多模態MRI檢查技術在急性腦梗死診斷及預后評估中的研究進展

高鋮鋮 勵楊晟 錢琦 胡成一 林敏

作者單位：310053 浙江中醫藥大學第三臨床醫學院（高鋮鋮 勵楊晟）310005浙江中醫藥大學附屬第三醫院（錢琦 胡成一林敏）

腦梗死在我國是一種常見疾病，腦動脈病變引起組織局部缺血壞死，在臨床上發病率高、致殘率高、病死率高，嚴重威脅患者的生命安全［1］。急性腦梗死（acute cerebral infarct，ACI）發病迅速且兇險，而發病前常無任何征兆，因此，進行合理的影像學檢查，對疾病的早發現、早診斷、早治療具有重要的意義。目前常規CT和MRI檢查難以確診，且一般不易發現缺血半暗帶（ischemic penumbra，IP），所獲取的影像學信息有限。而多模態MRI檢查技術，是指在常規MRI平掃的基礎上合理選用功能成像技術，通過綜合分析，較好反映ACI的病理和生理改變，從而為ACI的早期診斷、治療指導和預后評價提供依據。本文主要對多模態MRI在ACI診斷和療效評估中的研究進展進行相關的綜述分析。

1 彌散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI成像主要基于水分子的彌散運動，在生物體內能無創地控制水分子的磁化狀態，卻不影響彌散過程。該過程的定量參數客觀準確，被稱為表觀彌散系數（apparent diffusion coefficient，ADC）。正常情況下細胞間隙正常，水分子以一定的速率進行彌散，而在某些病理情況下會導致細胞間隙增大或縮小，其間的水分子彌散狀態發生異常改變。在ACI中，細胞缺血缺氧產生細胞毒性水腫，細胞體積增大而導致細胞間隙縮小，在DWI上表現為異常高信號，ADC值表現為低信號，與水腫發生的時間幾乎同步，而其他常規序列早期常無陽性表現，因此，DWI是診斷ACI最敏感的序列［2］。對于ACI的診斷，DWI與T2WI的敏感性分別為94%、33%，特異性分別為100%、73%，相較于常規T2WI序列，DWI的敏感性與特異性均更高［3］。臨床上對DWI成像表現出異常的高信號的測量，能計算ACI的缺血灶體積大小并開展相應診療。在Barak等［4］的研究中表明，54例患者DWI成像顯示異常區域＞72ml，且無論是否進行溶栓治療，患者的預后效果均較差。另一研究發現發病后（4.1±2.3）h進行DWI檢查，異常信號＞70ml的患者成功行動脈溶栓治療后，預后仍無法得到有效改善，異常信號＞100ml進行再灌注后出血風險明顯增加。然而有報道指出DWI的異常信號會產生逆轉，有學者［5］認為腦組織被救活并不是大面積信號逆轉的真正原因，而是經過再灌注后ADC值出現短時間回升，并推測ADC更能準確顯示梗死病灶的范圍，更具臨床指導作用。在ADC閾值≤0.62μm2/ms情況下，預測梗死灶時ADC值的敏感性（69%）和特異性（78%）均較高。在此基礎上，有學者通過測量ADC值來判斷IP，并計算出相對ADC值（rADC），rADC=患側病灶ADC值/健側鏡像區ADC值，Shimosegawa等［6］研究指出IP的rADC值閾值約為0.93；馬麗等［7］研究認為梗死灶核心區rADC值＜0.65，IP的rADC值區間為0.65～0.85，正常組織rADC閾值＞0.85。

針對上述觀點，作者認為差異的主要影響因素包括掃描機器的廠家型號、磁場類型強度、樣本數量等，要獲得統一的界定值，需進一步擴大樣本量，根據不同的機型場強具體分析。DWI圖像分辨率較低，信噪比不高，尤其是病灶成分較為復雜或病灶較小時容易漏診或誤診［8］。同時，腫瘤、癲癇等疾病均可表現為DWI彌散受限的異常高信號，有時與ACI的影像表現相近，需要通過結合臨床和其它檢查序列加以鑒別。但DWI在ACI的診斷中仍是重要的檢查序列，因其掃描時間短、可重復性強，且具有較高的診斷效能。

2 磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging，SWI）

SWI成像主要基于磁場局部不均勻性產生的磁化率效應，利用血氧合水平依賴效應的細微差異，反映組織間磁敏感性的不同，獲取相位圖和磁距圖，并進行最小密度投影后處理，可清楚展示小靜脈情況。在ACI中，梗死區每單位體積的攝氧需求增多，引起周圍毛細血管和引流腦靜脈血管的順磁性物質去氧血紅蛋白占比升高，T2自旋弛豫明顯縮短，相應組織磁場信號降低，在SWI圖像上可敏感表現為低信號，為ACI診斷及預后提供重要信息。在ACI責任血管血栓診斷中，頭顱CT檢查提示大腦中動脈高密度，但靈敏度僅 22.6%～40%［9］。Rovira等［10］研究發現，通過 SWI診斷動脈血栓的靈敏度為83%，特異度為100%。出血性轉化是常見并發癥，SWI表現為梗死區周圍片狀低信號，較常規序列具有更高檢出率［11］。關于腦梗死的隱匿性微出血灶（Cerebral Microbleeds，CMBs），Cheng 等［12］研究發現，114 例均呈類圓形無水腫的SWI低信號，與背景區分明顯，解剖結構清晰，并認為SWI比GRE可靠性和靈敏性更高，是量化CMBs計數的首選序列。因此，SWI可指導ACI分級并個性化選擇血管再通治療方法，有效避免復發性腦梗死。還有學者［13-14］結合SWI和DWI不匹配區，分析缺血灶周圍側支循環和血流灌注情況。早期IP發生時，缺血灶需氧量增多，氧攝取分數升高，脫氧血紅蛋白含量顯著增加，與正常磁化率明顯不同，SWI很快出現腦表面皮層靜脈增多、增粗的低信號。而當病灶周圍有效側支循環建立后，血氧供應逐漸恢復，原先引流靜脈擴張的征象將會減輕，甚至表現為正常。

目前在ACI檢查中，SWI越來越受關注和重視，但仍存在MRI場強、檢查時長、偽影干擾等限制因素，尚不能在影像學檢查中廣泛應用。相信隨著技術的更新及進步，未來SWI將會更好應用于包括ACI在內的腦血管病變診療中。

3 磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）

MRA成像包括非對比劑增強MRA以及對比劑增強MRA兩種方案，對于顱內的血管評估，前者常見的三維時間飛躍法磁共振血管成像（3D time-of-flight MRA，3D-TOF-MRA）是基于血液流動效應作為成像對比，靜脈血流進行飽帶處理后，反向流動的動脈血流產生MRI信號。該技術空間分辨率不高，血管迂曲處信號不易采集，且掃描時間較長，經常由于患者運動偽影導致成像質量有所降低，但簡便、無創，無需注射對比劑等優勢，使其成為重要檢查序列［15］。后者需要在血管內團注外源性對比劑（contrast enhanced MRA，ceMRA），能更準確地顯示成像血管的解剖路徑，對于明確ACI細小責任血管及狹窄程度效果更佳。關于顱內大血管近端閉塞的研究［16］顯示，MRA檢查不如CTA檢查準確，前者的靈敏度和特異度分別為84%和85%，而后者的靈敏度和特異度分別為92%和94%。但相較于臨床上越來越普及的CTA，MRA不存在碘過敏現象，其安全性對部分受檢者而言更加適用。

4 灌注加權成像（perfusion weighted imaging，PWI）

PWI屬于MRI功能成像技術的一種，用于體現微血管分布情況和血流灌注水平。其在顱腦中的常用序列包括T2加權動態磁敏感對比增強磁共振成像（dynamic susceptibility contrast，DSC）和動脈自旋標記增強磁共振成像（arterial spin labeling，ASL），兩者在ACI的診療中主要用于評估動態變化的IP情況。

DSC經靜脈引入對比劑后，周圍毛細血管的磁敏感效應增強，引起磁場不均勻分布，縮短后T2信號形成與之對應的動態影像，能迅速而準確地評估局部微循環到血流動力學情況，包括腦血流量（cerebral blood flow，CBF）、腦血流容量（cerebral blood volume，CBV）和平均通過時間（mean transit time，MTT）、達峰時間（time to peak，TTP）等，并根據定量、半定量數值變化，判斷掃描區域的灌注情況［15］。局部組織MTT增加時，CBV下降為低灌注狀態，反之為側支循環形成；MTT減少時，CBV升高為血流再灌注狀態，顯著則為過度灌注。當發生血管閉塞，PWI的信號異常區提示低灌注，而PWI/DWI不匹配區提示為IP，如未及時挽救可發展為ACI。因此臨床上常采用PWI/DWI錯配模型來綜合判斷ACI并指導溶栓治療。有研究［17］表明，在前循環病變患者發生急性缺血性腦卒中的24h內，DWI/PWI的錯配程度＞50%，且109例患者中有61例錯配體積大于原本的1.6倍。PWI存在一定缺陷，例如需注射對比劑，無法通過定量指標劃分異常信號等。因此，Kidwell等［18］嘗試應用多參數模型進行評估預測，更客觀的結果使更多ACI患者能接受個體化溶栓治療。

ASL通過動脈內自由擴散的水分子作為內源性示蹤劑，利用反轉脈沖標記成像平面的上游血液，使其處于自旋弛豫狀態，待被標記的血液對組織灌注后再進行首次圖像采集，在相同參數條件下對未標記血液再次圖像采集，兩次圖像剪影處理后獲得CBF圖，此定量參數可以有效評價腦血流灌注情況。

三維動脈自旋標記（three-dimension arterial spin labeling，3D-ASL）相比傳統ASL技術，有效地克服回波平面成像（EPI）造成的磁敏感偽影現象，從而縮短掃描時長，提升信噪比，可在短期內進行多次掃描，實現動態觀察。3D-ASL安全無創，不存在對比劑過敏風險，同時全腦灌注成像，可準確定位病變，在臨床應用上具有較大潛力。Bokkers等［19］研究者發現，3D-ASL與DSC顯示灌注/擴散不匹配區的敏感性與準確性相似。張水霞等［20］研究發現，CBF圖顯示腦梗死受累部位出現灌注異常的概率3D-ASL（87.50%）高于DSC（65.63%）。3D-ASL在腦血管疾病的應用中仍存在較多局限性［21］。后標記延遲（post label delayed，PLD）時間是CBF采集的影響因素，對于部分血管病變復雜的患者，需要多PLD測量才能達到準確診斷的要求。另外，空間分辨率低、信噪比不足、對運動敏感等均會增加灌注測量的難度。但隨著檢查技術的改良，3D-ASL應用前景將會十分廣闊。

5 彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）

DTI是在彌散加權成像基礎上開展的新技術，基本原理是布朗運動，通過建立多個方向擴散的敏感梯度磁場，無創性地探測組織中水分子彌散的各向異性。該技術描述白質空間彌散軌跡，常采用的定量參數包括平均擴散率（MD），各向的異性分數值（FA）以及相對各向異性值（RA）。在ACI中，腦組織發生缺血缺氧，腦白質纖維內的微觀髓鞘結構變化，病灶中心FA下降，和邊緣區差異顯著，提示細胞結構發生受損情況不一致，病灶邊緣出現IP。因此，DTI利用ADC與FA值的定量變化，在ACI中能診斷病變并評估預后。對DTI掃描數據進行后處理，神經纖維束信息三維顯示的方法，稱為彌散張量纖維束成像（diffusion tensor tractography，DTT）。在Lin等［22］與正常對照對比研究中，發生梗死的實驗組患者皮質脊髓束（cortico spinal tract，CST）明顯減少，FA值也顯著降低。王玫等［23］研究發現ACI患者出現肢體乏力癥狀，與CST存在高度的相關性。DTT能更直觀地展示病灶區CST的位置關系及形態改變，并進行損害相關程度定量分析，揭示組織治療后恢復機制。張步環等［24］對34例ACI患者行DTT檢查，發現CST受累程度嚴重者運動障礙明顯，功能恢復欠佳。但DTI由于長時間掃描對運動敏感，導致圖像質量下降；CST受損程度及參數測量基于主觀操作，故產生誤差等［25］。因此，更加客觀、準確的DTI技術有待于進一步研究。

6 磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）

MRS是利用原子核發生化學位移和自旋耦合從而對其化合物代謝變化開展檢測的技術，能夠無創性地分析ACI病程各個階段的乳酸（lactate，Lac）、N-乙酰天門冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）、膽堿化合物（choline，Cho）、肌酸（creatine，Cr）等物質波峰生化改變規律，定量分析病灶及周圍區域動態過程。Lac在急性缺血缺氧時由星形膠質細胞產生，升高表示腦組織缺血缺氧。William等［26］發現乳酸峰在ACI患者病灶側均可測得，證實其急性期的臨床診斷意義。NAA主要標記神經元的功能和活性，學者認為NAA下降，表示神經細胞功能受損甚至死亡，即腦梗死灶缺血狀態不可恢復［27］。ACI患者NAA正常或輕度減低，而Lac出現峰值時的區域為IP，并認為Lac/NAA比值＞1.0為梗死區，＜1.0為非梗死區。Cho反映的是細胞膜的代謝改變，在ACI中其變化規律并不一致。少數文獻報道發現Cho濃度在ACI組與對照組無明顯差異。尚文文等［28］研究顯示超急性腦梗死患者病灶中心與周圍相比Cho濃度明顯減低，差異具有統計學意義。Cr是能量代謝水平的標志，受全身性疾病等多種因素影響，在ACI診斷中存在個性化差異。卓麗華等［29］研究中梗死中心區Cr濃度明顯低于IP。MRS的多體素掃描通過反映發生腦梗死時各種代謝物的濃度情況，對病灶中心區、半暗帶區及正常區的改變做出診斷，但在實際應用中，MRS仍存在定位不準確、空間分辨率不高、后處理復雜等局限。

7 血氧水平依賴成像（blood oxygenation level dependent，BOLD）

BOLD以內源性血紅蛋白為對比劑，基于腦血管中氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白比例的變化引起T2改變，無創性地反映大腦局部區域的皮層活動［30］。在ACI患者缺血發生時，動脈血供中斷或減少，局部腦組織氧反應增加，小靜脈內氧合血紅蛋白濃度降低，而脫氧血紅蛋白濃度升高，兩者比例相應改變，缺血梗死區、半暗帶、周圍低灌注區信號發生不同程度改變。Takechi等［31］研究證明，ACI發生時，大腦網絡控制節點變化，BOLD上激活區出現差異。Khalil等［32］研究發現通過使用BOLD延遲可以檢測出ACI腦灌注的相關變化。Kroll等［33］認為BOLD可在局部缺血上增加微血管水平的信息，從而進一步描述神經功能網絡，指導預后。張金鳳等［34］研究利用BOLD對ACI患者進行臨床診療評價，在溶栓時間窗外觀察患者運動功能恢復機制。在Manganotti等［35］的研究中發現，2例ACI患者的BOLD激活與臨床恢復之間的相關性較弱。關于BOLD的臨床常規普及，目前仍需要大量樣本進一步研究。

8 小結與展望

ACI發病率逐年遞增，早診斷、早治療將極大改善患者預后。MRI檢查技術可以對顱腦進行多平面、多參數的掃描，使得病變能更準確的顯示出來［14］。而在臨床上，常規序列MRI檢查技術對于ACI診療的幫助較為局限。聯合應用多個特殊序列進行多模態檢查，能夠提供更豐富的形態學、血流動力學、代謝和功能等信息，對早期診斷與鑒別、病情觀察與治療、預后判斷和評估等具有重要意義。DWI成像時間短、敏感性高，SWI有助于排除微出血灶，MRA可以明確責任血管，PWI能動態觀察灌注，DTI顯示神經纖維束受累情況，MRS反映代謝物濃度改變，BOLD揭示腦功能變化。國內外相關研究顯示［36］，多模態MRI檢查技術通過對各個序列進行互補，可以為ACI的早期診斷、個體化治療方案的制定、療效和預后的評價提供較為客觀的參考依據，其臨床應用價值已經得到一致認可，但掃描時間長、難度大、費用高，在實際應用中仍有許多不足。作者相信在不久的將來，隨著MRI場強的提高，掃描技術的完善，優化的多模態MRI檢查方案將在ACI的診療過程中發揮越來越重要的作用。