多模態(tài)MRI診斷缺血性腦血管病的研究進(jìn)展

1 缺血性腦血管病的概述

缺血性腦血管病的危險因素日益受到人們的重視，如高血壓、吸煙飲酒、糖尿病、肥胖、高脂血癥、高鹽飲食、藥物濫用、血液病及血液流變學(xué)異常等均可能導(dǎo)致血黏度增加[1]；按病因?qū)W分類：缺血性腦血管病可為血栓形成性及栓塞性兩大類[2]。按臨床分類：將發(fā)作在24 h以內(nèi)完全緩解的局部腦缺血癥狀者稱短暫性腦缺血發(fā)作(transient ischemic attacks，TIA)，腦缺血癥狀持續(xù)24 h不消失者稱局限性腦梗死。其臨床癥狀取決于梗死灶的大小和部位，主要表現(xiàn)為局灶性神經(jīng)功能缺損，如偏癱、頭痛、偏身感覺障礙、意識障礙、失語、共濟(jì)失調(diào)等[3]。近年來，隨著人們對缺血半暗帶有新的認(rèn)識，急性缺血性腦血管病最佳治療時間窗也有新的要求[4]；缺血半暗帶(IP)最初由Astrup等[5]提出，定義為在不可逆性損傷區(qū)域之外的電生理活動消失的區(qū)域，但其自身離子平衡尚能維持的腦組織。該區(qū)域的神經(jīng)元功能失活、電活動中止，但結(jié)構(gòu)尚保持完整，可存活一段時間。這種具有功能性靜止的組織介于存活與死亡之間，一旦血管發(fā)生再通其功能即可恢復(fù)。目前，缺血半暗帶(IP)定義為圍繞在缺血核心區(qū)域內(nèi)灌注相對較低的腦組織，因其血流降低至不足以維持電活動需要，但尚能維持離子通道的功能。該腦組織區(qū)域可以經(jīng)歷一連串有害的代謝過程，從最初的缺血核心區(qū)域逐漸累及到臨近組織，包括擴(kuò)散性抑制反應(yīng)、興奮性毒性反應(yīng)、炎癥反應(yīng)及氧化應(yīng)激反應(yīng)等將導(dǎo)致缺血核心區(qū)域擴(kuò)大或臨床轉(zhuǎn)歸惡化的可能[6]。

2 多模態(tài)磁共振成像在缺血性腦血管病的臨床應(yīng)用

多模態(tài)磁共振成像包括磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)、灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging，PWI)、MRI彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)、彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁共振波譜分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)和血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent-functiona1 magnetic resonance imaging，B0LD-fMRI)是目前最常用的診斷缺血性腦血管病的影像學(xué)方法。

2.1 MRA MRA是一種已經(jīng)廣泛應(yīng)用的腦血管疾病的檢查方法，與傳統(tǒng)的數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)檢查相比，具有無輻射、無創(chuàng)、價格便宜、快捷等諸多優(yōu)勢[7]；MRA的基本原理是運(yùn)用血管內(nèi)流動血液與周圍靜止的組織這一明顯差別，使流動血液表現(xiàn)為高信號強(qiáng)度，讓靜止組織表現(xiàn)為低信號強(qiáng)度或者無信號。然后利用計算機(jī)后處理方法以二維或者三維立體圖像來顯示某一部分血管系[8]。MRA序列可以很好地顯示梗塞的血管情況、動脈粥樣斑塊導(dǎo)致的血管狹窄以及臨床常見的動脈內(nèi)膜炎所致的煙霧病等[9]，并可根據(jù)動脈狹窄程度、血管閉塞和動脈硬化等具體表現(xiàn)來確認(rèn)患者病發(fā)位置及病癥特征等[10]。

2.2 DWIDWI是利用檢測活體組織內(nèi)水分子擴(kuò)散運(yùn)動的原理成像，具有無創(chuàng)、對水分子的擴(kuò)散運(yùn)動極為敏感的特點。不同缺血程度的組織其水分子擴(kuò)散運(yùn)動狀態(tài)也不盡相同，可以通過檢測表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)來反映水分子擴(kuò)散情況。急性缺血缺氧腦病造成的主要是細(xì)胞毒性水腫，尤其是神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞毒性水腫，如早期壞死灶(未液化者)、急性腦梗死及急性缺氧缺血性腦病等在DWI序列上表現(xiàn)為高信號。DWI序列與常規(guī)SE序列相比，前者能更早地發(fā)現(xiàn)梗塞區(qū)的異常信號。在腦缺血發(fā)作后數(shù)小時內(nèi)，DWI序列即可顯示缺血性改變，主要表現(xiàn)為DWI異常高信號、ADC值下降以及ADC圖低信號；隨著腦組織缺血時間逐漸延長，DWI高信號強(qiáng)度呈下降趨勢，ADC值呈上升趨勢[11-12]。Schlaug等[13]在對101例急性期腦梗死患者研究中發(fā)現(xiàn)，所有病灶在彌散加權(quán)DWI序列上均顯示了異常高信號，結(jié)果DWI序列診斷超急性期腦梗死的特異性和敏感性均達(dá)到了100%。

2.3 PWIPWI有2種方法：一種是使用可自由擴(kuò)散運(yùn)動的水質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑，無需體外對比劑的成像方法，稱動脈自旋標(biāo)記技術(shù)(arterial spin labeling，ASL)；另外一種是通過體外團(tuán)注非擴(kuò)散順磁性對比劑的首過成像方法，亦稱動態(tài)磁敏感對比增強(qiáng)磁共振成像(dynamic susceptibility contrast—enhanced MR imaging，DSC-MRI)。由DSC-PWI可以得出的4個重要觀察指標(biāo)：①相對腦血流量(relative cerebral blood flow，rCBF)是指腦組織血管結(jié)構(gòu)在單位時間內(nèi)流經(jīng)一定量的相對血流量，其值越小說明腦組織的血流灌注量越低；②相對腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)是指流經(jīng)于一定量腦組織血管結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生的相對血容量，是根據(jù)時間—強(qiáng)度信號曲線下方封閉面積運(yùn)用一定公式計算得出；③平均通過時間(mean transit time，MTT)是指一開始注射體外對比劑后到達(dá)時間—信號強(qiáng)度曲線從最高峰值下降至一半時所需的時間，主要反映的是對比劑通過毛細(xì)血管所需的時間，其值大小反映了腦組織內(nèi)血液微循環(huán)的是否通暢的情況。當(dāng)MTT延長時，說明血液在局部腦組織微循環(huán)內(nèi)停留時間過長，大多是在病理狀態(tài)下造成的微循環(huán)障礙。④達(dá)峰時間(time to peak，TTP)是指在從對比劑開始出現(xiàn)到對比劑的濃度達(dá)到時間—信號強(qiáng)度曲線上峰值所需的時間，TTP的值越大意味著最大對比劑團(tuán)峰值到達(dá)腦組織的時間越晚[14]。在腦梗死疾病恢復(fù)過程中通過綜合分析以下參數(shù)[15]：①灌注不足：rCBV和rCBF明顯減少，MTT和TTP明顯延長；②側(cè)支循環(huán)再通：MTT和TTP增加，rCBV增加，rCBF正?；蜉p度增加；③血流再通：MTT及TTP正常，rCBV及rCBF正?；蜉p度增加；④過度灌注：rCBV及rCBF均顯著增加，MTT及TTP減少。通過上述指標(biāo)可以分析腦梗死區(qū)的血液供給具體情況，發(fā)現(xiàn)血流狀態(tài)發(fā)生再灌注者其臨床功能恢復(fù)較好，而低灌注異常體積擴(kuò)大者其預(yù)后不良或神經(jīng)功能恢復(fù)較差[16]。PWI反映的是血流灌注情況，而腦組織的血流灌注改變往往先于形態(tài)學(xué)改變，可提供最早、最直接的血流灌注信息，發(fā)現(xiàn)早期缺血較DWI更為敏感。因此利用MR進(jìn)行腦灌注成像，評價缺血腦組織的血液動力學(xué)變化對臨床診斷及治療有重要參考價值，已成為腦梗死患者檢查的重要組成部分。從腦梗死早期直到病后48 h這段時間內(nèi)，DWI和PWI聯(lián)合應(yīng)用效果明顯優(yōu)于常規(guī)MRI。

2.4 DWI-PWI匹配/不匹配模型 PWI聯(lián)合DWI是目前常用的判斷“缺血半暗帶”可挽救腦組織的影像學(xué)方法；在發(fā)病最初的24 h內(nèi)可表現(xiàn)出4種不同的灌注一彌散異常方式[17]：1型(臨床最常見)：灌注加權(quán)PWI異常信號體積＞彌散加權(quán)DWI異常信號體積(70%)；Baird等[18]提出PWI和DWI的不匹配區(qū)域為缺血半暗帶(IP)區(qū)，DWI異常高信號代表梗死核心區(qū)域，而PWI的異常信號代表該區(qū)域內(nèi)血流動力學(xué)發(fā)生紊亂。當(dāng)存在缺血半暗帶(IP)區(qū)時，若積極采取治療措施可恢復(fù)該區(qū)域的血流灌注，則可使病變腦組織發(fā)生可逆性挽救，神經(jīng)功能有望得到改善；2型：PWI異常體積≈DWI異常體積(10%)，可能為缺血較晚期，DWI異常體積逐漸擴(kuò)大，無缺血半暗帶存在；3型：PWI異常體積＜DWI異常體積(10%)，其原因可能為異常腦組織區(qū)域發(fā)生再灌注與側(cè)支循環(huán)，有效微循環(huán)得到改善，PWI異常體積減少，但DWI異常的部分區(qū)域進(jìn)展為梗死；4型：異常的DWI，正常的灌注；此型與第3型類似雖然異常腦組織出現(xiàn)了再灌注，但缺血區(qū)域已經(jīng)發(fā)生梗死[19]。

2.5 MRS MRS是一種利用磁共振基本成像原理及其化學(xué)位移與自旋耦合現(xiàn)象來測定人體能量代謝和體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的檢測技術(shù)[20]。lH MRS可檢測到的主要代謝物包括：N一乙酰天門冬氨酸(NAA)、含膽堿類化合物(Cho)、肌酸和磷酸肌酸(Cr和PCr)、乳酸(Lac)、γ一氨基丁酸(GABA)、谷氨酸和谷氨酰胺(Gln和Glu)等。NAA是頻譜上最大的波峰，位于2.02 ppm處，細(xì)胞免疫化學(xué)顯示NAA主要位于神經(jīng)元，是由成熟神經(jīng)元的線粒體產(chǎn)生[21]。NAA是神經(jīng)元的標(biāo)記物，其主要存在于神經(jīng)元的胞體和軸突內(nèi)，因而缺血性腦血管病中NAA峰下降反映了神經(jīng)元損傷，其變化反映神經(jīng)元的功能狀況。Lac是糖酵解的產(chǎn)物，能在1.33 ppm處被檢測，在正常顱內(nèi)Lac難以測出，Lac升高是早期腦缺血的敏感指標(biāo)，說明能量代謝絮亂或者無氧酵解增多，但Lac峰升高也可以見于腦缺血性病變以外的其他疾病，因此其不是診斷腦梗死的特異性指標(biāo)[22]。Cho復(fù)合物是參與構(gòu)成細(xì)胞膜的重要成分之一，同時也是合成各種神經(jīng)遞質(zhì)的主要成分，其主要存在于細(xì)胞膜上，與細(xì)胞膜的連結(jié)、合成具有密切關(guān)系，被認(rèn)為是細(xì)胞膜的標(biāo)記物。Cho峰下降反映了發(fā)生早期梗死即存在膜結(jié)構(gòu)與細(xì)胞間連接受損情況，可能與病灶的大小、部位、病程以及梗死區(qū)細(xì)胞的數(shù)量等有關(guān)[23]。

2.6 DTIDTI是在DWI技術(shù)上的延伸，可活體檢測組織內(nèi)水分子的隨機(jī)運(yùn)動，并提供關(guān)于細(xì)胞完整性及病理變化的信息；常用參數(shù)ADC是反映體內(nèi)水分子向各個方向彌散的平均值，水分子彌散運(yùn)動越明顯，其ADC值增高。相對各向異性(relative anisotropy，RA)及各向異性比值(fractional anisotropy，F(xiàn)A)均為目前最常用來描述彌散各向異性的差異，其值具有一致性，主要說明了水分子在彌散主向量軸上的不同運(yùn)動強(qiáng)度。RA和FA的值只在0和1的范圍內(nèi)變化。若結(jié)果為0，說明各向同性存在：若結(jié)果為1，說明各向異性的最大值[24]。DTI序列較常規(guī)MRI序列最大的優(yōu)勢在于其可以清楚顯示腦白質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)情況，并且可以通過纖維示蹤圖及彩色張量圖來顯示出腦白質(zhì)纖維的走行方向，當(dāng)顱內(nèi)發(fā)生其他病變時也可顯示腦白質(zhì)纖維與病變的走行關(guān)系；Kunimatsu等[25]利用DTI成像技術(shù)對8例急性或亞急性的腦梗死患者進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，如果梗死區(qū)接近但還未累及錐體束的患者，治療后發(fā)現(xiàn)運(yùn)動功能恢復(fù)效果較好，如果那些梗死灶累及錐體束的患者發(fā)現(xiàn)肢體肌力試驗下降，恢復(fù)較前者不理想或持續(xù)時間長。

2.7 BOLD-fMRIBOLD-fMRI是一種在脫氧血紅蛋白磁敏感效應(yīng)的基礎(chǔ)上研發(fā)的磁共振成像技術(shù)，其原理是根據(jù)大腦皮層微血管的血氧水平等變化時，同時也會引起局部磁場均勻性變化，從而導(dǎo)致核磁共振信號強(qiáng)度發(fā)生變化，無需注射體外對比劑，它客觀反映了腦功能成像信號產(chǎn)生的主要生理學(xué)機(jī)制，最初由Ogawa等[26]報道。當(dāng)腦功能區(qū)域受到刺激使局部活動增強(qiáng)時，其鄰近腦功能區(qū)域血管床的血流量和血容量跟著相應(yīng)增加，此增加值往往高于局部氧代謝消耗所需的量，這會使得功能活動集中區(qū)域與非活動區(qū)域的腦組織局部氧合血紅蛋白含量發(fā)生差異，也即表明功能活動區(qū)域中腦組織的脫氧血紅蛋白含量低于非活動功能區(qū)域；又因為脫氧血紅蛋白被視作為可以縮短T2*作用的順磁性物質(zhì)，所以在T2WI序列上腦功能活動區(qū)域的磁共振信號強(qiáng)度往往高于非活動區(qū)域[27]。雖然缺血性腦血管病導(dǎo)致大量神經(jīng)功能受損，但損傷后殘存的大腦組織具有可塑性，能在結(jié)構(gòu)方面和功能上修改自身以適應(yīng)不同的環(huán)境改變，這也是一個動態(tài)改變的過程[28]。BOLD-fMRI技術(shù)對可塑性變化的表現(xiàn)形式，即組織損傷后發(fā)生的腦運(yùn)動功能區(qū)存在、代償范圍、功能移位、功能重現(xiàn)的一系列變化過程中進(jìn)行精準(zhǔn)定位并且在此基礎(chǔ)上定量測定其情況，以直觀了解大腦的功能重組。并通過BOLD-fMRI技術(shù)了解卒中后大腦重塑機(jī)制有利于選擇系統(tǒng)、有效的康復(fù)治療，以改善患者日常生活自理水平。

3 展望

近年來，多模態(tài)MRI逐漸廣泛應(yīng)用于臨床缺血性腦血管病診斷中。今后缺血性腦血管病影像學(xué)研究預(yù)計會朝著定量參數(shù)的方向發(fā)展，制定標(biāo)準(zhǔn)的量化數(shù)學(xué)模型來評估病灶的轉(zhuǎn)歸情況，從而獲得精準(zhǔn)診斷和實施合適的治療，并在治療過程中進(jìn)行監(jiān)督?？傊S著多模態(tài)MRI技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，必將使其對缺血性腦血管病的研究更加深入，進(jìn)而為判斷患者診斷、預(yù)后及評價藥物療效等方面發(fā)揮更大作用。

[1]Li SY,Gao Y,Ma WN,et al.The relationship between serum lipoprotein(a)levels and ischemic stroke risk:a cohort study in the Chinese population[J].Inflammation,2014,37(3):686-693.

[2]王棟,張新江,王葦,等.急性血栓形成性和栓塞性大腦中動脈閉塞的臨床和影像學(xué)特點比較[J].國際腦血管雜志,2011,19(11): 806-810

[3]吳江,賈建平,崔麗英.神經(jīng)病學(xué)[M].北京:人民衛(wèi)生出版社,2013: 159.

[4]Ringleb PA,Schellinger PD,Schranz C,et a1.Thrombolytic therapy with in 3 to 6 hours after onset of ischemic stroke:useful or harmful? [J].Stroke,2002,33(5):1437-1441．

[5]Astrup J,Symon L,Branston NM,et a1.Cortical evoked potential and extra cellular K+and H+at critical levels of brain ischemia[J]. Stroke,1977,8:5l-57.

[6]Ramos-Cabrea P,Campos F,Sobfino T,et a1.Targeting the ischemic Penumbra[J].Stroke,2011,42(1 Supp1):S7-S11.

[7]楊正漢,馮逢,王宵英.磁共振成像技術(shù)指南[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2007:233.

[8]Ozsarlak O,Van Goethem JW,Maes M,et al.MR angiography of the intracranial vessels:technical aspects and clinical applications[J]. Neuropathology,2004,46(12):955-972.

[9]吉家偉,吳鐘林,劉輝.DWI和MRA在急性腦梗死中的臨床應(yīng)用[J].海南醫(yī)學(xué),2011,22(12):126-127.

[10]Schuster L,Hanser T,Essig M.Significance of MR angiography for imaging diagnostics of carotid artery diseases[J].Radiologe,2010, 50(7):597-606.

[11]Olivot JM,Albers GW.Using advanced MRI techniques for patient selection before acute stroke therapy[J].Curr Treat Options Cardiovasc Med,2010,12(3):230-239.

[12]Gonen KA,Simsek MM.Diffusion weighted imaging and estimation of prognosis using apparent diffusion coefficient measurements in ischemic stroke[J].Eur J Radio1,2010,76(2):l57-161.

[13]Schlaug G,Siewert B,Benfield A,et a1.Time coupe of the apparent diffusion coefficient(ADC)abnormality in human stroke[J].Neurology,1997,49(1):113-119.

[14]杜志華,李寶民.腦灌注成像檢查及其在缺血性腦血管病診療中的應(yīng)用[J].中華老年心腦血管病雜志,2014,16(2):218-220.

[15]Barber PA,Parsons MW,Desmond PM,et a1.The use of PWI and DWI measures in the design of"proof of concept"stroke trials[J].J. Neuroimaging,2004,14(2):123-132.

[16]張玉梅,張彤,周筠,等.磁共振灌注成像分析原理及其對腦卒中發(fā)病預(yù)測評估的價值[J].中國臨床康復(fù),2006,10(20):127-129.

[17]Mounis M,Fisher M.Imaging of acute stroke[J].Cerebrovasc Dis, 2001,11(3):143-150.

[18]Baird AE,Benfield A,Schlang G,et a1.Enlargement of human cerebral ischemic lesion volumes measured by diffusion-weighted magnetic resonance imaging[J].Ann Neurol,1997,41(5):581-589.

[19]Paciaroni M,Caso V,Agaelli G.The concept of ischemic penumbra in acute stroke and therapeutic opportunities[J].Eur Neurol,2009,6l (6):32l-330.

[20]Li BS,Wang H,Gonen O.Metabolite ratios to assumed stable creative level may confound the quantification of proton brain MR Spectroscopy[J].Magn Reson Imaging,2003,21(8):923-928.

[21]Simmons ML,Frondoza CG,Coyle JT.Immunocytochemical localization spectroscopy[J].Neuro-Ophthalmol,2005,25:217-226

[22]Mader I,Rauer S,Gal P,et a1.1H MR spectroscopy of inflammation, infection and ischemia of the brain[J].Eur J Radiol,2008,67(2): 250-257.

[23]Mclean MA,Woermann FG,Barker GJ,et a1.Quantitative analysis of short echo time H-MRSI of cerebral gray and white matter[J]. Magn Reson Med,2000,44(3):401-411.

[24]Guo AC,MacFall JR,Provenzale JM.Multiple sclerosis:Diffusion tensor M R Imaging for evaluation of normal appearing white Matter [J].Radiology,2002,222(3):729-736.

[25]Kunimatsu A,Aoki S,Masutani Y,et al.Three-dimensional white matter tractography by diffusion tensor imaging in ischaemic stroke involving the corticospinal tract[J].Neuroradiology,2003,45(8): 532-535.

[26]Ogawa S,Lee TM,Kay AR,et a1.Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation[J].Proc Natl Acad Sci USA,1990,87(24):9868-9872.

[27]Kwong KK.Functional magnetic resonance imaging with echo planar imaging[J].Magn Reson Q,1995,11(1):1-20.

[28]Levin MF,Kleim JA,Wolf SL.What do motor“recovery”,and“compensation”mean in patients following stroke[J].Neurorehabil Neural Repair,2009,23(4):313-319.

R743

1003—6350（2017）05—0795—03

2016-04-12)

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10.3969/j.issn.1003-6350.2017.05.036

多模態(tài)MRI診斷缺血性腦血管病的研究進(jìn)展

1 缺血性腦血管病的概述

2 多模態(tài)磁共振成像在缺血性腦血管病的臨床應(yīng)用

3 展 望

3 展望