Роль бесконтрастной МР-перфузии в идентификации потенциально эпилептогенных очагов у детей с фокальной эпилепсией

Принцип бесконтрастной МР перфузии основывается на радиочастотной маркировке спинов артериальной крови
(ArterialSpinLabeling – ASL) с последующей регистрацией их прохождения в ткани мозга для прямой оценки вариаций перфузии. Диагностическая польза ASL при неврологических  заболеваниях была продемонстрирована в многочисленных исследованиях, в том числе и в педиатрической практике.  Однако возможности бесконтрастной МР-перфузии при эпилепсии у детей до настоящего времени до конца не изучены.  В данной работе мы попытались оценить диагностический  потенциал ASL в регистрации перфузионных сдвигов в  межприступном и раннем постприступном периоде у детей с  фармакорезистентной фокальной эпилепсией в рамках  предоперационной нейровизуализации. 

Цель – продемонстрировать возможности ASL в идентификации  межприступных и ранних постприступных изменений  церебральной перфузии у детей с фокальной симптоматической эпилепсией.

Материалы и методы. Оценивали результаты всех МР- исследований высокого разрешения по программе  эпилептологического сканирования головного мозга,  выполненные в отделении лучевой диагностики ФГБУ РДКБ в  рамках прехирургического комплекса обследования больных с  фармакорезистентной фокальной эпилепсией за период с 2015  по 2018 гг. Всего было обследовано 54 пациента (23 мальчика и  31 девочка). Возраст пациентов варьировал от 4 мес. до 17 лет.  Исследования выполнялись на магнитно-резонансном томографе  «Discovery 750 W» компании General Electric с индукцией  магнитного поля 3 Тесла.

Результаты. Выявлены перфузионные изменения в межприступном и раннем постприступном периоде у детей с  фокальными эпилепсиями. Основным перфузионным паттерном  межприступной церебральной перфузии, коррелирующим со  структурным очагом в случае лезиональной эпилепсии и зоной эпилептиформных нарушений на ЭЭГ в случае МР  негативной фокальной эпилепсии, являлось очаговое,  регионарное, долевое или полушарное снижение  периферического артериального кровотока.

Выводы. С учетом неинвазивного характера метода  бесконтрастной МР перфузии, его доступности и безопасности,  небольшого времени сканирования, а также возможности  выполнения исследования в раннем постприступном периоде,  включение ASL в диагностический комплекс прехирургической  подготовки детей с фокальной эпилепсией видится более чем  оправданным. Следует признать, что в настоящее время ASL не  характеризуется абсолютным коррелятивным отношением в  локализации очага с данными ЭЭГ и постоперационного  исследования резецированного фрагмента коры. Однако  дальнейшее развитие методики позволит оптимизировать диагностику эпилепсии и, возможно, частично  или полностью заменить технически сложные и экономически  затратные методики (инвазивный ЭЭГ-мониторинг, ПЭТ, ОФКТ) в функциональной идентификации эпилептогенного очага.

1. Detre J. A., Leigh J. S., Williams D. S., Koretsky A. P. Perfusion imaging. Magn Reson Med. 1992 Jan; 23 (1): 37-45. PMID: 1734182.

2. Williams D. S., Detre J. A., Leigh J. S., Koretsky A. P. Magnetic resonance imaging of perfusion using spin inversion of arterial water. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992 Jan 1; 89 (1): 212-216. PMID: 1729691.

3. Roberts D. A., Detre J. A., Bolinger L., Insko E. K., Leigh J. S. Jr. Quantitative magnetic resonance imaging of human brain perfusion at 1.5 T using steady-state inversion of arterial water. Proc Natl AcadSci U S A 1994 Jan 4; 91 (1): 33-37. PMID: 8278387.

4. Golay X., Hendrikse J., Lim T. C. Perfusion imaging using arterial spin labeling. Top MagnReson Imaging. 2004 Feb; 15 (1): 10-27. PMID: 15057170.

5. Petersen E. T., Zimine I., Ho Y. C., Golay X. Non-invasive measurement of perfusion: a critical review of arterial spin labelling techniques. Br J Radiol. 2006 Aug; 79 (944): 688-701. PMID: 16861326. Doi: 10.1259/bjr/67705974.

6. Golay X., Petersen E. T. Arterial spin labeling: benefits and pitfalls of high magnetic field. Neuroimaging Clin N Am. 2006 May;16 (2): 259-268. PMID: 16731365.

7. Bokkers R. P., Hernandez D. A., Merino J. G., Mirasol R. V., van Osch M. J., Hendrikse J., Warach S., Latour L. L., Stroke Natural History Investigators. Whole-brain arterial spin labeling perfusion MRI in patients with acute stroke. Stroke. 2012 May; 43 (5): 1290-1294. PMID:22426319

8. MacIntosh B.J., Lindsay A. C., Kylintireas I., Kuker W., Günther M., Robson M. D., Kennedy J., Choudhury R. P., Jezzard P. Multiple inflow pulsed arterial spin-labeling reveals delays in the arterial arrival time in minor stroke and transient ischemic attack. AJNR Am J Neuroradiol. 2010 Nov; 31: 1892-1894. PMID: 20110375.

9. Viallon M., Altrichter S., Pereira V. M., Nguyen D., Sekoranja L., Federspiel A., Kulcsar Z., Sztajzel R., Ouared R., Bonvin C., Pfeuffer J., Lövblad K. O. Combined use of pulsed arterial spin-labeling and susceptibility-weighted imaging in stroke at 3 T. Eur Neurol. 2010; 64: 286- 296. PMID: 20980761.

10. Zaharchuk G., El Mogy I. S., Fischbein N. J., Albers G. W. Comparison of arterial spin labeling and bolus perfusion-weighted imaging for detecting mismatch in acute stroke. Stroke. 2012. Jul; 43 (7): 1843-8. PMID: 22539548. Doi: 10.1161/STROKEAHA.111.639773.

11. Bokkers R. P., van Osch M. J., Klijn C. J., Kappelle L. J., Hendrikse J. Cerebrovascular reactivity within perfusion territories in patients with an internal carotid artery occlusion. J Neurol, Neurosurg Psychiatry. 2011 Sep; 82 (9): 1011-1016. PMID: 21386110. Doi: 10.1136/jnnp.2010.233338.

12. Siero J. C., Hartkamp N. S., Donahue M. J., Harteveld A. A., Compter A., Petersen E. T., Hendrikse J. Neuronal activation induced BOLD and CBF responses upon acetazolamide administration in patients with steno-occlusive artery disease. Neuroimage. 2015 Jan 15; 105: 276-285. PMID: 25261002. PMCID: PMC4377821. Doi: 10.1016/j.neuroimage.2014.09.033.

13. Suazo L., Foerster B., Fermin R., Speckter H., Vilchez C., Oviedo J., Stoeter P. Measurement of blood flow in arteriovenous malformations before and after embolization using arterial spin labeling. Interv Neuroradiol. 2012 Mar; 18 (1): 42-48. PMID: 22440600. PMCID: PMC3312088. Doi:10.1177/159101991201800106.

14. Duncan J. S. Imaging in the surgical treatment of epilepsy. Nat Rev Neurol. 2010 Oct; 6 (10): 537-550. PMID: 20842185. Doi: 10.1038/nrneurol.2010.131.

15. Zhao W. G., Luo Q., Jia J. B., Yu J. L. Cerebral hyperperfusion syndrome after revascularization surgery in patients with moyamoya disease. Br J Neurosurg. 2013 Jun; 27 (3): 321-325. PMID: 23461748. Doi: 10.3109/02688697.2012.757294.

16. Zhang Q., Stafford R. B., Wang Z., Arnold S. E., Wolk D. A., Detre J. A. Microvascular perfusion based on arterial spin labeled perfusion MRI as a measure of vascular risk in Alzheimer’s disease. J Alzheimers Dis. 2012; 32 (3): 677-87. PMID: 22886015. PMCID: PMC3646066. Doi: 10.3233/JAD-2012-120964.

17. Wolk D. A., Detre J. A. Arterial spin labeling MRI: an emerging biomarker for Alzheimer’s disease and other neurodegenerative conditions. CurrOpin Neurol. 2012. Aug; 25 (4): 421- 428. PMCID: PMC3642866. Doi: 10.1097/WCO.0b013e328354ff0a. PMID: 22610458.

18. Bron E. E., Steketee R. M., Houston G. C., Oliver R. A., Achterberg H. C., Loog M., van Swieten J. C., Hammers A., Niessen W. J., Smits M., Klein S., Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative. Diagnostic classification of arterial spin labeling and structural MRI in presenile early stage dementia. Hum Brain Mapp. 2014 Sep; 35 (9): 4916-4931. PMID: 24700485. Doi: 10.1002/hbm.22522.

19. Yamashita K., Yoshiura T., Hiwatashi A., Togao O., Yoshimoto K., Suzuki S. O., Abe K., Kikuchi K., Maruoka Y., Mizoguchi M., Iwaki T., Honda H. Differentiating primary CNS lymphoma from glioblastoma multiforme: assessment using arterial spin labeling, diffusion- weighted imaging, and (18)f-fluorodeoxyglucose positron emission tomography. Neuroradiology. 2013 Feb; 55 (2): 135-143. PMID: 22961074. Doi: 10.1007/s00234-012-1089-6.

20. Warmuth C., Gunther M., Zimmer C. Quantification of blood flow in brain tumors: comparison of arterial spin labeling and dynamic susceptibility-weighted contrastenhanced MR imaging. Radiology. 2003 Aug; 228 (2): 523-532. PMID: 12819338. Doi: 10.1148/radiol.2282020409.

21. Chen J., Licht D. J., Smith S. E., Agner S. C., Mason S., Wang S., Silvestre D. W., Detre J. A., Zimmerman R. A., Ichord R. N., Wang J. Arterial spin labeling perfusion MRI in pediatric arterial ischemic stroke: initial experiences. J MagnReson Imaging. 2009. Feb; 29: 282-290. PMID: 19161176. PMCID: PMC2728589. Doi: 10.1002/jmri.21641.

22. Van Paesschen W. Ictal SPECT. Epilepsia 2004; 45 Suppl 4: 35-40. PMID: 15281956. Doi: 10.1111/j.0013-9580.2004.04008.x.

23. Devous M. D. Sr., Thisted R. A., Morgan G. F., Leroy R. F., Rowe C. C. SPECT brain imaging in epilepsy: a meta-analysis. J Nucl Med. 1998 Feb; 39: 285-293. PMID: 9476937.

24. Fabene P. F., Merigo F., Galiè M., Benati D., Bernardi P.,Farace P., Nicolato E., Marzola P., Sbarbati A. Pilocarpine-induced status epilepticus in rats involves ischemic and excitotoxicmechanisms. PLoS One. 2007 Oct31; 2 (10): e1105. PMID: 17971868. PMCID: PMC2040510. Doi: 10.1371/journal.pone.0001105.

25. Fabene P. F., Navarro Mora G., Martinello M., Rossi B., Merigo F., Ottoboni L., Bach S., Angiari S., Benati D., Chakir A., Zanetti L., Schio F., Osculati A., Marzola P., Nicolato E., Homeister J. W., Xia L., Lowe J. B., McEver R.P., Osculati F., Sbarbati A., Butcher E. C., Constantin G. A role for leukocyteendothelial adhesion mechanisms in epilepsy. Nat Med. 2008 Dec; 14 (12): 1377-1383. PMID: 19029985. PMCID: PMC2710311. Doi: 10.1038/nm.1878.

26. Nguyen D., Kapina V., Seeck M., Viallon M., Fedespiel A., Lovblad K. O. Ictal hyperperfusion demonstrated by arterial spin-labeling MRI in status epilepticus. J Neuroradiol. 2010 Oct; 37 (4): 250-251. PMID: 20334918. Doi: 10.1016/j.neurad.2009.12.003.

27. Oishi M., Ishida G., Morii K., Hasegawa K., Sato M., Fujii Y. Ictal focal hyperperfusion demonstrated by arterial spin-labeling perfusion MRI in partial epilepsy status. Neuroradiology. 2012; 54: 653-656. PMID: 22418862. Doi: 10.1007/s00234-012-1027-7.

28. Lim Y. M., Cho Y. W., Shamim S., Solomon J., Birn R., Luh W. M., Gaillard W. D., Ritzl E. K., Theodore W. H. Usefulness of pulsed arterial spin labeling MR imaging in mesial temporal lobe epilepsy. Epilepsy Res. 2008 Dec; 82 (2-3): 183-189. PMID: 19041041. PMCID: PMC2597620. Doi: 10.1016/j.eplepsyres.2008.08.001.

29. Pizzini F., Farace P., Zanoni T., Magon S., Beltramello A., Sbarbati A., Fabene P. F. Pulsed- arterial-spin-labeling perfusion 3T MRI following single seizure: a first case report study. Epilepsy Res. 2008 Oct; 81 (2-3): 225-227. PMID: 18684593. Doi: 10.1016/j.eplepsyres.2008.06.009.

30. Pendse N., Wissmeyer M., Altrichter S., Vargas M., Delavelle J., Viallon M., Federspiel A., Seeck M., Schaller K., LövbladK.O. Interictal arterial spin-labeling MRI perfusion in intractable epilepsy. J Neuroradiol. 2010. Mar; 37 (1): 60-63. PMID: 19674791. Doi: 10.1016/j.neurad.2009.05.006.

31. Blauwblomme T., Boddaert N., Chémaly N., Chiron C., Pages M., Varlet P., Bourgeois M., Bahi-Buisson N., Kaminska A., Grevent D., Brunelle F., Sainte-Rose C., Archambaud F., Nabbout R. Arterial Spin Labeling MRI: a step forward in non-invasive delineation of focal cortical dysplasia in children. Epilepsy Res. 2014. Dec; 108 (10): 1932-1939. PMID: 25454505. DOI: 10.1016/j.eplepsyres.2014.09.029.

32. Pittau F., Grouiller F., Spinelli L., Seeck M., Michel C. M., Vulliemoz S. The Role of Functional Neuroimaging in Pre-Surgical Epilepsy Evaluation. Front Neurol. 2014 Mar 24; 5: 31. PMCID: PMC3970017. DOI: 10.3389/fneur.2014.00031. PMID: 24715886.

33. Yun C. H., Lee S. K., Lee S. Y., Kim K. K., Jeong S. W., Chung C. K. Prognostic factors in neocortical epilepsy surgery: multivariate analysis. Epilepsia 2006 Mar; 47: 574-579. PMID: 16529624. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2006.00470.x.

34. Jeha L. E., Najm I., Bingaman W., Dinner D., Widdess-Walsh P., Lüders H. Surgical outcome and prognostic factors of frontal lobe epilepsy surgery. Brain 2007 Feb; 130 (Pt 2): 574-584. PMID: 17209228. DOI: 10.1093/brain/awl364.

35. Huppertz H. J., Hof E., Klisch J., Wagner M., Lücking C. H., Kristeva-Feige R. Localization of interictal delta and epileptiform EEG activity associated with focal epileptogenic brain lesions. Neuroimage. 2001 Jan; 13: 15-28. PMID: 11133305. DOI: 10.1006/nimg.2000.0680.

36. Engel J. Surgical Treatment of the Epilepsies. Lippincott Williams & Wilkins; 1993. 786 p.

37. la Fougère C., Rominger A., Förster S., Geisler J., Bartenstein P. PET and SPECT in epilepsy: A critical review. Epilepsy Behav. 2009 May; 15 (1): 50-55. PMID: 19236949. DOI: 10.1016/j.yebeh.2009.02.025.

38. Won H. J., Chang K. H., Cheon J. E., Kim H. D., Lee D. S., Han M. H., Kim I. O., Lee S. K., Chung C. K. Comparison of MR imaging with PET and ictal SPECT in 118 patients with intractable epilepsy. AJNR Am J Neuroradiol. 1999 Apr; 20: 593-9. PMID: 10319968.

39. Brodbeck V., Spinelli L., Lascano A. M., Pollo C., Schaller K.,Vargas M.I., Wissmeyer M., Michel C. M., Seeck M. Electrical source imaging for presurgical focus localization in epilepsy patients with normal MRI. Epilepsia. 2010 Apr; 51 (4): 583-591. PMID: 20196796. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2010.02521.x.

40. Michel C. M., Lantz G., Spinelli L., De Peralta R. G., Landis T., Seeck M. 128-channel EEG source imaging in epilepsy: clinical yield and localization precision. J Clin Neurophysiol. 2004 Mar-Apr; 21 (2): 71-83. PMID: 15284597.

41. Michel C. M., Schomer D. L., Lopes da Silva F. H. EEG Mapping and source imaging. In: Niedermeyer’s electroencephalography. 2011. Vol. Chapter 55 6th edn. Lippincott Williams & Wilkins. (pp. 1179-202).

42. Lemieux L., Salek-Haddadi A., Josephs O., Allen P., Toms N., Scott C., Krakow K., Turner R., Fish D. R. Event-related fMRI with simultaneous and continuous EEG: Description of the method and initial case report. Neuroimage. 2001 Sep; 14: 780-787. PMID: 11506550. DOI: 10.1006/nimg.2001.0853.

43. Manganotti P., Formaggio E., Gasparini A., Cerini R., Bongiovanni L. G., Storti S. F., Mucelli R. P., Fiaschi A., Avesani M. Continuous EEG-fMRI in patients with partial epilepsy and focal interictal slow-wave discharges on EEG. Magn Reson Imaging. 2008 Oct; 26 (8): 1089-100. PMID: 18547769. DOI: 10.1016/j.mri.2008.02.023.

44. Wolf R. L., Detre J. A. Clinical neuroimaging using arterial spin-labeled perfusion magnetic resonance imaging. Neurotherapeutics. 2007 Jul; 4 (3): 346-359. PMID: 17599701. PMCID: PMC2031222. DOI: 10.1016/j.nurt.2007.04.005.

45. Toledo M., Munuera J., Salas-Puig X., Santamarina E., Lacuey N., Rovira A. Localisation value of ictal arterial spin-labelled sequences in partial seizures. Epileptic Disord. 2011 Sep; 13 (3): 336-9. PMID: 21865122. DOI: 10.1684/epd.2011.0445.

46. Storti S. F., Boscolo Galazzo I., Del Felice A., Pizzini F. B., Arcaro C., Formaggio E., Mai R., Manganotti P. Combining ESI, ASL and PET for quantitative assessment ofdrugresistant focal epilepsy. Neuroimage. 2014. Nov 15; 102 Pt 1: 49-59. PMID: 23792219. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2013.06.028.

47. Cole A. Status Epilepticus and Periictal Imaging. Epilepsia. 2004; 45 (4): 72-77. PMID: 15281962. DOI: 10.1111/j.0013-9580.2004.04014.x.

48. Doherty C. P., Cole A. J., Grant P. E., Fischman A., Dooling E., Hoch D. B., White T. H., Cosgrove G. R. Multimodal longitudinal imaging in focal status epilepticus. Can J Neurol Sci. 2004 May; 31: 276-81. PMID: 15198460.

49. Cartagena A. M., Young G. B., Lee D. H., Mirsattari S. M. Reversible and irreversible cranial MRI findings associated with status epilepticus. Epilepsy Behav. 2014 Apr; 33: 24-30. PMID: 24614522. DOI: 10.1016/j.yebeh.2014.02.003.

50. Sierra-Marcos A., Carreño M., Setoain X., López-Rueda A., Aparicio J., Donaire A., Bargalló N. Accuracy of arterial spin labeling magnetic resonance imaging (MRI) perfusion in detecting the epileptogenic zone in patients with drug-resistant neocortical epilepsy: comparison with electrophysiological data, structural MRI, SISCOM and FDG-PET. Eur J Neurol. 2016 Jan; 23 (1): 160-7. PMID: 26346555. DOI: 10.1111/ene.12826.

51. Chassoux F., Rodrigo S., Semah F., Beuvon F., Landre E., Devaux B., Turak B., Mellerio C., Meder J. F., Roux F. X., Daumas-Duport C., Merlet P., Dulac O., Chiron C. FDG-PET improves surgical outcome in negative MRI Taylor-type focal cortical dysplasias. Neurology. 2010 Dec

52. ; 75 (24): 2168-2175.

53. LoPinto-Khoury C., Sperling M. R., Skidmore C., Nei M., Evans J., Sharan A., Mintzer S. Surgical outcome in PETpositive, MRI-negative patients with temporal lobe epilepsy. Epilepsia. 2012 Feb; 53 (2): 342-8. PMID: 22192050. DOI: 10.1111/j.1528-1167.2011.03359.x.

54. Wintermark P., Lechpammer M., Warfield S. K., Kosaras B., Takeoka M., Poduri A., Madsen J. R., Bergin A. M., Whalen S., Jensen F. E. Perfusion imaging of focal cortical dysplasia using arterial spin labeling: correlation with histopathological vascular density. Journal of Child Neurology. 2013. Nov; 28 (11): 1474-1482. PMID: 23696629. PMCID: PMC5030104. DOI: 10.1177/0883073813488666.

55. Kumar S., Nagesh C. P., Thomas B., Radhakrishnan A., Menon R. N., Kesavadas C. Arterial spin labeling hyperperfusion in Rasmussen’s encephalitis: Is it due to focal brain inflammation or a postictal phenomenon? J Neuroradiol. 2018 Feb; 45 (1): 6-14. PMID: 28923528. DOI: 10.1016/j.neurad.2017.08.002.

56. Wissmeyer M., Altrichter S., Pereira V. M., Viallon M., Federspiel A., Seeck M., Schaller K., Lövblad K. O. Arterial spinlabeling MRI perfusion in tuberous sclerosis: correlation with PET. Journal of neuroradiology. 2010. May; 37 (2): 127-130. PMID: 19577299. DOI: 10.1016/j.neurad.2009.05.005.

57. Kim B. S., Lee S. T., Yun T. J., Lee S. K., Paeng JC., Jun J., Kang K. M., Choi S. H., Kim J. H., Sohn C. H. Capability of arterial spin labeling MR imaging in localizing seizure focus in clinical seizure activity. Eur J Radiol. 2016 Jul; 85 (7): 1295-303. PMID: 27235877. DOI: 10.1016/j.ejrad.2016.04.015.

58. Shimogawa T., Morioka T., Sayama T., Haga S., Kanazawa Y., Murao K., Arakawa S., Sakata A., Iihara K. The initial use of arterial spin labeling perfusion and diffusion-weighted magnetic resonance images in the diagnosis of nonconvulsive partial status epileptics. Epilepsy Res. 2017 Jan; 129: 162-173. PMID: 28092848. Doi: 10.1016/j.eplepsyres.2016.12.008.

59. Sone D., Watanabe M., Ota M., Kimura Y., Sugiyama A., Maekawa T., Okura M., Enokizono M., Imabayashi E., Sato N., Matsuda H. Thalamic hypoperfusion and disrupted cerebral blood flow networks in idiopathic generalized epilepsy: Arterial spin labeling and graph theoretical analysis. Epilepsy Res. 2017 Jan; 129: 95-100. PMID: 28043066. Doi: 10.1016/j.eplepsyres.2016.12.009.