高分辨磁共振神經病學應用進展

許玉園，徐蔚海

磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的出現僅有短短30余年，卻成為臨床評估和研究腦和脊髓的重要影像技術。

結構MRI的發展得益于高場強磁共振成像提高了分辨率和對比度。例如，1.5T提高至3T使分辨率提高，灰白質分界更清晰，也使皮質體積的定量分析成為可能，是疾病評估的重要縱向監測指標。7T到9.4T的磁場，基于血液、鐵離子、髓鞘的磁敏感性不同，磁敏感加權技術使得微小結構可視化。在中樞神經系統，白質纖維、血管結構、皮層灰質基底結構都可以數百微米的分辨率顯示出來[1-2]。

應用高分辨磁共振（high-resolution magnetic resonance imaging，HRMRI）的主要目的是探索神經影像的邊界范圍，即獲得最高空間分辨率的結構和功能信息，以期科研和臨床的新發現。目前在癲癇、多發性硬化、變性病等研究領域已有應用[3]。

在腦血管病方面，HRMRI血管壁成像可用于診斷和鑒別顱內動脈粥樣硬化、夾層、煙霧病、血管炎、可逆性腦血管收縮綜合征等。未來，HRMRI血管壁成像的應用將會提升診斷評估水平以及對疾病病理生理的認識。

1 HRMRI血管壁成像技術

成功的血管壁成像，其分辨率需能夠顯示目標血管壁，其對比度需能夠區分血管壁成分，以及垂直于血管長軸的橫斷面成像。HRMRI血管壁成像通常由快速自旋回波或黑血技術的T1加權像（T1weighted imaging，T1WI）、T2加權像（T2weighted imaging，T2WI）、質子密度像（proton density weighed imaging，PdWI）、增強對比T1WI等序列構成[4]。雙翻轉恢復和運動致敏驅動平衡是典型的黑血技術[4]。黑血技術應用預飽和脈沖抑制管腔內血流信號，通過雙翻轉恢復自旋回波（double inversion recovery spin echo，DIR SE）獲得T1加權像，雙回波自旋回波獲得T2加權像和質子密度加權像。單層連續采集雖然對血液信號抑制效果好，但存在空間分辨率有限、掃面時間長、部分容積效應等缺點，故而雙翻轉恢復通常與2D自旋回波或快速自旋回波序列結合使用可以抑制血流信號，使血管管腔內血液信號與管壁信號之間形成較好的對比[5-6]。目前運動致敏驅動平衡前置脈沖技術被應用于3D HRMRI。射頻脈沖及90°和180°翻轉角被用于快速回波序列前的預備脈沖，并且比雙翻轉恢復具有更短的預備時間和更大的覆蓋范圍，但預備時間、不均勻磁場的易化、血流和腦脊液信號的不完全抑制會導致信號丟失[4-5，7]。除動脈粥樣硬化外，血管壁成像可被應用于評估多種血管病變。評估顱內動脈疾病時，HRMRI是直接評估血管壁的重要手段之一。HRMRI的顱內血管壁成像已達到＜1 mm的分辨率（0.2～0.9 mm）、2D或3D重建垂直于血管走行的橫斷面成像、抑制動脈血液和腦脊液的黑血技術[4，8]。

T1WI、T2WI和PdWI在頸動脈和顱內動脈管壁成像研究中都是最常用的序列。不同序列各具優勢，T1WI和T2WI在識別斑塊內異質成分方面更優越，而PdWI使管壁和管腔形成很高的對比，更適合進行量化分析。頸動脈和冠脈粥樣硬化的研究表明，多對比加權可更準確地評價斑塊成分[9]。

為達到更高的分辨率，磁共振場強至少為3T，最近應用7T磁共振的研究也取得了突破性的成果[4]。以往絕大多數研究均使用2D黑血成像技術，而在目前的研究中，3D血管壁成像技術開始嶄露頭角。3D成像技術可達到更高的空間分辨率、進行各向同性掃描、掃描覆蓋更大范圍，對于管徑小、走行曲折的顱內動脈，具有很大的優越性。3D可變再聚焦翻轉角度序列（3D variable refocusing flip angle sequences）是目前被廣泛應用和研究的3D技術，相對于傳統3D和2D成像技術，它能夠提供較高的圖像質量、較大的掃描范圍、較短的掃描時間和良好的血流抑制[10]。不同公司對該技術的命名不同，其中西門子在其商用MRI系統中將其命名為SPACE，飛利浦則稱其為VISTA，GE公司將其命名為CUBE。

2 HRMRI在顱內動脈疾病中的應用

2.1 HRMRI評估斑塊成分 傳統的血管成像技術如磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）、頭顱計算機斷層掃描血管造影術（computed tomography angiography，CTA），能夠提供顱內血管的管腔狀態的詳細信息，但不能識別斑塊結構及成分[10-11]。

自2001年Yuan等[9]對頸動脈斑塊的高分辨磁共振研究中，對頸動脈內膜剝脫術患者的斑塊進行術前影像與術后病理的對比，發現多對比加權能夠更好地識別斑塊成分，HRMRI的信號特征與組織病理學具有良好的一致性[12-13]，HRMRI對頸動脈斑塊成分的識別具有較高的敏感性和特異性[14]。以肌肉信號作為參照，頸動脈斑塊脂質核心在T1WI上為等信號或高信號，在T2WI上為低至高信號；各序列上纖維帽為等至低信號；斑塊內出血在T1WI上為高信號，在T2WI上可表現為多種信號強度；鈣化在各序列上均表現為低信號，邊界清晰（表1）[11]。

表1 組織學驗證的多序列頸動脈高分辨磁共振成像

Klein等[15]首先將高分辨磁共振技術應用于1.5T磁共振的顱內動脈顯像中。2005年Klein等[15]對24例腦橋梗死患者進行基底動脈（basilar artery，BA）掃描，觀察斑塊的分布，探討可能的梗死機制。2006年Klein等[16]對6例患者的大腦中動脈（middle cerebral artery，MCA）的高分辨磁共振結果研究發現，動脈粥樣硬化處管壁增厚，可伴強化。關于MCA的尸檢研究表明，顱內動脈斑塊與頸動脈斑塊成分相同[17]。因此對于顱內動脈斑塊特征的研究可為識別易損斑塊或穩定斑塊提供線索。顱內動脈管徑小、位置深，因此需要更高的空間分辨率，對成像技術要求更高。通常假定，MCA斑塊信號強度相當于灰質或翼狀肌，頸動脈斑塊信號強度相當于胸鎖乳突肌，二者是相匹配的[18]。另外，目前病理研究表明，HRMRI顯示的粥樣硬化斑塊成分，包括脂質、炎癥、血栓、斑塊內出血等，與病理切片具有一致性[19-22]，是體外觀察斑塊的可靠方法[23]。但由于病理取材相對困難，顱內斑塊的組織學驗證仍然受限。多對比加權序列的對比度是否足以分辨各種斑塊成分，仍有待進一步大樣本研究。

在HRMRI的T2WI序列上，對管壁異常和管壁增厚的判斷有良好的觀察者內和觀察者間一致性[24]?？偟膩碚f，對于管壁結構的分析可采用以下標準：（1）正常管壁：管壁菲薄，甚至不可見。（2）管壁環形增厚：管壁厚度＞1 mm，呈環形增厚。（3）斑塊：局限性的偏心管壁增厚，最厚處超過管壁最薄處1.5倍以上。①斑塊纖維帽：T2WI上斑塊內表面（近管腔處）高信號帶；②脂質核心：T2WI上纖維帽下低信號；③出血：T1WI上斑塊內的高信號（與周圍腦組織比較）[25]。

2.2 HRMRI對斑塊負荷的定量評估 HRMRI對斑塊負荷的定量評估通常使用T2WI序列。常見的測量為管腔面積、管壁面積、管壁厚度等。在T2WI序列上識別的斑塊為偏心性管壁增厚，管壁最薄處小于最厚處的50%[26]。用途為計算MCA狹窄程度和重塑率。狹窄百分比（%）=（1-管腔面積/參考管腔面積）×100%[11]。重塑率的定義為最大狹窄處與參考點的管壁面積之比；擴張性重塑（負性重塑）指重塑率大于1.05，縮窄性重塑（正性重塑）指重塑率小于0.95[27]。參考管腔面積通常選擇非閉塞的管腔，通常選擇近段[26-28]。該計算方法存在局限，因為參考部位取決于MCA的彎曲程度和層面的選擇，如掃描的MCA部位、影像參數、層面空間、層面厚度。確定正常管腔以測量特定狹窄度的一個可能方法為測量對側MCA相應部位，但該方法同樣存在一定人為因素干擾，并且只適用于單側MCA病變[11]。研究表明，應用HRMRI進行管腔及管壁面積的測量，包括MCA和BA，都具有良好的觀察者內和觀察者間一致性[24，26，29-32]。管壁面積反映了斑塊負荷，較大的斑塊負荷通常見于動脈粥樣硬化的晚期，不僅造成管腔狹窄影響血流動力學，而且還可能在粥樣斑塊的基礎上發生繼發病變，如斑塊內出血、斑塊破裂等，從而增加缺血事件發生的風險。目前所有對于MCA斑塊的定量評估均取決于層厚，此外還受局部容積效應的影響。

2.3 病理生理

2.3.1 斑塊成分 冠脈和頸動脈的研究表明，易損斑塊常表現為破裂的纖維帽、壞死脂質核心、鈣化、血栓、斑塊內出血、斑塊內新生血管、斑塊周圍炎癥等[33]。

HRMRI對于MCA斑塊成分的探究能夠識別穩定斑塊或易損斑塊，顱內斑塊的纖維帽在T2WI上可以表現為靠近管腔的高信號帶[26，30]，但是成像效果在很多患者中不甚理想。

T1WI平掃上高信號血管病可在MCA急性出血或夾層中出現[21-22]。2012年Xu等[34]對107例MCA重度狹窄患者高分辨磁共振研究認為，斑塊內T1加權抑脂序列高信號（high signal on T1-weighted fat-suppressed images，HST1）提示新發斑塊內出血，其出現與同側的卒中相關（P=0.01）。該研究同時發現，癥狀性MCA狹窄中斑塊內出血的發生率不高（10.1%）。尸檢病理研究的結果也支持該結論[17]。另一個研究對73例MCA狹窄的患者高分辨磁共振結果總結發現，27%癥狀性MCA狹窄的患者存在斑塊內出血，無癥狀MCA狹窄的患者未見斑塊內出血，該研究還表明，HRMRI對MCA斑塊成分的顯示具有良好的觀察者內和觀察者間一致性[30]。

增強HRMRI可以更好地檢測斑塊形態和反映斑塊功能[11]。斑塊強化可能是斑塊不穩定的標志，可用于識別癥狀性斑塊的風險?；陬i動脈的研究發現，增強掃描時斑塊強化與斑塊內致密的新生血管及巨噬細胞浸潤密切相關，斑塊內（特別是纖維帽內）新生血管生成會增加斑塊不穩定性[9]。2006年，Klein等[16]對6例有癥狀的大腦中動脈狹窄患者進行增強HRMRI檢查，發現全部病例MCA狹窄段斑塊均被強化，而非狹窄段無強化?；讋用}的HRMRI研究也表明，增加檢查有助于對斑塊的危險評估和分層[32]。

2.3.2 斑塊分布 顯微解剖研究表明，MCA的大多數穿支發起自MCA管壁的上背側。因此，MCA的斑塊分布可能引起不同形式的梗死。Xu等[35]通過分析86例MCA狹窄患者的T2WI序列管壁橫斷面影像結果發現，MCA斑塊更常見于管壁的腹側和下側，即穿支血管開口的對側。該研究結果表明，MCA斑塊分布與冠狀動脈斑塊分布遵循同樣的規律[36]，并為卒中發生和卒中亞型提供支持證據[35]。另外還發現MCA上壁斑塊與深部梗死相關[37]。對于基底動脈，斑塊更常見于管壁背側[38]，HRMRI多用于研究和鑒別腦干梗死的病因和發病機制，即鑒別載體動脈斑塊堵塞穿支和穿支動脈病變[39-40]。另外，穿支動脈開口附近的斑塊，在血管內治療的過程中，有可能出現“雪犁現象”，即由于支架的機械作用導致斑塊堵塞穿支動脈開口。因此，HRMRI對斑塊分布的研究，有可能為血管內治療提供有效的指導和評估[41]。

2.3.3 重塑動脈粥樣硬化損傷和狹窄程度并不吻合 HRMRI血管壁成像證實了冠狀動脈上的發現，即當管壁顯著增厚時，管壁會發生重塑以維持原本的管腔大小。擴張性重塑是易損斑塊的特征，易出現斑塊破裂和急性冠脈綜合征，相似的缺血性病理過程也可在顱內動脈粥樣硬化疾病中[42]。2006年，Klein等[16]在研究基底動脈時就發現部分患者的MRA圖像顯示為正常管腔，而HRMRI卻可見動脈粥樣硬化性斑塊，提出顱內動脈可能存在與冠狀動脈同樣的動脈重構現象，隨后的研究進一步證明了這種現象的存在[22，29]。Xu等[26]提出，與無癥狀MCA狹窄相比，癥狀性MCA狹窄有更高的正性重構（positive remodeling，PR）率，區分癥狀性和非癥狀狹窄的因素并非狹窄程度，癥狀性狹窄患者的管腔面積更大（P＜0.001）。

2.4 疾病HRMRI由于其高分辨率、高信噪比，也同時被應用于其他腦血管疾病的診斷和研究 血管壁成像可用于鑒別在數字減影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、MRA等表現類似的血管病，包括血管炎、可逆性腦血管收縮綜合征、顱內動脈粥樣硬化、血管痙攣、感染、放射性血管損傷等[43]。

血管腔成像如CTA或DSA可用于評估內膜夾層，但對依然保留管腔的外膜夾層不敏感。動脈夾層常表現為“火焰征”。在HRMRI橫斷面上，可清晰觀察到夾層隔膜將動脈分隔為真假兩腔，假腔內存在血栓信號[44-45]。

動脈炎的診斷需結合影像、腦脊液檢查和病理。血管成像有時可見多節段的管腔狹窄，但不具有特異性。HRMRI血管壁成像可直接顯示管壁的炎癥和水腫，可見強化，血管壁的強化多表現為向心性狹窄管腔的環形強化，部分患者可見周圍組織強化[46-47]?？赡嫘阅X血管收縮綜合征（reversible cerebral vasoconstriction syndrome，RCVS）和動脈炎均可表現為管腔縮小、管壁增厚，但增強后動脈炎有明顯的管壁強化，而可逆性腦血管收縮綜合征卻未見增強或僅見輕微強化[46-47]（表2）。

巨細胞動脈炎的患者，可表現為淺表顱外段和硬膜內段頸內動脈的強化[48]。HRMRI還可應用于對治療效果的評估。如帶狀皰疹病毒感染造成的血管炎，急性期可見頸內動脈（internal carotid artery，ICA）末段及MCA的管腔狹窄、管壁增厚、管壁強化，經治療后，僅表現為管腔狹窄，管壁增厚和強化消失[49]。

表2 顱內血管疾病的HRMRI表現

3 展望

盡管HRMRI對評估和鑒別顱內血管疾病有良好的發展前景，但未來仍需要更多的研究。目前高分辨磁共振應用的局限性為：首先，受限于取材困難、尸檢數量，目前HRMRI血管成像的病理學確證研究仍然很少。未來需要前瞻性的縱向研究，探索血管壁損傷的影像表現和特定疾病的關聯，能夠揭示影像及臨床風險的相關性。其次，由于顱內血管管徑小、走行曲折，影像評估需要高分辨率和高信噪比，使得HRMRI掃描成為一個耗時的過程，因而使患者周轉量、運動偽影和患者不適感導致的成像質量差成為影響HRMRI廣泛應用的限制因素。隨著后續軟件和硬件系統的升級，應該可以在更短的時間內完成掃描，提高臨床可行性。另外，對設備和技術的要求，使更高場強的MRI系統的臨床應用和研究局限在少數醫療中心，MCA的層面選擇以獲得矢狀位成像要求很好訓練的技術人員和神經影像人員的積極投入[10-11]。

目前，在各醫院和大學的重點神經影像中心，使用3T場強的磁共振越來越多，并且在某些研究中心，更高場強的磁共振系統正在投入使用。隨診影像技術日趨進步，HRMRI成為管腔成像技術的補充，成為鑒別和評估顱內血管病變的常規檢查。這有可能為一部分“不明原因”的腦梗死找到病因。后處理技術的發展能夠更有效地自動評估重塑率、斑塊成分、狹窄程度、強化程度。除了輔助診斷，HRMRI也可用于評估治療反應，從而指導臨床。顱內動脈硬化性疾病的演變具有時間連續性，監測斑塊特征、炎癥相關的改變，可用于動態跟蹤疾病進展和治療效果[10-11]。

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