞘结构的板层显示不清，部分髓鞘碎裂；无髓纤维的纤维样结构增多。国内流行病学调查显示其发病率为5‰，全国约有600～700万患者，癫痫发病的2个高峰年龄段是青少年及老年。

TLE发病率约占人群的0.5%～1.0%[4]，且是最常见的难治性癫痫类型。主要病理基础是神经元丢失和胶质增生所致的内侧海马硬化。海马硬化(hippocampal sclerosis，HS)最早由Falconer等[5]提出，其病理特征主要是安蒙角CA1、CA3区和齿状回颗粒细胞层神经元丢失和胶质细胞增生，其中CA1区最敏感，而CA2区一般不受累。在MRI上表现为海马萎缩和信号的改变[6-8]。

2 MRS的成像原理

当前，波谱成像等新技术在癫痫中已广泛研究并用于临床[9]。MRS是一种非侵袭性的MR功能成像技术，是在常规的形态成像基础上，提供检测组织的代谢信息。MRS与MRI的基本原理大致相同，都遵循Larmor定律，即采集所测组织内不同代谢产物在不同化学环境中产生的轻微偏移信息，并通过增益放大后经傅立叶变换将其转换为MRS波谱。MRS谱线的横轴表示化学位移，即频率，某种特定的化合物在MRS谱线上表现为一个或几个特定的频率峰，故根据不同化合物在MRS谱线上峰的位置不同，就可以区分出不同的化合物。在所测组织内不同代谢产物的化学位移大小用每百万单位(ppm)表示。纵坐标即表示代谢物的信号强度，信号峰值由MR频率峰高和半高宽度决定[10-11]，与该化合物的浓度呈正比。不同化合物的化学位移位置不同，产生的信号强度峰也不同，因而MRS可对特定化合物进行系列的分析。任何有适当自旋数目的原子核都可以产生自己的MRS。如1H不但具有较高的磁敏感性，且相对于其他原子核，氢质子在人体中含量丰富，所以临床上最常应用的是1H波谱[12]。

另外，MRS成像技术可选择单体素(single voxel，SV)技术、多体素(multi voxel，MV)技术或杂合技术(hybrid techniques)[13]。SV技术最早应用于科研与临床的技术之一，所得数据相对可靠、检查时间较短，已广泛应用于多种肿瘤的研究，如脑肿瘤、乳腺肿瘤、前列腺肿瘤等。与MV相比，由于每次测量的兴趣区体素较小，兴趣区体素内成分相对较单一，故匀场相对容易，信噪比也较高，扫描往往较容易。但是SV技术的解剖范围覆盖太小，即采集一次只能分析一个区域，对体素位置的选取要求亦较高，因此目前应用趋于减少。MV技术又称化学位移成像(chemical shift imaging，CSI)，可行二维单层面成像或三维多层面成像。CSI可以同时获取人体组织内多个体素的代谢信息，同时显示病变组织及其对周围结构的侵犯情况。对于对称性的组织(如脑)可与对侧正常组织对照分析，同时可以将不同代谢物的分布情况通过后处理成伪彩图显示在参照MR图像上，因此较SV技术提供更多、更直观的代谢信息，对分析和诊断更为有利，具有更大的临床应用价值。而杂合技术的运用可以预防皮下脂肪信号的干扰。

3 1H-MRS谱线上与癫痫生化改变密切相关的几种主要物质

1H-MRS可以无创地测定活体局部脑组织在神经生物学上起重要作用的几种代谢物浓度，其中与癫痫生化改变密切相关的物质主要有N-乙酰天冬氨酸(N-aceyd aspartate，NAA)、肌酸类(creatine，Cr)和胆碱类化合物(choline，Cho)。

NAA由线粒体生成，几乎完全存在于神经元胞体和突触内，是神经元活性及密度的标志，是1H-MRS的谱线中最主要的波峰，位于2.0 ppm中，含量变化能够代表神经元的数量和功能状态，其浓度降低表明神经元细胞的机能受损或丢失[14]。Doelken等[15]应用1H-MRS对TLE进行的定量NAA研究表明，无论MRI普通表现为阳性还是阴性，其致痫灶同侧海马NAA均较正常对照组显著降低。Cr属于肌酸/磷酸肌酸类，其波峰位于3.0 ppm处，是能量代谢中高能磷酸键的缓冲储备物之一，其改变反映能量代谢状态的变化。由于其浓度相对稳定，常作为其他代谢物变化的参照物。Cho属于胆碱/磷酸胆碱类，是细胞膜的成分之一，其波峰位于3.2 ppm处，其改变反映细胞膜状态的改变。Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，而在星形和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经元。故Cho和Cr的升高可作为提示神经胶质细胞增生的重要指标。由于实际操作中Cr和Cho的峰值相邻很近，时常无法完全分开，故临床上常用NAA/ (Cr + Cho) 代表胶质增生的程度。

1H-MRS还可利用短回波时间序列检测到一些其他潜在的重要神经化学物质，如γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)、谷氨酸(glutamic acid，Glu)/谷氨酰胺(glutamine，Gln)及重要的神经调节物质乳酸(lactic acid，Lac)等，这些测量物质的含量同癫痫的活动也有密切的关系，有助于理解癫痫的活动特点。GABA的C4亚甲基波峰位于3.0 ppm，是中枢神经系统中最重要的抑制性神经介质。有报道提示颞叶癫痫中细胞外氨基丁酸(ecGABA) 增高同NAA/Cr值的下降相关，且ecGABA量的增多、NAA/Cr值的下降同胶质增生程度相关[16]。Glu的波峰位于2.2～2.4 ppm，是大脑皮质层内最重要的兴奋性神经递质，可以转变为GABA和Gln。谷氨酸类神经递质是癫痫性脑损害得触发因子。研究显示，在存在异常的海马区，由于谷氨酸-谷氨酞胺循环中谷氨酸清除减慢，导致细胞外的谷氨酸水平升高[17]。Lac的波峰位于1.33 ppm，来源于乳酸的甲基，正常生理状态下不能显示，但是在癫痫发作时氧化磷酸化过程不能满足能量的消耗，从而发生无氧代谢，使得乳酸堆积而出现波峰。即表明Lac的升高并不是癫痫本身的疾病改变，而是癫痫发作产生的。

4 1H-MRS在颞叶癫痫诊断中的应用进展

TLE是临床中最常见的癫痫类型，手术切除致痫灶具有良好的效果，但关键是术前对致痫灶的准确定位，进而行完整的切除。在对致痫灶的精确定位方面，1H-MRS显示出了其超凡的优势。

但是关于TLE的定位诊断标准，各家说法不一。代谢物的信号强度如前所述由磁共振频率峰高和半高宽度决定，与该化合物的浓度呈正比。目前的研究主要集中在NAA、Cr、Cho上。国外已有应用MRS进行化合物绝对值定量研究的报道[18]，但测量过程复杂、费时，在临床工作中难以具体实施。当然亦可以在经过相应软件处理后，做到定量研究。典型的异常由NAA减少、Cho，Cr的增加组成。但是由于应用于临床中的机器型号及磁场高低等因素的影响，使得仅仅利用NAA、Cr、Cho的量来作为判断异常的标准，重复性较差，敏感性及特异性相差较大，而且实际操作中Cr和Cho的峰值相邻很近，时常无法完全分开，给测量Cr和Cho的值带来了困难。所以目前人们一般用代谢物的信号强度比值来对比研究，如NAA/Cr、NAA/(Cr+Cho)等。由于实际操作中Cr和Cho的峰值相邻很近，时常无法完全分开，故临床上常测量Cr峰和Cho峰的共同峰下面积，进而用其与其他物质的峰下面积的比值进行对比研究，如NAA/(Cr+Cho )比值就具有重复性好、反映代谢异常较敏感的特点[19-20]。Ng等[21]以NAA/Cho<1.13作为判断异常的标准，敏感度和特异度分别为90%和85%。Hugg等[22]以Cr/ NAA>1.0为异常标准也达到很高敏感性。NAA/(Cr+Cho )、NAA/Cho、NAA/Cr、Cr/Cho等不同比值在颞叶癫痫定位中的准确率是不一样的。近来Obata等[23]发现，NAA/(Cr+Cho)比值降低是反映神经元改变的理想指标。王志群等[24]对一组经病理证实的HS患者进行的1H-MRS研究表明，患侧海马NAA/(Cr+Cho )值低于正常对照组，反映了神经元丢失和胶质增生的共同结果。有研究报道，部分性癫痫中颞叶癫痫及额叶癫痫的痫性发作区与NAA/(Cr+Cho )比值降低具有一致性[25]，提示颞叶癫痫的符合率(90%)较额叶癫痫(57%)明显增高，从而揭示了1H-MRS在TLE定位诊断应用中的地位。因此，NAA/(Cr+Cho )比值被认为是评价颞叶癫痫病理改变的一个重要敏感指标。目前国内外多数文献采用NAA/(Cr+Cho )的比值作为颞叶癫痫的诊断标准。但因测量方法各不相同，测量数值也存在差异。文献报道，NAA/(Cr+Cho )＜0.68或双侧差别＞7%作为异常的标准，其敏感性达75～88%，特异性达100%[18，26]。Willmann等[27]的研究表明，正常NAA/(Cr+Cho)的最低值是0.72，低于此值的0.05为异常，提示海马硬化，目前已得到公认。1H-MRS在TLE致痫灶定位中的应用价值也得到肯定[28]。

然而，Starck等[29]认为，虽然用1H-MRS方法检测患者海马区NAA的浓度及NAA/(Cr+Cho )的比值对HS的诊断非常有帮助，但对检测方法及测得结果的可靠性提出了质疑，因为部分容积效应的影响会不会导致结果的不稳定，他们对在这方面进行了研究，发现检测到的内侧颞叶的代谢物浓度是海马与邻近组织含量的平均值，所以建议要想对海马本身进行评估，就得缩小检测时的体素范围，达1 cm3之下，并需要亚厘米级的层厚。

5 小结

1H-MRS作为是目前惟一可以用来在活体检测细胞代谢水平、组织器官能量代谢、生化改变以及化合物定量分析的一种非侵袭技术[30]，对于癫痫在早期诊断、定侧定位诊断、对抗癫痫药物监测及术后评估等方面均显示出重要的作用。但是引起颞叶癫痫的病因多且复杂，以及MRS自身技术及其在癫痫诊断的应用中还存在多因素限制，故目前其还没有达到癫痫灶精确定位的目的。所以还值得进一步研究和发展。相信随着1H-MRS研究的深入及推广应用，必将给颞叶癫痫的病因研究、临床诊断及治疗带来更为深远的影响及效益。

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