磁共振成像在腦缺血臨床和動物實驗中的應(yīng)用①

楊翠翠，李林

磁共振成像在腦缺血臨床和動物實驗中的應(yīng)用①

楊翠翠，李林

缺血性腦血管疾病占腦血管疾病的70%～80%。磁共振成像(MRI)可無創(chuàng)、高效地顯示腦缺血病灶，在診斷超早期腦缺血和預(yù)測病灶的轉(zhuǎn)歸方面有一定指導(dǎo)意義。本文對近年來MRI一些重要參數(shù)在診斷和預(yù)測腦缺血方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

腦缺血；磁共振成像；磁共振擴(kuò)散成像；血流灌注加權(quán)成像；T1加權(quán)像；T2加權(quán)像

[本文著錄格式]楊翠翠，李林.磁共振成像在腦缺血臨床和動物實驗中的應(yīng)用[J].中國康復(fù)理論與實踐,2012,18(4):344-346.

腦卒中是一種具有高致殘、致死率的嚴(yán)重危害人類健康的常見疾病。據(jù)2002年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，腦卒中是造成人類死亡和致殘的第6大誘因，預(yù)測于2030年將成為第4大誘因[1-2]。其中，缺血性腦卒中的發(fā)病約占腦血管疾病的70%～80%[3]。

早期診斷、早期治療一直是醫(yī)學(xué)界的重點課題，更需要尋找可行性的生物學(xué)預(yù)測性參數(shù)來監(jiān)測及評估腦缺血的發(fā)生及轉(zhuǎn)歸。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是利用核磁共振原理，依據(jù)所釋放的能量在物質(zhì)內(nèi)部不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中不同的衰減，通過外加梯度磁場檢測所發(fā)射出的電磁波，即可得知構(gòu)成這一物體原子核的位置和種類，據(jù)此可以繪制成物體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖像[4]。已有很多文獻(xiàn)證明MRI在診斷超早期腦缺血，預(yù)測腦缺血的轉(zhuǎn)歸方面有一定的意義。本文綜述了MRI某些參數(shù)在診斷和預(yù)測腦缺血病灶方面的應(yīng)用情況。

1 磁共振擴(kuò)散成像

早期的臨床研究報道中，多數(shù)認(rèn)為磁共振擴(kuò)散成像(diffusion weighted imaging,DW I)不但能診斷超早期腦缺血，而且能夠在一定程度上預(yù)測腦缺血的轉(zhuǎn)歸[5]。DW I應(yīng)用于臨床可以更早發(fā)現(xiàn)腦梗死灶，爭取超急性腦梗死的治療時間，減少傷殘和死亡率，提供直觀的影像學(xué)依據(jù)，是醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展的又一重大進(jìn)步。

1.1 DW I的原理 彌散是分子在媒介中的一種隨機(jī)熱運(yùn)動(布朗運(yùn)動)，在生理功能中發(fā)揮重要作用。布朗運(yùn)動的原始動力是液體分子所具有的內(nèi)在動能，這種動能與溫度、分子的濃度梯度等有關(guān)，其量化單位為mm2/s[6]。MRI對人體水分子彌散運(yùn)動的觀察是通過在常規(guī)自旋回波成像序列基礎(chǔ)上，在180°聚焦射頻脈沖前后各加上一個位置對稱、極性相反的梯度場；在梯度場的作用下，彌散中的水分子中的橫向磁化發(fā)生相位位移；這種相位位移廣泛擴(kuò)散，相互干擾，導(dǎo)致MRI信號衰減，從而形成DW I上的信號。由于MRI本身不能區(qū)分各種原因(如熱梯度，原子間相互作用)引起的信號衰減，因此常用表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficients,ADC)值來代替彌散系數(shù)(D)。ADC值主要根據(jù)擴(kuò)散加權(quán)像上信號強(qiáng)度的變化來計算，它是影響水分子運(yùn)動的所有因素疊加而成的一個觀察值。以ADC值為圖像信號強(qiáng)度可以擬合出ADC圖像，直接反映組織水?dāng)U散的快慢。當(dāng)水分子擴(kuò)散運(yùn)動減弱時，ADC圖顯示異常低信號，DW I表現(xiàn)異常高信號。

1.2 DW I在腦缺血中的應(yīng)用 腦缺后引起的腦水腫被認(rèn)為是致殘和致死的主要因素之一。目前認(rèn)為腦缺血引起的水腫分為兩種：一種是由于缺血缺氧后導(dǎo)致的能量障礙而引起的細(xì)胞水腫；另一種是由于病灶區(qū)的血腦屏障被破壞，毛細(xì)血管通透性增加，使血漿成分和水分子外溢而發(fā)展成為血管源性水腫[7]。腦缺血初期(6 h之內(nèi))多為細(xì)胞毒性水腫，腦組織中的所有細(xì)胞成分均有腫脹，其中以膠質(zhì)細(xì)胞最明顯；水腫液主要積聚于細(xì)胞內(nèi)。隨著再灌注的時間延長，腦組織含水量逐漸增加，48～72 h達(dá)到高峰，之后處于平臺期維持1周[8]。

由于梗死發(fā)生后細(xì)胞內(nèi)水的增加被看作是DW I高信號的原因[9]，采用DW I能夠發(fā)現(xiàn)早期、特別是超急期的腦梗死，因此在臨床上DW I成為近年來腦梗死早期診斷的首選影像學(xué)檢查方法。周林江等采用GE Signa Horizon echospeed 1.5 T超導(dǎo)MR成像儀，正交頭線圈。DW I：單次激發(fā)平面回波成像(SEEPI)序列，重復(fù)時間(TR)10 000ms，回波時間(TE)102ms，在相互垂直的X、Y、Z軸3個方向上施加擴(kuò)散梯度，取2個b值(b=0 s/mm2,b=1000 s/mm2)，成像時間40 s。序列為橫斷面，層厚8mm，間隔2mm，視野(FOV)22 cm×22 cm對腦卒中樣起病且發(fā)病時間在6 h以內(nèi)，臨床高度懷疑腦梗死的21例患者進(jìn)行DW I掃描，發(fā)現(xiàn)DW I在診斷超急性期腦梗死的敏感度和特異度均為100%，診斷結(jié)果高度準(zhǔn)確[10]。

在動物實驗中應(yīng)用最廣的實驗性腦卒中模型是大鼠大腦中動脈腔內(nèi)栓塞模型(m iddle cerebral artery occlusion,MCAO)[11]，此模型可以方便地進(jìn)行生理檢測，同時大腦中動脈的栓塞和再通都可以在磁共振機(jī)中進(jìn)行，這樣可以避免動物的位置移動，從而減少實驗誤差。

缺血性腦水腫屬于包含細(xì)胞毒性水腫和血管源性水腫的混合性水腫[12]。魯宏等應(yīng)用MRI技術(shù)觀察大腦中動脈缺血模型大鼠信號強(qiáng)度的改變，采用Philips公司Achieva/Intera 3.0 TMR機(jī)，動物仰臥，DW I：TR最短，TE最短，分別選用b值為0.800 s/mm2進(jìn)行成像[13]。DW I采用回波平面成像(EPI)序列，TR 9000m s，TE 102 ms，b值為0和800 s/mm2。發(fā)現(xiàn)DW I在栓塞后15m in均顯示高信號區(qū)，高信號面積和強(qiáng)度隨時間不斷增加，在1 h內(nèi)變化明顯，1～6 h呈緩慢上升，但顯示梗死邊界不清，解剖定位不準(zhǔn)；T2FLAIR像上大部分在栓塞后2 h顯示高信號區(qū)，隨后高信號面積和強(qiáng)度隨時間不斷增加。認(rèn)為在診斷早期腦缺血時，應(yīng)首選DW I。有文獻(xiàn)報道，MCAO大鼠缺血后24 h、48 h后，進(jìn)行DW I掃描，利用ADC圖評價胞外/胞內(nèi)水分子體積比率的變化，從而判斷水分子在腦內(nèi)的分布情況。ADC值下降表明水分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，引起細(xì)胞毒性水腫[14-15]。

2 血流灌注加權(quán)成像

血流灌注加權(quán)成像(perfusion weighted imaging,PW I)根據(jù)成像原理主要分為順磁性對比劑增強(qiáng)PW I和動脈自旋標(biāo)記法(arterial spin labeling,ASL)。因ASL采集時間較長，獲得圖像的信噪比較差，且空間分辨率較低，目前尚未被廣泛應(yīng)用[16]。

PW I技術(shù)對組織毛細(xì)血管的灌注情況改變非常敏感，能夠反映腦組織的血液循環(huán)動力學(xué)方面的信息。血供正常的組織由于血流相對較快，MR信號衰減迅速，缺血組織由于血流量降低，血流緩慢使組織的MR信號不減弱或減弱不明顯，缺血區(qū)呈現(xiàn)持續(xù)的相對高信號。

臨床上，對腦梗死患者進(jìn)行PW I動態(tài)觀察，了解梗死灶的血流灌注情況，可以確定血管是否再通以及再通發(fā)生的時間，這種方法對治療方案的選擇和調(diào)整具有一定的指導(dǎo)意義。當(dāng)再灌注甚至過度灌注已經(jīng)發(fā)生時，繼續(xù)溶栓或擴(kuò)容治療將是不必要的甚至是危險的[17]。

PW I與DW I聯(lián)合分析可以用來評價超早期腦梗死患者是否存在缺血半暗帶。一般認(rèn)為缺血半暗帶存在的時間為6 h之內(nèi)，但是也有文獻(xiàn)報道缺血半暗帶存在的時間為24 h以內(nèi)，甚至可以延長至48 h[18]。當(dāng)PW I異常區(qū)大于DW I異常區(qū)時，進(jìn)行溶栓治療可以挽救部分缺血半暗帶組織[19]，進(jìn)行治療能夠減輕最終梗死范圍。

3 T1、T2加權(quán)像

加權(quán)像(weighted imaging,W I)是為了評判被檢測組織的各種參數(shù)，通過調(diào)節(jié)TR、TE，可以得到突出組織某種特征參數(shù)的圖像，此圖像稱為加權(quán)像。據(jù)MRI原理，T1、T2反映氫核周圍環(huán)境的信息。人體不同組織之間、正常組織與該組織中的病變組織之間氫核密度ρ和T1、T23個參數(shù)的差異，是MRI用于臨床診斷最主要的物理學(xué)基礎(chǔ)[20]。

常規(guī)T2加權(quán)像(T2W I)在急性缺血性腦梗死發(fā)病后4～6 h才能顯示腦組織異常表現(xiàn)，一般認(rèn)為T2W I出現(xiàn)高信號表示血腦屏障破壞，出現(xiàn)血管源性水腫。在大腦中動脈缺血大鼠模型腦缺血后的6～12 h，MRI掃描儀所獲得的T2W I的信噪比要高于DW I，可以較清晰地顯示缺血的部位和范圍[21]。常規(guī)T2W I可以在腦缺血的定位診斷、定量診斷方面提供幫助。

臨床上，T1W I、T2W I和DW I結(jié)合，可以用于判斷缺血灶、梗死灶和液化灶。腦血流量(cerebral blood flow,CBF)減少引起腦細(xì)胞功能和形態(tài)改變，MRI上表現(xiàn)為異常信號的病灶，稱為缺血灶。當(dāng)缺血的CBF下降到一定閾值時，缺血灶轉(zhuǎn)化為腦梗死，最終發(fā)展成軟化灶，并且呈萎縮性改變。缺血灶在影像學(xué)上有如下特點：T1W I呈低或者等信號，T2W I上呈高信號或稍高信號，DW I及ADC值上無明顯信號改變。易發(fā)生缺血灶的人群中發(fā)生腦梗死的風(fēng)險增加，應(yīng)用MRI成像檢測缺血灶，可很好地指導(dǎo)臨床上對腦梗死高發(fā)人群進(jìn)行預(yù)防和治療[22]。T2W I與DW I相比，更能預(yù)測腦缺血后期的損傷情況[23]。

動物實驗方面，發(fā)現(xiàn)缺血后24～48 h，T2W I即能準(zhǔn)確地顯示出梗死灶，其信號異常區(qū)與組織學(xué)上梗死區(qū)域的表現(xiàn)具有相關(guān)性。Peeling等采用Bruker MSL-X Biospec 7/21 spectrometer (Karlsruhe,Germany)，3 cm內(nèi)徑表面線圈。掃描野3.5 cm×3.5 cm，層厚1 mm,TE=20,40,60 ms,TR=1500m s進(jìn)行磁共振掃描，行為學(xué)采用臺階測試，發(fā)現(xiàn)MCAO大鼠左前肢的運(yùn)動功能損傷程度與T2W I顯示的腦梗死面積大小具有相關(guān)性[24]。

Komatsu等采用Oxford Magnet Technologies 7.0 T超導(dǎo)磁共振儀進(jìn)行T2W I掃描，冠狀位，層厚1.0 mm，間隔0.5 mm，TR=3000ms,TE=37ms,b=0。本實驗觀察間充質(zhì)干細(xì)胞對大腦中動脈缺血大鼠模型腦梗死面積的影響，發(fā)現(xiàn)缺血后7 d接受間充質(zhì)干細(xì)胞治療組能夠降低梗死面積[25]。Belayev等在MCAO大鼠發(fā)病后1 d、3 d、7 d采用T2W I(Bruker Avance 4.7 TMRI)觀察二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)對模型大鼠的治療作用，利用3D重建技術(shù)計算腦梗死體積的變化，發(fā)現(xiàn)模型大鼠腦梗死體積有所降低，給藥組大鼠腦梗死體積降低明顯[26]。MRI具有高效、無創(chuàng)、快捷等優(yōu)勢，近年來在腦缺血的診斷和預(yù)測方面取得了很大進(jìn)展，不僅能夠?qū)Ρ粰z查對象進(jìn)行自身對照的連續(xù)動態(tài)觀察，還能將活體組織形態(tài)學(xué)動態(tài)變化與神經(jīng)功能動態(tài)測定及其他病理學(xué)方法相結(jié)合。在實際工作中，需要根據(jù)腦缺血不同分期和實驗?zāi)康?，選擇不同的MRI參數(shù)進(jìn)行診斷和判斷。對一幅圖像的判斷，不但要明暗度分明，重要的是區(qū)分不同的組織、正常與病理狀態(tài)的差異。總之，在腦缺血的診斷中需要綜合運(yùn)用不同的MRI方法。

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App lication of M agnetic Resonance Im aging to Cerebral Ischem ia in C linical and Anim al Experim ents(review)

YANG Cui-cui,LI Lin.DepartmentofPharmacology,Xuanwu Hospital ofCapitalMedical University,Key Laboratory for Neurodegenerative Diseases ofM inistry ofEducation,Beijing 100053,China

Cerebral ischem ia accounts for 70%～80%.Magnetic resonance imaging(MRI)show s infarct focus efficiently,which plays an important role in the diagnosis of ultra-early stage of ischem ia and the prediction of infarcts'change.This paper reviewed the recent advance in the effectof MRIon the diagnosisand prediction of cerebral ischem ia.

cerebral ischem ia;magnetic resonance imaging;diffusion w eighted imaging;perfusion weighted imaging;T1weighted imaging;T2weighted imaging

R743

A

1006-9771(2012)04-0344-03

2011-11-01

2011-11-14)

1.北京市科技計劃項目(D0206001043191)；2.北京市教委學(xué)科群建設(shè)項目(XK 100270569)。

首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院藥物研究室，北京市老年病醫(yī)療研究中心，神經(jīng)變性病教育部重點實驗室，北京市100053。作者簡介：楊翠翠(1985-)，女，河北文安縣人，博士研究生，主要研究方向：神經(jīng)藥理學(xué)、中藥藥理學(xué)。通訊作者：李林。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.04.009