磁共振成像在神經(jīng)系統(tǒng)衰老相關疾病研究中的價值

王笑男，李春媚，陳敏*

1.北京醫(yī)院放射科 國家老年醫(yī)學中心 中國醫(yī)學科學院老年醫(yī)學研究院，北京 100730；2.中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院研究生院，北京 100730；*通信作者 陳敏 cjr.chenmin@vip.163.com

中國是世界上老年人口最多的國家，第七次全國人口普查顯示：2020年我國60歲以上人群占總人口的18.7%，65歲人群占13.5%，對比第六次全國人口普查，65歲以上人口上升約5個百分點，因此我國已經(jīng)進入快速老齡化階段[1-2]。老年人群普遍存在認知及執(zhí)行功能減退、自理能力受損和出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)退行相關疾病等問題，給家庭、社會、經(jīng)濟帶來巨大負擔，對政治和文化產(chǎn)生重要影響。通過影像學方法對衰老相關疾病進行早期診斷及干預，從而降低老年疾病的患病率，提高患者的生存質量，具有重要意義和現(xiàn)實緊迫性。MRI可以從形態(tài)、功能、代謝、定量等多方面提供組織信息，具有多模態(tài)成像、無電離輻射、圖像資料保存時間長、分析可重復性強等優(yōu)勢，對衰老相關疾病研究具有越來越重要的作用。

1 MRI在衰老相關疾病中的研究價值

MRI是最常用的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病影像學檢查方法。認知功能減退、執(zhí)行功能下降是腦老化的重要標志[3]，腦血管疾病的發(fā)生與衰老密切相關。近年來涌現(xiàn)的多種MR新技術，能提供腦灰白質微結構、鐵沉積、腦代謝、腦血流量、血管形態(tài)等方面的信息，為探索衰老相關疾病的病理生理機制提供有力支持。

1.1 結構磁共振 結構磁共振可以評估各腦區(qū)皮層和皮層下體積改變。隨著年齡增長，大腦的結構和功能會發(fā)生顯著變化，40歲以后每增加10年，大腦體積將減少5%，而這種質量損失的速度往往在70歲以后不斷上升[4]。T1WI可以顯示解剖細節(jié)，提供良好的灰質和白質的對比，行體素分析可以細致測量全腦灰質、白質和腦脊液體積隨年齡變化的時間、空間模式，我國人群全腦灰質體積隨年齡呈線性下降，全腦白質體積隨年齡呈二次方相關改變模式，腦脊液含量隨年齡呈線性下降[5]。與年齡相關的神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默病、帕金森病等，病變嚴重程度與腦容量下降有關，還與神經(jīng)網(wǎng)絡紊亂導致處理和整合信息缺失相關。單純基于結構磁共振并不能準確診斷急性腦血管疾病，但可用于潛在結構損傷預測及慢性期功能恢復程度評估[6]。

1.2 擴散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）DTI能夠檢測活體組織內(nèi)水分子的隨機運動，無創(chuàng)評估腦白質纖維的完整性。腦內(nèi)部分結構的各向異性分數(shù)在50歲之后會隨年齡增長而出現(xiàn)破壞[7]，年齡相關的纖維束各向異性分數(shù)減低主要發(fā)生在大腦額葉纖維，而枕部、顳部纖維的各向異性分數(shù)值則相對保留[8]，表明DTI可以定量測量腦內(nèi)不同節(jié)段組織老化。DTI能夠評估腦血管病患者皮質纖維束損害程度，預測預后功能，在臨床上應用廣泛[9]。近年來涌現(xiàn)出的擴散峰度成像、軸突定向擴散及密度成像和平均表觀擴散加權成像是DTI在臨床上的擴展，可以進一步從組織成分、纖維束方向等方面體現(xiàn)神經(jīng)纖維結構的復雜程度，在一定程度上彌補了DTI的不足[10-12]。

1.3 動脈自旋標記（arterial spin labeling，ASL） ASL是一種無需外源性對比劑，利用自身血液中磁標記的動脈血中水質子為內(nèi)源性示蹤劑的磁共振灌注成像技術[13]。各腦區(qū)血流量雖然不一致但彼此協(xié)調，大腦強大的補償機制維持著這種穩(wěn)態(tài)，但隨著年齡增長，血管損傷和淀粉樣蛋白沉積，腦血流灌注的平衡逐漸受到影響甚至破壞[14]。神經(jīng)退行性疾病患者會出現(xiàn)多個腦區(qū)或核團腦血流量異常，多與疾病代謝模式有關，且多為對稱分布[15-17]。ASL也可用于腦血管病溶栓治療后療效評估[18]、老年慢性病大腦損害[19]等。然而，ASL在臨床研究中尚存在一些局限性，如組織交界區(qū)灌注率低、不同標記后延遲時間結果變化、信噪比低等。

1.4 定量磁敏感圖（quantitative susceptibility mapping，QSM） QSM是在磁敏感加權成像的基礎上發(fā)展而來、可以定量測量鐵質沉積的新技術，可以定量評估腦內(nèi)局部結構的磁化率值，從而揭示腦內(nèi)局部結構間腦鐵聚集程度[20]。應用QSM技術發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)局部結構間的磁化率值不同，即腦內(nèi)局部結構間腦鐵聚集程度不同，部分結構內(nèi)腦鐵聚集與年齡具有潛在的相關性[21]。阿爾茨海默病患者多個腦區(qū)鐵沉積增加且與臨床癥狀相關，表明QSM可以用于神經(jīng)退行性疾病的病情監(jiān)測與預后評估，且阿爾茨海默病患者腦皮層深部低信號帶與組織切片中淀粉樣斑塊的分布一致[22]。QSM在帕金森病方面研究較多，可用于研究深部灰質，尤其是黑質的鐵含量，以及白質異常改變[23-24]。由于QSM受腦靜脈、蛋白質等信號影響，很少用于腦血管病評估，且單純基于QSM對衰老下相關疾病嚴重程度的評估尚不準確。

1.5 功能MRI 功能MRI通過檢測不同腦區(qū)血液中脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白變化引起的T2改變，實現(xiàn)對神經(jīng)元功能的探索，是近年腦功能研究的熱點。老年人腦老化存在較大的個體差異，存在腦損傷的老年人神經(jīng)網(wǎng)絡不同，任務難度增加時神經(jīng)活動才會增加，這不僅與神經(jīng)儲備有關，也與神經(jīng)補償有關[25]。阿爾茨海默病及帕金森病患者在出現(xiàn)可視性異常結構前，即出現(xiàn)局部腦功能學的異常改變[26]。腦血管病患者出現(xiàn)多種功能障礙，功能MRI可用于分析局部腦區(qū)活動，反映神經(jīng)元活動強度[27]。但由于功能MRI圖像采集時間長、后處理復雜等，限制了其在臨床上的廣泛應用。

1.6 高分辨率管壁成像 高分辨率管壁成像可以無創(chuàng)性評價動脈斑塊，在腦卒中等衰老相關的血管源性腦損傷評估中應用廣泛。腦卒中患者基于高分辨率管壁成像測量基底動脈支架后血管陰性重構，認為與穿支動脈事件發(fā)生有關，并可評價與預后的關系[28]?；诟叻直媛使鼙诔上襁€可以對比腦卒中和短暫性腦缺血的斑塊特征與低灌注體積[29]，對于評價顱內(nèi)低灌注有重要意義。

此外，部分MRI新技術也開始應用于神經(jīng)系統(tǒng)衰老相關疾病研究，如酰胺質子轉移成像[30]、磁共振波譜[31-32]、體素內(nèi)不相干運動成像[33]等。

2 衰老相關疾病成像方法及挑戰(zhàn)

MRI多種成像序列在老年大腦成像方面均具有獨特的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。MRI可以獲得大腦結構、功能、代謝等多模態(tài)數(shù)據(jù)，對于復雜多樣的疾病具有重要意義，但尚缺乏多中心、縱向研究，是今后研究的方向。

3 結論與前景

MRI從結構、功能、代謝、分子水平，為神經(jīng)系統(tǒng)衰老相關疾病提供診斷依據(jù)，近十年隨著設備和技術發(fā)展，檢查窗從疾病中晚期的綜合治療，向疾病早期的精準診斷甚至疾病前期的健康篩查邁進，為我國衰老相關疾病防、診、治提供重要依據(jù)。影像組學及人工智能方法的出現(xiàn)，為圖像采集標準化、病灶自動識別、圖像分辨率提高及高通量圖像分析提供更多可能。我國于“十三五”期間啟動的中國腦計劃和2023“腦科學與類腦研究”重大項目，以腦影像技術及大數(shù)據(jù)分析作為基礎，圍繞腦認知原理解析、認知障礙發(fā)病機制與干預技術等開展研究，對推動我國腦科學事業(yè)發(fā)展意義深遠。