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【专题综述】高分辨磁共振神经病学应用进展


磁共振成像(MRI)的出现仅有短短30余年,却成为临床评估和研究脑和脊髓的重要影像技术。

结构MRI的发展得益于高场强磁共振成像提高了分辨率和对比度。例如,1.5T提高至3T使分辨率提高,灰白质分界更清晰,也使皮质体积的定量分析成为可能,是疾病评估的重要纵向监测指标。7T到9.4T的磁场,基于血液、铁离子、髓鞘的磁敏感性不同,磁敏感加权技术使得微小结构可视化。在中枢神经系统,白质纤维、血管结构、皮层灰质基底结构都可以数百微米的分辨率显示出来[1-2]。

应用高分辨磁共振(HRMRI)的主要目的是探索神经影像的边界范围,即获得最高空间分辨率的结构和功能信息,以期科研和临床的新发现。目前在癫痫、多发性硬化、变性病等研究领域已有应用[3]。

在脑血管病方面,HRMRI血管壁成像可用于诊断和鉴别颅内动脉粥样硬化、夹层、烟雾病、血管炎、可逆性脑血管收缩综合征等。未来,HRMRI血管壁成像的应用。

1 HRMRI血管壁成像技术

成功的血管壁成像,其分辨率需能够显示目标血管壁,其对比度需能够区分血管壁成分,以及垂直于血管长轴的横断面成像。HRMRI血管壁成像通常由快速自旋回波或黑血技术的T1加权像(T1WI)、T2加权像(T2WI)、质子密度像(PdWI)、增强对比T1WI等序列构成[4]。双翻转恢复和运动致敏驱动平衡是典型的黑血技术[4]。黑血技术应用预饱和脉冲抑制管腔内血流信号,通过双翻转恢复自旋回波(DIRSE)获得T1加权像,双回波自旋回波获得T2加权像和质子密度加权像。单层连续采集虽然对血液信号抑制效果好,但存在空间分辨率有限、扫面时间长、部分容积效应等缺点,故而双翻转恢复通常与2D自旋回波或快速自旋回波序列结合使用可以抑制血流信号,使血管管腔内血液信号与管壁信号之间形成较好的对比[5-6]。目前运动致敏驱动平衡前置脉冲技术被应用于3D HRMRI。射频脉冲及90°和180°翻转角被用于快速回波序列前的预备脉冲,并且比双翻转恢复具有更短的预备时间和更大的覆盖范围,但预备时间、不均匀磁场的易化、血流和脑脊液信号的不完全抑制会导致信号丢失[4-5,7]。除动脉粥样硬化外,血管壁成像可被应用于评估多种血管病变。评估颅内动脉疾病时,HRMRI是直接评估血管壁的重要手段之一。HRMRI的颅内血管壁成像已达到<1 mm的分辨率(0.2~0.9 mm)、2D或3D重建垂直于血管走行的横断面成像、抑制动脉血液和脑脊液的黑血技术[4,8]。

T1WI、T2WI和PdWI在颈动脉和颅内动脉管壁成像研究中都是最常用的序列。不同序列各具优势,T1WI和T2WI在识别斑块内异质成分方面更优越,而PdWI使管壁和管腔形成很高的对比,更适合进行量化分析。颈动脉和冠脉粥样硬化的研究表明,多对比加权可更准确地评价斑块成分[9]。

为达到更高的分辨率,磁共振场强至少为3T,最近应用7T磁共振的研究也取得了突破性的成果[4]。以往绝大多数研究均使用2D黑血成像技术,而在目前的研究中,3D血管壁成像技术开始崭露头角。3D成像技术可达到更高的空间分辨率、进行各向同性扫描、扫描覆盖更大范围,对于管径小、走行曲折的颅内动脉,具有很大的优越性。3D可变再聚焦翻转角度序列(3D variable refocusing flipanglesequences)是目前被广泛应用和研究的3D技术,相对于传统3D和2D成像技术,它能够提供较高的图像质量、较大的扫描范围、较短的扫描时间和良好的血流抑制[10]。不同公司对该技术的命名不同,其中西门子在其商用MRI系统中将其命名为SPACE,飞利浦则称其为VISTA,GE公司将其命名为CUBE。

2 HRMRI在颅内动脉疾病中的应用

2.1 HRMRI评估斑块成分 传统的血管成像技术如磁共振血管成像(MRA)、头颅计算机断层扫描血管造影术(CTA),能够提供颅内血管的管腔状态的详细信息,但不能识别斑块结构及成分[10-11]。

自2001年Yuan等[9]对颈动脉斑块的高分辨磁共振研究中,对颈动脉内膜剥脱术患者的斑块进行术前影像与术后病理的对比,发现多对比加权能够更好地识别斑块成分,HRMRI的信号特征与组织病理学具有良好的一致性[12-13],HRMRI对颈动脉斑块成分的识别具有较高的敏感性和特异性[14]。以肌肉信号作为参照,颈动脉斑块脂质核心在T1WI上为等信号或高信号,在T2WI上为低至高信号;各序列上纤维帽为等至低信号;斑块内出血在T1WI上为高信号,在T2WI上可表现为多种信号强度;钙化在各序列上均表现为低信号,边界清晰(表1)[11]

Klein等[15]首先将高分辨磁共振技术应用于1.5T磁共振的颅内动脉显像中。2005年Klein等[15]对24例脑桥梗死患者进行基底动脉(BA)扫描,观察斑块的分布,探讨可能的梗死机制。2006年Klein等[16]对6例患者的大脑中动脉(MCA)的高分辨磁共振结果研究发现,动脉粥样硬化处管壁增厚,可伴强化。关于MCA的尸检研究表明,颅内动脉斑块与颈动脉斑块成分相同[17]。因此对于颅内动脉斑块特征的研究可为识别易损斑块或稳定斑块提供线索。颅内动脉管径小、位置深,因此需要更高的空间分辨率,对成像技术要求更高。通常假定,MCA斑块信号强度相当于灰质或翼状肌,颈动脉斑块信号强度相当于胸锁乳突肌,二者是相匹配的[18]。另外,目前病理研究表明,HRMRI显示的粥样硬化斑块成分,包括脂质、炎症、血栓、斑块内出血等,与病理切片具有一致性[19-22],是体外观察斑块的可靠方法[23]。但由于病理取材相对困难,颅内斑块的组织学验证仍然受限。多对比加权序列的对比度是否足以分辨各种斑块成分,仍有待进一步大样本研究。

在HRMRI的T2WI序列上,对管壁异常和管壁增厚的判断有良好的观察者内和观察者间一致性[24]。总的来说,对于管壁结构的分析可采用以下标准:(1)正常管壁:管壁菲薄,甚至不可见。(2)管壁环形增厚:管壁厚度>1 mm,呈环形增厚。(3)斑块:局限性的偏心管壁增厚,最厚处超过管壁最薄处1.5倍以上。①斑块纤维帽:T2WI上斑块内表面(近管腔处)高信号带;②脂质核心:T2WI上纤维帽下低信号;③出血:T1WI上斑块内的高信号(与周围脑组织比较)[25]。

2.2 HRMRI对斑块负荷的定量评估 HRMRI对斑块负荷的定量评估通常使用T2WI序列。常见的测量为管腔面积、管壁面积、管壁厚度等。在T2WI序列上识别的斑块为偏心性管壁增厚,管壁最薄处小于最厚处的50%[26]。用途为计算MCA狭窄程度和重塑率。狭窄百分比(%)=(1-管腔面积/参考管腔面积)×100%[11]。重塑率的定义为最大狭窄处与参考点的管壁面积之比;扩张性重塑(负性重塑)指重塑率大于1.05,缩窄性重塑(正性重塑)指重塑率小于0.95[27]。参考管腔面积通常选择非闭塞的管腔,通常选择近段[26-28]。该计算方法存在局限,因为参考部位取决于MCA的弯曲程度和层面的选择,如扫描的MCA部位、影像参数、层面空间、层面厚度。确定正常管腔以测量特定狭窄度的一个可能方法为测量对侧MCA相应部位,但该方法同样存在一定人为因素干扰,并且只适用于单侧MCA病变[11]。研究表明,应用HRMRI进行管腔及管壁面积的测量,包括MCA和BA,都具有良好的观察者内和观察者间一致性[24,26,29-32]。管壁面积反映了斑块负荷,较大的斑块负荷通常见于动脉粥样硬化的晚期,不仅造成管腔狭窄影响血流动力学,而且还可能在粥样斑块的基础上发生继发病变,如斑块内出血、斑块破裂等,从而增加缺血事件发生的风险。目前所有对于MCA斑块的定量评估均取决于层厚,此外还受局部容积效应的影响。

2.3 病理生理

2.3.1 斑块成分 冠脉和颈动脉的研究表明,易损斑块常表现为破裂的纤维帽、坏死脂质核心、钙化、血栓、斑块内出血、斑块内新生血管、斑块周围炎症等[33]。

HRMRI对于MCA斑块成分的探究能够识别稳定斑块或易损斑块,颅内斑块的纤维帽在T2WI上可以表现为靠近管腔的高信号带[26,30],但是成像效果在很多患者中不甚理想。

T1WI平扫上高信号血管病可在MCA急性出血或夹层中出现[21-22]。2012年Xu等[34]对107例MCA重度狭窄患者高分辨磁共振研究认为,斑块内T1加权抑脂序列高信号(HST1)提示新发斑块内出血,其出现与同侧的卒中相关(P =0.01)。该研究同时发现,症状性MCA狭窄中斑块内出血的发生率不高(10.1%)。尸检病理研究的结果也支持该结论[17]。另一个研究对73例MCA狭窄的患者高分辨磁共振结果总结发现,27%症状性MCA狭窄的患者存在斑块内出血,无症状MCA狭窄的患者未见斑块内出血,该研究还表明,HRMRI对MCA斑块成分的显示具有良好的观察者内和观察者间一致性[30]。

增强HRMRI可以更好地检测斑块形态和反映斑块功能[11]。斑块强化可能是斑块不稳定的标志,可用于识别症状性斑块的风险。基于颈动脉的研究发现,增强扫描时斑块强化与斑块内致密的新生血管及巨噬细胞浸润密切相关,斑块内(特别是纤维帽内)新生血管生成会增

加斑块不稳定性[9]。2006年,Klein等[16]对6例有症状的大脑中动脉狭窄患者进行增强HRMRI检查,发现全部病例MCA狭窄段斑块均被强化,而非狭窄段无强化。基底动脉的HRMRI研究也表明,增加检查有助于对斑块的危险评估和分层[32]。

2.3.2 斑块分布 显微解剖研究表明,MCA的大多数穿支发起自MCA管壁的上背侧。因此,MCA的斑块分布可能引起不同形式的梗死。Xu等[35]通过分析86例MCA狭窄患者的T2WI序列管壁横断面影像结果发现,MCA斑块更常见于管壁的腹侧和下侧,即穿支血管开口的对侧。该研究结果表明,MCA斑块分布与冠状动脉斑块分布遵循同样的规律[36],并为卒中发生和卒中亚型提供支持证据[35]。另外还发现MCA上壁斑块与深部梗死相关[37]。对于基底动脉,斑块更常见于管壁背侧[38],HRMRI多用于研究和鉴别脑干梗死的病因和发病机制,即鉴别载体动脉斑块堵塞穿支和穿支动脉病变[39-40]。另外,穿支动脉开口附近的斑块,在血管内治疗的过程中,有可能出现“雪犁现象”,即由于支架的机械作用导致斑块堵塞穿支动脉开口。因此,HRMRI对斑块分布的研究,有可能为血管内治疗提供有效的指导和评估[41]。

2.3.3 重塑动脉粥样硬化损伤和狭窄程度并不吻合 HRMRI血管壁成像证实了冠状动脉上的发现,即当管壁显著增厚时,管壁会发生重塑以维持原本的管腔大小。扩张性重塑是易损斑块的特征,易出现斑块破裂和急性冠脉综合征,相似的缺血性病理过程也可在颅内动脉粥样硬化疾病中[42]。2006年,Klein等[16]在研究基底动脉时就发现部分患者的MRA图像显示为正常管腔,而HRMRI却可见动脉粥样硬化性斑块,提出颅内动脉可能存在与冠状动脉同样的动脉重构现象,随后的研究进一步证明了这种现象的存在[22,29]。Xu等[26]提出,与无症状MCA狭窄相比,症状性MCA狭窄有更高的正性重构(PR)率,区分症状性和非症状狭窄的因素并非狭窄程度,症状性狭窄患者的管腔面积更大(P<0.001)。

2.4 疾病 HRMRI由于其高分辨率、高信噪比,也同时被应用于其他脑血管疾病的诊断和研究 血管壁成像可用于鉴别在数字减影血管造影(DSA)、MRA等表现类似的血管病,包括血管炎、可逆性脑血管收缩综合征、颅内动脉粥样硬化、血管痉挛、感染、放射性血管损伤等[43]。

血管腔成像如CTA或DSA可用于评估内膜夹层,但对依然保留管腔的外膜夹层不敏感。动脉夹层常表现为“火焰征”。在HRMRI横断面上,可清晰观察到夹层隔膜将动脉分隔为真假两腔,假腔内存在血栓信号[44-45]。

动脉炎的诊断需结合影像、脑脊液检查和病理。血管成像有时可见多节段的管腔狭窄,但不具有特异性。HRMRI血管壁成像可直接显示管壁的炎症和水肿,可见强化,血管壁的强化多表现为向心性狭窄管腔的环形强化,部分患者可见周围组织强化[46-47]。可逆性脑血管收缩综合征(RCVS)和动脉炎均可表现为管腔缩小、管壁增厚,但增强后动脉炎有明显的管壁强化,而可逆性脑血管收缩综合征却未见增强或仅见轻微强化[46-47](表2)。

巨细胞动脉炎的患者,可表现为浅表颅外段和硬膜内段颈内动脉的强化[48]。HRMRI还可应用于对治疗效果的评估。如带状疱疹病毒感染造成的血管炎,急性期可见颈内动脉(ICA)末段及MCA的管腔狭窄、管壁增厚、管壁强化,经治疗后,仅表现为管腔狭窄,管壁增厚和强化消失[49]。

3 展望

尽管HRMRI对评估和鉴别颅内血管疾病有良好的发展前景,但未来仍需要更多的研究。目前高分辨磁共振应用的局限性为:首先,受限于取材困难、尸检数量,目前HRMRI血管成像的病理学确证研究仍然很少。未来需要前瞻性的纵向研究,探索血管壁损伤的影像表现和特定疾病的关联,能够揭示影像及临床风险的相关性。其次,由于颅内血管管径小、走行曲折,影像评估需要高分辨率和高信噪比,使得HRMRI扫描成为一个耗时的过程,因而使患者周转量、运动伪影和患者不适感导致的成像质量差成为影响HRMRI广泛应用的限制因素。随着后续软件和硬件系统的升级,应该可以在更短的时间内完成扫描,提高临床可行性。另外,对设备和技术的要求,使更高场强的MRI系统的临床应用和研究局限在少数医疗中心,MCA的层面选择以获得矢状位成像要求很好训练的技术人员和神经影像人员的积极投入[10-11]。

目前,在各医院和大学的重点神经影像中心,使用3T场强的磁共振越来越多,并且在某些研究中心,更高场强的磁共振系统正在投入使用。随诊影像技术日趋进步,HRMRI成为管腔成像技术的补充,成为鉴别和评估颅内血管病变的常规检查。这有可能为一部分“不明原因”的脑梗死找到病因。后处理技术的发展能够更有效地自动评估重塑率、斑块成分、狭窄程度、强化程度。除了辅助诊断,HRMRI也可用于评估治疗反应,从而指导临床。颅内动脉硬化性疾病的演变具有时间连续性,监测斑块特征、炎症相关的改变,可用于动态跟踪疾病进展和治疗效果[10-11]。

参考文献(略)


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