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Lancet Neurology:脑成像在评估癫痫手术中的作用
发布者:admin 发布时间:2020/1/11

 

   脑成像在癫痫患者术前评估中起着至关重要的作用。结构成像显示了大多数局灶性癫痫的病变部位。随着磁共振成像技术的发展,包括弥散加权成像、成像后处理技术以及成像数据的定量化,提高了病变检测的准确性。功能磁共振可以用来识别对语言、运动功能和记忆至关重要的皮层区域,而纤维束追踪术可以揭示与这些功能至关重要的白质束,从而降低癫痫手术引起新疾病的风险PET、SPECT、同步脑电图和功能MRI,以及电磁源成像可以用来推断致痫灶的位置,并帮助设计颅内脑电图记录策略。将成像数据配准到标准空间的半自动化方法的进展使创建多模态三维患者数据集成为可能。这些技术有望证明正常和异常患者结构与功能数据之间的复杂关系,并用于指导个性化的颅内导航和手术。本文由UCL的学者发表在Lancet Neurology杂志。


简介

据统计,每年大约每10万人中就有50人患有癫痫,其中抗癫痫药物不能控制癫痫发作的患者大约有三分之一。大约一半的局灶性癫痫患者拥有单一的局灶性网络,此类患者可以进行神经外科手术治疗,当机体能够承受神经外科手术,且没有严重的并发症,如癌症,晚期血管疾病或痴呆。

脑成像对癫痫的诊断和治疗具有重要意义,尤其在考虑神经外科治疗时。在过去的20年里,磁共振扫描技术、采集方式、图像处理方法以及核医学的进步,使脑成像在癫痫的应用方面取得了巨大的进展。在这篇文章中,作者主要关注自2005年以来取得的进展,这些进展对神经科医师具有重要的临床应用价值。     

(1)首先回顾了脑结构成像和采集后处理方法的发展,以确诊可能导致癫痫的大脑异常,以及其在手术中的价值。   

(2)然后描述了对语言、运动和记忆功能至关重要的大脑皮层区域(Eloquent cortex)的映射,以及大脑中关键的白质通路。   

(3)作者回顾了PET和其他成像方法,以推断在没有结论或与临床和EEG数据不一致的MRI检查背景下,可能导致癫痫发作的脑网络的定位。     

(4)最后回顾了多模态三维成像的患者数据集,以及这些方法如何在个体患者设计治疗策略中发挥作用和未来的进展情况。

Eloquent cortex:重要功能区是神经病学家用来描述大脑皮层某些区域的名称,这些区域如果被切除,将导致感觉处理能力或语言能力丧失,轻度瘫痪或瘫痪。重要功能区最常见的区域是左侧颞叶和额叶负责语音和语言;双侧枕叶负责视觉;双侧顶叶负责感觉;双侧运动皮层负责运动。

对影像学研究的解释中,一个重要的因素是认识到小组研究与临床研究之间的差异,神经科学研究中用来推断大脑的功能解剖及其异常,其结果直接影响到患者个体的诊治。后者主要针对有难治性局灶性癫痫的个体及其手术治疗,局灶性异常的发现有利于手术治疗,而关键结构的识别困难可能限制手术入路。   

 

术前影像学检查顺序       

癫痫患者术前评估的影像学研究采用高质量结构磁共振成像,结合临床和脑电图数据进行解释,并量化海马体积和T2信号,以确定致痫性病灶。如果有与EEG结果一致的相关结构病变,且不接近重要功能皮质,可推荐患者手术,此时应用功能磁共振成像(fMRI)评估语言侧化。如果计划切除靠近视神经纤维束或皮质脊髓束,则建议采用扩散成像和纤维束成像,以优化手术入路并将手术风险降至最低。图1显示了影像学研究在术前途径中的位置。

如果患者的核磁共振结果没有明确病灶,使用最新的核磁共振机器和技术以及采集后处理方法行进一步检测可能会显示出细微的异常,但由于可能会出现假阳性,应谨慎解释结果。接下来,18F-氟脱氧葡萄糖(18F-FDG)PET为值得推荐的检查手段,因为它可识别能直接切除的低代谢区域,例如,如果非语言优势半球的前颞叶摄取减少,在常规情况下,可预示颅内脑电图结果。如果在18F-FDG PET显像上未发现异常,则随后的研究将致力于发现一个关于癫痫发生区位置的假说,该假说可通过颅内脑电图。进行验证这些研究包括发作期SPECT和发作间期的可视化显像,包括电源成像(ESI),磁源成像(MSI)和同时进行的EEG和fMRI(EEG-fMRI)。实际上,这些调查的层次关系将取决于各个中心是否有这种调查。三维多模态成像在整合结构和功能数据以规划有创性脑电研究和切除致痫灶方面具有越来越重要的作用。

 

癫痫手术的评估路径。EEG=脑电图, MEG=脑磁图。

脑结构异常的鉴别       

结构磁共振成像是鉴别致痫性病变的主要神经影像学技术。定位和描绘潜在病变的范围及其与重要功能区的关系是评估外科手术的关键部分。病灶的正确识别大几率可以减小手术后癫痫发作的机会。然而,15-30%的难治性局灶性癫痫患者在MRI上没有明显的病变(即MRI阴性)。通过人类或计算分析的潜在病理异常、采集方案和结果解读,是识别结构异常的关键决定因素。

 

采集方案       

使用优化的癫痫协议获取图像,最大化了识别结构异常的潜力。国际癫痫联盟制定的基本方案包括全脑T1加权成像和T2加权成像,在两个正交平面上以尽可能小的切片厚度获取,以及用于三维重建的容积T1加权成像(图2)。本指南已有18年的历史,考虑到脑成像的最新进展,更新后的指南更合适。       

随着硬件设施的提升,一些序列,特别是液体衰减反转恢复(FLAIR)序列得到了广泛应用(图2)。对德国波恩2740例外科病人致痫性病变的MRI资料进行分析,提出了一种特殊的MRI方案(Panel 2),该方案综合考虑了敏感性和经济性两方面,目前已被广泛接受。

2:癫痫患者大脑异常结构的MRI采集方案

局灶性皮质发育不良伴皮质增厚和模糊的灰质-白质交界, T1加权成像(A)上(圆圈),在T2FLAIR(B)上呈高信号。右海马硬化伴体积损失在T1加权成像(C)(圆圈),在T2加权(D)上高信号强度,和T2加权成像(E)上内部结构的损失。T2*加权图像(F)上,左侧颞下回海绵状瘤(圆圈状)可以被视为信号丢失区。(G)将基于体素的图像后处理方法应用于一名38岁妇女的T1等体素序列MRI数据,能清楚显示交界图像(模糊的灰质-白质交界)和延伸图像(灰质异常延伸至白质)上的局灶性皮质发育不良。相应的切片显示在原始T1加权图像上。(A—F)在3T扫描仪上获得(A,C)三维快速损毁梯度回波T1加权序列(体素0.9375×0.9375×1.1mm),(B)轴向和(D)斜冠状T2FLAIR序列(体素:0.9375×0.9375×5mm),(E)使用螺旋桨技术的斜冠状位T2加权序列(层面分辨率为0.43×0.43mm,层厚为2mm)和(F)冠状快速梯度回波T2加权序列(层面分辨率为0.9375×0.9375mm,层厚为5mm)。对于所有图像,图像的左侧=大脑的右侧。

 

癫痫患者结构异常的MRI采集方案

三维容积T1加权成像(体素:1毫米各向同性)

该方法提供了极好的灰白质对比度,并允许评估皮质厚度和检测皮质发育畸形。图像可以重建为任何平面,后处理技术提高异常灶的检出率。

T2加权成像(轴向和冠状)

这种成像方法允许评估海马结构和其他病变的囊性组织成分。这两个正交平面可以将小病灶与局部体积效应区别开来,通过获取与海马的长轴正交的图像来最小化小病灶。

流体衰减反转恢复成像(轴向和冠状)

这种成像方法对海马硬化,局灶性皮质发育不良,肿瘤,灌注,和疤痕敏感。

T2*梯度回波或磁化率加权成像(轴向)

该方法对钙化和血管病变敏感,如海绵状血管瘤和动静脉畸形。


硬件设施       

成像设施得到了改进,场强度提高和线圈以及梯度也得到改善。提高的场强度可提高信噪比并提高空间分辨率。23例患者中有15例在1.5 T扫描仪上MRI结果阴性,使用3T扫描仪的相控阵线圈重新扫描,可识别病变。回顾性分析804例1.5T及3T扫描时未入选患者,37例(5%)有相关的新诊断,特别是海马硬化、局灶性皮质发育不良和胚胎发育不良的神经上皮瘤。7T成像有望揭示更多的解剖学细节,包括海马亚区的描绘,以及常规临床MRI上不明显的异常的识别。然而,更高的场强带来了挑战,比如图像失真和伪影,以及患者耐受性的问题。

扫描结果的解读

即使获得了最佳的扫描结果,结果的解读也依赖于放射科医生的专业知识。在接受手术的患者中,非专家报告的非优化成像结果诊断局灶性致痫灶的敏感性为39%,专家报告的敏感性为50%而专家报告的优化成像结果的敏感性为91%。T1加权容积图像的曲线重组改善了脑回结构的显示,有助于识别平面上未发现的细微异常。因此,无论是按照癫痫协议来采集图像,还是由熟练的神经放射科医生报告结果,都大大增加了对致痫灶的识别几率。

Assessment of structural data结构数据的评估

在过去的十年中,结构数据的自动定量评估不断发展,可以应用于个人数据集。MRI阴性患者最常见的漏诊是海马硬化和局灶性皮质发育不良。

海马硬化海马硬化是外科手术治疗颞叶癫痫的最常见原因,可以通过体积和T2弛豫率进行评估。量化海马变化特别重要,建议在考虑进行癫痫手术前,检测无法通过视觉识别的细微萎缩和信号变化,且确定对侧海马结构是否正常。双侧海马异常引起了人们对前颞叶切除后癫痫自由发作和记忆障碍风险增加的担忧。自动分割可替代耗时的手动体积测定,即使是核磁共振阴性的病人也可能被检测到局部形状改变。基于体素的T2弛豫测量方法可能比基于感兴趣区分析的传统方法更敏感。计算机分析海马FLAIR信号已被用于海马硬化症的鉴别,其敏感性为97%,特异性为95%。海马体积测定和FLAIR信号测量相结合已被用于中重度海马硬化症的鉴别。然而,将自动FLAIR信号分析和海马T2弛豫测定相比较发现,T2弛豫测定更为敏感。

除了手动海马体积测定方法外,这些技术的使用在很大程度上仍然局限于开发它们的中心和一些合作中心。为了更广泛的传播,方法要随时可用,使用时迅速和直观,并有技术支持。

局灶性皮质发育不良

皮质异常,特别是局灶性皮质发育不良,是许多儿科疾病的基础,约占成人MRI阴性顽固性癫痫病患者的四分之一。异常影像学表现包括局灶性皮质增厚,灰白质交界处模糊, T2加权或FLAIR图像上高信号。然而,MRI结构通常正常,尤其是I型局灶性皮质发育不良。当位于脑沟深处时,80%以上的局灶性皮质发育不良病灶不能被视觉检测到。成像采集技术的进步使我们能够检测到先前未确认的结构异常,如局灶性皮质发育不良。例如,双反转恢复能抑制脑脊液和白质的信号,从而改善大脑皮层的对比度。动脉自旋标记可显示组织灌注,血流减少可能与局灶性皮质发育不良有关。扩散成像方法的发展,如轴突定向弥散和密度成像或扩散峰度成像,提供了组织微结构的更多细节,提高了检测局灶性皮质发育不良的敏感性(图3)。

 

          图3:用于检测局灶性皮层发育不良的神经突定向弥散和密度成像(NODDI)

一名27岁男性,左侧颞下回局灶性皮质发育异常。在3D-T1WI(A)和T2WI(B)图以及分数各向异性图(C)和平均扩散率图(D)的标准扩散图像上,该区域(带圆圈)的显示不清楚。局灶性皮质发育不良在神经突定向弥散和密度成像上很容易看到细胞内体积分数的降低,这是一种先进的MRI序列(E)

基于体素的形态学分析(VBM)最初应用于T1加权图像,用于组间灰白质的定量分析,随后用于个体与对照组的比较。初步研究结果表明,27例局灶性皮质发育不良患者中有21例被正确识别。基于体素的分析已经被应用于T2弛豫图和FLAIR图像,以提高对局灶性皮质发育不良和MRI阴性者异常的检测灵敏度。通过基于VBM的形态测量分析程序产生一个交界图以突出灰白色物质边界的模糊和一个延伸图以描绘异常深的脑沟(图2G),提高了对局灶性皮质发育不良的检测率。在一项研究中,形态计量学分析MRI扫描结果进行了补充,与许多其他图像分析仪器一样,这些方法还没有被广泛采用,专家单位以外的临床医生通常认为这些方法复杂且不直观。

局灶性皮质发育不良可能与VBM未检测到的异常回沟模式有关。基于表面的形态测量技术生成皮质表面的几何模型,从而测量皮质厚度等特征。这项技术可以扩展到分析许多形态学(皮质厚度,曲率,以及深度)和纹理(灰白质交界和T1高信号)特征,以检测局灶性皮质发育不良。通过将许多参数与机器学习技术相结合,对损伤顶点和非损伤顶点进行分类,24例患者中有14例发现局灶性皮质发育不良。基于表面形态和信号高低自动分类对检测II型局灶性皮层发育不良的敏感性为60%(其中3/7为IIA型,6/8为IIB型),通过肉眼很难发现,没有假阳性结果。自动检测方法在增强视觉评估方面有着很好的应用前景,特别是在IIB型局灶性皮质发育不良中。

Data interpretation for advanced imaging methods对先进成像方法数据的解读

尽管场强、梯度、采集方法、后处理技术和量化分析方面的进展都有助于对癫痫潜在的细微异常的识别,但对常规MRI结果无明显异常的个体,也不能达到20-30%以上的检出率。一些局灶性癫痫患者(如神经化学紊乱类患者)没有局灶性脑结构异常。在这些患者中,功能成像,包括灌注和核医学,可用于推断致痫网络的位置(见下文)。但更敏感的检查方法不可避免地会产生一些虚假结果,其中可能包括假阳性伪影和真实显像,如侧脑室周围T2信号增加,这些与癫痫无关。因此,由持怀疑态度的专家用模糊逻辑来评估所有的成像数据,并在临床和脑电图信息的背景下解释这些发现是很重要的。Mappingeloquent brain functions绘制重要功能区

当计划手术切除与这些功能相关的大脑区域时,确定语言的大脑侧化和定位重要功能区是至关重要的,由此做出的手术决策可考虑到并发症的发生并且可以选择最优手术通路最低化手术风险。

Language语言

功能磁共振成像可用于绘制癫痫患者的语言网络,激活语言前区(即Broca区)和后区(即Wernicke区)的任务被用来确立典型和非典型语言侧化模式。语言表达、动词生成和词义判断任务通常为评估临床环境中的语言提供补充信息。除了通过视觉读取激活的体素外,预先选定的额叶和颞叶区域的激活的侧化指数还提供了一个定量的左、双、右优势度的测量,从而为癫痫手术的决策提供了客观依据,并对研究非常有用。使用了常规阈值和自适应阈值以及bootstrap(重采样)技术,后者更具有针对性并能够识别异常值。

与右半脑癫痫患者相比,左半球癫痫患者更容易出现非典型性语言侧化。在左侧颞叶癫痫和左侧语言优势的患者中,其右半球的同源区域参与了语言处理,这说明了语言的广泛参与性。颞叶癫痫患者在Wernicke区更容易出现非典型语言侧化,而额叶癫痫患者更容易出现前语言区的侧化。影响语言偏侧性的因素很多。左利手与颞叶癫痫患者语言向右半球转移的可能性增加有关,因为左侧病灶、12-20岁时癫痫发作以及左利手缺乏遗传倾向。癫痫病灶对侧大脑半球语言网络中灰质体积的增加提示其存在固有的重组代偿机制。 

在对三种语言任务进行联合分析时,从功能性磁共振成像检测推断出的语言偏侧性与从颈总动脉窦内异戊巴比妥测试(也称为Wada测试)推断出的结果一致,该测试对80-90%的患者有效。对于右颞叶癫痫伴左语言占主导地位的患者,fMRI与颈总动脉窦内异戊巴比妥测试结果之间的一致性最大,而对于左颞叶占主导地位的左颞叶癫痫患者而言,fMRI与颈总动脉窦内异戊巴比妥测试结果的一致性最低。大多数癫痫手术中心的共识是,fMRI检测出语言侧化结果可以取代大多数患者颈总动脉窦内异戊巴比妥测试,以建立大脑半球优势。然而,当病人不能执行功能磁共振成像任务时,或者fMRI上验证为非典型的、不确定的语言激活,则可能需要后者。

术前激活额叶中、下回的功能磁共振成像(fMRI)可预测左颞叶切除术后语言命名功能明显下降,其敏感性好,特异性差。一个主要激活颞叶手术切除部分的语言激活任务比一个主要激活邻近额叶的任务更能预测颞叶切除术后的单词识别困难。听觉和视觉命名任务在这方面很有希望,并且可以更具体地预测前颞叶切除术后命名困难情况。当需要在重要功能语言皮层区附近进行皮质切除时,从语言功能磁共振成像推断的定位不足以指导切除,因为根据不被激活的区域显示的数据阈值表明这些区域可能是必要的语言功能区,而显示激活的区域可能并不是至关重要的区域。因此,在这种情况下,有必要进行皮层电刺激或清醒切除,或两者同时进行。大脑皮层语言功能也可以通过导航的经颅磁刺激定位,并将结果映射到个人的MRI扫描上。

 

发作性记忆障碍Episodicmemory

颞叶癫痫通常伴随着记忆障碍,临床关注的是颞叶手术导致记忆恶化的风险。语言记忆编码激活包括颞叶、顶叶和额叶的双边网络。在左颞叶癫痫患者中,较大的左海马区激活与较好的语言记忆相关。视觉记忆编码使双侧皮层网络更加广泛,并且对于右侧颞叶癫痫患者,面部表情的更多右海马激活与更好的视觉记忆相关。语言和视觉特定记忆的编码涉及颞叶外和颞叶结构的神经网络的功能重组提示代偿机制减轻硬化性海马功能手术的损害。

三分之一接受左颞叶切除术的患者语言记忆下降,三分之一接受右颞叶切除术的患者视觉记忆下降。预测这些能力的下降对告知患者手术的风险很重要。术前记忆能力、癫痫发作年龄、语言侧化、fMRI对语言和视觉记忆的激活不对称可以预测左前颞叶切除术后的语言记忆下降,但对右前颞叶切除术后的视觉记忆下降的预测不准确。在对七种功能磁共振成像方案的比较中,言语记忆任务表现出最一致的激活,最能区分左右颞叶癫痫患者,表明对言语记忆功能磁共振成像的评估有助于识别颞叶功能异常。       

在左侧颞叶癫痫患者中,左侧前海马对单词编码任务的反应与左侧前颞叶切除术后语言记忆的下降有关。相反,左侧海马后部的激活与术后较好的语言记忆相关。在右颞叶癫痫患者的面部表情反应中,前优势的右前海马激活与右前颞叶切除后的视觉记忆下降有关,术后右侧海马后区的激活主要与视觉记忆有关。术前记忆激活模式是前颞叶切除术后语言和视觉记忆丧失的最强预测因子,而同侧后海马的功能保留似乎有助于前颞叶切除术后记忆编码的维持。在另一项研究中,与语言功能磁共振成像和临床参数相比,用于评估内侧颞叶和额叶记忆指数和相关语言功能的临床实用的功能磁共振语言记忆任务是颞叶切除术后语言记忆下降的最佳预测指标(图4)。

左前颞叶切除术后4个月BRITT记忆和信息处理量表学习测验言语记忆评分的变化

4:预测颞叶手术后言语记忆变化的功能性磁共振成像

A)左颞叶癫痫患者(n=23)和右颞叶癫痫患者(n=27)对记忆单词的功能磁共振激活与术后语言记忆下降的关系。在左颞叶癫痫和右颞叶癫痫患者中,全脑表面成像(见上)显示,左额叶激活与术后语言记忆下降显著相关。左、右颞叶癫痫患者的右半球无相关性。切片图像显示,左颞叶内侧叶的主要激活与左颞叶癫痫患者术后语言记忆下降程度显著相关。右颞叶癫痫患者没有发现类似的相关性。

B)左颞叶切除术后4个月,左颞叶癫痫患者(n=23)额颞区记忆单词的个体侧化指数与列表学习变化的相关性(R2=0.43)。每个圆圈代表一个病人。垂直红线表示使用控制数据由可靠变化指数计算得出的显著下降水平。水平虚线表示侧向化指数为0.5(左>右),得分≥0.5表示强的左侧向化。8例患者中有7例出现明显的语言记忆下降,其侧化指数至少为0.5,这是术后语言记忆下降的最强预测因子。

 

运动功能 Motor function

功能磁共振成像(fMRI)结合手指和足部叩击任务可用于原发性运动皮层的识别,这对脑电植入和切除术的规划有一定的帮助。功能磁共振成像通常给出的结果与皮质刺激和高伽马皮质电图的结果一致。在额叶癫痫患者中,癫痫发作后病灶一侧的激活减弱。这一发现意味着癫痫发作影响了运动回路,但并不意味着初级激活区的位置受到影响。经颅磁刺激导航已被用于绘制激活图,其与侵入性皮层刺激直接部位的平均欧氏距离为手11 mm(标准差4mm),手臂肌肉代表区域为16 mm(标准差7mm),在相同的脑回,因此提供了适合癫痫的准确性手术评估。接近运动皮层的切除术仍然需要直接的皮层电刺激定位,或者在患者清醒时进行切除,或者两者同时进行,以最大限度地降低导致持续性的风险。

静息态磁共振成像与功能连接Resting state and connectivity

脑功能受损不仅发生在重要功能区受损的情况下,而且发生在重要功能区内部和与重要功能区之间的功能连接受到影响的情况下。据报道,额叶癫痫儿童的认知障碍与额叶功能性连接性下降有关,尽管在工作记忆任务中有完整的功能磁共振成像激活,这强调了受损的功能网络对认知的影响。在成人颞叶癫痫患者中,静息状态的丘脑-颞叶功能连接与长期记忆能力相关,丘脑前额叶功能连接性与短时记忆能力有关。基于机器学习的静息状态功能连接性分析是检测颞叶癫痫癫痫发作灶侧化的一种方法。颞叶癫痫中,累及丘脑前核和枕叶的神经网络的连接受损已被证实。尽管功能连接的功能磁共振成像可用于研究癫痫神经网络的病理生理学,并有望协助预测癫痫手术结果,但对个别病人临床研究的益处尚未确定。

大脑白质连接图Mapping cerebral white matter connections      

功能磁共振成像可以用来识别重要功能区区域,但也必须避免手术损伤白质通路,以防止术后神经功能的缺损。源自弥散加权MRI的纤维束数据(通常为弥散张量成像)可实现白质束的非侵入性追踪。      

大多数对癫痫患者白质束的临床研究都集中在视觉辐射(一个解剖区域)上,因为在前颞叶切除术中,Meyer’s环的损伤会导致视野缺损,从而妨碍驾驶。术前的纤维束追踪显示的切除范围和Meyer环到颞极的距离可预测视野缺损的风险,因此纤维束追踪可用于辅助手术计划和风险分级。术中使用MRI纤维追踪术数据并纠正脑移位可降低视野缺损的风险(图5)。

5:用于外科指导的视觉束纤维追踪术

A)视觉束纤维追踪数据可叠加在冠状液体衰减反转恢复序列上,显示与海绵状瘤的关系,帮助外科规划;

B)三维显示。

   接受额叶手术的病人中,皮质脊髓束的描绘是有益的。纤维追踪术推断的定位结果与有创性电刺激成像结果相似,可用于预测术后运动功能障碍的风险。对胶质瘤患者的皮质脊髓束的研究已经比较成熟,这些经验值得在癫痫患者中应用。     

对弓状束的研究有限,这可能是由于多种语言途径导致的损伤和术后结局之间联系较弱所致。然而,纤维束追踪对评估儿科患者的癫痫手术是很有作用的。此外,经术中核磁共振成像的纤维束追踪对降低成人神经胶质瘤手术后的风险是有益的。       

然而,纤维束追踪术也是有局限性的。获得的纤维束是对解剖学的反映,但空间分辨率和建模的局限性导致了不精确性。不同的算法得到的结果各不相同。与其他扫描相比,弥散加权成像得到的数据是失真的,在手术中使用这些数据涉及到术中磁共振脑移位的校正。虽然术中磁共振成像是有帮助的,但成本和限制了其发展。未来的发展包括更好的扩散模型,纤维追踪的自动化,与标准的神经导航系统的结合,以及使用替代技术如超声波来校正脑移位。

癫痫活动的定位Localisation of epilepticactivity      

如果MRI没有显示与临床和脑电图数据一致的结构病变,则需要进一步调查以推断癫痫网络的定位(图1)

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   PET imaging正电子发射断层成像术

MRI结果为阴性的局灶性癫痫,或有多个异常,以及MRI和实时脑电图结果不一致时,PET成像是非侵入性定位致痫脑区的重要研究手段。

MRI出现以前,18F-FDG PET一直用于癫痫手术评估。由于该方法在肿瘤中心的广泛应用及其在发作间期研究的使用,导致在癫痫外科手术路径中通常优先使用18F-FDG PET而不是发作期 SPECT。

18F-FDG PET鉴定的脑区域性低代谢区通常比癫痫灶分布更广,它代表癫痫活动的病灶和投射区(图6)。这种缺乏特殊性的结果决定了手术切除的困难程度。然而,在一项关于术后结局的研究中,相较于持续癫痫发作的患者,术后无癫痫发作的患者被切除了更多的低代谢区。

6:MRI阴性局灶性癫痫,18F-氟脱氧葡萄糖PET成像显示癫痫脑区定位结果一例32岁男性正常MRI和左侧颞叶癫痫(A,轴位,B,冠状位)。(C)与一组对照数据(使用Neurostat-3D SSP软件)比较患者表面呈现葡萄糖摄取的统计体素结果。在左颞叶(右边)有明显的低代谢区(绿色)。左颞叶切除术后患者癫痫发作消失。

临床PET成像的主要优点为用途多,不仅可以绘制灌注和代谢等活体过程,而且还可以量化放射性标记物在摩尔范围内的浓度分布。这种多功能性取决于回旋加速器和放射化学实验室的可用性。对于半衰期为20分钟的标有11C的示踪剂,回旋加速器和放射药房实验室必须与扫描仪位于同一位置,这大大降低了在几个中心之外的适用性。18F的半衰期为2小时,因此可以在远处的工厂进行生产,并将跟踪器运送到扫描仪。

PET受体配体已被用来评估与癫痫病理生理有关的神经递质系统。11C-flumazenil PET成像可用于检测GABAA受体结合的减少,但在MRI正常的患者中,癫痫灶的定位成功率有限。在一组难治性局灶性癫痫患者中,颞梨状皮层中发现11C-flumazenil结合减少,这与癫痫发作频率增加有关。这一发现增加了存在共同网络的可能性,颞叶梨状皮层的去除可能与术后癫痫发作的自由度有关。在一些中心,18F-flumazenil比11C-flumazenil更普及,因此可能对理解苯二氮受体显像的临床益处更为有用。

α-11C-甲基-L-色氨酸最初被认为是5-羟色胺合成的标志物,但现在认为在PET成像中摄取该示踪剂是兴奋性氨基酸浓度和炎性途径改变的指标。当存在结节性硬化症时,增加的摄入量能可靠地鉴定患有结节性硬化症患者的致痫性结节。

SPECT imaging单光子发射计算机断层成像术SPECT显像能提供癫痫发作前、发作中、发作后脑灌注的动态变化信息。注射时间和癫痫发作持续时间对于正确解释SPECT图像非常重要,因为随着癫痫发作的发展和传播,延迟注射可导致血流变化的模式发生变化。真正的发作性SPECT显示癫痫发生区有一个高灌注区,周围有一个低灌注区,可能是由于血流转移到癫痫灶引起的,也可能是一个限制癫痫扩散的抑制区。发作期SPECT的局限性包括复杂的准备工作、仅获得一个代表脑血流的数据集以及时间问题。静脉注射后,示踪剂至少需要40秒到达大脑,穿过血脑屏障,然后固定。因此,短发作小于30秒时,脑血流图像代表的是发作后而不是发作期,即使长发作,也将显示传播区域而不是发作区域。术前评估途径中的发作期SPECT对MRI正常的难治性局灶性癫痫患者或与MRI结果与临床和EEG数据不一致的类型最为有用,并有助于制定通过颅内EEG进行测试的癫痫发作定位的假说。发作期SPECT成像通常不直接用于术中切除。

EEG-fMRI,ESI, and MSI

同步头皮脑电图-功能磁共振成像(fMRI)记录可用于绘制与癫痫发作间期放电相关的血流动力学变化,其敏感性为30-40%,对计划颅内植入可能有用,因为广泛的异常被认为是切除后不良预后的警告信号。如果一个人有频繁的癫痫发作,可以获得发作性脑电-fMRI记录。头皮脑电图记录的癫痫发作前常出现局部或广泛的血流动力学改变,提示在头皮脑电图发作前可能涉及额外的脑网络,但头皮脑电图敏感性较低。在一般癫痫中,EEG-fMRI显示在广泛的尖峰波放电过程中皮质下神经网络的参与。头皮EEG-fMRI的临床作用是,在术前评估发作和发作间期的脑网络进行定位,从而有助于设计颅内EEG采样策略,并提示手术风险。

同时记录颅内EEG和fMRI,可以检测到EEG改变之前的血流动力学改变,这表明存在一个分散网络,并且植入的电极与癫痫活动的部位相距一定距离。     

ESI(electrical source imaging)基于高密度头皮EEG电活动的重建,可以产生比EEG-fMRI或MEG更长的记录,并可用于识别刺激区,从而记录发作间期的癫痫活动。高质量的ESI需要大量的通道(如128),结果需要用个人的核磁共振数据来计算。电磁场传播的不精确建模会导致误差。与随后的颅内EEGs的比较显示,ESI与颅内接触之间的中位间隔为13-16 mm时,显示最大放电量。发作间期ESI最大切除率与手术结果相关,ESI病灶与MRI病灶一致与切除后92%的良好结果相关。如果被复制,这些发现表明ESI在癫痫手术途径的早期发挥了作用,其他研究也可能变得多余。

MSI是基于脑磁图(MEG)和磁共振成像(MRI)相结合的数据,当用于绘制癫痫发作间期活动图时,在回顾性研究中十分有用。计算出的偶极子与其他数据一致,而不是偶极子不一致或不特定,则癫痫自由发作率更高。电磁源定位是互补的,它们的结合提高了源定位和传播活动识别的准确性。

在实际应用中,EEG-fMRI、ESI和MSI被用来绘制癫痫发作间期的活动图,包括发作期活动的可能性很小,但ESI有可能做到,因为它可以有更长的记录。这些技术在术前评估中的作用尚未确定。对于磁共振成像和发作期和发作间期视频脑电图显示一致的个体,进一步的数据是多余的。受益的患者是那些没有明确手术方法并且需要颅内脑电图确定癫痫发生区的患者。来自其他技术的数据可以帮助生成一个可以用颅内脑电图进行测试的假设,并确定哪些患者存在广泛的异常,哪些患者不应进行侵入性研究。评估这些技术在术前算法中的作用的前瞻性研究将具有挑战性,因为这三种技术不太可能在任何一个中心发展到类似的水平,并且需要一项至少有12个月术后随访的多中心研究。每种方法都有用,在某些病例中,这三种方法都有助于癫痫源的定位,而任一技术都对一部分患者的帮助具有不可替代的作用。

多模三维成像在癫痫手术路径中的作用

20–30%的等待癫痫手术的患者,需要颅内EEG定义致痫区。越来越多的立体定位是通过几个(即12–20)深度电极的立体定位(立体脑电图;SEEG)来实现的。SEEG电极可用于记录从大脑进入点周围的1厘米核心到远端(即目标)的位置,该电极可以放置在海马、杏仁核、中线或下皮层中。电极植入有出血,神经功能缺损和感染的风险。术前利用多模成像技术对电极轨迹进行规划,去除深部和浅部靶点和颅骨入口点,确保电极避开关键结构,特别是动脉和静脉,并与其他电极接触,从而最大限度地降低植入风险。精确的计划也可以通过确保电极接触到的是灰质而不是白质来提高记录的效率。目前,规划电极路线的标准临床实践涉及对单个路线进行串联的手动评估,这是一项耗时且复杂的任务,需要集成多种成像方法的信息(图7)。为了达到目标,优化每个路线的若干参数是必要的,避开关键结构,并通过颅骨获得合适的入射角,并且需要调整不同的轨迹以最大化灰质采样并避免电极之间的混淆。放置新电极时,可能需要调整先前计划的轨迹,这使计划过程更加耗时。

 

7:在癫痫手术路径中整合多模式三维成像立体脑电图植入计划。每个电极以单独的颜色表示。所有图像均从左后外侧方向拍摄。

(A)从钆增强T1加权MRI提取静脉(蓝色)和从CT血管造影提取的动脉(红色)。

(B)T2加权FLAIR MRI(紫色)和运动(绿色)和语言(橙色)区域(从功能MRI鉴定)识别出的病变。 

(C)中的病变,运动和语言区域显示在T1加权MRI上。       

最近,半自动计算机辅助计划软件的开发取得了实质性进展,该软件通过计算轨迹适用性的定量度量来显著减少计划时间。这些度量可用于选择最佳轨迹或告知手动轨迹选择。这项计划需要整合多模态成像数据,每一种方法结合在一起,形成一个特定的大脑三维地图。CT显示颅骨,T1加权MRI显示灰质,磁共振血管造影,CT血管造影,或增强T1加权MRI显示动脉和静脉。fMRI、PET或SPECT成像显示的不同感兴趣区域也可以添加到三维地图中,并包含在不同轨迹的规划中。最近对自动解决方案进行了评估,显示了这些方法在临床环境中的潜力。     

放置颅内电极后,可通过对患者进行同步录像和颅内电极的脑电图记录来记录癫痫发作。分析记录最早癫痫发作活动的电极接触信号,以及随后的活动扩散。在确定致痫区后,考虑以下因素确定切除区域:可能的结构损伤、根据fMRI推断的重要功能区的位置、通过电刺激研究精确定位、重要的白质束、主要的动脉和静脉以及以前开颅和钻孔的位置。如果致痫区不位于大脑半球的凸面上,或者没有明显的损伤,那规划手术入路和切除范围就特别具有挑战性。使用多模态三维成像来辅助这一规划有很大的前景,但所有的成像和配准都可能出错。

结语

在接下来的十年里,随着7T临床磁共振扫描仪的应用,将有助于提高对难治性局灶性癫痫下的细微病变的检测,并可能适用于外科治疗。随着采集和后处理技术的规范,和计算机化的自动分析,可实现数据简化和对可疑的局灶性异常区域的检测,供临床医生审查。但更高的敏感性将伴随特异性的降低,因此彻底评估可能的异常结构之间的相关性将至关重要。活体脑切除标本的高场MRI将提供详细的MRI组织信息,并为识别和预测异常的MRI序列的优化提供信息。多个结构和功能成像数据集的整合将成为常规,并将为术前途径的临床决策提供信息,从而可以量化和优化个体患者的风险收益比。


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