高分辨磁共振神經(jīng)病學(xué)應(yīng)用進(jìn)展

許玉園，徐蔚海

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的出現(xiàn)僅有短短30余年，卻成為臨床評(píng)估和研究腦和脊髓的重要影像技術(shù)。

結(jié)構(gòu)MRI的發(fā)展得益于高場強(qiáng)磁共振成像提高了分辨率和對(duì)比度。例如，1.5T提高至3T使分辨率提高，灰白質(zhì)分界更清晰，也使皮質(zhì)體積的定量分析成為可能，是疾病評(píng)估的重要縱向監(jiān)測(cè)指標(biāo)。7T到9.4T的磁場，基于血液、鐵離子、髓鞘的磁敏感性不同，磁敏感加權(quán)技術(shù)使得微小結(jié)構(gòu)可視化。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，白質(zhì)纖維、血管結(jié)構(gòu)、皮層灰質(zhì)基底結(jié)構(gòu)都可以數(shù)百微米的分辨率顯示出來[1-2]。

應(yīng)用高分辨磁共振（high-resolution magnetic resonance imaging，HRMRI）的主要目的是探索神經(jīng)影像的邊界范圍，即獲得最高空間分辨率的結(jié)構(gòu)和功能信息，以期科研和臨床的新發(fā)現(xiàn)。目前在癲癇、多發(fā)性硬化、變性病等研究領(lǐng)域已有應(yīng)用[3]。

在腦血管病方面，HRMRI血管壁成像可用于診斷和鑒別顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化、夾層、煙霧病、血管炎、可逆性腦血管收縮綜合征等。未來，HRMRI血管壁成像的應(yīng)用將會(huì)提升診斷評(píng)估水平以及對(duì)疾病病理生理的認(rèn)識(shí)。

1 HRMRI血管壁成像技術(shù)

成功的血管壁成像，其分辨率需能夠顯示目標(biāo)血管壁，其對(duì)比度需能夠區(qū)分血管壁成分，以及垂直于血管長軸的橫斷面成像。HRMRI血管壁成像通常由快速自旋回波或黑血技術(shù)的T1加權(quán)像（T1weighted imaging，T1WI）、T2加權(quán)像（T2weighted imaging，T2WI）、質(zhì)子密度像（proton density weighed imaging，PdWI）、增強(qiáng)對(duì)比T1WI等序列構(gòu)成[4]。雙翻轉(zhuǎn)恢復(fù)和運(yùn)動(dòng)致敏驅(qū)動(dòng)平衡是典型的黑血技術(shù)[4]。黑血技術(shù)應(yīng)用預(yù)飽和脈沖抑制管腔內(nèi)血流信號(hào)，通過雙翻轉(zhuǎn)恢復(fù)自旋回波（double inversion recovery spin echo，DIR SE）獲得T1加權(quán)像，雙回波自旋回波獲得T2加權(quán)像和質(zhì)子密度加權(quán)像。單層連續(xù)采集雖然對(duì)血液信號(hào)抑制效果好，但存在空間分辨率有限、掃面時(shí)間長、部分容積效應(yīng)等缺點(diǎn)，故而雙翻轉(zhuǎn)恢復(fù)通常與2D自旋回波或快速自旋回波序列結(jié)合使用可以抑制血流信號(hào)，使血管管腔內(nèi)血液信號(hào)與管壁信號(hào)之間形成較好的對(duì)比[5-6]。目前運(yùn)動(dòng)致敏驅(qū)動(dòng)平衡前置脈沖技術(shù)被應(yīng)用于3D HRMRI。射頻脈沖及90°和180°翻轉(zhuǎn)角被用于快速回波序列前的預(yù)備脈沖，并且比雙翻轉(zhuǎn)恢復(fù)具有更短的預(yù)備時(shí)間和更大的覆蓋范圍，但預(yù)備時(shí)間、不均勻磁場的易化、血流和腦脊液信號(hào)的不完全抑制會(huì)導(dǎo)致信號(hào)丟失[4-5，7]。除動(dòng)脈粥樣硬化外，血管壁成像可被應(yīng)用于評(píng)估多種血管病變。評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈疾病時(shí)，HRMRI是直接評(píng)估血管壁的重要手段之一。HRMRI的顱內(nèi)血管壁成像已達(dá)到＜1 mm的分辨率（0.2～0.9 mm）、2D或3D重建垂直于血管走行的橫斷面成像、抑制動(dòng)脈血液和腦脊液的黑血技術(shù)[4，8]。

T1WI、T2WI和PdWI在頸動(dòng)脈和顱內(nèi)動(dòng)脈管壁成像研究中都是最常用的序列。不同序列各具優(yōu)勢(shì)，T1WI和T2WI在識(shí)別斑塊內(nèi)異質(zhì)成分方面更優(yōu)越，而PdWI使管壁和管腔形成很高的對(duì)比，更適合進(jìn)行量化分析。頸動(dòng)脈和冠脈粥樣硬化的研究表明，多對(duì)比加權(quán)可更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)斑塊成分[9]。

為達(dá)到更高的分辨率，磁共振場強(qiáng)至少為3T，最近應(yīng)用7T磁共振的研究也取得了突破性的成果[4]。以往絕大多數(shù)研究均使用2D黑血成像技術(shù)，而在目前的研究中，3D血管壁成像技術(shù)開始嶄露頭角。3D成像技術(shù)可達(dá)到更高的空間分辨率、進(jìn)行各向同性掃描、掃描覆蓋更大范圍，對(duì)于管徑小、走行曲折的顱內(nèi)動(dòng)脈，具有很大的優(yōu)越性。3D可變?cè)倬劢狗D(zhuǎn)角度序列（3D variable refocusing flip angle sequences）是目前被廣泛應(yīng)用和研究的3D技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)3D和2D成像技術(shù)，它能夠提供較高的圖像質(zhì)量、較大的掃描范圍、較短的掃描時(shí)間和良好的血流抑制[10]。不同公司對(duì)該技術(shù)的命名不同，其中西門子在其商用MRI系統(tǒng)中將其命名為SPACE，飛利浦則稱其為VISTA，GE公司將其命名為CUBE。

2 HRMRI在顱內(nèi)動(dòng)脈疾病中的應(yīng)用

2.1 HRMRI評(píng)估斑塊成分 傳統(tǒng)的血管成像技術(shù)如磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）、頭顱計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影術(shù)（computed tomography angiography，CTA），能夠提供顱內(nèi)血管的管腔狀態(tài)的詳細(xì)信息，但不能識(shí)別斑塊結(jié)構(gòu)及成分[10-11]。

自2001年Yuan等[9]對(duì)頸動(dòng)脈斑塊的高分辨磁共振研究中，對(duì)頸動(dòng)脈內(nèi)膜剝脫術(shù)患者的斑塊進(jìn)行術(shù)前影像與術(shù)后病理的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)多對(duì)比加權(quán)能夠更好地識(shí)別斑塊成分，HRMRI的信號(hào)特征與組織病理學(xué)具有良好的一致性[12-13]，HRMRI對(duì)頸動(dòng)脈斑塊成分的識(shí)別具有較高的敏感性和特異性[14]。以肌肉信號(hào)作為參照，頸動(dòng)脈斑塊脂質(zhì)核心在T1WI上為等信號(hào)或高信號(hào)，在T2WI上為低至高信號(hào)；各序列上纖維帽為等至低信號(hào)；斑塊內(nèi)出血在T1WI上為高信號(hào)，在T2WI上可表現(xiàn)為多種信號(hào)強(qiáng)度；鈣化在各序列上均表現(xiàn)為低信號(hào)，邊界清晰（表1）[11]。

表1 組織學(xué)驗(yàn)證的多序列頸動(dòng)脈高分辨磁共振成像

Klein等[15]首先將高分辨磁共振技術(shù)應(yīng)用于1.5T磁共振的顱內(nèi)動(dòng)脈顯像中。2005年Klein等[15]對(duì)24例腦橋梗死患者進(jìn)行基底動(dòng)脈（basilar artery，BA）掃描，觀察斑塊的分布，探討可能的梗死機(jī)制。2006年Klein等[16]對(duì)6例患者的大腦中動(dòng)脈（middle cerebral artery，MCA）的高分辨磁共振結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈粥樣硬化處管壁增厚，可伴強(qiáng)化。關(guān)于MCA的尸檢研究表明，顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊與頸動(dòng)脈斑塊成分相同[17]。因此對(duì)于顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊特征的研究可為識(shí)別易損斑塊或穩(wěn)定斑塊提供線索。顱內(nèi)動(dòng)脈管徑小、位置深，因此需要更高的空間分辨率，對(duì)成像技術(shù)要求更高。通常假定，MCA斑塊信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)于灰質(zhì)或翼狀肌，頸動(dòng)脈斑塊信號(hào)強(qiáng)度相當(dāng)于胸鎖乳突肌，二者是相匹配的[18]。另外，目前病理研究表明，HRMRI顯示的粥樣硬化斑塊成分，包括脂質(zhì)、炎癥、血栓、斑塊內(nèi)出血等，與病理切片具有一致性[19-22]，是體外觀察斑塊的可靠方法[23]。但由于病理取材相對(duì)困難，顱內(nèi)斑塊的組織學(xué)驗(yàn)證仍然受限。多對(duì)比加權(quán)序列的對(duì)比度是否足以分辨各種斑塊成分，仍有待進(jìn)一步大樣本研究。

在HRMRI的T2WI序列上，對(duì)管壁異常和管壁增厚的判斷有良好的觀察者內(nèi)和觀察者間一致性[24]?？偟膩碚f，對(duì)于管壁結(jié)構(gòu)的分析可采用以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）正常管壁：管壁菲薄，甚至不可見。（2）管壁環(huán)形增厚：管壁厚度＞1 mm，呈環(huán)形增厚。（3）斑塊：局限性的偏心管壁增厚，最厚處超過管壁最薄處1.5倍以上。①斑塊纖維帽：T2WI上斑塊內(nèi)表面（近管腔處）高信號(hào)帶；②脂質(zhì)核心：T2WI上纖維帽下低信號(hào)；③出血：T1WI上斑塊內(nèi)的高信號(hào)（與周圍腦組織比較）[25]。

2.2 HRMRI對(duì)斑塊負(fù)荷的定量評(píng)估 HRMRI對(duì)斑塊負(fù)荷的定量評(píng)估通常使用T2WI序列。常見的測(cè)量為管腔面積、管壁面積、管壁厚度等。在T2WI序列上識(shí)別的斑塊為偏心性管壁增厚，管壁最薄處小于最厚處的50%[26]。用途為計(jì)算MCA狹窄程度和重塑率。狹窄百分比（%）=（1-管腔面積/參考管腔面積）×100%[11]。重塑率的定義為最大狹窄處與參考點(diǎn)的管壁面積之比；擴(kuò)張性重塑（負(fù)性重塑）指重塑率大于1.05，縮窄性重塑（正性重塑）指重塑率小于0.95[27]。參考管腔面積通常選擇非閉塞的管腔，通常選擇近段[26-28]。該計(jì)算方法存在局限，因?yàn)閰⒖疾课蝗Q于MCA的彎曲程度和層面的選擇，如掃描的MCA部位、影像參數(shù)、層面空間、層面厚度。確定正常管腔以測(cè)量特定狹窄度的一個(gè)可能方法為測(cè)量對(duì)側(cè)MCA相應(yīng)部位，但該方法同樣存在一定人為因素干擾，并且只適用于單側(cè)MCA病變[11]。研究表明，應(yīng)用HRMRI進(jìn)行管腔及管壁面積的測(cè)量，包括MCA和BA，都具有良好的觀察者內(nèi)和觀察者間一致性[24，26，29-32]。管壁面積反映了斑塊負(fù)荷，較大的斑塊負(fù)荷通常見于動(dòng)脈粥樣硬化的晚期，不僅造成管腔狹窄影響血流動(dòng)力學(xué)，而且還可能在粥樣斑塊的基礎(chǔ)上發(fā)生繼發(fā)病變，如斑塊內(nèi)出血、斑塊破裂等，從而增加缺血事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。目前所有對(duì)于MCA斑塊的定量評(píng)估均取決于層厚，此外還受局部容積效應(yīng)的影響。

2.3 病理生理

2.3.1 斑塊成分 冠脈和頸動(dòng)脈的研究表明，易損斑塊常表現(xiàn)為破裂的纖維帽、壞死脂質(zhì)核心、鈣化、血栓、斑塊內(nèi)出血、斑塊內(nèi)新生血管、斑塊周圍炎癥等[33]。

HRMRI對(duì)于MCA斑塊成分的探究能夠識(shí)別穩(wěn)定斑塊或易損斑塊，顱內(nèi)斑塊的纖維帽在T2WI上可以表現(xiàn)為靠近管腔的高信號(hào)帶[26，30]，但是成像效果在很多患者中不甚理想。

T1WI平掃上高信號(hào)血管病可在MCA急性出血或夾層中出現(xiàn)[21-22]。2012年Xu等[34]對(duì)107例MCA重度狹窄患者高分辨磁共振研究認(rèn)為，斑塊內(nèi)T1加權(quán)抑脂序列高信號(hào)（high signal on T1-weighted fat-suppressed images，HST1）提示新發(fā)斑塊內(nèi)出血，其出現(xiàn)與同側(cè)的卒中相關(guān)（P=0.01）。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，癥狀性MCA狹窄中斑塊內(nèi)出血的發(fā)生率不高（10.1%）。尸檢病理研究的結(jié)果也支持該結(jié)論[17]。另一個(gè)研究對(duì)73例MCA狹窄的患者高分辨磁共振結(jié)果總結(jié)發(fā)現(xiàn)，27%癥狀性MCA狹窄的患者存在斑塊內(nèi)出血，無癥狀MCA狹窄的患者未見斑塊內(nèi)出血，該研究還表明，HRMRI對(duì)MCA斑塊成分的顯示具有良好的觀察者內(nèi)和觀察者間一致性[30]。

增強(qiáng)HRMRI可以更好地檢測(cè)斑塊形態(tài)和反映斑塊功能[11]。斑塊強(qiáng)化可能是斑塊不穩(wěn)定的標(biāo)志，可用于識(shí)別癥狀性斑塊的風(fēng)險(xiǎn)?；陬i動(dòng)脈的研究發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)掃描時(shí)斑塊強(qiáng)化與斑塊內(nèi)致密的新生血管及巨噬細(xì)胞浸潤密切相關(guān)，斑塊內(nèi)（特別是纖維帽內(nèi)）新生血管生成會(huì)增加斑塊不穩(wěn)定性[9]。2006年，Klein等[16]對(duì)6例有癥狀的大腦中動(dòng)脈狹窄患者進(jìn)行增強(qiáng)HRMRI檢查，發(fā)現(xiàn)全部病例MCA狹窄段斑塊均被強(qiáng)化，而非狹窄段無強(qiáng)化?；讋?dòng)脈的HRMRI研究也表明，增加檢查有助于對(duì)斑塊的危險(xiǎn)評(píng)估和分層[32]。

2.3.2 斑塊分布 顯微解剖研究表明，MCA的大多數(shù)穿支發(fā)起自MCA管壁的上背側(cè)。因此，MCA的斑塊分布可能引起不同形式的梗死。Xu等[35]通過分析86例MCA狹窄患者的T2WI序列管壁橫斷面影像結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MCA斑塊更常見于管壁的腹側(cè)和下側(cè)，即穿支血管開口的對(duì)側(cè)。該研究結(jié)果表明，MCA斑塊分布與冠狀動(dòng)脈斑塊分布遵循同樣的規(guī)律[36]，并為卒中發(fā)生和卒中亞型提供支持證據(jù)[35]。另外還發(fā)現(xiàn)MCA上壁斑塊與深部梗死相關(guān)[37]。對(duì)于基底動(dòng)脈，斑塊更常見于管壁背側(cè)[38]，HRMRI多用于研究和鑒別腦干梗死的病因和發(fā)病機(jī)制，即鑒別載體動(dòng)脈斑塊堵塞穿支和穿支動(dòng)脈病變[39-40]。另外，穿支動(dòng)脈開口附近的斑塊，在血管內(nèi)治療的過程中，有可能出現(xiàn)“雪犁現(xiàn)象”，即由于支架的機(jī)械作用導(dǎo)致斑塊堵塞穿支動(dòng)脈開口。因此，HRMRI對(duì)斑塊分布的研究，有可能為血管內(nèi)治療提供有效的指導(dǎo)和評(píng)估[41]。

2.3.3 重塑動(dòng)脈粥樣硬化損傷和狹窄程度并不吻合 HRMRI血管壁成像證實(shí)了冠狀動(dòng)脈上的發(fā)現(xiàn)，即當(dāng)管壁顯著增厚時(shí)，管壁會(huì)發(fā)生重塑以維持原本的管腔大小。擴(kuò)張性重塑是易損斑塊的特征，易出現(xiàn)斑塊破裂和急性冠脈綜合征，相似的缺血性病理過程也可在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化疾病中[42]。2006年，Klein等[16]在研究基底動(dòng)脈時(shí)就發(fā)現(xiàn)部分患者的MRA圖像顯示為正常管腔，而HRMRI卻可見動(dòng)脈粥樣硬化性斑塊，提出顱內(nèi)動(dòng)脈可能存在與冠狀動(dòng)脈同樣的動(dòng)脈重構(gòu)現(xiàn)象，隨后的研究進(jìn)一步證明了這種現(xiàn)象的存在[22，29]。Xu等[26]提出，與無癥狀MCA狹窄相比，癥狀性MCA狹窄有更高的正性重構(gòu)（positive remodeling，PR）率，區(qū)分癥狀性和非癥狀狹窄的因素并非狹窄程度，癥狀性狹窄患者的管腔面積更大（P＜0.001）。

2.4 疾病HRMRI由于其高分辨率、高信噪比，也同時(shí)被應(yīng)用于其他腦血管疾病的診斷和研究 血管壁成像可用于鑒別在數(shù)字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、MRA等表現(xiàn)類似的血管病，包括血管炎、可逆性腦血管收縮綜合征、顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化、血管痙攣、感染、放射性血管損傷等[43]。

血管腔成像如CTA或DSA可用于評(píng)估內(nèi)膜夾層，但對(duì)依然保留管腔的外膜夾層不敏感。動(dòng)脈夾層常表現(xiàn)為“火焰征”。在HRMRI橫斷面上，可清晰觀察到夾層隔膜將動(dòng)脈分隔為真假兩腔，假腔內(nèi)存在血栓信號(hào)[44-45]。

動(dòng)脈炎的診斷需結(jié)合影像、腦脊液檢查和病理。血管成像有時(shí)可見多節(jié)段的管腔狹窄，但不具有特異性。HRMRI血管壁成像可直接顯示管壁的炎癥和水腫，可見強(qiáng)化，血管壁的強(qiáng)化多表現(xiàn)為向心性狹窄管腔的環(huán)形強(qiáng)化，部分患者可見周圍組織強(qiáng)化[46-47]?？赡嫘阅X血管收縮綜合征（reversible cerebral vasoconstriction syndrome，RCVS）和動(dòng)脈炎均可表現(xiàn)為管腔縮小、管壁增厚，但增強(qiáng)后動(dòng)脈炎有明顯的管壁強(qiáng)化，而可逆性腦血管收縮綜合征卻未見增強(qiáng)或僅見輕微強(qiáng)化[46-47]（表2）。

巨細(xì)胞動(dòng)脈炎的患者，可表現(xiàn)為淺表顱外段和硬膜內(nèi)段頸內(nèi)動(dòng)脈的強(qiáng)化[48]。HRMRI還可應(yīng)用于對(duì)治療效果的評(píng)估。如帶狀皰疹病毒感染造成的血管炎，急性期可見頸內(nèi)動(dòng)脈（internal carotid artery，ICA）末段及MCA的管腔狹窄、管壁增厚、管壁強(qiáng)化，經(jīng)治療后，僅表現(xiàn)為管腔狹窄，管壁增厚和強(qiáng)化消失[49]。

表2 顱內(nèi)血管疾病的HRMRI表現(xiàn)

3 展望

盡管HRMRI對(duì)評(píng)估和鑒別顱內(nèi)血管疾病有良好的發(fā)展前景，但未來仍需要更多的研究。目前高分辨磁共振應(yīng)用的局限性為：首先，受限于取材困難、尸檢數(shù)量，目前HRMRI血管成像的病理學(xué)確證研究仍然很少。未來需要前瞻性的縱向研究，探索血管壁損傷的影像表現(xiàn)和特定疾病的關(guān)聯(lián)，能夠揭示影像及臨床風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性。其次，由于顱內(nèi)血管管徑小、走行曲折，影像評(píng)估需要高分辨率和高信噪比，使得HRMRI掃描成為一個(gè)耗時(shí)的過程，因而使患者周轉(zhuǎn)量、運(yùn)動(dòng)偽影和患者不適感導(dǎo)致的成像質(zhì)量差成為影響HRMRI廣泛應(yīng)用的限制因素。隨著后續(xù)軟件和硬件系統(tǒng)的升級(jí)，應(yīng)該可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成掃描，提高臨床可行性。另外，對(duì)設(shè)備和技術(shù)的要求，使更高場強(qiáng)的MRI系統(tǒng)的臨床應(yīng)用和研究局限在少數(shù)醫(yī)療中心，MCA的層面選擇以獲得矢狀位成像要求很好訓(xùn)練的技術(shù)人員和神經(jīng)影像人員的積極投入[10-11]。

目前，在各醫(yī)院和大學(xué)的重點(diǎn)神經(jīng)影像中心，使用3T場強(qiáng)的磁共振越來越多，并且在某些研究中心，更高場強(qiáng)的磁共振系統(tǒng)正在投入使用。隨診影像技術(shù)日趨進(jìn)步，HRMRI成為管腔成像技術(shù)的補(bǔ)充，成為鑒別和評(píng)估顱內(nèi)血管病變的常規(guī)檢查。這有可能為一部分“不明原因”的腦梗死找到病因。后處理技術(shù)的發(fā)展能夠更有效地自動(dòng)評(píng)估重塑率、斑塊成分、狹窄程度、強(qiáng)化程度。除了輔助診斷，HRMRI也可用于評(píng)估治療反應(yīng)，從而指導(dǎo)臨床。顱內(nèi)動(dòng)脈硬化性疾病的演變具有時(shí)間連續(xù)性，監(jiān)測(cè)斑塊特征、炎癥相關(guān)的改變，可用于動(dòng)態(tài)跟蹤疾病進(jìn)展和治療效果[10-11]。

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