結(jié)構(gòu)磁共振成像在神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

[摘要]"隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的迅猛發(fā)展，磁共振成像已成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病分析的重要手段之一。結(jié)構(gòu)磁共振成像（structural"magnetic"resonance"imaging，sMRI）可評估大腦細(xì)微的形態(tài)學(xué)變化，從體素層面反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病理變化；通過精準(zhǔn)的腦結(jié)構(gòu)分割、定位與定量分析，觀察到不同腦區(qū)的微小結(jié)構(gòu)變化，揭示局部腦組織組成及結(jié)構(gòu)差異，為神經(jīng)精神疾病的診斷與機制研究提供客觀的影像學(xué)依據(jù)。本文對sMRI在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷中的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

[關(guān)鍵詞]"結(jié)構(gòu)磁共振成像；中樞神經(jīng)系統(tǒng)；認(rèn)知功能障礙；帕金森病

[中圖分類號]"R445.2""""""[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.15.023

腦功能活動受空間和時間因素影響，活動模式依賴于特定細(xì)胞群體之間復(fù)雜的解剖連接網(wǎng)絡(luò)。研究表明人類大腦的宏觀神經(jīng)元動力學(xué)主要由其物理幾何形狀決定[1]。大腦的形狀不僅可預(yù)測其功能，還為研究大腦如何影響個體行為差異提供新的視角和方向。對大腦形狀模型的探討可簡化對腦功能研究的方法，相較于全面的腦連接模型更為高效。

結(jié)構(gòu)磁共振成像（structural"magnetic"resonance"imaging，sMRI）利用高分辨率的磁共振薄層圖像結(jié)合人工智能腦結(jié)構(gòu)分割軟件，可精準(zhǔn)分割和定位腦結(jié)構(gòu)及腦功能亞區(qū)，并定量顯示腦區(qū)的體積、全腦占比、不對稱指數(shù)、皮質(zhì)厚度、表面積和曲率等指標(biāo)。分割前首先采集矢狀位或橫斷位超薄腦部磁共振影像數(shù)據(jù)，使用深度學(xué)習(xí)模型，提取大腦圖像特征，包括腦區(qū)形狀、大小、紋理及位置等，通過量化多個檢查結(jié)果可追蹤不同腦區(qū)隨訪曲線，精確檢測同一腦結(jié)構(gòu)在不同時間點的微小變化，以助醫(yī)生用來輔助診斷、監(jiān)測疾病進(jìn)展及治療方法的選擇。sMRI主要包括體素基礎(chǔ)的形態(tài)學(xué)測量方法（voxel-"based"morphometry，VBM）和表面基礎(chǔ)的形態(tài)學(xué)測量方法（surface-based"morphometry，SBM），廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷與機制研究[2]。

1""sMRI對認(rèn)知功能障礙的臨床應(yīng)用

腦形態(tài)和體積的變化是多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要標(biāo)志。研究表明認(rèn)知功能與海馬、內(nèi)嗅皮質(zhì)及腦室結(jié)構(gòu)的改變密切相關(guān)[3]。量化海馬體積有助于評估腦小血管病患者的認(rèn)知功能，與內(nèi)側(cè)顳葉及海馬的體積和內(nèi)側(cè)顳葉萎縮評分呈負(fù)相關(guān)，且與簡易智力狀態(tài)檢查量表評分呈正相關(guān)，表明海馬在認(rèn)知功能中發(fā)揮核心作用。海馬體積百分比lt;0.31則表現(xiàn)出良好的診斷效能[4]。

早期癡呆癥狀常伴隨海馬萎縮，這一變化與記憶、學(xué)習(xí)及執(zhí)行功能密切相關(guān)。姜華等[5]基于VBM的研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者無論有無認(rèn)知功能障礙，其腦總灰質(zhì)體積均低于健康人群。伴有認(rèn)知障礙患者的左側(cè)顳中回和海馬體積顯著萎縮，海馬萎縮可作為糖尿病患者早期腦結(jié)構(gòu)變化的重要影像學(xué)標(biāo)志。此外，這些患者還可能伴隨基底節(jié)、額、顳、枕葉及邊緣系統(tǒng)的腦容積減少，且腦皮質(zhì)容積與病程和血糖水平相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)2型糖尿病認(rèn)知功能障礙患者的海馬萎縮存在不對稱性，右側(cè)海馬的萎縮明顯于左側(cè)，這一現(xiàn)象為研究糖尿病認(rèn)知功能障礙的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和病理機制提供新思路[6]。

阿爾茨海默病（Alzheimer’s"disease，AD）是老年人群中常見的原發(fā)性認(rèn)知障礙性疾病，分為前臨床期、輕度認(rèn)知障礙（mild"cognitive"impairment，MCI）及癡呆3個階段。海馬是人腦記憶存儲和檢索的重要解剖基礎(chǔ)，與皮質(zhì)和皮質(zhì)結(jié)構(gòu)存在廣泛聯(lián)系。海馬常是AD患者首發(fā)的神經(jīng)功能結(jié)構(gòu)改變區(qū)域，這種變化與認(rèn)知損害密切相關(guān)。通過量化海馬的直徑、體積等指標(biāo)對AD早期診斷具有重要價值[7]。海馬由不同功能的亞區(qū)組成，而AD發(fā)展過程中的這些亞區(qū)受損情況各不相同。海馬的主要信息輸入通路為內(nèi)嗅皮質(zhì)到齒狀回及CA3區(qū)，信息輸出起始于海馬腳、下托，并投射至前后扣帶回皮質(zhì)、壓部皮質(zhì)及前額顳葉等腦區(qū)。這些神經(jīng)通路的相互作用負(fù)責(zé)集體記憶的編碼、鞏固和提取。

AD患者海馬萎縮的主要病理機制包括神經(jīng)元纖維纏結(jié)、神經(jīng)元和突觸的喪失[8]。海馬下托的體積減小與認(rèn)知功能減弱相關(guān)，而過渡區(qū)的體積減小與定向功能線性相關(guān)[9]。研究還發(fā)現(xiàn)海馬與杏仁核存在相關(guān)關(guān)系，兩者的形態(tài)學(xué)改變與認(rèn)知障礙正相關(guān)，且基于海馬的形態(tài)學(xué)變化預(yù)測AD患者亞臨床階段的準(zhǔn)確性高達(dá)80%[10-11]。曾利川等[12]研究表明內(nèi)嗅皮質(zhì)的形態(tài)學(xué)變化也是AD患者早期腦容積變化的關(guān)鍵區(qū)域，AD患者大腦皮質(zhì)（尤其是額葉和顳葉）厚度顯著減小，這與認(rèn)知處理、決策制定和語言功能密切相關(guān)[13]。隨著腦組織的萎縮，腦室體積通常會增大，盡管這并不直接影響認(rèn)知功能，但可作為評估AD進(jìn)展的重要參數(shù)[14]。

2""sMRI對帕金森病的臨床應(yīng)用

帕金森?。≒arkinson’s"disease，PD）是第二常見的神經(jīng)退行性疾病。PD病理特征表現(xiàn)為黑質(zhì)紋狀體系統(tǒng)中多巴胺能神經(jīng)元丟失及路易小體在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的廣泛累及。臨床上，PD的典型特征包括運動遲緩、震顫、僵硬和姿勢不穩(wěn)等。此外，患者還可能出現(xiàn)多種非運動癥狀，如便秘、嗅覺減退及認(rèn)知和情緒障礙等[15]。大腦皮質(zhì)和皮質(zhì)下邊緣系統(tǒng)是認(rèn)知、個體行為導(dǎo)向、情感和情緒中樞，并涉及海馬、海馬旁回、杏仁核、扣帶回和伏隔核等腦部結(jié)構(gòu)。由于不同亞區(qū)在組織學(xué)和功能上存在異質(zhì)性，亞區(qū)域體積的變化對PD的影響顯著，大腦的邊緣結(jié)構(gòu)在PD的發(fā)展過程中易受路易小體病理的影響，導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞損傷和凋亡[16]。

研究發(fā)現(xiàn)PD患者的小腦小葉灰質(zhì)體積顯著萎縮，這種萎縮影響小腦內(nèi)及小腦與皮質(zhì)之間的功能連接[17]。此外，基于VBM的研究顯示PD患者小腦皮質(zhì)和皮質(zhì)下萎縮存在多灶性，尤其是小腦小葉Ⅵ萎縮與靜止性震顫、震顫程度之間存在正相關(guān)，且不同運動亞型的患者表現(xiàn)出不同的萎縮模式[18-19]。

伴隨PD的疲勞癥狀與邊緣區(qū)、丘腦、基底節(jié)及頂顳葉的結(jié)構(gòu)和功能異常相關(guān)[20]。疼痛患者的腦皮質(zhì)結(jié)構(gòu)變化也與疼痛評分相關(guān)，額中回及額下回的顯著變薄可能與PD的病理損害有關(guān)[21]。抑郁癥狀常在PD的早期出現(xiàn)，sMRI研究顯示患者的邊緣系統(tǒng)，尤其是眶額皮質(zhì)、前扣帶回、杏仁核和海馬等區(qū)域存在廣泛的結(jié)構(gòu)和功能異常，這些結(jié)構(gòu)變化與患者的病理生理變化密切相關(guān)[22]。

3""sMRI對抑郁癥的臨床應(yīng)用

抑郁癥為多種因素導(dǎo)致的精神疾病，臨床多表現(xiàn)為情緒低落及認(rèn)知功能受損。神經(jīng)影像學(xué)研究顯示青少年抑郁癥患者的腦結(jié)構(gòu)變化存在性別差異，主要涉及額葉、邊緣系統(tǒng)、前扣帶回和基底神經(jīng)節(jié)等區(qū)域，證實這種性別差異可能是影響臨床表現(xiàn)和發(fā)病率的解剖學(xué)基礎(chǔ)[23]。

sMRI研究表明抑郁癥患者的腹內(nèi)側(cè)前額葉、扣帶回、島葉、眶額葉、顳頂葉灰質(zhì)出現(xiàn)萎縮[24-25]。卒中后抑郁（post-stroke"depression，PSD）對腦卒中患者的康復(fù)和生存率有很大影響，基于VBM的研究顯示PSD患者主要在左額下回和背外側(cè)前額葉皮質(zhì)經(jīng)歷灰質(zhì)體積減小，特別是在患側(cè)的前扣帶回皮質(zhì)、杏仁核和丘腦的灰質(zhì)體積下降，進(jìn)一步顯示卒中病變對同側(cè)腦區(qū)的抑制作用[26-28]。

前額葉為個體情感信息交換和整合的關(guān)鍵區(qū)域，皮質(zhì)萎縮導(dǎo)致神經(jīng)環(huán)路的不完整性，情感信息傳輸速率下降。邊緣系統(tǒng)中的杏仁核、海馬、扣帶回及丘腦灰質(zhì)體積降低可誘發(fā)個體記憶、決策及意識方面的變化[29]。

4""sMRI對癲癇的臨床應(yīng)用

癲癇為大腦神經(jīng)元異常放電導(dǎo)致的慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，其特點包括自發(fā)性發(fā)作、病程長和致殘率高。研究表明癲癇患者的腦灰質(zhì)和白質(zhì)均有所減少[30]。內(nèi)側(cè)顳葉癲癇（medial"temporal"lobe"epilepsy，mTLE）是最常見的難治性癲癇，其病理特征以海馬硬化（hippocampal"sclerosis，HS）為主，而海馬的變化程度與臨床預(yù)后密切相關(guān)。利用影像學(xué)無創(chuàng)技術(shù)評估海馬的容積和微結(jié)構(gòu)變化，對判斷神經(jīng)元損傷程度及制定診療方案至關(guān)重要。sMRI可客觀評價mTLE-HS患者的海馬容積和微結(jié)構(gòu)變化[31]。同時，研究發(fā)現(xiàn)小腦的形態(tài)和結(jié)構(gòu)變化也是mTLE-HS的重要表現(xiàn)，可能與癲癇的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)[32]。此外，兒童失神癲癇作為一種常染色體顯性遺傳病，sMRI結(jié)果顯示患兒的雙側(cè)額葉皮質(zhì)容積縮小，而丘腦及右側(cè)后扣帶回的體積顯著增大[33-34]。

5""sMRI對其他神經(jīng)精神的臨床應(yīng)用

強迫癥（obsessive-compulsive"disorder，OCD）是一種常見且嚴(yán)重的精神障礙，終生患病率約為1%～3%[35]；患者表現(xiàn)為強迫思維和行為，并伴隨認(rèn)知功能障礙、注意力缺陷和記憶力下降等問題[36]。VBM分析顯示OCD患者的小腦、海馬及顳上回的容積明顯減少[37]。孤獨癥是一種神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙，其特征包括社交溝通障礙和重復(fù)行為?；趕MRI的研究發(fā)現(xiàn)孤獨癥兒童的額頂顳枕葉和楔前葉皮質(zhì)厚度明顯高于正常兒童，且右額下回、右頂上區(qū)、右枕葉和左側(cè)顳中回的容積增大，而小腦、腦干和杏仁核的容積則低于正常兒童[38]。

失眠障礙（insomnia"disorder，ID）是與其他精神和軀體疾病相互影響的一種常見精神疾病。杏仁核作為關(guān)鍵的情緒中樞，其神經(jīng)結(jié)構(gòu)在慢性ID患者中出現(xiàn)萎縮，尤其是左側(cè)杏仁核的淺表核和基底外側(cè)核顯著變小[39-40]。智力與神經(jīng)解剖學(xué)相關(guān)[41]。Bajaj等[42]研究發(fā)現(xiàn)，后額葉和頂葉皮質(zhì)的厚度與感知推理、語言理解和智力之間存在正相關(guān)。慢性疲勞綜合征（chronicfatiguesyndrome，CFS）的特征包括持續(xù)的疲勞和認(rèn)知障礙，CFS患者的右側(cè)顳葉、雙側(cè)杏仁核、殼核、丘腦、海馬和其他部分區(qū)域的灰質(zhì)容積出現(xiàn)增大，可能與個體對內(nèi)感受信號和應(yīng)激的處理有關(guān)[43-44]。

全球約1/3的人口面臨超重或肥胖問題，這已成為公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)之一。肥胖患者的大腦獎賞系統(tǒng)、執(zhí)行控制及情緒評估相關(guān)腦區(qū)的灰質(zhì)容積和功能存在受損現(xiàn)象[45]。研究表明肥胖患者的小腦、左豆?fàn)詈藲?、右眶部額上回、左內(nèi)側(cè)額上回及右側(cè)旁扣帶回的灰質(zhì)容積減少[46]。

6""sMRI對神經(jīng)系統(tǒng)疾病診斷存在的問題及應(yīng)用展望

結(jié)合高分辨率磁共振和人工智能腦結(jié)構(gòu)分割技術(shù)，sMRI可精準(zhǔn)定位和定量不同腦區(qū)的容積及占比，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷和機制研究提供客觀影像學(xué)依據(jù)。不足之處在于磁共振檢查時間較長，對幽閉恐懼癥、體內(nèi)植入金屬及心臟起搏器等患者的檢查存在風(fēng)險。同時，sMRI圖像質(zhì)量及量化值受磁共振場強、線圈及后處理軟件影響，不同設(shè)備及軟件間存在差異。但隨著超高場強磁共振、多通道線圈及人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，通過進(jìn)一步優(yōu)化深度學(xué)習(xí)算法，提高腦結(jié)構(gòu)分割的速度及精度，同時，集成多模態(tài)數(shù)據(jù)分析可更深入研究腦部疾病，揭示腦結(jié)構(gòu)組成及差異，為神經(jīng)精神疾病的診斷與機制研究提供客觀影像學(xué)依據(jù)。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2025–01–20）

（修回日期：2025–05–13）