Magnetic Resonance Imaging and 31 P Spectroscopy of an Interictal Cortical Spike Focus in the Rat

Summary: : Magnetic resonance imaging (MRI) has proven to be an effective noninvasive technique for identifying lesions in patients with temporal lobe epilepsy. It has also been suggested that MRI may be sensitive to transient functional or metabolic changes in brain tissue. Increased brain electrical activity as monitored by electroencephalography causes changes in cerebral metabolism that may be responsible for focal or regional alterations in signal in the MRI of some patients. To test this hypotheses, experimental interictal cortical foci were produced in rats by topical application of penicillin to one hemisphere of the brain. In vivo MRI and phosphorous‐31 ( 31 P) spectroscopy of the focal and contralateral hemifield were performed in a 30‐cm bore 1.89‐T Bruker MSL system. 31 P spectroscopy revealed no quantifiable differences in pH or in phosphocreatinine and ATP levels between the focal area and the contralateral hemisphere or between experimental and saline‐treated control animals. There were also no differences in proton MRI. Similar areas of prolonged T2 were found near the cortex and in the deeper parenchyma in 55% of the experimental animals and 50% of the controls. These results suggest that the electrical activity from an interictal cortical spike focus is not severe enough to perturb cerebral metabolism sufficiently to be detectable by 3, P spectroscopy or proton imaging techniques. RÉSUMÉ Ľimagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique non invasive, efficace pour I'identification des lésions chez les patients présentant une épilepsie du lobe temporal. II a également été suggéré que ľIRM peut éCre sensible a des modifications transitoires fonctionnelles ou métaboliques du tissu cerebral, Une augmentation de ľactivitéélectrique cérébrale, qui peut être mise en évidence par ľEEG, entraîne des modifications du métabolisme cérébral qui peuvent être responsables ďaltérations focales ou régionales du signal IRM chez certains patients. Afin de tester cette hypothése, les auteurs ont produit des foyers corticaux inter‐critiques expérimentaux chez des rats par application topique de pénicilline sur un hémisphére. ĽIRM et la spectroscopic au phosphore 3IP in vivo du foyer et de I'hémichamp contralatéral ont été réalisees dans un systéme Bruker MSL 30 cm bore 1.89 tesla. La spectroscopie au 31P n'a pas révéle de différences quantifiables du pH, de la phosphocréatine ou de ľATP entre le foyer et ľhémisphère contralateral, ou entre les animaux expérimentaux et des contrôles traites par soluteé physiologique. II n'y a pas eu de différence non plus dans ľIRM protonique. Des aires semblables avec T2 allongé ont été constatees pres du cortex et au niveau du parenchyme plus pro‐fond chez 55% des animaux expérimentaux et 50% des contrôles. Ces résultats suggèrent que ľactivitéélectrique produite par un foyer de pointes corticales intercritiques n'est pas assez sévère pour perturber le métabolisme cérébral de telle maniére que cette perturbation puisse être détectée par la spectroscopie au phosphore 31 ou par les techniques ďimagerie protonique. RESUMEN La resonancia magnética (RM) ha demostrado ser una técnica no invasiva eficaz para investigar lesiones en pacientes con epilepsyía de lóbulo temporal. También se ha propuesto que la RM puede ser sensible a alteraciones transitorias funcionales y metabólicas de téjido cerebral. La actividad elétrica cerebral incre‐mentada y monotorizada por EEG, causa cambios del metabo‐lismo cerebral que pueden ser responsables de alteraciones focales o regionales en la serial de la RM en algunos pacientes. Para comprobar esta hipótesis se crearon, de modo experimental, focos corticales interictales en ratas mediante la aplicación tópica de penicilina en uno de los hemisferios. Se realizaron estudios de RM “in vivo” y espectroscopia con fósforo‐31 del hemicampo contralateral y focal mediante un sistema de 30 cm de orificio cilindrico, 1.89 tesla, Bruker MSL. La espectroscopia con P‐31 no revelo diferencias cuantificables en el pH o en los niveles de fosfocreatinina o ATP entre el área focal y el hemisferio contralateral o entre los animales experimentales y los control, tratados con salino. Tampoco se observan diferencias en los estudios protonicos de RM. Areas semejantes de prolongación del T2 se encontraron cerca de la corteza y en el parénquima màs profundo en el 55% de los animales experimentales y en el 50% de los controles. Estos resultados sugieren que la actividad eléctrica de un foco cortical interictal de puntas no es lo suficientemente severa como para perturbar el metabolismo cerebral que se de‐tecta claramente con espectoscopia P‐31 y técnicas de imagen protónica. ZUSAMMENFASSUNG Die Magnetresonanztomographie (MRI) hat sich als eine ef‐fektive nicht invasive Technik zur Identifikation von Läsionen bei Patienten mit einer Temporallappenepilepsie erwiesen. Es wird auch vermutet, daß die MRI sensitiv gegenüber vorüber‐gehenden funktionellen oder metabolischen Veränderungen im Hirngewebe ist. Eine erhöhte elektrische Hirnaktivität, wie im EEG zu sehen, verursacht Veränderungen im zerebralen Metab‐olismus, die fur fokale oder regionale Veränderungen im MRI Signal einiger Patienten verantwortlich sein können. Um diese Hypothese zu testen, wurden bei Ratten interiktale kortikale Foci durch topische Applikation von Penicillin auf eine Hirn‐hemisphäre erzeugt. In vivo MRI und Phosphor‐31 p ‐Spek‐troskopie des fokalen und kontralateralen Gebietes wurden mit einem 31 cm weiten 1.89 Tesla Bruker MSL System durchge‐fiihrt. Die 31 p ‐Spektroskopie zeigte keine quantifizierbaren Un‐terschiede bei pH, Phosphokreatinin und ATP zwischen dem Fokus und der kontralateralen Hemisphäre oder zwischen ex‐perimentellen und kochsalzbehandeltem Kontrolltieren. Es gab auch keine Unterschiede im Protonen‐Bild. Ähnliche Gebiete mit verlängertem T2 wurden kortexnah sowie im tieferen Paren‐chym bei 55% der experimentellen Tiere und 50% der Kontroll‐tiere gefunden. Die Ergebnisse legen nahe, daß die elektrische Hirnaktivität von einem interiktalen kortikalen Spike‐Fokus den zerebralen Metabolismus nicht stark genug stört, um durch 31 p ‐Spektroskopie oder protonengewichtete Bilder entdeckt zu wer‐den.