弥散张量成像在癫痫中的研究进展

付君言 曾延玮 张 军

癫痫是一种常见的神经系统疾病，以脑神经元高度同步性放电引起的反复痫性发作、短暂性脑功能障碍为特征。癫痫的频繁发作可造成严重的神经功能障碍，癫痫持续状态甚至可造成死亡。在亚洲，儿童期和成年早期是癫痫发病的高峰年龄段，癫痫极大地影响着患儿的生长发育，因此对于癫痫的及时诊断和早期治疗极为关键[1]。

目前，多模态神经影像技术的快速发展为癫痫的深入研究提供了广阔的前景，如PET/SPECT、功能磁共振和脑磁图的应用。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是基于弥散加权成像发展的MRI技术，能在活体中无创性地显示脑白质纤维束走行，已广泛应用于急性缺血性脑梗死、脑肿瘤和多发性硬化等脑疾病的研究中[2]。DTI利用水分子在组织中弥散的各向异性成像，常用的成像参数有平均弥散率（mean diffusivity，MD）和各向异性分数（fractional anisotropy，FA）。MD即ADC值，MD值的增加可以准确反映脑组织自由水含量的增加。FA与髓鞘的完整性、纤维的致密性及平行性呈正相关，FA值的减低说明脑白质完整性受损。颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常见的局灶性癫痫，研究发现动物和人类TLE均涉及颞叶之外的双侧脑区结构的改变[3-4]，这说明了白质在癫痫发病中的重要性。DTI图像能够观察常规MRI所不能显示的白质细微结构，因此常能更早、更敏感地发现病灶，满足对于癫痫的病因诊断、癫痫手术的辅助指导、癫痫结构网络及其与癫痫功能障碍的相关性等方面研究的需求。本文主要从以上几个方面对DTI应用于癫痫的最新研究进展进行综述。

DTI用于癫痫的病因诊断

头颅CT和MRI成像是寻找癫痫病灶最常用的影像学方法。CT和常规MRI对具有形态结构异常的症状性癫痫敏感，然而对于特发性癫痫、难治性癫痫以及某些细微的病理改变，如小的皮质发育不良常无阳性发现。有研究表明[5]MD是区分儿童癫痫和非癫痫者的可靠指标，敏感性达90%～100%，特异性达96.6%～100%。而对于健康组、活动期癫痫和缓解期癫痫的分类，FA具有100%的灵敏度和特异性。有学者推荐将DTI加入常规MRI扫描序列以辅助癫痫的诊断[6]。

常规MRI在不伴海马硬化的TLE患者中很难发现异常灶，Bao等[7]在DTI序列上观察到此类患者海马的传入和传出纤维（海马旁回，扣带回和穹窿）的异常改变，此外，TLE小鼠实验表明FA对海马损伤和树突细胞丢失敏感，且FA值与树突细胞密度呈负相关，定量检测海马炎症和树突细胞损伤等病理变化可能有助于监测癫痫进展和评估治疗效果[8]。早期Widjaja等[9]的研究发现新发的特发性癫痫儿童中存在较为广泛的髓鞘和轴突异常，随后Focke等[10]发现特发性全身性癫痫患者脑胼胝体、皮质脊髓束、上下纵束和辅助运动区的FA值减少以及MD值增加。还有研究表明丘脑是原发性全身性癫痫病理生理学中的关键因素，丘脑-前运动连接既是癫痫网络的重要组成部分，也是青少年肌阵挛性癫痫光敏性发病的主要机制[11]。Jiang等[12]发现药物可控癫痫（medically controlled epilepsy，MCE）和药物难治性癫痫（drug refractory epilepsy，DRE）患者常见受累脑区均有显著的DTI变化。与MCE相比，DRE中进一步发现了双侧丘脑-皮质纤维FA值的降低，揭示了DRE患者特殊的病理生理改变。Qiu等[13]发现失神性癫痫患者左脑内侧前额叶皮质的MD值增加，左脑楔前叶的FA值下降。同时，左脑MD值的增加与癫痫持续时间成正比。这提示脑默认网络区域的慢性神经损害可能为失神性癫痫儿童致病机制之一。

DTI用于辅助癫痫外科手术

外科手术是治疗难治性癫痫、症状性癫痫患者的有效手段。癫痫手术成功的关键在于对癫痫病灶的准确切除，既要求对病灶能够有效检出，又要对手术范围进行精准规划，尤其是毗邻功能区的手术[14]。DTI对于细小病变敏感，更重要的是DTI能检出病灶与功能区、传导束之间的关系，从而指导癫痫手术。

脑结构畸形使术中纤维断开不完全成为半球离断术失败的主要原因。Ho等[15]报道了一例患有Otoharra综合征且伴hemimegencephaly 的婴儿患者在DTI引导下行功能性半球离断术的成功案例，描述了在术前、术中和术后使用DTI来规划手术，指导并确认纤维的完全断开的全过程。多项研究显示，DTI的应用使大脑半球切除术后的癫痫复发率明显下降[16-17]。由视辐射损伤引起的视野缺损是前颞叶切除术的常见并发症，现有影像学方法均不能很好地显示视束，并且视辐射的走行特别是Meyer环路（Meyer's loop，ML）的解剖变异很多，给手术区的规划带来困难。一例研究[18]对48名行颞叶切除术的DRE患者在术前和术中进行了DTI检查，成功重建了包括ML在内的视辐射，并准确、有效地预测了术后视野缺损，这说明将基于DTI的纤维追踪实施到标准的神经导航系统中可能为手术带来益处。James等[19]在75名健康受试者中创建了正常人ML的规范化图集，并预测如果右脑ML前界至颞叶的距离≤38mm，左脑≤35mm，则患者术后发生视野缺损的风险增加。目前，DTI用于指导癫痫手术还处于初步研究阶段，有待更多的实验证明其可行性并对其进行标准化。每种评估方法都有局限性，DTI作为手术辅助评估手段之一，需联合其他多项检查手段如功能MRI、脑电图等进行完整、有效的手术评估与随访。

基于脑网络的DTI成像与癫痫功能障碍的研究

癫痫患者常伴各种神经功能障碍，表现为语言能力低下，记忆力、注意力缺陷，智力下降和执行功能受损等。近年来，癫痫是一种大脑网络障碍性疾病已成为共识，局灶性癫痫发作通过癫痫网络扩散至远端脑区，导致癫痫的传播与发展，提示功能障碍与结构异常之间的联系将有助于癫痫的治疗。多项研究表明，脑DTI参数的改变与癫痫患者临床功能缺失的程度以及功能成像变化之间具有良好的相关性[20-22]，这说明DTI是检测癫痫网络异常相对敏感的指标。此外，在DTI的相关研究中，不同半球的TLE，其结构异常区域存在差异，患者也可表现出不同类型的功能障碍[23]。这更加印证了患者功能障碍与结构改变间的紧密联系，同时，这些异常改变区极可能是癫痫网络的传播途径，逆转受损脑区的结构改变、抑制或破坏致痫网络可能成为癫痫治疗的新方法。

实际上，脑结构网络与功能网络改变的范围及程度并不完全一致，Yun等[24]阐述了伴有中央-颞部棘波的良性儿童癫痫患者智商下降可能与两侧中央额回之间的功能不同步有关，但其半球间解剖学连接未显示出任何差异，疾病持续时间较短（小于1年）可能导致了功能和结构改变的不同步。目前的研究尚无法推断结构损伤与功能连接异常之间的任何因果关系或时间顺序。同时，DTI也提供了证据表明癫痫患者大脑在反复发病过程中会发生广泛而复杂的代偿反应和重组。在Jiang等[25]的研究中，右侧TLE患者在DTI构建的结构网络中表现出网络效率增加，而在静息态功能MRI构建的功能网络中却表现为网络效率下降。这或许可以解释为在长期发病过程中，受损的功能网络在结构网络的基础上并未被完全代偿所致。Soliman等[23]发现左侧TLE患者右侧海马旁回的ADC增加与其良好的视觉记忆表现相关。DTI在左侧前颞叶切除术后的平行语言网络也检测到结构的重组，这种重组在半球内或半球间都可以发生[20]。

总结和展望

DTI作为一种在分子水平研究复杂脑组织结构的成像工具，能够有效检出常规MRI阴性的癫痫病灶，揭示癫痫的病理生理，为癫痫的诊断和手术治疗带来益处。现阶段DTI的应用还存在许多限制，如MD值易受外部因素如抗癫痫药、皮质水肿等影响[13]，导致结果不稳定。目前，普通人中FA和MD值还未设定参考范围，尚不能以严格地标准判断白质损伤，更不能对白质的损伤程度进行分级以及判断损伤是否可逆。此外，癫痫是一种异质性疾病，研究时应考虑癫痫发作相关的因素（发病年龄，发作频率，癫痫持续时间，癫痫发作期/缓解期等）的影响。

对于癫痫的研究，不管是其发病机制还是治疗方法都尚处于探索阶段。癫痫作为人类疾病一大难题，未来还有很大的研究空间。随着DTI图像质量的提升，分析技术的进步以及人类对癫痫认知的深入，DTI在癫痫中的应用将进一步扩展，DTI有望将来成为诊断与治疗癫痫有力的影像辅助工具。