磁共振波谱在颞叶癫痫诊断中的应用

老*驼

磁共振波谱（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）是一种非介入性***生化代谢检测技术，可以对体内有关能量代谢和病灶代谢状况的变化做连续性动态观察 。MRS是目前唯一能无创性地研究人体能量代谢的方法.在许多疾病的发展过程中，代谢改变常先于病理形态改变，而MRS对能量代谢的生理、病理改变有很高的敏感性，因此MRS能较早地提供有利的诊断信息。
颞叶癫痫作为一种常见的神经系统综合征，其最常见的病理改变是不同程度的神经元固缩、胶质细胞增生及间质水肿。约70%-80%的颞叶癫痫病人表现为海马硬化。以往对于癫痫的诊断仅靠脑电图、血管造影、脑脊液生化等检查，有些检查创伤大，而且病灶定位不准确。80 年代中期，磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）问世。MRI作为一种无创检查方法，具有良好的组织分辨率，能通过体积定量的方法发现海马硬化，以及颞叶内侧信号的改变。但是轻度海马硬化在形态学上不容易发现异常，而且在病变早期，易受损的齿状回及CA4区最早发生病变，这种 改变通过海马体积的测量是不能发现的。有人认为神经元丢失达50%，即海马硬化超过中度时，在MRI上才有可能表现出形态学异常。而且海马神经元缺失后胶质细胞增生、充填，海马体积变化不明显，MRI体积定量测量是不能发现海马萎缩的。
对于MRS而言，只要存在神经元缺失的病理改变，导致了代谢产物异常，MRS就能很敏感地探测到海马硬化的发生。因此同MRI及其它检查方法相比，MRS具有更高的敏感性，而且与手术病理有良好地符合，是探测局部神经元病变的最好工具。
1、磁共振波谱的基本原理
磁共振信号的共振频率是由原子核本身的特性及其所处磁场的强度所决定的。原子核所受磁场的强度又同主磁体提供的外加主磁场、核外电子云及邻近原子的电子云有关，主要同外加主磁场有关。但是电子云的作用会屏蔽外加磁场作用，使核所受到的磁场强度小于外加主磁场强度，即在给定的外加磁场条件下，同种原子核由于化学环境不同而造成了磁共振的频率差异。此外自旋耦合（spin-spin coupling）特性及其它方法也会造成原子核产生共振频率的差别。将这些频率成分按其内在规律排列组成，就形成了磁共振波谱。它的形式可以由自由感应衰减信号（free induction decay，FID），也可以由自旋回波信号或其它形式的信号转换成振幅与频率的函数而获得。
2、磁共振波谱分析与颞叶癫痫
目前磁共振波谱通常采用磷谱与质子谱。磷谱是最早用于人体的波谱学技术。31P-MRS通过测定磷代谢产物的相对浓度来确定细胞的能量状态，同时还可以计算细胞内的PH值。生物组织中，31P-MRS可检出7条不同的共振峰，即磷酸单酯（phosphomonoesters，PME）、磷酸二酯（phosphodiesters，PDE）、磷酸肌酸（phosphocreatine，Pcr）、无机磷酸盐（inorganic phosphate，Pi）和三磷酸腺苷（adenosine t**hosphate，ATP）中的磷原子。磷原子对它所处代谢环境中PH敏感，而大多数磷原子共振的信号来自细胞内，故通过31P-MRS可以检测细胞内PH值。
1982年Prichard等人首次利用31P-MRS进行癫痫的***研究，采用GABA阻断剂bicuculine来诱导家兔癫痫持续状态（status epilepsy，SE）的发生，观察到病灶侧脑组织Pcr和PH降低，Pi升高，而ATP与对照组类似。80年代后期，31P-MRS开始用于人类研究。在对婴儿癫痫的研究中发现，致癫区脑组织Pcr/Pi的比值是38%，健侧脑组织为50%。对其他颞叶癫痫病人的31P-MRS研究，发现病灶侧脑组织PH与Pi升高、PME浓度降低。PH值升高反映了脑组织过度兴奋和产生了异常发作。PME减少则反映了与神经细胞缺失和胶质增生有关的磷脂代谢改变。其病灶侧与健侧不对称代谢信息给癫痫定位、定侧诊断提供了依据。有人通过31P-MRS观察癫痫治疗前后的能量变化，发现当Pcr/Pi和Pcr/ATP比值增加时，癫痫发作次数明显减少，并有智能改善和EEG癫痫波消失[8,9,10]。但是31P-MRS测定的病灶侧代谢变化存在于包括病灶在内的整个颞叶，不能检出局限于颞叶内侧的病灶。
在颞叶癫痫的1H-MRS研究中，主要的共振峰为颞叶内的氮-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspantate，NAA）、肌酸复合物（creatine and phosphocreatine，Cr）、胆碱（choline，Cho），此外还有Lacotate(双峰)、肌酸（myo-inositol）、Glu、GLn[11]。目前的研究主要集中在NAA、Cr 、Cho上。
NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经元与前突触细胞内，成熟的胶质细胞中则不含有NAA。目前将NAA作为反应神经元功能的内标物,其含量对于脑的状态最敏感，其峰值低提示神经元丧失和功能障碍。Cho与Cr在神经元及胶质细胞中均被发现，但细胞研究表明在后者中的浓度明显高于前者。因此，当星形胶质细胞发生形态功能改变时，Cho与Cr值会升高。在颞叶癫痫患者中，NAA/Cr值病灶侧低于健侧和正常人，Cho/Cr值病灶侧高于健侧和正常人。由于颞叶内侧受颞骨岩部及周围脑脊液的影响，质子密度不均匀，得到的谱线分离性差，Cr和Cho峰有重叠。有人认为将NAA/（Cr+Cho）作为参数来研究，可以消除Cho与Cr峰部分融合导致的峰下面积测量不准确的影响。研究认为正常人NAA/（Cr+Cho）值的95%参考值范围是0.74±2×0.07（M±2SD），最低值是0.6，双侧NAA/（Cr+Cho）相差不超过0.07。而在颞叶癫痫患者，病灶侧及健侧NAA/（Cr+Cho）的值均低于正常人。当颞叶脑组织NAA/（Cr+Cho）低于0.6时，可以判断脑组织代谢功能异常。当双侧颞叶脑组织NAA/（Cr+Cho）差值大于0.07时，较低的一侧为病灶侧。研究还表明颞叶脑组织NAA/（Cr+Cho）的减低与发作次数无线性相关。
31P-MRS与1H-MRS相比，由于氢是人体内最丰富的原子，1H-MRS具有更高的丰度和敏感性。在相同场强下，1H的敏感性为1，31P的敏感性仅为0.066。31P-MRS化学位移较宽，要大区域采样，才能获得较好的信噪比。此外31P-MRS还需要一体化的发射及接受装置，需配备特殊射频放大器(波谱通道专用)，对设备要求高。相比之下，1H-MRS具有更高的信噪比和空间分辨力，有更适宜的弛豫时间。如果使用高场强的MRI设备，可以使31P-MRS敏感性大大提高，最大限度降低容积效应，使各种代谢物比值更精确。同时还可以提高波频分辨率，使细胞内PH测量值更准确。
3、目前MRS存在的主要问题及MRS发展趋势
3.1目前MRS主要存在以下几点问题：
3.1.1MRS与MRI相比，MRS对颞叶癫痫病灶定侧敏感性更高，与病理结果也有很好地符合，但MRI有更高的特异性。
3.1.2MRS信噪比与空间分辨率仍较低。
3.1.3目前MRS仍处于缺乏大样本研究阶段，需要更进一步地研究。
3.1.4海马硬化引起的癫痫放电传导到对侧，形成镜影病灶，引起对称部位脑组织神经元的缺失和胶质增生等癫痫性损伤，对侧也表现为NAA/(Cr+Cho)值的降低。MRS在这种情况下常不能正确定侧。
3.2MRS作为一项新兴的检测手段，仍有很大的发展空间。
3..2.1多核质子波谱：从目前的单体元向多体元质子波谱采集（single and multi-vexel proton）发展,并最终成为全覆盖式螺旋波谱图（full coverage spiral MRSI）技术，更利于获得大视野内、多个分布不均病变的区域波谱，更有利于弥漫性病变的发现，对病变范围及边缘做出更准确地判断。
3.2.2波谱成像(spectroscopic imaging)：从三维空间重建机体代谢图像，可以将机体病生理改变更具体、更详尽地用于疾病诊断。
4、小结
颞叶癫痫的定侧、定位诊断非常复杂，多种检查方法的结果常不一致，甚至互相矛盾。MRS在颞叶癫痫定侧诊断方面有较高的敏感性，有很高的潜在价值，但目前尚不能完全代替其它检查方法，直接明确诊断，需要采用多种检查方法，综合分析形态、代谢、功能等各方面信息，进行诊断。