癲癇是常見的神經系統疾病，病理生理機制復雜，一部分患者難以找到病因。核磁共振成像（MRI）是癲癇診斷，尤其在癲癇灶定位方面的一項重要的影像學技術。隨著功能磁共振技術（fMRI）的不斷進步，在癲癇的診治中日益突出，可以從生化微結構水平及腦網絡方面探討其發病機制，對明確病因具有重要意義，從而有助于實施個體化精準治療，文章綜述了近年來多模態 MRI 技術在癲癇領域的應用。
引用本文： 楊偉明, 孫丹, 劉智勝. 多模態磁共振成像在兒童癲癇中的研究應用. 癲癇雜志, 2018, 4(5): 406-410. doi: 10.7507/2096-0247.20180067 復制
癲癇是以腦神經元過度放電導致反復性、發作性、短暫性中樞神經系統功能異常為特征的慢性腦部疾病。任何年齡段均可發病，以兒童期和青少年期常見。其臨床表型多樣，病理生理機制至今尚未完全闡明，且病因復雜，早期病因識別有助于實施個體化精準治療。近年來，隨著磁共振成像（MRI）技術的不斷發展，如擴散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）、擴散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）、神經突方向離散度和密度成像（Neurite orientation dispersion and density imaging，NODDI）等擴散成像技術，及動脈自旋回波成像、磁共振波譜成像（Magnetic resonance spectroscopy，MRS）等，不僅可獲得腦組織形態結構信息，而且可從分子、代謝微觀角度，甚至腦網絡方面描述腦功能狀態，從而能夠更深層次的探討癲癇的病理生理機制，對癲癇的病因識別提供幫助，從而為臨床提供更為精準、更具價值的影像信息。
1 彌散張量成像的應用研究
DTI 是從三維空間內擴散梯度敏感性脈沖方向觀察水分子擴散的各向異性，反應了組織的細微結構和功能改變[1]，它能在活體無創地研究腦白質微結構，現已廣泛用于癲癇及其他中樞神經組織生理及病理改變的研究，最近的 DTI 文章表明癲癇患者存在白質纖維束受損[2, 3]。已有研究表明[4]，DTI 是大腦微結構變化的敏感指標，能夠先于結構影像發現腦部微結構異常，從而有助于患者及時治療、延緩疾病進展及改善預后。
DTI 主要參數有平均擴散率（Mean diffusivity，MD） 和部分各向異性（Fractional anisotropy，FA）。 MD 值反映了水分子擴散運動的快慢，為各個方向擴散大小的平均值，常用表觀彌散系數（Apparent diffusion coefficient，ADC）表示。FA 值是反映水分子擴散各向異性程度的指標，反映髓鞘對水分子擴散的限制，其值越大，則水分子擴散的各向異性程度越大。當髓鞘或神經元損傷時，由于水分子在各方向上的彌散自由度均增加，FA 值會降低[5]。且 FA 值能夠反映癲癇患者白質纖維損害的嚴重程度，在癲癇患者致癇區腦組織中，FA 值一般降低，而 MD 增加。白質變化在局灶性癲癇比全面性癲癇更明顯。不同癲癇亞型的白質變化也不相同，且在局灶性癲癇中白質變化和癲癇起始年齡以及發作持續頻率相關[6]。
顳葉癲癇（TLE）是最常見的局灶性癲癇，在腦部形態學改變之前存在致癇灶附近及遠隔部位微結構異常[7]。許多 DTI 研究[8-10]發現 TLE 患者的病灶不僅局限于同側顳葉，還存在于顳葉外的廣泛腦區，認為 TLE 不僅是局灶障礙，且存在腦網絡異常。TLE 發作時，患側病灶的異常放電除引起局部神經元和鄰近區域的異常外，還可經由杏仁核、海馬穹窿聯合和前聯合等到達對側，形成鏡影病灶，引起對側顳葉結構神經元的死亡和減少，使其彌散功能發生改變。另外 TLE 患者也常合并廣泛的腦組織結構異常，尤其以患側大腦半球的白質異常改變最明顯[11, 12]。Otte 等[13]進行薈萃分析，并證實存在顳葉和顳葉外白質 DTI 信號異常。有證據表明，與 TLE 密切相關的白質結構，如鉤、弓狀纖維束、扣帶和外囊，FA 減小和 MD 增大最為突出，而對側結構和胼胝體也受到影響，盡管程度較輕。此外，隨著遠離 TLE 發作區，異常程度似乎出現離心性下降[13, 14]。這些研究均表明，TLE 患者存在致癇灶和致癇灶以外的損害，廣泛的腦白質異常可能與癇性放電引起神經網絡異常有關。
2 擴散峰度成像的應用研究
DKI 是 DTI 技術的延伸，它反映了生物組織非高斯分布水分子擴散運動。尤其在異質性擴散與組織微觀結構方面具有較高的敏感性和特異性。它通過提供水分子的相關物理特征，反映生物組織成分和結構形態，為實現組織微結構檢測提供科學依據[15]。近年來在癲癇的應用中逐漸增多，它是評價癲癇患者灰白質異常的有力工具，能夠定量分析與疾病進展相關的神經網絡異常，同時可為致癇灶的定位及量化腦部微結構異常提供重要信息。
它的特征參數值平均擴散峰度（Mean kurtosis，MK）為峰度在所有方向的平均值。在顯示病灶的微細結構中，MK 值比 FA 及 MD 具有更高的敏感性和特異性。因此，它對水分子擴散不均一性的描述更加敏感，能更加細致地反映組織微結構的復雜程度，不僅可準確地判斷纖維束的交叉，同時可表征腦部灰、白質結構。徑向峰度（Radial kurtosis，RK）代表主要擴散正交方向上峰度的平均值，主要反映垂直于軸突方向擴散（髓鞘等）的峰度信息。在腦白質，RK 值較高，因細胞膜和髓鞘的阻礙導致水分子擴散運動偏離高斯分布，呈現出異質性非高斯分布[16]。峰度各向異性（Kurtosis anisotropy，KA）由峰度的標準差計算得出，KA 越大，組織結構越緊密、越規則，KA 越小越趨于各向同性擴散。這些峰度參數對評價大腦灰白質微結構的變化比 DTI 參數敏感性更高和更具特異性，而且它的參數圖在評估疾病進程和治療反應發揮著重要的作用[16]。
DKI 技術近幾年主要應用于中樞神經系統疾病的研究，而在癲癇領域也逐漸逐漸增多。Zhang 等[17]在應用 DKI 技術對 15 例兒童癲癇的研究中發現，左側顳葉及額葉的白質 FA 值存在異常。MD 值異常腦區有海馬旁回及鉤回的白質及灰質、右側額葉及顳葉邊緣系統。雙側額葉白質及右側頂葉的灰質及白質 MK 值有明顯差異，認為 DKI 對癲癇患者腦灰白質細微結構變化的檢出較 DTI 的敏感性及特異性更高。Lee 等[18]在對 14 例特發性全身性癲癇的 DKI 研究中，發現 DKI 可以很好顯示丘腦-皮層廣泛腦組織微結構的異常改變。研究還證實了 DKI 方法和包括 FA、MD 和 MK 在內的 DKI 指標，可以為特發性全面性癲癇患者神經組織的微結構復雜性特征提供更高的靈敏度和特異性，顯示對側的 FA，MD 或 MK 改變，提示通過邊緣癲癇網絡在單側致癇灶以外的區域存在繼發性腦部異常[19]。從而認為 DKI 對癲癇患者的灰、白質顯示均表現較高特異性及敏感性。因此，在異質性擴散與組織微觀結構方面，DKI 是十分敏感且具特異性的技術。
3 神經突方向離散度和密度成像的應用研究
NODDI 是基于模型的新型擴散磁共振技術，是一種專門建立了能夠區分細胞內（指被神經突起限制的空間）、細胞外（指神經突起周圍空間，含神經膠質細胞、胞體等）和腦脊液等三種微結構環境而成像的磁共振成像形式。它將擴散成像的應用從白質擴展到灰質的微觀結構[20]。NODDI 主要有兩個微觀結構參數：神經突內容積比（Intra-neurite volume fraction，ICVF）和神經突方向離散度（Orientation dispersion index，ODI），前者反映神經突的密度（Neurite density index，NDI），后者反映神經突方向的離散程度。ODI 有兩個廣義上的應用：在白質中，ODI 量化軸突的彎曲和分叉度，這對大腦連接成像有作用。特別是它有助于判定是否當前被認為具有交叉纖維的多個體素，實際上是包含了多條方向離散的，但沿著一個主要方向走行的纖維。在灰質中，ODI 量化樹突蔓延的情況，可以直接反應灰質的復雜性。此外，由于神經突密度和方向離散度都會影響 FA 的大小，NODDI 能夠探測出 FA 變化的具體原因[21]。
結構性 MRI 缺乏可檢測病灶是 MRI 陰性難治性癲癇手術治療失敗的原因之一[22]。研究表明，局灶性皮層發育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）是 MRI 陰性癲癇常見的病理因素，且常規 MRI 成像技術中很難檢測到[2]。此外，FCD 可以累及單獨一個皮層區域、不連續的幾個皮層區域幾個腦葉甚至是整個大腦半球[23]。FCD 的常見 MRI 特征包括皮質增厚、異常溝回，灰白質交界面模糊和皮層和皮層下灰質信號強度異常[24]。以前的研究表明，DTI 是鑒別 MRI 陰性癲癇患者異常的有用方法[25]。NODDI 作為擴散成像中的新方法可以分離微觀結構變化中的各種因素，例如神經突密度和纖維分散取向。NODDI 技術也適用于白質和灰質[26]。因此，在懷疑 FCD 的 MRI 陰性癲癇患者中鑒別致癇灶有效[27]。
Rostampour 等[28] 對 17 例常規 MRI 陰性癲癇患者行 NODDI 和 DTI 研究，發現在 8 例患者定性觀察到 ODI 圖像上皮質異常。在患者中檢測到皮質下變化包括 FA 和 NDI 降低，左側伏隔核 ODI 增加和右側杏仁核體積增加。且回顧分析 8 例患者常規 MRI 發現，這些異常區域都觀察到輕微皮層增厚。由于皮質增厚是 FCD 的 MRI 特征之一，這 8 例患者被視為潛在的 FCD 患者。在 8 例患者中，可見到 NDI 和 FA 減少以及 MD 增加。鑒于 MD 增加可能是由于細胞外空間擴增加造成的，可能是由神經元畸形或細胞丟失所致，并且 FA 的減少可能是由于神經元密度降低，神經元離散增加，軸突直徑減少和脫髓鞘而造成的，而 NDI 和 ODI 改變分別顯示神經元密度的減少和神經元分散度的增加。因此 NODDI 聯合 DTI 可以確定上述變化的主要原因。Winston 等[27]發現 3 例 FCD 患者和 1 例結節性硬化患者 NDI 降低，1 例 MRI 陰性癲癇患者 NDI 降低和 ODI 升高。在識別微結構改變時 ODI 參數較 DTI 和常規 MRI 更敏感，從而認為 NODDI 可以提高 MRI 陰性癲癇患者皮層和皮層下灰質微結構改變的檢出率，為癲癇病因檢測提供依據。
4 動脈自旋回波標記成像的應用研究
動脈自旋回波標記（Arterial spin labeling，ASL）是指利用選擇性的反轉脈沖標記供血動脈中的水質子，使其成為內源性對比劑，通過組織 T1 值或磁化率的變化來反映組織局部的血流量（即灌注量）。磁化標記后對組織進行灌注成像，采集得到的圖像稱為標記像，其包含了原來的靜態組織和后來流入成像區域標記血液的信息。為了消除靜態組織的信息，用未經標記的血液對成像區進行灌注成像，所得的圖像稱為控制像。將標記像和控制像進行減影，從而獲得組織灌注參數圖[29]。ASL 技術具有無創、簡便及成本低等優點，有著明顯的臨床應用潛力，已廣泛用于臨床實踐中。
ASL 在癲癇發作成像方面較核醫學技術具有優勢，因為放射性示蹤劑在發作時給藥，然后即時采集圖像。而 MRI 灌注的潛在優勢則是發作間期成像。目前常規解剖學 MRI 技術在癲癇患者的評估中應用廣泛，而 ASL 灌注技術的應用，在一定程度上能夠替代核醫學檢查，且更便捷、高效、無輻射。有研究結果表明，ASL 與核醫學灌注或代謝顯像方法得到的結果類似，即發作間期呈局灶性低灌注和臨近發作期呈高灌注表現[30]。
急性腦病雙向發作伴后期彌散減低（Acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion，AESD）是急性腦病中最常見的亞型，通常出現驚厥持續狀態、叢集性驚厥發作、意識障礙及雙向抽搐等表現，在雙向抽搐發作期間，一些患者表現為持續性意識障礙，但 20%～30% 的患者僅有輕度或無意識障礙，且不伴其他神經系統癥狀[31]。早期影像學檢查多無異常，早期鑒別 AESD 與復雜型熱性驚厥仍存在困難。Kuya[32]等對 1 例 AESD 患兒 MRI 研究發現，第 1 天可見雙側額葉腦血流量（Cerebral blood flow，CBF）減低。有研究表明，單光子發射 CT（SPECT）成像在早期階段同樣可見雙側額葉灌注減低[33]。SPECT 成像對熱性驚厥的研究發現，無論簡單型或復雜型熱性驚厥，超過半數熱性驚厥患者可見發作后局部 CBF 減低，且程度范圍較 AESD 較輕，并局限于單側額顳葉[34]。ASL 在腦病中的應用，有助于患者 AESD 的早期診斷，及時有效治療，從而改善預后。
Wolf 等[35]首次使用 ASL 技術對 12 例頑固性顳葉癲癇患者和 12 名健康對照個體進行評估，結果發現與對照組相比，患者雙側顳葉的 CBF 呈現出明顯的不對稱，癲癇側的 CBF 與對側相比明顯降低；與對照組相比，患者全腦的 CBF 也明顯降低，與 PET 得到的結果一致。沈連芳等[36]將內側 TLE 患者分為部分發作組與繼發全面發作組，應用 ASL 技術進行研究，發現繼發全面發作組患者部分腦區功能受損更嚴重，丘腦在繼發全面發作的癲癇活動中起重要作用，提示癲癇活動通過特定網絡向遠處腦區傳播。雖然目前 ASL 技術還不是臨床用于癲癇發作期和發作間期灌注成像的主要方法，但其在識別與癲癇發作有關的異常灌注腦組織方面具有重要意義，相信將來會得到更廣泛的應用。
5 磁共振波譜成像的應用研究
結構成像技術是檢測癲病灶的基本手段，尤其是磁共振技術。MRS 所取得的代謝相關信息，可作為診斷致癇灶的補充或替代性標志物。癲癇病因復雜，涉及到代謝、免疫、皮質發育畸形等眾多因素，不同的致病因素都可導致微結構病理及生化異常，MRS 能早期從分子水平反映癲癇灶細胞生化和代謝狀態的改變，對于疾病早期尚未出現結構異常的腦區具有提示作用，近年來在癲癇中應用廣泛，特別是 TLE，其在癲癇患者評估中的應用價值取決于該技術檢測出代謝改變區域的能力。它的物理學原理和 MRI 一樣，通過接受組織的自由衰減信號，經過快速傅里葉轉換成振幅-頻率形式的曲線來反映組織的代謝改變。
質子 MRS 成像是癲癇中最常用的檢查方法。涉及氫質子波譜測定的常見物質有乙酰天冬氨酸類（NAA）、肌酸/磷酸肌酸類（Cr）、膽堿/磷酸膽堿類（Cho）、乳酸（Lac）和谷氨酰胺及谷氨酸復合物（Glx）等。NAA 峰為1H-MRS 最主要的波峰，它廣泛存在于神經元和軸突的線粒體內，是神經元密度及活性的標志物[37]。Cr 在腦內分布相對恒定，在波譜分析中用作參照物。Cho 是細胞膜磷脂代謝的成分之一，參與磷脂的合成、分解代謝和髓鞘的形成，其改變反映膠質細胞數量的變化。Lac 是糖酵解的終產物，它的出現提示有氧呼吸不再有效進行。乳酸通常不會在成人 MRI 上檢測到，在癲癇發作之后及線粒體腦病患者中可檢測到乳酸峰。Glx 存在于神經元及神經膠質細胞中，它在癲癇發作期峰值增高。可見其在研究病理生理改變方面占有重要地位。
海馬硬化型 TLE 的病理改變為海馬 CA1、CA4 區的神經元缺失及神經膠質細胞增生，其嚴重程度與海馬萎縮及 T2WI 高程度相一致[38]。然而，在非海馬硬化的 TLE 患者，常規 MRI 上無形態學改變，MRS 可早期檢測到神經元輕微的病理改變和代謝物功能紊亂。Ohata 等[39]發現，NAA/（Cr+Cho）比值降低是反映神經元改變的理想指標，國內外都以 NAA/（Cho+Cr）比值作為參考標準，NAA/（Cho+Cr）比值減小反映了神經元缺失或膠質增生。研究表明在 MRI 陰性的 TLE 患者中，患側海馬可出現 N-乙酰天門冬氨酸復合物（NAA）/肌酸（Cr）等比值減低[40]，其有助于致癇灶的定側定位診斷。
青少年肌陣攣癲癇（Juvenile myoclonic epilepsy，JME）是一種常見的特發性癲癇綜合征。長期以來認為這類患者在神經影像學上無改變。近年來，以體素為基礎的形態學測量學研究證實 JME 患者額葉皮質-丘腦網絡發生改變，且皮層下結構變化更明顯[41]，fMRI 可發現 JME 存在丘腦-運動皮質網絡異常[42] ，MRS 研究表明額葉內側、旁中央區及丘腦 NAA/Cr 比值下降[43]，支持這一假說。Zhang等[44]根據物質分類對 JME 的 MRS 結果進行 Meta 分析發現，JME 的主要受累腦區為丘腦、額葉、枕葉、后扣帶回、紋狀體和島葉等，其中以丘腦與額葉皮質代謝物濃度改變的聯系最密切。一般癲癇患者患側的 NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/（Cho+Cr）值均低于對側和正常人，Cho/NAA、Cr/NAA 值高于對側和正常人，提示患側神經元的線粒體代謝功能障礙或膠質細胞增生。
綜上，癲癇患者腦內存在微觀結構異常改變，多模態 MRI 在癲癇的應用上取得了較大的進展并顯示出了巨大潛能。ASL 可以反映組織局部血流灌注，MRS 在神經遺傳代謝性疾病及皮質發育畸形等診斷中具有重要作用，DTI 與 DKI 分別反映生物組織高斯與非高斯分布水分子擴散運動，NODDI 能夠反映神經突的密度及神經突方向的離散程度。它們都從微觀組織結構變化的角度反映了癲癇患者腦組織病理生理學改變，有助于進一步了解其發病機制，明確病因，為臨床提供有價值的信息。然而這些技術仍有其局限性及不足之處，將這些技術聯合應用，將為癲癇患者的早期定性定位診斷、病情評估和指導治療帶來更為深遠的影響及效益，使癲癇的診治水平不斷提高。相信隨著 MRI 技術的不斷進步，將在癲癇的診斷和治療方面發揮更大潛能。
癲癇是以腦神經元過度放電導致反復性、發作性、短暫性中樞神經系統功能異常為特征的慢性腦部疾病。任何年齡段均可發病，以兒童期和青少年期常見。其臨床表型多樣，病理生理機制至今尚未完全闡明，且病因復雜，早期病因識別有助于實施個體化精準治療。近年來，隨著磁共振成像（MRI）技術的不斷發展，如擴散張量成像（Diffusion tensor imaging，DTI）、擴散峰度成像（Diffusion kurtosis imaging，DKI）、神經突方向離散度和密度成像（Neurite orientation dispersion and density imaging，NODDI）等擴散成像技術，及動脈自旋回波成像、磁共振波譜成像（Magnetic resonance spectroscopy，MRS）等，不僅可獲得腦組織形態結構信息，而且可從分子、代謝微觀角度，甚至腦網絡方面描述腦功能狀態，從而能夠更深層次的探討癲癇的病理生理機制，對癲癇的病因識別提供幫助，從而為臨床提供更為精準、更具價值的影像信息。
1 彌散張量成像的應用研究
DTI 是從三維空間內擴散梯度敏感性脈沖方向觀察水分子擴散的各向異性，反應了組織的細微結構和功能改變[1]，它能在活體無創地研究腦白質微結構，現已廣泛用于癲癇及其他中樞神經組織生理及病理改變的研究，最近的 DTI 文章表明癲癇患者存在白質纖維束受損[2, 3]。已有研究表明[4]，DTI 是大腦微結構變化的敏感指標，能夠先于結構影像發現腦部微結構異常，從而有助于患者及時治療、延緩疾病進展及改善預后。
DTI 主要參數有平均擴散率（Mean diffusivity，MD） 和部分各向異性（Fractional anisotropy，FA）。 MD 值反映了水分子擴散運動的快慢，為各個方向擴散大小的平均值，常用表觀彌散系數（Apparent diffusion coefficient，ADC）表示。FA 值是反映水分子擴散各向異性程度的指標，反映髓鞘對水分子擴散的限制，其值越大，則水分子擴散的各向異性程度越大。當髓鞘或神經元損傷時，由于水分子在各方向上的彌散自由度均增加，FA 值會降低[5]。且 FA 值能夠反映癲癇患者白質纖維損害的嚴重程度，在癲癇患者致癇區腦組織中，FA 值一般降低，而 MD 增加。白質變化在局灶性癲癇比全面性癲癇更明顯。不同癲癇亞型的白質變化也不相同，且在局灶性癲癇中白質變化和癲癇起始年齡以及發作持續頻率相關[6]。
顳葉癲癇（TLE）是最常見的局灶性癲癇，在腦部形態學改變之前存在致癇灶附近及遠隔部位微結構異常[7]。許多 DTI 研究[8-10]發現 TLE 患者的病灶不僅局限于同側顳葉，還存在于顳葉外的廣泛腦區，認為 TLE 不僅是局灶障礙，且存在腦網絡異常。TLE 發作時，患側病灶的異常放電除引起局部神經元和鄰近區域的異常外，還可經由杏仁核、海馬穹窿聯合和前聯合等到達對側，形成鏡影病灶，引起對側顳葉結構神經元的死亡和減少，使其彌散功能發生改變。另外 TLE 患者也常合并廣泛的腦組織結構異常，尤其以患側大腦半球的白質異常改變最明顯[11, 12]。Otte 等[13]進行薈萃分析，并證實存在顳葉和顳葉外白質 DTI 信號異常。有證據表明，與 TLE 密切相關的白質結構，如鉤、弓狀纖維束、扣帶和外囊，FA 減小和 MD 增大最為突出，而對側結構和胼胝體也受到影響，盡管程度較輕。此外，隨著遠離 TLE 發作區，異常程度似乎出現離心性下降[13, 14]。這些研究均表明，TLE 患者存在致癇灶和致癇灶以外的損害，廣泛的腦白質異常可能與癇性放電引起神經網絡異常有關。
2 擴散峰度成像的應用研究
DKI 是 DTI 技術的延伸，它反映了生物組織非高斯分布水分子擴散運動。尤其在異質性擴散與組織微觀結構方面具有較高的敏感性和特異性。它通過提供水分子的相關物理特征，反映生物組織成分和結構形態，為實現組織微結構檢測提供科學依據[15]。近年來在癲癇的應用中逐漸增多，它是評價癲癇患者灰白質異常的有力工具，能夠定量分析與疾病進展相關的神經網絡異常，同時可為致癇灶的定位及量化腦部微結構異常提供重要信息。
它的特征參數值平均擴散峰度（Mean kurtosis，MK）為峰度在所有方向的平均值。在顯示病灶的微細結構中，MK 值比 FA 及 MD 具有更高的敏感性和特異性。因此，它對水分子擴散不均一性的描述更加敏感，能更加細致地反映組織微結構的復雜程度，不僅可準確地判斷纖維束的交叉，同時可表征腦部灰、白質結構。徑向峰度（Radial kurtosis，RK）代表主要擴散正交方向上峰度的平均值，主要反映垂直于軸突方向擴散（髓鞘等）的峰度信息。在腦白質，RK 值較高，因細胞膜和髓鞘的阻礙導致水分子擴散運動偏離高斯分布，呈現出異質性非高斯分布[16]。峰度各向異性（Kurtosis anisotropy，KA）由峰度的標準差計算得出，KA 越大，組織結構越緊密、越規則，KA 越小越趨于各向同性擴散。這些峰度參數對評價大腦灰白質微結構的變化比 DTI 參數敏感性更高和更具特異性，而且它的參數圖在評估疾病進程和治療反應發揮著重要的作用[16]。
DKI 技術近幾年主要應用于中樞神經系統疾病的研究，而在癲癇領域也逐漸逐漸增多。Zhang 等[17]在應用 DKI 技術對 15 例兒童癲癇的研究中發現，左側顳葉及額葉的白質 FA 值存在異常。MD 值異常腦區有海馬旁回及鉤回的白質及灰質、右側額葉及顳葉邊緣系統。雙側額葉白質及右側頂葉的灰質及白質 MK 值有明顯差異，認為 DKI 對癲癇患者腦灰白質細微結構變化的檢出較 DTI 的敏感性及特異性更高。Lee 等[18]在對 14 例特發性全身性癲癇的 DKI 研究中，發現 DKI 可以很好顯示丘腦-皮層廣泛腦組織微結構的異常改變。研究還證實了 DKI 方法和包括 FA、MD 和 MK 在內的 DKI 指標，可以為特發性全面性癲癇患者神經組織的微結構復雜性特征提供更高的靈敏度和特異性，顯示對側的 FA，MD 或 MK 改變，提示通過邊緣癲癇網絡在單側致癇灶以外的區域存在繼發性腦部異常[19]。從而認為 DKI 對癲癇患者的灰、白質顯示均表現較高特異性及敏感性。因此，在異質性擴散與組織微觀結構方面，DKI 是十分敏感且具特異性的技術。
3 神經突方向離散度和密度成像的應用研究
NODDI 是基于模型的新型擴散磁共振技術，是一種專門建立了能夠區分細胞內（指被神經突起限制的空間）、細胞外（指神經突起周圍空間，含神經膠質細胞、胞體等）和腦脊液等三種微結構環境而成像的磁共振成像形式。它將擴散成像的應用從白質擴展到灰質的微觀結構[20]。NODDI 主要有兩個微觀結構參數：神經突內容積比（Intra-neurite volume fraction，ICVF）和神經突方向離散度（Orientation dispersion index，ODI），前者反映神經突的密度（Neurite density index，NDI），后者反映神經突方向的離散程度。ODI 有兩個廣義上的應用：在白質中，ODI 量化軸突的彎曲和分叉度，這對大腦連接成像有作用。特別是它有助于判定是否當前被認為具有交叉纖維的多個體素，實際上是包含了多條方向離散的，但沿著一個主要方向走行的纖維。在灰質中，ODI 量化樹突蔓延的情況，可以直接反應灰質的復雜性。此外，由于神經突密度和方向離散度都會影響 FA 的大小，NODDI 能夠探測出 FA 變化的具體原因[21]。
結構性 MRI 缺乏可檢測病灶是 MRI 陰性難治性癲癇手術治療失敗的原因之一[22]。研究表明，局灶性皮層發育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）是 MRI 陰性癲癇常見的病理因素，且常規 MRI 成像技術中很難檢測到[2]。此外，FCD 可以累及單獨一個皮層區域、不連續的幾個皮層區域幾個腦葉甚至是整個大腦半球[23]。FCD 的常見 MRI 特征包括皮質增厚、異常溝回，灰白質交界面模糊和皮層和皮層下灰質信號強度異常[24]。以前的研究表明，DTI 是鑒別 MRI 陰性癲癇患者異常的有用方法[25]。NODDI 作為擴散成像中的新方法可以分離微觀結構變化中的各種因素，例如神經突密度和纖維分散取向。NODDI 技術也適用于白質和灰質[26]。因此，在懷疑 FCD 的 MRI 陰性癲癇患者中鑒別致癇灶有效[27]。
Rostampour 等[28] 對 17 例常規 MRI 陰性癲癇患者行 NODDI 和 DTI 研究，發現在 8 例患者定性觀察到 ODI 圖像上皮質異常。在患者中檢測到皮質下變化包括 FA 和 NDI 降低，左側伏隔核 ODI 增加和右側杏仁核體積增加。且回顧分析 8 例患者常規 MRI 發現，這些異常區域都觀察到輕微皮層增厚。由于皮質增厚是 FCD 的 MRI 特征之一，這 8 例患者被視為潛在的 FCD 患者。在 8 例患者中，可見到 NDI 和 FA 減少以及 MD 增加。鑒于 MD 增加可能是由于細胞外空間擴增加造成的，可能是由神經元畸形或細胞丟失所致，并且 FA 的減少可能是由于神經元密度降低，神經元離散增加，軸突直徑減少和脫髓鞘而造成的，而 NDI 和 ODI 改變分別顯示神經元密度的減少和神經元分散度的增加。因此 NODDI 聯合 DTI 可以確定上述變化的主要原因。Winston 等[27]發現 3 例 FCD 患者和 1 例結節性硬化患者 NDI 降低，1 例 MRI 陰性癲癇患者 NDI 降低和 ODI 升高。在識別微結構改變時 ODI 參數較 DTI 和常規 MRI 更敏感，從而認為 NODDI 可以提高 MRI 陰性癲癇患者皮層和皮層下灰質微結構改變的檢出率，為癲癇病因檢測提供依據。
4 動脈自旋回波標記成像的應用研究
動脈自旋回波標記（Arterial spin labeling，ASL）是指利用選擇性的反轉脈沖標記供血動脈中的水質子，使其成為內源性對比劑，通過組織 T1 值或磁化率的變化來反映組織局部的血流量（即灌注量）。磁化標記后對組織進行灌注成像，采集得到的圖像稱為標記像，其包含了原來的靜態組織和后來流入成像區域標記血液的信息。為了消除靜態組織的信息，用未經標記的血液對成像區進行灌注成像，所得的圖像稱為控制像。將標記像和控制像進行減影，從而獲得組織灌注參數圖[29]。ASL 技術具有無創、簡便及成本低等優點，有著明顯的臨床應用潛力，已廣泛用于臨床實踐中。
ASL 在癲癇發作成像方面較核醫學技術具有優勢，因為放射性示蹤劑在發作時給藥，然后即時采集圖像。而 MRI 灌注的潛在優勢則是發作間期成像。目前常規解剖學 MRI 技術在癲癇患者的評估中應用廣泛，而 ASL 灌注技術的應用，在一定程度上能夠替代核醫學檢查，且更便捷、高效、無輻射。有研究結果表明，ASL 與核醫學灌注或代謝顯像方法得到的結果類似，即發作間期呈局灶性低灌注和臨近發作期呈高灌注表現[30]。
急性腦病雙向發作伴后期彌散減低（Acute encephalopathy with biphasic seizures and late reduced diffusion，AESD）是急性腦病中最常見的亞型，通常出現驚厥持續狀態、叢集性驚厥發作、意識障礙及雙向抽搐等表現，在雙向抽搐發作期間，一些患者表現為持續性意識障礙，但 20%～30% 的患者僅有輕度或無意識障礙，且不伴其他神經系統癥狀[31]。早期影像學檢查多無異常，早期鑒別 AESD 與復雜型熱性驚厥仍存在困難。Kuya[32]等對 1 例 AESD 患兒 MRI 研究發現，第 1 天可見雙側額葉腦血流量（Cerebral blood flow，CBF）減低。有研究表明，單光子發射 CT（SPECT）成像在早期階段同樣可見雙側額葉灌注減低[33]。SPECT 成像對熱性驚厥的研究發現，無論簡單型或復雜型熱性驚厥，超過半數熱性驚厥患者可見發作后局部 CBF 減低，且程度范圍較 AESD 較輕，并局限于單側額顳葉[34]。ASL 在腦病中的應用，有助于患者 AESD 的早期診斷，及時有效治療，從而改善預后。
Wolf 等[35]首次使用 ASL 技術對 12 例頑固性顳葉癲癇患者和 12 名健康對照個體進行評估，結果發現與對照組相比，患者雙側顳葉的 CBF 呈現出明顯的不對稱，癲癇側的 CBF 與對側相比明顯降低；與對照組相比，患者全腦的 CBF 也明顯降低，與 PET 得到的結果一致。沈連芳等[36]將內側 TLE 患者分為部分發作組與繼發全面發作組，應用 ASL 技術進行研究，發現繼發全面發作組患者部分腦區功能受損更嚴重，丘腦在繼發全面發作的癲癇活動中起重要作用，提示癲癇活動通過特定網絡向遠處腦區傳播。雖然目前 ASL 技術還不是臨床用于癲癇發作期和發作間期灌注成像的主要方法，但其在識別與癲癇發作有關的異常灌注腦組織方面具有重要意義，相信將來會得到更廣泛的應用。
5 磁共振波譜成像的應用研究
結構成像技術是檢測癲病灶的基本手段，尤其是磁共振技術。MRS 所取得的代謝相關信息，可作為診斷致癇灶的補充或替代性標志物。癲癇病因復雜，涉及到代謝、免疫、皮質發育畸形等眾多因素，不同的致病因素都可導致微結構病理及生化異常，MRS 能早期從分子水平反映癲癇灶細胞生化和代謝狀態的改變，對于疾病早期尚未出現結構異常的腦區具有提示作用，近年來在癲癇中應用廣泛，特別是 TLE，其在癲癇患者評估中的應用價值取決于該技術檢測出代謝改變區域的能力。它的物理學原理和 MRI 一樣，通過接受組織的自由衰減信號，經過快速傅里葉轉換成振幅-頻率形式的曲線來反映組織的代謝改變。
質子 MRS 成像是癲癇中最常用的檢查方法。涉及氫質子波譜測定的常見物質有乙酰天冬氨酸類（NAA）、肌酸/磷酸肌酸類（Cr）、膽堿/磷酸膽堿類（Cho）、乳酸（Lac）和谷氨酰胺及谷氨酸復合物（Glx）等。NAA 峰為1H-MRS 最主要的波峰，它廣泛存在于神經元和軸突的線粒體內，是神經元密度及活性的標志物[37]。Cr 在腦內分布相對恒定，在波譜分析中用作參照物。Cho 是細胞膜磷脂代謝的成分之一，參與磷脂的合成、分解代謝和髓鞘的形成，其改變反映膠質細胞數量的變化。Lac 是糖酵解的終產物，它的出現提示有氧呼吸不再有效進行。乳酸通常不會在成人 MRI 上檢測到，在癲癇發作之后及線粒體腦病患者中可檢測到乳酸峰。Glx 存在于神經元及神經膠質細胞中，它在癲癇發作期峰值增高。可見其在研究病理生理改變方面占有重要地位。
海馬硬化型 TLE 的病理改變為海馬 CA1、CA4 區的神經元缺失及神經膠質細胞增生，其嚴重程度與海馬萎縮及 T2WI 高程度相一致[38]。然而，在非海馬硬化的 TLE 患者，常規 MRI 上無形態學改變，MRS 可早期檢測到神經元輕微的病理改變和代謝物功能紊亂。Ohata 等[39]發現，NAA/（Cr+Cho）比值降低是反映神經元改變的理想指標，國內外都以 NAA/（Cho+Cr）比值作為參考標準，NAA/（Cho+Cr）比值減小反映了神經元缺失或膠質增生。研究表明在 MRI 陰性的 TLE 患者中，患側海馬可出現 N-乙酰天門冬氨酸復合物（NAA）/肌酸（Cr）等比值減低[40]，其有助于致癇灶的定側定位診斷。
青少年肌陣攣癲癇（Juvenile myoclonic epilepsy，JME）是一種常見的特發性癲癇綜合征。長期以來認為這類患者在神經影像學上無改變。近年來，以體素為基礎的形態學測量學研究證實 JME 患者額葉皮質-丘腦網絡發生改變，且皮層下結構變化更明顯[41]，fMRI 可發現 JME 存在丘腦-運動皮質網絡異常[42] ，MRS 研究表明額葉內側、旁中央區及丘腦 NAA/Cr 比值下降[43]，支持這一假說。Zhang等[44]根據物質分類對 JME 的 MRS 結果進行 Meta 分析發現，JME 的主要受累腦區為丘腦、額葉、枕葉、后扣帶回、紋狀體和島葉等，其中以丘腦與額葉皮質代謝物濃度改變的聯系最密切。一般癲癇患者患側的 NAA/Cr、NAA/Cho、NAA/（Cho+Cr）值均低于對側和正常人，Cho/NAA、Cr/NAA 值高于對側和正常人，提示患側神經元的線粒體代謝功能障礙或膠質細胞增生。
綜上，癲癇患者腦內存在微觀結構異常改變，多模態 MRI 在癲癇的應用上取得了較大的進展并顯示出了巨大潛能。ASL 可以反映組織局部血流灌注，MRS 在神經遺傳代謝性疾病及皮質發育畸形等診斷中具有重要作用，DTI 與 DKI 分別反映生物組織高斯與非高斯分布水分子擴散運動，NODDI 能夠反映神經突的密度及神經突方向的離散程度。它們都從微觀組織結構變化的角度反映了癲癇患者腦組織病理生理學改變，有助于進一步了解其發病機制，明確病因，為臨床提供有價值的信息。然而這些技術仍有其局限性及不足之處，將這些技術聯合應用，將為癲癇患者的早期定性定位診斷、病情評估和指導治療帶來更為深遠的影響及效益，使癲癇的診治水平不斷提高。相信隨著 MRI 技術的不斷進步，將在癲癇的診斷和治療方面發揮更大潛能。