癫痫磁共振成像:临床标准与进展

    MRI在癫痫常规诊断中具有重要地位。它有益病因学诊断，在术前评估中不可或缺。总体来说现代MRI研究对临床神经科学大有裨益，有望提高癫痫诊断水平;即提高诊断率，同时减少MRI阴性患者的数量。然而，它的快速发展给临床应用带来了不确定性，即哪些最新发展已经具有临床价值，哪些具有学术价值。本文的目的是阐明MRI在癫痫患者治疗中的良好实践是哪些，以及未来可能是什么。

   磁共振硬件设施、扫描序列和数据后处理的发展推动了癫痫磁共振诊断的进展。超高场磁共振成像和复杂的序列提供了高质量的数据集，经后处理，可以提取结构或功能解剖的病理特征。通过机器学习将这些特征进行整合，产生了以前的手段无法超越的诊断有效性。可将扩散张量成像和功能磁共振成像在术前癫痫评估中的广泛使用率慢慢降低。

    癫痫发作后早期在3T磁共振上进行癫痫成像方案扫描，然后由专家进行细致评估是最关键的。希望未来的研究能让癫痫的磁共振成像更加标准化，并广泛使用后处理程序，从不同形态进行三维数据体积配准，从而产生统一的检测结果。

    本文提出的重要观点：

   每位癫痫患者都应该在病程早期接受核磁共振检查。

   专业的癫痫中心应站在发展的前沿，并积极促进方法学评估，这就是为什么早期转诊的诊断咨询对每个复杂癫痫患者仍然至关重要。

   癫痫MRI的进步是由磁共振硬件设施、序列和数据后处理技术的发展推动的。

   弥散张量成像和功能MRI作为癫痫患者术前评估的一部分的热潮正在逐渐平息。

   本文发表在Current Opinion in Neurology杂志。

   简介

   磁共振成像是癫痫的一种基本诊断方法。每个癫痫患者都应该在病程早期接受磁共振成像检查。癫痫患者磁共振成像的三种适应症:（1）用于病因/鉴别诊断，（2）作为已知疾病的随访控制，（3）作为术前评估的一部分。“致痫性损害”是一个放射学术语，定义了导致癫痫发作的磁共振成像异常。然而，并非所有在磁共振成像中检测到的异常都是癫痫发作的来源，也不一定所有的癫痫发作都源于磁共振成像中可见的病变。因此，癫痫发生的证据远远超出了磁共振成像的范围，这一结论可通过电生理手段进行验证。

   但磁共振成像仍是癫痫患者术前常规检查的必要部分。病灶一旦被确定为致痫灶，就决定了手术计划切除的可行性或风险。在术前计划中，结构和功能成像方法可显示个体的结构或功能解剖，如锥体束或功能区。理想情况下，在诊断癫痫后，患者应立即接受磁共振成像检查以进行病因诊断。在治疗难治性癫痫患者时，MRI是术前评估中诊断工具的重要组成。根据国际抗癫痫联盟的耐药性定义，只有两种抗惊厥药物试验失败的患者才需进入术前评估。然而，在患者首次癫痫发作后，MRI中识别易于切除的脑部病变可以影响当时的治疗策略，因此鼓励不太复杂的病例比复杂的病例更早进行术前评估。

   目前，重新定义患者病因学的磁共振成像诊断研究旨在建立临床疾病和已知或新的磁共振成像参数(例如扩散率参数作为边缘性脑炎的生物标志物)之间的新联系。这里，应定义特征学（致痫性）磁共振成像的结果，然后在疾病过程中进行监测。然而，癫痫影像学研究的重点在于将MRI作为术前评估的工具。由于MRI阴性患者的数量多数时候不符合癫痫手术的条件，这就导致是否要进行手术反过来取决于MRI的诊断率，因此技术进步可能会发现更多的致痫灶，从而提高癫痫手术的入院率。复杂的程序已经将解剖基质的模型可视化，而这些模型在评估未处理的磁共振体积时是看不见的。在这些“漂亮的图片”和它们跟神经病理学基础的诱人推论之上，值得注意的是，新的核磁共振成像方法，就像其他新发展起来的研究方法一样，迫切需要验证。需要审查异常如何与神经病理学相关。

   这篇文章中，作者将提供一个标准的癫痫磁共振成像方案，并在描述后处理的常规应用和总结磁共振成像在术前应用之前，提供典型病例。此后，回顾总结目前的扫描硬件、序列和后处理的发展，以及对未来的展望。

   癫痫患者治疗方案

   为癫痫患者量身定制的成像方案应包括两个方面: 最佳视觉评估的体积和理想的后处理的输入数据。入院接受磁共振成像的癫痫患者可大致分为怀疑颞叶癫痫的患者和怀疑颞叶外癫痫的患者。颞叶癫痫患者是一个突出的电临床同质群体，在所有局灶性癫痫亚组中占比最大。对于这两个组，建议使用各向同性的3D-T1和3D-FLAIR序列。除了三维序列外，还应扫描轴位和冠状位2D T2WI和FLAIR序列。怀疑颞叶癫痫患者，Cor应垂直于海马长轴，Ax与之平行。怀疑颞外癫痫的患者，二维序列平行前后联合连线。解剖定位必须用三维各向同性序列（即体素大小为立方体），以在各平面上重建图像。对于自动后处理，三维各向同性也是先决条件，因为必须归一化为模板体积，以便进行对象间比较。平面内分辨率应低于1 mm，以便定位和定性微病变。由于生成的体积在分辨率上不是各向同性的，因此精确的方向至关重要。例如，海马内部结构的形态学只能在沿着海马长轴精确成角度的二维序列中得到全面评估。此外，大多数需要增强序列来定性病变，而不只是定位。造影剂只能用于除海马硬化症以外的潜在致痫病变。

   表1中提供的方案正在the Bonn Department of Epileptology使用，旨在满足癫痫检查的基本成像需求：作为术前评估的一部分，2740例患者MRI确定的致痫灶中，有2724例(99.4%)可以通过六种序列检测到：3D-T1WI、含铁血黄素、钙化敏感序列和2D-FLAIR和T2WI序列，后两者平行海马长轴和前后连合连线。值得注意的是，2D-FLAIR序列检出了84.8%的致痫灶，是灵敏度最高的序列。因此，添加3D-FLAIR用于解剖定位，并作为后处理的输入数据。

Ac-pc，前连合-后连合连线；hemo/Calc，含铁血黄素/钙化敏感序列；LHA，海马长轴。在颞叶癫痫患者中，2D序列应沿海马长轴方向。对于颞外叶癫痫患者，2D序列应沿前联合-后联合线方向定位。

   MRI特殊发现、随访MRI和常见致痫病变

   癫痫可能有多种不同的病理。MRI可能会通过“特征学”（pathognomonic）诊断来完成对潜在病理学的搜索。应当指出的是，没有MRI表现可能不仅有助于支持鉴别诊断，而且也是特发性全身性癫痫的特征（全身特发性震颤是没有明显MRI表现的）。边缘性脑炎患者的典型特征学发现包括杏仁核体积增大和信号增高，如果无法获得抗体测试结果，其具有特殊的诊断意义。在这里，后续扫描可能有助于评估免疫治疗的效果。作为术前评估的一部分，MRI用于定位致痫灶。在一项开创性研究中，Bl Euroumcke等人表明，在欧洲各地不同中心收治的近10000名癫痫手术患者中，10种组织病理学诊断占86.7%以上：海马硬化、神经节胶质瘤、不同类型的局灶性皮质发育不良、胚胎发育不良的神经上皮肿瘤、胶质瘢痕、海绵状血管瘤和皮质发育的轻度畸形。此外，许多致痫病变，如广泛性多小脑回或皮层下带状灰质异位 (‘双皮质综合征’)不适合癫痫手术。图1提供了三个MRI示例，分别用于病因诊断、作为术前评估的诊断方式和用于疾病监测。

图1 3例患者的MRI检查用于病因诊断(A)、术前评估(B)和监测疾病进展(C)。

(A)边缘脑炎患者(女，24岁)MRI表现为左侧杏仁核高信号和体积增大。

(B)颞叶癫痫患者(男，42岁)MRI表现为左侧海马硬化和左侧颞叶海绵状血管瘤。

(C) Rasmussen's脑炎患者(男性，发病时12岁的四次随访MRI结果，该患者在第三次扫描至第四次扫描期间接受了大脑半球切除术。注：患者B的两个致痫灶位于同一叶，这一案例表明电生理学方法对于术前正确评估是不可或缺的。

 

常规后处理

作为标准视觉评估的补充，专业中心使用计算机算法对采集的体积进行标准化和独立于操作员的评估。磁共振成像后处理操作基于零假设和三维空间，可以同时考虑来自不同方向的结构特征，因此，可以对视觉评估不到的病理实体磁共振成像特征添加细节。由于缺乏系统的评估和内部软件的广泛使用，目前没有公认的后处理程序。在作者机构，他们定期对边缘脑炎患者的中颞叶结构进行分割和定量信号评估，并对MRI阴性的局灶性癫痫患者进行基于体素的形态MRI分析以检测病变。杏仁核增大以及T2WI和FLAIR上杏仁核的高信号与边缘性脑炎有关。然而，核磁共振成像的特征改变可能非常细小，从而阻碍了视觉评估的发展。使用FMRIB软件对杏仁核和海马体进行自动分割，然后进行体积分析和信号定量评估，比视觉评估更灵敏地检测出边缘性脑炎患者（85％vs 51％）。类似地，与单独的视觉评估(65%-91%)相比，结合的形态学分析和视觉评估(94%-99%)在检测局灶性皮质发育不良Ⅱ型中更为敏感。据研究报道，如果形态学分析显示的病变被完全切除，癫痫手术将会更加成功。然而，形态学分析特别容易出现假阳性，因此需要通过未处理的体积来仔细地重新检查。

术前计划

扩散张量成像（DTI）和基于任务的功能磁共振成像（fMRI）是术前计划中最常用的先进磁共振成像技术。弥散张量成像显示白质束的个体结构解剖，功能磁共振成像显示功能区。功能区描述的是皮质区域，如果被移除，将导致与其相关的认知功能的减少或丧失。功能区是功能解剖学的一个概念。由于它们在不同的受试者之间有所不同，因此只能通过结构解剖学的标志对它们进行广泛的描述。

弥散张量成像是扩散加权成像在多方向的延伸。它可以显示白质微结构。纤维追踪成像是一种建模技术，它使用DTI数据来三维重建脑白质路径。虽然弥散参数在检测致痫性病变中的应用还有待进一步研究，但术前通过纤维束追踪重建纤维可以模拟白质中“隐藏”通路，便于在切除过程中保存。在癫痫手术中，人们希望可以通过使用术前DTI纤维重建方法来解决杏仁核-海马切除术后最常见的视野缺损问题，但目前为止，这一希望还没有实现。同时，在解释弥散张量成像和纤维束追踪成像的结果时，需要非常谨慎，在术前计划中更是如此。巨大的挑战在于验证虚拟纤维束的神经元基础。因此，通过补充方法获得解剖学知识直接验证纤维追踪成像结果是不可或缺的。最近的一项研究应用术中磁共振成像和直接皮层下电刺激对20名患者双侧描绘锥体束发现86%的锥体束评估一致。这一结果被认为是有充分理由的初步证据。但 “假”纤维必然出现在纤维走行复杂的解剖区域(如纤维交叉等)，在颅骨剥离后的DTI脑体积中，大约1/3到2/3区域被认为覆盖了复杂的纤维走行。此外，DTI处理结果和结构基础之间缺少联系。且DTI和磁共振成像的固有缺陷，如分辨率，限制了其使用。

功能磁共振成像序列对血氧水平依赖的信号敏感，从而可以推断神经活动。然而，这种信号的绝对水平是没有意义的，这就是为什么在基于任务的功能磁共振成像中，将实验条件与对照条件进行比较，两种条件仅在相关性特征上有所不同。在术前计划中，基于任务的功能磁共振成像通常用于描绘功能区，确定语言侧化和预测术后语言和记忆结果。功能磁共振成像分析产生的聚类可以进入神经外科导航系统。争议是由最近的一项研究引起的，该研究声称功能磁共振成像方法部分无效，并导致假阳性结果的过高发生：Eklund等人使用三个常用的fMRI分析软件工具箱来分析大规模实验数据，并在应用FEW校正（0.05）时发现基于聚类假设检验的无效推论。非参数置换检验不受此问题的影响，然而，他们依靠的是一个大于实验对象的实验组。由于临床背景下的fMRI分析仅在个体水平上使用，非参数置换检验可能不适用。这一事实使临床fMRI的研究结果更加令人不安。另一方面，这种临床背景也带来了多模态交叉验证的优势，这在神经认知科学领域的大多数fMRI研究中是不存在的。术前功能磁共振成像研究的结果可通过颈内动脉巴比妥治疗，直接皮层刺激或仅通过术后结果来验证。2017年，美国神经学学会发布了一份关于fMRI在癫痫患者术前评估中的应用的实践指南总结。他们的结论是在术前计划中，可以将fMRI视为替代许多既定方法的替代方法。

目前的研究状况

2017年底，FDA批准了第一台用于临床成像的7T扫描仪。超高场磁共振成像将分辨率提高到介观尺度，提高信噪比，减少扫描时间，为未来癫痫成像带来了巨大的希望。但7T扫描仪不仅是3T扫描仪的增强版本，在神经认知科学领域还面临着包括图像失真、伪影在内的独特挑战。例如，FLAIR序列在癫痫成像中是最有用的，但在7T中却难以实现，主要是由于SAR值的限制和长的弛豫时间。

目前的磁共振成像序列开发旨在实现对潜在生物物理特性的标准化和独立于操作者的评估。在这一发展的边缘，是磁共振序列的临床应用，概括为“定量磁共振成像”。定量磁共振的实现基本通过弛豫时间，由一系列具有一个可变参数(例如翻转角度、反转恢复时间、回波时间)的磁共振扫描来实现的。各自的弛豫时间(T1，T2，T2*)，质子密度或磁化率源是这些序列上信号变化的函数，从而在很大程度上独立于硬件和序列参数。研究报道，定量磁共振成像已经成功应用于癫痫患者诊断检查。癫痫成像中的其他新的磁共振序列包括双反转恢复（通过同等地抑制白质和脑脊液来增强灰-白质对比度），并且已经被证明有助于病变检测。此外，白质微结构的变化可以通过新的扩散加权序列进一步阐明，如高角度分辨率扩散成像与先进的后处理步骤相结合。此外，从纤维取向分布导出的fixel-based的形态分析首次显示了在癫痫病灶附近纤维密度降低的结果。

在后处理程序的水平上的进步，使癫痫的磁共振相关诊断客观化。早期的形态分析被皮质和皮质下结构的体积和形状的组合分析所取代。几何信息已被整合到纹理分析中，并发现其在癫痫研究中的应用。Hong等人采用了一种监督学习模型用于诊断局灶性皮质发育不良Ⅱ型，该模型包括扩散率、功能连接性、形态学和信号梯度特征，灵敏度为85%，特异度高达94%。

MRI 在癫痫患者中的应用

目前在这一领域的大部分努力都是为了确认癫痫患者的磁共振结构或功能特征，这些特征被认为是某些病理的特征，然后可以被提取并集成到机器学习（computerized classifiers）中。然而，这些分析是对多种成像方式的集成，与人工操作相比，它们的优势来自于对N维特征空间的并行处理和集成。标准化的成像检查可以提供由不同成像方式的几个共同配准的三维体积组成的个人四维患者数据集，然后通过机器学习进行分析（工作流程示意图见图2）。未来的分类学习可能会整合从其他诊断方式(如脑电图或专家分析的癫痫发作符号学)中提取的特征信息。从而，可以提高通常具有良好灵敏度的分析的特异度。最有可能的是，未来的诊断和术前评估也将由连接的解剖模型提供信息。毫无疑问，在过去的十年里，神经科学的注意力已经从单一的位点转移到了连接网络上。神经连接组学提供了癫痫作为一种系统水平的病理学的观点，尽管到目前为止它只引起了学术上的关注。连接组学还没有进入癫痫外科手术中，而癫痫手术仍然建立在癫痫发作起始区的概念之上。未来，描绘节点并描述单个发作网络的结构边缘和功能边缘的权重，能够预测癫痫患者的最佳手术切图。

图2：癫痫影像机器学习流程示意图。从不同的MRI序列中提取病理形态学解剖特征，并将其送入计算机分类器。这种分析极大地得益于集成从其他诊断模态提取的特征。

    目前，癫痫影像学研究的首要目标不仅是与癫痫相关的解剖学特征的关系，还要关注癫痫发作时的影像。出于实际原因，可能无法在扫描仪中直接观察到患者的癫痫发作，因此作者的想法是在事后可视化与个体癫痫发作在解剖学和时间上相关的微观结构过程，通过MR信号对神经元变化相关性敏感（通常称为短暂性癫痫相关MRI变化）来实现。Gaxiola-Valdez使用动脉自旋标记法来绘制发作后低灌注的工作在这方面起了决定性的作用。此外，弥散性改变或血脑屏障破坏也可作为术后MRI评估的目标。进一步的研究可能会为 “功能障碍成像”铺平道路：在癫痫发作几个小时后对癫痫发作留下的痕迹进行可视化。将癫痫成像与癫痫发作时影像进行相互补充。

   结论

   在癫痫患者的治疗中，MRI被寄予厚望。事实上，随着神经成像技术的进步，MRI阴性患者中经组织病理学证实的数量正在下降。1988-1992年，本中心80%以上的海马硬化症在MRI检查中未被发现。1993年，这一比例为50%，此后一直低于10%。然而癫痫影像的快速发展的缺点是，该领域发展时间还不够长，不足以成为大规模随机对照试验的对象，这些试验需要长期的随访。许多新方法迫切需要定义它们的用法和使用范围。因此需要癫痫中心站在发展的前沿，并积极促进其评估，这就是为什么早期诊断咨询对每个复杂癫痫患者仍然至关重要。
如需原文请添加思影科技微信：siyingyxf 或者18983979082获取,如对思影课程及服务感兴趣也可加此微信号咨询。觉得对您的研究有帮助，请给个转发，以及右下角点击一下在看，是对思影科技莫大的支持。

微信扫码或者长按选择识别关注思影

非常感谢转发支持与推荐