磁共振波譜在缺血性腦卒中診斷中的應(yīng)用

曹源 梁國標(biāo)

(1空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院神經(jīng)外科，陜西 西安 710032; 2沈陽軍區(qū)總醫(yī)院神經(jīng)外科，遼寧 沈陽 110016)

一、磁共振波譜原理

磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy, MRS)通過檢測腦組織中一系列代謝物的水平反應(yīng)腦組織的代謝情況，并可以對代謝物進行定量分析，是一種無創(chuàng)性的檢查方法。磁共振波譜檢測四種主要代謝物物的水平，N-乙酰天門冬氨酸(N-acetyl-aspartate, NAA)主要分布于神經(jīng)元的胞體和突觸中，被認為是神經(jīng)元完整性的標(biāo)志；肌酸(creatine, Cr)位于神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞中，被認為是腦能量代謝的標(biāo)志；膽堿(choline, Cho)位于細胞膜，被認為是細胞膜和鞘磷脂的標(biāo)志；乳酸(lactate, Lac)是無氧糖酵解的標(biāo)志[1]。在急性腦卒中后，各種代謝物的變化隨時間呈特征性表現(xiàn)，在動脈梗阻1 h后NAA濃度水平即出現(xiàn)下降，這種下降可持續(xù)到梗阻后一周，而Lac在梗阻發(fā)生后數(shù)分鐘即開始升高，在出現(xiàn)再灌注后下降[2]。并有研究表明腦組織中NAA的減少是對腦能量代謝障礙的直接反應(yīng)，NAA水平的降低受距發(fā)病時間長短、剩余血流量和初始血糖濃度影響，而這些正是決定組織命運的關(guān)鍵性因素，NAA是預(yù)測缺血組織命運的獨立性因素[3]。

二、磁共振波譜聯(lián)合彌散加權(quán)成像-灌注加權(quán)成像不匹配

彌散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging, DWI)在臨床應(yīng)用比較廣泛，可用于可視化局部缺血性病變的急性缺血性卒中。探測水分子的布朗運動的微小變化，對細胞毒性腦水腫更加敏感，對缺血性卒中的敏感性大于80%[4]。但DWI并非直接測量腦氧代謝率，而是將細胞毒性水腫作為腦氧代謝率降低的結(jié)果，間接觀察腦的氧代謝。因此它只能顯示梗死核心區(qū)域，不能單獨測量缺血半暗帶的范圍，必須聯(lián)合灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging, PWI)。目前被廣泛認可的確定缺血半暗帶的標(biāo)準(zhǔn)是DWI-PWI不匹配[5]，認為DWI-PWI不匹配可以幫助判斷缺血半暗，并對患者是否可以從溶栓治療中獲益提供標(biāo)準(zhǔn)[6]。表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)是通過對DWI圖像的計算來描述區(qū)域水分子ADC的減少。在能量耗盡的組織中，ADC值明顯的下降可以解釋為缺氧去極化，導(dǎo)致細胞內(nèi)鈉的聚集，細胞外的水進入細胞內(nèi)，造成細胞毒性水腫。Ma等[7]的研究表明，與DWI-PWI不匹配相比，基于ADC的方法對梗死核心、缺血半暗帶的預(yù)測更為準(zhǔn)確。除了DWI-PWI不匹配之外，許多研究應(yīng)用不同的模型也獲得了陽性的結(jié)果。多個研究證明[8]，DWI-FLAIR不匹配的患者在卒中發(fā)病后6 h內(nèi)溶栓可以獲益。Payabvash等研究發(fā)現(xiàn)SWI-DWI不匹配患者梗死核心更小，有更好的預(yù)后。但有研究表明把DWI高信號區(qū)作為梗死核心并不確切，有部分DWI高信號區(qū)是可恢復(fù)的[9]，并且不能很好的反應(yīng)臨床治療效果[10]。 聯(lián)合DWI-PWI不匹配和MRS，從形態(tài)學(xué)和代謝兩個不同的角度分析梗死區(qū)腦組織的受損程度，相互彌補單一檢查的不足，對急性期溶栓患者的選擇有著重要的意義。在DWI可能異常的像素中可以觀察到NAA濃度水平明顯高于確定異常像素區(qū)域[11]，而Lac在DWI損傷區(qū)域的濃度水平高于DWI-PWI不匹配區(qū)域[12]。有學(xué)者認為，NAA的留存和Lac的升高是缺血半暗帶的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并且可以出現(xiàn)在卒中早起DWI尚為陰性的患者之中[13]。如果能及早發(fā)現(xiàn)并先于影像學(xué)變化的代謝改變，無疑會對腦卒中早起治療提供幫助。Holmes等[14]應(yīng)用DWI-PWI不匹配聯(lián)合MRS對中腦動脈栓塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)大鼠模型缺血半暗帶區(qū)域代謝完整性進行評估，利用缺血半暗帶對氧氣的敏感性，改變通氣氧濃度，獲取乳酸變化圖，可以較DWI-PWI不匹配更精確地描繪缺血半暗帶。盡管對于臨床應(yīng)用需要進一步的試驗，但無疑是一種新的探索。

三、磁共振波譜聯(lián)合CT灌注成像

CT灌注成像(computer tomography perfusion, CTP)是通過觀察組織灌注來判斷組織缺血情況，被應(yīng)用于卒中的急性期再灌注治療前，判斷缺血半暗帶的范圍。與MRS聯(lián)合應(yīng)用，幫助確定波譜體素應(yīng)用的區(qū)域，可對在灌注治療后的療效及患者預(yù)后進行評估。首先是對缺血半暗帶的判斷，有研究[15]將延遲時間(delay time, DT)>2 s作為判斷急性缺血半暗帶的標(biāo)準(zhǔn)，梗死核心為DT>2 s且腦血流量(cerebral blood flow, CBF)<40%。Andrew Bivard等[16]的研究中將相對延遲時間(relative delay time, rDT)>3 s作為急性灌注損傷的標(biāo)準(zhǔn)， CBF<30%作為急性梗死核心的標(biāo)準(zhǔn)，缺血半暗帶的區(qū)域則為rDT>3 s的區(qū)域減去CBF<30%的區(qū)域。雖然標(biāo)準(zhǔn)在不同的研究中略有差異，但是都說明了CTP在腦卒中急性期對缺血半暗帶區(qū)域的診斷價值，都可以為MRS分析不同缺血區(qū)域的給出了很好的定位。其次是聯(lián)合PWI對再灌注區(qū)域定位，結(jié)合MRS可以對再灌注治療的效果進行評價。將24 h PWI平均通過時間(mean transit time, MTT)受損區(qū)域較急性期CTP平均通過時間區(qū)域受損區(qū)灌注受損減少>80%的區(qū)域作為再灌注區(qū)域[17-18]，在梗阻周圍再灌注組織中NAA和谷氨酸的含量與3個月改良 Rankin 評分(modified Rankin scale, mRS)相關(guān)[15]。CTP也可以單獨結(jié)合MRS對卒中患者梗死及預(yù)后進行評價，在包含110例患者的前瞻性研究中[16]，在卒中發(fā)生4.5 h內(nèi)行CTP檢查，結(jié)果表明在CTP上急性期核心的容量與谷氨酸鹽和甘油磷酸膽堿的濃度相關(guān)，24 h總膽堿和乳酸濃度較低的區(qū)域NIHSS評分較高，在多元回歸分析中，梗死核心的大小及其周圍谷氨酸濃度與3個月mRS評分相關(guān)。因此在CT平掃明確沒有出血的情況下，行CTP聯(lián)合對臨床的指導(dǎo)及預(yù)后的判斷有相當(dāng)重要的意義。

四、磁共振波譜聯(lián)合血氧水平依賴磁共振成像

血氧水平依賴磁共振成像(blood oxygen level-dependent MRI, BOLD MRI)通過反應(yīng)脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的比例變化，反應(yīng)腦的血流動力學(xué)和氧的供給，間接反應(yīng)腦的代謝情況。BOLD又可以分為正負兩種效應(yīng)，當(dāng)腦的運動區(qū)受到刺激時，相應(yīng)的腦區(qū)氧供增加，脫氧血紅蛋白含量減少，相應(yīng)的T2信號增高，此為BOLD的正效應(yīng)；當(dāng)腦缺血時，脫氧血紅蛋白增加，T2信號下降，此為BLOLD的負效應(yīng)。BOLD的正負效應(yīng)可分別用在腦卒中不同階段對腦功能的評估上，在腦卒中急性期，應(yīng)用BOLD負效應(yīng)可對缺血半暗帶的范圍進行評估，使用基于BOLD的橫向可逆性弛豫率(R2')檢測猴子可逆性大腦中動脈閉塞模型的缺血半暗帶，R2'圖像顯示梗死核心區(qū)域為低信號，而缺血半暗帶和良性低灌注區(qū)為高信號，且隨著時間的延長3種類型的組織的信號都變低，但缺血半暗帶和良性低灌注區(qū)的信號持續(xù)高于梗死核心區(qū)。缺血半暗帶和良性血流區(qū)域在R2'圖上的值升高，而梗死核心失去了升高腦氧攝取分數(shù)(oxygen extraction fraction, OEF)的代償能力，在R2'圖上顯示為持續(xù)的低信號[19]。BOLD的正性效應(yīng)可在卒中恢復(fù)期判斷患者運動區(qū)恢復(fù)情況，Pineiro等[20]利用動手指刺激腦運動中樞，對比腦梗死后患者與正常人運動區(qū)信號強度，證明皮質(zhì)下腦梗死患者運動中樞的信號強度明顯低于正常人。但BOLD的恢復(fù)并不能代表神經(jīng)元的恢復(fù)，Taylor等[21]應(yīng)用高時間分辨率多通道MRS聯(lián)合BOLD在急性全腦缺血多小鼠模型中研究發(fā)現(xiàn)，腦代謝多恢復(fù)較血流動力學(xué)的恢復(fù)有一定的延遲性。BOLD聯(lián)合MRS可以更加準(zhǔn)確的對缺血區(qū)域腦組織的神經(jīng)元活動進行分析，Craciunas等[22]通過患者抓握動作使運動區(qū)、運動前區(qū)等腦組織灌注在BOLD上發(fā)生的改變判斷梗死區(qū)，幫助定位MRS興趣區(qū)，表明運動區(qū)NAA的濃度與患者肢體恢復(fù)情況明顯相關(guān)，早期運動可以增加梗死區(qū)域NAA的水平，對于臨床判斷患者肢體的恢復(fù)有著重要的研究價值。

五、磁共振波譜聯(lián)合彌散張量成像

傳統(tǒng)磁共振不能在早期顯示梗阻后的繼發(fā)損傷，彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)通過測量水分子的擴散描繪腦組織的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)未被傳統(tǒng)磁共振發(fā)現(xiàn)的改變。彌散張量通過平均彌散率和各向異性分數(shù)這兩個參數(shù)表達。平均彌散率(mean diffusivity, MD)是對組織某一體素或區(qū)域的彌散狀況進行全面的評價，是在所有方向上分子平均運動幅度的參數(shù)，因此此參數(shù)不依賴方向；各向異性分數(shù)(fractional anisotropy, FA)可以量化測量異向性程度，其特點在于將水的隨機運動選擇性的限制在單一方向上[23]。有研究證明，大腦中動脈梗阻側(cè)丘腦平均彌散率顯著升高，反映了對水分子限制性降低，說明了丘腦成分的缺失[24]。

磁共振波譜分析是一種非侵入性的影像學(xué)檢查方法觀察腦的代謝情況。有證據(jù)表明神經(jīng)元和軸索的丟失和破壞可以通過測量NAA的含量發(fā)現(xiàn)，NAA是神經(jīng)元和軸索完整性、生存能力、活力和功能的標(biāo)志物。波譜分析可以通過NAA的改變來判斷神經(jīng)元和軸索的密度和功能，而DTI會受到小膠質(zhì)細胞活動的潛在影響而難以判讀。應(yīng)用DTI聯(lián)合MRS觀察卒中后丘腦的繼發(fā)改變，可以揭示DTI上影像學(xué)異常的病理基礎(chǔ)[24]。

綜上所述，MRS是一種非侵入的、直接的觀察組織代謝的檢查方式，在缺血性卒中的診斷中判斷腦組織損傷情況有著重要的價值[25-26]。相比于其他影像學(xué)的直觀性，MRS需要對各種代謝產(chǎn)物水平所表達的意義進行綜合分析和判斷。聯(lián)合多種影像學(xué)手段，從不同的角度分析腦卒中后腦組織的損傷情況，對于指導(dǎo)治療策略的選擇，判斷疾病的預(yù)后有著重要意義，是對治療“時間窗”的補充。在今后的臨床和科研工作中，可以進一步挖掘其應(yīng)用的價值，更好地在物質(zhì)代謝水平認識疾病。

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