多發(fā)性硬化的非均勻磁化傳遞成像研究

康 鈺，洪 楠*，吳 冰

(1.北京大學(xué)人民醫(yī)院放射科，北京 100044；2.通用電氣醫(yī)療集團MR科研部，北京 100176)

磁化傳遞(magnetization transfer， MT)是指自由水中的質(zhì)子和與大分子結(jié)合的質(zhì)子之間的相互作用。施加偏共振射頻時，大分子結(jié)合的質(zhì)子被磁化飽和，進而通過MT效應(yīng)將飽和效應(yīng)轉(zhuǎn)移到自由水的質(zhì)子，而導(dǎo)致自由水組織信號下降[1]。MT效應(yīng)可通過施加射頻脈沖前后信號強度的差異進行量化，這種差異稱之為MT比(MT ratio, MTR)。腦白質(zhì)受MT效應(yīng)的影響，因而理論上可通過MTR的變化評價腦白質(zhì)脫髓鞘病變；然而研究[2]發(fā)現(xiàn)MTR的變化通常很小，同時結(jié)果的可重復(fù)性差。量化MT(quantitative MT, qMT)經(jīng)高級算法模型矯正，可提高診斷的特異度。既往研究[3]均假定MT效應(yīng)均勻?qū)ΨQ，而實際上白質(zhì)髓鞘存在多層脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，MT效應(yīng)并不均勻，因此MTR及qMT均不能完全真實地反映腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化。本研究探討非均勻MT(inhomogeneous MT, ihMT)成像技術(shù)在多發(fā)性硬化(multiple sclerosis, MS)脫髓鞘病變中的應(yīng)用價值。

表2 MS組與對照組ihMT參數(shù)比較(±s)

表2 MS組與對照組ihMT參數(shù)比較(±s)

組別MTRqMTihMTRqihMTMS組(n=18)2 404.03±497.22570.04±128.26110.48±25.1825.02±8.60對照組(n=16)2 844.23±262.63754.38±66.78184.12±14.3275.96±6.25t值5.3098.64617.23432.503P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2017年8月—2018年6月我院18例MS患者(MS組)的ihMT成像和臨床資料，男4例，女14例，年齡26～38歲，平均(31.5±3.2)歲；均符合2017年McDonald診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]，病程4～12年，臨床分型均為復(fù)發(fā)-緩解型。由同1名神經(jīng)內(nèi)科副主任醫(yī)師對所有患者進行神經(jīng)學(xué)檢查及臨床擴展致殘量表評分(expanded disability status scale, EDSS)。收集同期性別、年齡相匹配的16名健康志愿者為對照組，男4名，女12名，年齡22～36歲，平均(28.8±4.3)歲。本研究通過我院倫理委員會審核，并獲得所有受試者的知情同意。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery MR750W 3.0T超導(dǎo)型MR掃描儀，24通道相控陣頭頸聯(lián)合線圈。掃描序列包括常規(guī)T1 FLAIR(TE 24 ms，TR 1 750 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣320×256，層厚5 mm)、T2 FLAIR(TE 95 ms，TR 8 600 ms，TI 2 100 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣288×224，層厚5 mm)及ihMT序列。軸位3D ihMT序列掃描時定位線與T2 FLAIR一致，TE 2.6 ms，TR 11.5 ms，F(xiàn)OV 24 cm×24 cm，矩陣192×192，層厚5 mm，激勵次數(shù)1，共采集22期。

1.3 圖像分析 采用ihMT軟件生成MTR、qMT、非均勻MT率(inhomogeneous MT ratio, ihMTR)及非均勻量化MT(inhomogeneous quantitative MT， qihMT)參數(shù)圖。于4個參數(shù)圖上，由2名分別有6年及10年中樞神經(jīng)系統(tǒng)MRI診斷經(jīng)驗的主治醫(yī)師在T2 FLAIR圖像清晰顯示的MS病灶(共46個病灶，主要分布于額顳枕葉白質(zhì)、內(nèi)囊及胼胝體)上勾畫ROI，大小約為5～10 mm2，測量3次，取平均值；同時在健康志愿者對應(yīng)部位正常腦白質(zhì)區(qū)(額顳枕葉白質(zhì)16個，內(nèi)囊和胼胝體各15個)勾畫相同大小ROI，計算MS病灶及健康志愿者相應(yīng)部位的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。以K-S擬合優(yōu)度檢驗數(shù)據(jù)分布，MS組和對照組的MTR、qMT、ihMTR及qihMT數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布，以±s表示；2組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient, ICC)評價2名醫(yī)生間測量結(jié)果的一致性(ICC<0.4為一致性較低；0.4≤ICC≤0.80為一致性中等；ICC>0.8為一致性好)。采用Spearman相關(guān)分析評價MS患者的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值與EDSS評分的相關(guān)性(|r|<0.4為弱相關(guān)；0.4≤|r|<0.6為中等相關(guān)；0.6≤|r|<0.8為強相關(guān)；|r|≥0.8為極強相關(guān))。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

在MTR、qMT、ihMTR及qihMT圖上，對照組白質(zhì)呈均勻高信號，MS組脫髓鞘病灶信號較正常白質(zhì)信號減低(圖1、2)。

2名醫(yī)師對MS組脫髓鞘病灶和對照組的ihMT各參數(shù)測量結(jié)果的一致性好(ICC均>0.8，表1)。MS組脫髓鞘病灶的MTR、qMT、ihMTR及qihMT均低于對照組腦白質(zhì)(P均<0.001，表2)。MTR和qMT與EDSS呈中等負相關(guān)(r=-0.440、-0.572，P=0.004、0.002)；ihMTR和qihMT與EDSS呈強負相關(guān)(r=-0.704、-0.739，P均<0.001，圖3)。

表1 2名醫(yī)師對MS組和對照組ihMT成像各參數(shù)測量結(jié)果的ICC值

3 討論

MS是一種自身免疫性脫髓鞘病變，其病理改變包括血管周圍炎癥、髓鞘脫失、膠質(zhì)增生及軸突損傷等，白質(zhì)髓鞘脫失是其最具特征性的改變。常規(guī)MRI是診斷MS及評估病情進展的首選方法，T2 FLAIR序列能敏感地檢出MS病變斑塊，但形態(tài)學(xué)成像不能發(fā)現(xiàn)MS所致細微病變，也無法量化評價髓鞘脫失的程度，因此在評價病變進展及指導(dǎo)治療方面存在一定局限性。MR功能成像能在細胞分子水平反映病變特征，在揭示MS的病理及代謝變化方面具有更大優(yōu)勢[5]。擴散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可通過測量水分子的擴散運動間接反映白質(zhì)髓鞘的完整性。郭油油等[6]報道，MS患者聽覺傳導(dǎo)通路的部分FA顯著減低，而平均擴散系數(shù)(mean diffusivity, MD)升高。陳璇等[7]采用MRS對MS的病變進行成像，譜線表現(xiàn)為氮-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)峰下降，且下降幅度與病變嚴(yán)重程度有關(guān)。

圖1 健康志愿者男，28歲 A～E.分別為T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT圖，ihMT各參數(shù)圖均顯示灰白質(zhì)對比良好，白質(zhì)信號較高 圖2 MS患者女，32歲 A～E.分別為T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT圖，ihMT各參數(shù)圖均顯示病灶信號較白質(zhì)降低(箭)

圖3 ihMT各成像參數(shù)與EDSS相關(guān)性散點圖 A.MTR; B.qMT； C.ihMTR； D.qihMT

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)MT成像中，有報道[8]MTR改變與髓鞘結(jié)構(gòu)的變化直接相關(guān)，這是因為髓鞘結(jié)構(gòu)屬于氫質(zhì)子結(jié)合池，因而髓鞘的脫失會導(dǎo)致MTR下降；但在MS的MT成像研究中，對于MTR的變化報道不一。Mottershead等[9]觀察MS患者死后的新鮮大腦標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)MTR主要與髓鞘含量相關(guān)；而Vavasour等[10]認為MTR和qMT的影響因素主要是白質(zhì)內(nèi)水的含量，而水含量與病變部位水腫及炎癥的進展有關(guān)。近年來研究[11-13]發(fā)現(xiàn)，對于髓鞘這類含多層脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)而言，兩側(cè)依次施加相同偏中心射頻產(chǎn)生的MT效應(yīng)與一次同時施加相同的偏中心射頻并不一致，其MT效應(yīng)的差異比率即ihMTR。Zhang等[14]研究表明，ihMT成像得到的ihMTR等參數(shù)在健康志愿者中具有很好的穩(wěn)定性。本研究進一步探討ihMT在MS中的應(yīng)用，結(jié)果表明，在ihMT參數(shù)圖中，MS脫髓鞘斑塊信號均低于正常白質(zhì)，提示ihMT有助于檢出脫髓鞘病變。此外，對于傳統(tǒng)MT成像與臨床癥狀之間的關(guān)系也存在爭議。Vrenken等[15]報道稱EDSS與看似正常白質(zhì)(normal appearing white matter, NAWM)的MTR值呈顯著負相關(guān)，而與病變白質(zhì)的MTR值相關(guān)性較低；而Amann等[16]指出MS病情進展與白質(zhì)病變有關(guān)，而與NAWM無關(guān)。上述不同結(jié)果提示MS病變存在可能多種病理生理機制，其綜合效應(yīng)影響最終的MT信號。本研究中白質(zhì)病變的MTR和qMT與EDSS呈中等負相關(guān)，而ihMTR和qihMT與EDSS呈強負相關(guān)，與Van Obberghen等[17]的研究結(jié)果一致。ihMT反映白質(zhì)髓鞘的完整性，與臨床癥狀直接相關(guān)，而MT與髓鞘的完整性和水含量均有關(guān)，因此與EDSS相關(guān)性相對較低。ihMT成像過程也可以得到MT的定量參數(shù)，這為全面了解MS的病理機制提供了可能。

本研究存在一些不足，首先，樣本量較小，需要更大樣本量并結(jié)合病程分析，以得到更穩(wěn)定的結(jié)果；且本組病例中包括部分MS復(fù)發(fā)患者，與首發(fā)MS患者的EDSS的評分結(jié)果有所區(qū)別，因而會影響研究結(jié)果。其次，受掃描條件限制，本研究未能測量T2值以評估水含量，對于ihMT與MS脫髓鞘及水含量的關(guān)系仍需進一步探討[18]。再次，目前ihMT掃描序列的分辨率較低，且MS病灶均較小，測量結(jié)果會受到部分容積效應(yīng)的影響[19]；同時此序列掃描時間較長，運動偽影可能影響測量結(jié)果。

綜上所述，ihMT成像能準(zhǔn)確反映白質(zhì)髓鞘含量的變化，其定量參數(shù)與MS臨床癥狀有較好的相關(guān)性，具有潛在臨床應(yīng)用價值。