基于7T氘代谢成像技术检测MRI阴性、18FDG-PET阳性癫痫患者的区域性代谢改变

《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》：Detection of regional metabolic alteration using 7T deuterium metabolic imaging in MRI-negative, 18FDG-PET-positive epilepsy patients

为解决MRI阴性癫痫患者致痫区定位困难这一临床挑战，研究人员利用7T超高清氘代谢成像技术，对这类患者进行了动态脑代谢研究。研究发现，尽管葡萄糖代谢区域差异不大，但在致痫海马区域中，2H-Glx水平显著升高，提示海马谷氨酸能代谢增强。这一成果揭示了常规影像难以捕捉的细微病理生理变化，为无创代谢成像定位致痫灶提供了新思路。

　　

癫痫，一种以反复发作为特征的慢性神经系统疾病，影响着全球约1%的人口。其中，约三分之一的患者对抗癫痫药物无效，被称为难治性癫痫。对于这些患者，手术切除致痫病灶是可能根治的方案，其成功的关键在于精确找到大脑中那个“肇事”的区域——即假定的致痫区。在许多患者中，标准的结构磁共振成像能够发现诸如内侧颞叶硬化等病变，这类患者手术效果通常较好。然而，临床上仍有大约三分之一的患者，他们的常规MRI检查一切“正常”，我们称之为MRI阴性癫痫患者。这就像一个破案现场，尽管知道有“罪犯”，却找不到任何直接证据。

寻找这些“隐形”病灶，就成了神经科医生和科学家们面临的一大挑战。目前，¹⁸F-氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描是常用的辅助工具，它通过探测大脑的葡萄糖代谢来定位代谢减退区域。但这种方法捕捉的是静态的葡萄糖摄取情况，无法反映更深层次的代谢活动，特别是与癫痫发病机制密切相关的神经递质代谢。既往研究已表明，谷氨酸和谷氨酰胺这两种关键的兴奋性神经递质及其代谢物，在癫痫的病理生理过程中扮演着核心角色。一些技术，如¹H磁共振波谱和谷氨酸化学交换饱和转移成像，旨在测量这些代谢物的浓度，但它们也难以捕捉到代谢的“动态流量”。

那么，是否存在一种技术，能够像“实时追踪器”一样，无创地观察大脑内特定分子的代谢过程，从而在MRI阴性的癫痫患者大脑中，找到那不易察觉的代谢异常区域呢？这就是发表在《Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medicine》杂志上的这项研究所要探索的问题。研究人员将目光投向了一种新兴技术——氘代谢成像。简单来说，这项技术让受试者口服经过氘标记的葡萄糖，然后利用超高清的7T磁共振成像仪，动态追踪这些标记分子在大脑内的去向和转化，例如转化为谷氨酸/谷氨酰胺。这为直接可视化大脑的能量代谢和神经递质循环通路提供了前所未有的机会。

为了回答这一科学问题，研究团队开展了一项前瞻性研究。他们招募了5名符合特定条件的患者：均为药物难治性、常规MRI检查阴性，但临床¹⁸FDG-PET显示有明确低代谢区域的颞叶癫痫患者。这些患者在禁食一夜后，在7T磁共振扫描仪中口服[6,6′-²H₂]葡萄糖。随后，研究人员在约100分钟内，进行了连续9次的3D ²H自由感应衰减磁共振波谱成像扫描，动态采集大脑代谢数据。同时，通过静脉置管定期采集血样，分析血浆葡萄糖浓度和氘标记葡萄糖的原子百分比富集度，以监控全身代谢状态。在数据处理上，研究采用了复杂的后处理流程，包括基于主成分分析的降噪和AMARES算法拟合代谢物信号，最终量化出大脑中²H标记的葡萄糖及其下游产物²H-Glx的浓度。在分析时，研究人员将大脑划分为多个关键区域进行对比，包括基于¹⁸FDG-PET定义的致痫区及其对侧对照区，以及解剖学定义的海马区和颞极区。

研究结果显示：

1. 1.
   血浆动力学：口服标记葡萄糖后，血浆葡萄糖和²H-葡萄糖的原子百分比富集度在40分钟内上升并随后趋于稳定，证实了示踪剂的有效吸收。
2. 2.
   整体脑代谢动态：大脑中的²H-葡萄糖和²H-Glx水平随时间显著增加，展示了DMI追踪动态代谢过程的能力。
3. 3.
   区域性代谢差异：
   • •
     对于²H-葡萄糖，不同脑区间的差异很小，仅在致痫侧海马区相较于对侧颞极区有轻微升高。在致痫区与其对侧区域之间，²H-葡萄糖水平没有显著差异。
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     关键发现：对于²H-Glx，则观察到了清晰的区域性变异。其中，致痫侧海马区的²H-Glx水平最高，显著超过了致痫区、致痫侧颞极区和对侧颞极区。这一模式在分析最后四个时间点的平均浓度时依然保持稳定。在健康志愿者中，海马区的²H-Glx水平虽然数值上高于颞极，但并未达到统计学显著性。

研究结论与讨论表明，这项研究利用超高场强氘代谢成像，在MRI阴性癫痫患者中揭示了海马区，特别是致痫侧海马区的谷氨酸能代谢转换升高。这提示在看似正常的海马组织中，存在细微但关键的代谢改变。研究的重要意义在于，它证明了DMI有潜力捕捉到常规影像学无法发现的病理生理变化。尽管¹⁸FDG-PET显示致痫区葡萄糖摄取降低，但DMI并未在该区域检测到显著的²H-葡萄糖差异，这可能与DMI目前的空间分辨率以及其反映的是下游氧化代谢有关。这种差异恰恰说明DMI与¹⁸FDG-PET提供了互补的代谢信息：一个侧重于葡萄糖的静态摄取，另一个则能动态追踪其进入三羧酸循环和神经递质循环的通路。该研究的发现支持了这样一个观点，即在难治性颞叶癫痫中，即使结构影像正常，海马也可能处于一种谷氨酸能活性上调的状态，这可能是癫痫发作易感性的代谢基础。

当然，本研究也存在一定局限，如样本量较小、空间分辨率有待提高等。但它为未来研究指明了方向：通过提升成像技术和扩大样本，进一步验证DMI在癫痫术前评估中的价值；探索发作不同时期（如发作后）的代谢变化；以及比较MRI阴性与MRI阳性患者的代谢差异。总之，这项研究标志着我们向无创、动态地“看见”癫痫大脑的异常代谢活动迈出了重要一步，为改善那些“无迹可寻”的癫痫患者的诊断和治疗带来了新的希望。