7.0 T MRI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

何靜，王敏，劉旭，張進(jìn)，蔚洪恩*

隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，7.0 T磁共振成像(7.0 tesla magnetic resonance imaging，7.0 T MRI)在臨床中的應(yīng)用也逐漸增多，研究者對(duì)7.0 T MRI的興趣也日益增加。7.0 T MRI提供了高于傳統(tǒng)3.0 T MRI的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)和空間分辨率，在神經(jīng)、血管、腫瘤等多個(gè)方面都帶來(lái)了全新的突破性進(jìn)展[1]。本文就7.0 T MRI對(duì)幾種常見(jiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行常規(guī)診斷成像和臨床研究的可行性和典型優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下。

1 概述

MRI自20世紀(jì)70年代末被首次引入臨床以來(lái)，便成為研究人腦結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，并且迅速成為臨床神經(jīng)系統(tǒng)成像的主要方式。重要技術(shù)如磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加以及相關(guān)的射頻電子和磁場(chǎng)梯度的不斷改進(jìn)，促進(jìn)了7.0 T MRI的臨床實(shí)際應(yīng)用[2]。7.0 T MRI作為一種先進(jìn)的成像方式，具有較高的SNR和對(duì)比度噪聲比(contrast-to-noise ratio，CNR)，并且可以提供額外的形態(tài)學(xué)以及有關(guān)大腦功能的信息[1]。7.0 T MRI相對(duì)傳統(tǒng)MRI具有較大的診斷優(yōu)勢(shì)，因?yàn)?.0 T MRI具有更高的空間分辨率和更高的圖像對(duì)比度。雖然在7.0 T成像下清晰可見(jiàn)的許多病變?cè)谳^低場(chǎng)MRI成像中也可能被發(fā)現(xiàn)，但是它們?cè)谳^低的場(chǎng)強(qiáng)中通常是難以察覺(jué)的，以致于在常規(guī)檢查期間可能被遺漏。例如7.0 T MRI的高分辨率在對(duì)外傷性腦損傷(traumatic brain injury，TBI)以及多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)患者的小易感性病灶的識(shí)別具有明顯的優(yōu)勢(shì)[3]。7.0 T MRI憑借對(duì)腦細(xì)小解剖細(xì)節(jié)的清晰顯示，以及對(duì)病灶有著較高的敏感性，從而在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷與治療中有著重要的作用[4]。

2 7.0 T MRI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

2.1 7.0 T MRI在腦血管疾病中的應(yīng)用

腦血管疾病是導(dǎo)致死亡和殘疾的主要原因。與CT等其他成像方法相比，腦MRI是迄今為止評(píng)估腦血管疾病患者最好的技術(shù)。與1.5 T和3.0 T相比，7.0 T MRI的高分辨率動(dòng)脈時(shí)間飛躍法磁共振血管造影(time-offlight magnetic resonance angiography，TOF-MRA)可以描繪更小的顱內(nèi)動(dòng)脈病變[5-6]。例如在一項(xiàng)關(guān)于煙霧病的研究中顯示，7.0 T MRI的TOF-MRA可檢測(cè)到異常血管網(wǎng)上的亞毫米直徑的微動(dòng)脈瘤，這在傳統(tǒng)的3.0 T MRA和數(shù)字減影成像術(shù)是較難被發(fā)現(xiàn)的[7]。7.0 T MRI帶來(lái)了一波腦血管成像新發(fā)展的研究熱潮，已越來(lái)越多地在臨床實(shí)踐中得到應(yīng)用。

7.0 T MRI通過(guò)使用不同圖像對(duì)比度加權(quán)的超高分辨率序列，具有很好的圖像對(duì)比度，從而能夠識(shí)別顱內(nèi)動(dòng)脈血管壁的局灶性增厚，并能夠區(qū)分不同信號(hào)強(qiáng)度的區(qū)域，這些區(qū)域在空間上對(duì)應(yīng)于早期動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的斑塊成分[8]。Harteveld等[9]使用7.0 T MRI評(píng)估了25例近期后循環(huán)缺血患者的血管壁病變負(fù)荷，并與25名同齡的健康對(duì)照組進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩組間存在顯著差異，提示后循環(huán)病變負(fù)荷與缺血事件之間存在相關(guān)性。Bouvy等[10]的研究中腦血管周圍間隙(perivascular space，PVS)在高分辨率7.0 T MRI的可視化明顯增強(qiáng)，并且PVS數(shù)目的增加是腦小血管疾病(small-vessel disease，SVD)的MRI特征，且PVS數(shù)目與年齡和血管危險(xiǎn)因素?zé)o關(guān)，這可能是由于檢測(cè)到的PVS中存在非病理性PVS。總之，7.0 T MRI在腦血管疾病方面的診斷，尤其是早期診斷具有較大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)腦血管病的預(yù)防有著重要的作用，從而減少患者的急性腦血管病意外的發(fā)生。

2.2 7.0 T MRI在運(yùn)動(dòng)障礙性疾病中的應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)障礙疾病(movement disorders)是一組常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，主要是因基底節(jié)病變或功能異常所引起。其主要分為肌張力增高運(yùn)動(dòng)減少和肌張力減低運(yùn)動(dòng)增多兩大癥候群，包括帕金森病(parkinson's disease，PD)、亨廷頓病(huntington's disease，HD)、肌張力障礙等。

7.0 T MRI的優(yōu)異成像性能來(lái)自于順磁性物質(zhì)的T2*對(duì)比度和磁化率效應(yīng)的增加，并且黑質(zhì)(substantia nigra，SN)等中的順磁性物質(zhì)的磁化率效應(yīng)與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈線性關(guān)系[11-12]。PD是較為常見(jiàn)的與年齡相關(guān)的神經(jīng)變性疾病，其特征是黑質(zhì)致密部(substantia nigra pars compacta，SNpc)中多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性病變[13]。Kwon等[14]對(duì)10例PD患者和10名年齡相同的對(duì)照受試者中進(jìn)行3D 7.0 T MRI掃描，其中T2*加權(quán)梯度回波序列可明確顯示PD患者黑質(zhì)的中層、尾部、背內(nèi)側(cè)以及外側(cè)邊的解剖發(fā)生了改變?；坠?jié)區(qū)域鐵水平變化也被認(rèn)為在HD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用[15]，基于這一理論，van Bergen等[16]對(duì)15例亨廷頓病前期患者和16例年齡相匹配的健康對(duì)照者進(jìn)行了7.0 T MRI掃描，發(fā)現(xiàn)磁化率可作為HD患者疾病進(jìn)展的生物標(biāo)志物。Apple等[17]發(fā)現(xiàn)亨廷頓病前期患者尾狀核內(nèi)與遺傳疾病負(fù)擔(dān)和與神經(jīng)認(rèn)知評(píng)估相關(guān)的區(qū)域7.0 T MRI成像存在差異。故超高場(chǎng)定量MRI很可能是一種監(jiān)測(cè)亨廷頓病前期患者神經(jīng)退行性變的有效方法。

證據(jù)表明，與丘腦底核(subthalamic nucleus，STN)腦深部電刺激(deep brain stimulation，DBS)相比，內(nèi)側(cè)蒼白球(globus pallidus interna，GPI)DBS在改善PD患者運(yùn)動(dòng)障礙癥狀的療效更為持久[18]。DBS手術(shù)對(duì)于治療包括PD、特發(fā)性震顫和肌張力障礙在內(nèi)的運(yùn)動(dòng)障礙性疾病的具體療效，依賴于電極在腦內(nèi)靶向位置的精確放置。使用7.0 T MRI來(lái)識(shí)別功能區(qū)，并將GPI分割成運(yùn)動(dòng)區(qū)、聯(lián)想?yún)^(qū)和邊緣區(qū)，從而推測(cè)電極放置的靶向區(qū)域，以及需要避開(kāi)的區(qū)域，進(jìn)而提高DBS手術(shù)的電極放置區(qū)域定位準(zhǔn)確度，增強(qiáng)手術(shù)的治療成功率[19]。總之，7.0 T MRI對(duì)運(yùn)動(dòng)障礙性疾病優(yōu)異成像不僅有利于運(yùn)動(dòng)障礙性疾病的早期診斷，還為運(yùn)動(dòng)障礙疾病治療以及預(yù)后提供了可靠的依據(jù)。

2.3 7.0 T MRI在癲癇中的應(yīng)用

癲癇是神經(jīng)系統(tǒng)常見(jiàn)的疾病之一，其以腦神經(jīng)元異常放電所致的腦功能異常為特征。MRI與癲癇的診療密不可分。癲癇患者進(jìn)行MRI的原因主要有3種：病因診斷；作為已知疾病的隨訪對(duì)照；作為難治性癲癇外科手術(shù)術(shù)前評(píng)估的一部分[20]。

顳葉癲癇(temporal lobe epilepsy，TLE)是一種常見(jiàn)的癥狀性癲癇。難治性TLE多需要通過(guò)外科手術(shù)治療，術(shù)前致癇灶定位成為了關(guān)鍵點(diǎn)。7.0 T MRI對(duì)難治性TLE的腦內(nèi)致癇灶有著較好的識(shí)別作用[21]。海馬的病變可能是難治性TLE的重要原因。海馬體的成像，特別是其亞單位，以及由癲癇復(fù)發(fā)引起的偶爾細(xì)微變化的成像，被認(rèn)為可以從7.0 T MRI優(yōu)異的空間分辨率中獲益[22]。與傳統(tǒng)的海馬容積測(cè)量法相比，海馬亞區(qū)容積測(cè)量在TLE中對(duì)海馬病變的檢測(cè)方面有一定的優(yōu)勢(shì)。此外，海馬硬化(hippocampal sclerosis，HS)區(qū)域的識(shí)別對(duì)預(yù)測(cè)手術(shù)結(jié)果具有重要的臨床意義。在臨床1.5 T MRI中無(wú)法識(shí)別HS具體區(qū)域的情況下，使用7.0 T MRI對(duì)海馬亞區(qū)進(jìn)行更詳細(xì)的分析，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更詳細(xì)的硬化區(qū)域[23]。局灶性腦皮質(zhì)發(fā)育不良(focal cortical dysplasia，F(xiàn)CD)是大腦皮質(zhì)發(fā)育畸形的常見(jiàn)類型，并且是難治性癲癇最常見(jiàn)的病因之一[24]。7.0 T MRI提高了在常規(guī)場(chǎng)強(qiáng)下不可見(jiàn)的致癇性FCD的檢測(cè)。針對(duì)可疑的癲癇發(fā)作區(qū)(seizure-onset zone，SOZ)進(jìn)行全腦7.0 T液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid-attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR)和梯度回波(gradient-recalled echo，GRE)成像可以提高致癇性FCD的診斷率[25-26]。總之，7.0 T MRI可以通過(guò)檢測(cè)到癲癇引起的海馬細(xì)微結(jié)構(gòu)變化以及精確識(shí)別癲癇手術(shù)部位，從而有利于癲癇患者的手術(shù)預(yù)后。致癇性FCD的診斷也可以從特殊序列的7.0 T MRI中獲益，故7.0 T MRI對(duì)于癲癇的診治過(guò)程具有重要作用。

2.4 7.0 T MRI在多發(fā)性硬化中的應(yīng)用

MS是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病，它是美國(guó)成人殘疾的第二大常見(jiàn)原因，僅次于頭部外傷[27]。MS的病理生理學(xué)是一個(gè)動(dòng)態(tài)改變的過(guò)程，7.0 T多參數(shù)MRI是跟蹤MS疾病發(fā)展的有效工具[28]。例如利用磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)可以直觀地顯示MS斑塊-血管關(guān)系及鐵離子積聚情況，為疾病的預(yù)后提供參考[1]。腦皮質(zhì)損傷是MS患者認(rèn)知功能障礙的一種病理基礎(chǔ)[29]，在MS中廣泛存在著腦皮質(zhì)小范圍損傷，但難以通過(guò)常規(guī)MRI觀察，而B(niǎo)eck等[30]利用7.0 T時(shí)磁化準(zhǔn)備2快速采集梯度回波序列(magnetization prepared 2 rapid acquisition gradient echoes，MP2RAGE)和T2*加權(quán)成像的組合提高了皮質(zhì)病變的檢測(cè)，即使是小的皮質(zhì)內(nèi)病變也可被檢測(cè)到。使用7.0 T MRI還可以識(shí)別MS中與殘疾、進(jìn)展性疾病和皮質(zhì)損傷有關(guān)的丘腦病變，并且通過(guò)分析丘腦病變的程度，可以對(duì)MS中總體灰質(zhì)損傷進(jìn)行更簡(jiǎn)單、更快速的估計(jì)[31]。由于MS和Susac綜合征(susac syndrome，SS)的臨床表現(xiàn)和常規(guī)MRI成像部分較為相似，所以需要進(jìn)行鑒別診斷。7.0 T MRI成像下MS患者中幾乎所有T2*FLASH病灶均以小中央靜脈為中心，并且常表現(xiàn)為小的低信號(hào)邊緣。相比之下，Susac綜合征中的白質(zhì)病變表現(xiàn)出血管周圍環(huán)境明顯減少，并且很少表現(xiàn)出低信號(hào)邊緣[32]。

2.5 7.0 T MRI在孤獨(dú)癥中的應(yīng)用

孤獨(dú)癥是一種神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病，主要表現(xiàn)為社交障礙、溝通交流障礙和重復(fù)刻板的行為、以及較少的興趣愛(ài)好，孤獨(dú)癥發(fā)病的具體病理生理機(jī)制不明。BTBR小鼠是一種孤獨(dú)癥的動(dòng)物模型[33]，目前關(guān)于7.0 T MRI與孤獨(dú)癥的研究主要基于BTBR小鼠。Ellegood等[34]采用7.0 T MRI觀察了BTBR小鼠的大腦解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)與普通近交系小鼠C57BL/6J (B6)小鼠和FVB/AntJ (FVB)小鼠相比，BTBR小鼠大腦的多個(gè)解剖區(qū)域的體積和白質(zhì)顯微結(jié)構(gòu)存在顯著差異，這些結(jié)構(gòu)的差異可能與BTBR小鼠的孤獨(dú)癥行為有關(guān)，且不同結(jié)構(gòu)的差異與不同的行為相關(guān)。例如，紋狀體體積的差異與自我理毛行為相關(guān)，額葉的體積與社交能力相關(guān)等。Dodero等[35]采用7.0 T MRI也發(fā)現(xiàn)BTBR小鼠和B6小鼠大腦中存在明顯的功能和結(jié)構(gòu)差異。并通過(guò)直接比較人類和小鼠病理相關(guān)性的解剖和功能讀數(shù)，在BTBR小鼠中所觀察到的大范圍腦白質(zhì)和灰質(zhì)異常似乎不能代表自閉癥患者典型的神經(jīng)解剖改變，而使用7.0 T腦血容量(cerebral blood volume weighted，CBV)加權(quán)功能磁共振成像評(píng)估靜息狀態(tài)下的腦活動(dòng)，觀察到的BTBR小鼠腦內(nèi)代謝與自閉癥患者腦內(nèi)代謝結(jié)果一致，表明在BTBR小鼠中前額葉皮質(zhì)的低灌注可能與它的孤獨(dú)癥行為有關(guān)，進(jìn)一步證明了BTBR小鼠可作為孤獨(dú)癥的動(dòng)物模型。以上研究者通過(guò)7.0 T MRI進(jìn)一步豐富了孤獨(dú)癥的發(fā)病機(jī)制，并客觀地評(píng)估自閉癥動(dòng)物模型的結(jié)構(gòu)有效性，為孤獨(dú)癥的臨床影像學(xué)診斷研究提供了有力的支持。

2.6 7.0 T MRI在癡呆中的應(yīng)用

癡呆通常被定義為一種導(dǎo)致獨(dú)立功能喪失的漸進(jìn)性認(rèn)知障礙，主要包括阿爾茨海默病(Alzheimer's disease，AD)、血管性癡呆(vascular dementla，VD)、路易體癡呆(lewy body dementia，LBD)、額顳葉癡呆(frontotemporal dementia，F(xiàn)TD)等。AD是癡呆最常見(jiàn)的類型，其嚴(yán)重影響老年人的生活質(zhì)量[36]。7.0 T MRI可以準(zhǔn)確地檢測(cè)活化小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)的鐵沉積物，其可能存在于AD患者的大腦海馬區(qū)，因此鐵相關(guān)炎癥是AD的可能發(fā)病因素[37]。同時(shí)，7.0 T MRI還可以檢測(cè)出AD不同亞型的皮質(zhì)鐵沉積模式和髓鞘變化，從而可區(qū)分早期和晚期AD[38]。腦小血管病(cerebral small vessel disease，SVD)在癡呆中起重要作用。如腦微梗死是一種常見(jiàn)的SVD，但腦微梗死的梗死體積較小，常規(guī)MRI檢測(cè)較難檢測(cè)到，而7.0 T MRI則對(duì)微梗死灶有著較好的識(shí)別能力[39]。van Rooden等[40]對(duì)14例AD患者和18名與之年齡相符的健康人進(jìn)行了腦7.0 T MRI檢查，發(fā)現(xiàn)AD患者腦內(nèi)微梗死病灶較正常對(duì)照組明顯增多，說(shuō)明腦微梗死與癡呆關(guān)系密切。SVD除了腦小動(dòng)脈疾病，還包括腦內(nèi)小靜脈的病變。常規(guī)MRI難以觀察腦內(nèi)靜脈受累，7.0 T MRI對(duì)深部髓質(zhì)的靜脈有較好的識(shí)別能力，可為癡呆中的靜脈小血管受累提供依據(jù)[41-42]。除此以外，7.0 T MRI超高分辨率的成像對(duì)LBD、FTD等神經(jīng)退行性癡呆的病灶也會(huì)有較好的識(shí)別作用，促進(jìn)了這些疾病的早期診斷[43]。7.0 T MRI不僅能鑒別診斷癡呆，還能對(duì)其病因進(jìn)行相關(guān)研究。7.0 T MRI以優(yōu)異的成像探索出癡呆相關(guān)神經(jīng)解剖結(jié)構(gòu)的新信息、新領(lǐng)域，對(duì)進(jìn)一步深入研究有著重要作用。

3 總結(jié)與展望

7.0 T MRI憑借其更高的空間分辨率、對(duì)比度、磁敏感差異獲得優(yōu)異的神經(jīng)影像成像，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)核磁成像在神經(jīng)影像方面的不足，例如7.0 T MRI在腦皮質(zhì)成像中可以識(shí)別腦皮質(zhì)微小梗死，在血管成像中識(shí)別細(xì)小顱腦血管病變，將為腦小血管病的診斷提供重要依據(jù)。7.0 T MRI優(yōu)異的成像不僅可以促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早期診斷，使患者得到早期治療，延緩疾病的進(jìn)展，而且可以檢測(cè)某些疾病的進(jìn)展，幫助臨床醫(yī)生對(duì)患者的病情進(jìn)行有效的評(píng)估，從而更加有效地指導(dǎo)治療。

7.0 T MRI也是一種重要的科研工具，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的神經(jīng)影像學(xué)生物標(biāo)志物的尋找一直是7.0 T MRI的重要研究方向。除了人體外，目前7.0 T MRI還被用于多種疾病動(dòng)物模型中的研究，這為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病新興的研究方向探索出了廣闊的道路，展示出中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究中的巨大前景。但7.0 T MRI也存在著局限性，例如AD相關(guān)病因?qū)W的研究還有待病理組織學(xué)的支持，在PD、HD等疾病中由于患者運(yùn)動(dòng)更易造成偽影而不利于觀察等技術(shù)缺陷，還包括價(jià)格昂貴等，但隨著影像學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，這些缺陷終將會(huì)被克服。

利益沖突：無(wú)。