缺血性腦卒中的多模態磁共振成像與研究進展

程嵩，陳愛華

（三峽大學人民醫院·宜昌市第一人民醫院放射科，湖北 宜昌 443000）

0 引言

缺血性腦卒中具有發病率高、致殘致死率高等特點，極具危害性，作為一種腦血管疾病在臨床上較為高發，能夠造成機體神經功能不全，從而出現諸多癥狀，例如面部肌肉無力、肢體麻木、語言表達能力下降等。根據流行病學相關統計數據，當前人群中心腦血管疾病患者人數日漸增多，而且缺血性腦卒中已經成為導致患者死亡的主要疾病之一，給患者生活、自理、健康等帶來了極大困擾[1]。缺血性腦卒中治愈難度較大，易于復發，故而應當在日常生活中進行預防，避免此疾病的發生。而用常規磁共振檢查技術無法有效檢測出此病患者的病情，隨著醫療技術的日臻成熟，越來越多的磁共振技術得以開發和應用。研究顯示，采用多模態MRI[2]檢查在治療急性缺血性腦卒中患者時能夠取得最佳的治療效果。學術研究成果表明，多模態磁共振技術能夠更為清晰地分辨出腦血管疾病的病理生理改變，據此制定最佳方案，實現精細化治療，同時也為預后治療提供了依據[3]，具有重要的臨床價值。

1 缺血性腦卒中的發生機制

急性缺血性腦卒中病因在于腦動脈血流量出現不足或者中斷，造成供血、供氧不足，腦組織受損，繼而致使機體部分神經功能喪失[4]。由此可見，腦組織供血動脈由于病理生理改變造成血流通道過窄甚至閉塞導致了疾病的發生。腦組織維持其功能的能量幾乎全部依賴于循環血液的供給，自身并不儲能。若血流量驟然減小到15-18mL/100mg/min，將會影響腦電活動的正常進行，出現“電衰竭”。低于10mL/100mg/min這一關鍵數值時，細胞膜將會因為各種因素的綜合作用出現結構顯著異常變化，也就是“膜衰竭”。此時若及時干預，在電衰竭和膜衰竭之間的細胞功能障礙能夠可逆性的恢復[5,6]。若此時缺血進一步加重，腦細胞將不能維持離子和水的穩定，細胞內鈣、鈉、氯離子濃度增加，腦組織內的細胞將會因為離子濃度過大而出現毒性水腫，如果不及時治療，血腦屏障將會受到影響，極易引發血管源性水腫。如果上述水腫癥狀不能有效緩解，會進一步誘發神經元死亡和膠質增生。

2 缺血性腦卒中的多模態磁共振成像技術與應用

多模態MRI成像是在常規MRI掃描成像的基礎上合理的選用擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）、灌 注 加 權 成 像（perfusion weighted imaging，PWI）、液 體衰減反轉恢復成像（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）、 高分辨率磁共振血管壁成像(High resolution magnetic resonance vessel wall imaging，HR-VWI)、 磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging，SWI）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等成像序列，從多個角度對病變進行綜合分析，為臨床診斷和制定治療方案提供清晰的影像信息，從而為缺血性腦卒中患者制定與自身情況相符的治療措施，達到更好的治療效果。

2.1 擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）和灌注加權成像（perfusion weighted imaging，PWI）

DWI是當下僅有的能夠實現對活體水分子微觀運動立體觀察的影像學檢測技術，組織細胞膜和基底膜結構的整體性會因為病理變化而發生損傷，此外蛋白質等大分子物質在細胞內外分布上的改變也會造成DWI信號出現顯著異常現象。DWI基于此原理可以實現對腦血管疾病的診斷評估。信號彌散慢，則相應的衰減也會小，當用DWI技術檢查時，會表現出高信號，相反則表現為低信號[7]。DWI序列能夠無創檢測出組織內部水分子運動信息，有利于分析微觀環境下水分子移動、跨膜轉運等情況，從而通過綜合運算得到b值和表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient，ADC），以區分正常腦組織、缺血半暗帶與梗死中心區域。DWI和ADC在急性患者的梗死灶的檢測上具有顯著的靈敏性，梗死灶在影像上表現為DWI上高信號、相應ADC圖上低信號。缺血時間持續延長，ADC值隨之增加[8]。

PWI包括動態磁敏感對比（Dynamic susceptibility contrast DSC）和動脈自旋標記（Arterial spin labeling imaging，ASL）技術。動態磁敏感對比（DSC）技術是傳統的磁共振灌注成像技術，在靜脈團注對比劑（Gd-DTPA）后，藥物將會快速通過腦組織毛細血管網，局部組織磁化率會出現顯著變化，導致組織信號出現強弱變化[9]。而動脈自旋標記技術 (ASL)并不利用到靜脈團注，它是以動脈血中的水質子作為內源性示蹤劑進行成像的MRI灌注方法，ASL可以提供高性能的灌注成像，而且具有其他諸多優點，比如無需對比劑且無創、易于操作、成本小、能夠重復利用等[10]。PWI 在檢測腦血流異常灌注信息時具有時間早、靈敏度高等特點，形成血流動力學時間-信號強度曲線，進而獲取血流動力學信息的變化，如相對腦血流量（CBF）、相對腦血流容量（CBV）、平均通過時間（MTT）以及達峰時間（TTP）的變化。

缺血半暗帶有助于AIS患者的預后護理，所謂缺血半暗帶是指急性腦缺血后局部血流量降低，局部腦細胞處于休眠狀態或者半休眠狀態，一旦恢復血供后，該組織仍可以存活的區域。缺血半暗帶腦組織在灌注量得到有效保證下仍存在恢復活性的可能[11]。DWI和PWI的聯合應用可以確定缺血半暗帶的存在。Simonsen 等[12]學者指出，聯合應用PWI和DWI 能夠靈敏檢測腦梗死病灶信息，比單純使用 DWI診斷腦梗死病灶時效果更好。與此同時，部分學者指出PWI和DWI并非能夠完全適用于缺血性腦卒中的診斷，會有不匹配的現象。Neumann等[13]表示，當梗死病灶區域灌注量較小，且TTP 延長超過 6s時，二者會存在不匹配，病灶范圍會擴大，在此情況下能夠反映出缺血半暗帶；如果4s＜TTP ＜6s 時，二者的聯合應用仍有效檢測出病灶。張艷波等[14]研究發現，多模態MRI檢查中PWI/DWI融合圖像可以準確評估急性缺血性腦卒中患者灌注-彌散不匹配情況，診斷效能高，對評估具有重要意義。基于聯合應用PWI和DWI是否能夠準確識別缺血半暗帶的分布區域和大小尚存在諸多爭議，但研究人員仍在不斷改進和完善。

2.2 液體衰減反轉恢復成像（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）

FLAIR序列是一種反轉恢復序列，基于有效抑制腦脊液信號的前提下得到的重T2加權圖像，該序列對于腦實質病變的分析起著極其重要的作用[15]。T2 FLAIR序列極大程度地對自由水信號進行了抑制，能夠清晰顯示患者的早期病理性變化，統計數據顯示，超過6H的陽性發現率已經達到了90%[16]，已經成為多模態MRI檢測技術中重要的序列。傳統T2WI腦脊液在成像圖上以顯著的高信號形式加以呈現，而FLAIR像可以完全抑制腦脊液并呈現出低信號。因此，FLAIR 序列能夠靈敏地檢測出腦病變信息，尤其是在檢測皮層及腦室旁出現的梗死灶時具有較好的對比顯示效果，有助于病情的診斷。

Cosnard[17]等作者于1999 年首次發現，患者T2-FLAIR 圖像上，腦組織的主要供血動脈區會存在一些異常高信號影，學者將其命名為高信號血管征（HVS）。當下，利用HVS現象評估缺血性腦卒中患者的血管病變情況及病情嚴重程度已為眾多學者所追捧。首先，利用HVS能夠評估腦血流灌注信息。Cosnard等[18]研究指出，HVS和低灌注區在分布區域上具有極高的一致性，而HVS陽性患者在此區域病情惡化為腦梗死的幾率高達85%。Haussen等[19]研究指出，基于HVS和DWI的聯合應用，可以對缺血半暗帶進行準確判斷。研究發現，DWI高信號范圍之外的HVS區域存在腦灌注顯著異常的現象，HVS與DWI之間的失配區域可視為缺血半暗帶。另外，HVS能夠在一定程度上反映缺血區側支循環的存在。Lee等[20]選取52例患者展開了靜脈溶栓治療并就其預后效果進行統計研究，結果發現有HVS比無HVS的預后效果表現更佳，這與有HVS患者存在側支循環密切相關。馮學軍等[21]學者研究指出，HVS在急性缺血性腦卒中患者病情的綜合診療上發揮著重要作用，包括診斷、病情評估、治療及預后工作等。

2.3 高分辨率磁共振血管壁成像(High resolution magnetic resonance vessel wall imaging，HR-VWI)

HR-VWI作為近年新出現的一種影像學檢查技術，在檢測管壁結構上具有清晰度高的優勢。當下醫學檢測技術不斷發展，各種檢測技術不斷涌現，臨床上缺血性腦卒中檢測技術多種多樣，比如磁共振血管造影、CT血管造影等等[22-23]。盡管這些檢查技術可以顯示出血管的大體形態和結構，但它們不能有效、準確的評估血管狹窄及閉塞情況。高分辨率磁共振血管壁成像技術的研發便是瞄準了動脈血管壁，空間分辨率與先前技術相比有了極大提升，達到了空前的亞mm級，利用此技術可以清晰觀察到責任血管壁的病變狀況，進而為診斷、治療提供可靠依據。同時，該技術也是僅有的一項能夠在活體對顱內血管壁進行非侵入性成像的檢查技術。

Skarpathiotakis等[24]研究發現，發病時間在4周以內的缺血性腦卒中患者，其顱內責任血管壁的動脈斑塊強化現象清晰可辨，研究結果進一步表明，斑塊因時間的持續會出現強度下降的趨勢，因此據以判斷其與急性缺血性腦卒中有一定聯系。此外，HR-VWI 能夠幫助研究人員清晰地觀察動脈管壁的具體情況，有助于后續對發病機理的研究分析[25-26]。而Havenon等[27]研究證實，HR-VWI和DSA在對血管狹窄程度的評估上呈現一致性。Sun 等[28]通過該技術發現顱內動脈粥樣硬化斑塊負荷的大小和1年后復發性卒中存在一定關聯。斑塊負荷能夠在一定程度上影響斑塊穩定性，負荷越大，斑塊越可能出現破裂，進而導致腦卒中。除此之外，HR-VWI在動脈重構、斑塊分布、斑塊成分分析等方面均有應用以及研究。

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

SWI屬于GRE序列，也就是三維梯度回波序列，通過BOLD（血氧水平依賴）效應和重建相位信息在磁共振圖像的對比度增強技術。根據不同組織具有的磁敏感度存在強弱差異，能夠準確實現對抗磁和順磁物質的區分，諸如鈣和脫氧血紅蛋白、鐵蛋白、含鐵血黃素等[29]。磁敏感加權成像的一項重要功能是實現了對流速較低的動脈和靜脈的安全、無創顯示。該技術能夠靈敏的識別出鐵質沉積物和血紅蛋白代謝物，精準顯示血栓位置，為病情診斷奠定了堅實基礎[30]。鑒于此，SWI能夠綜合檢測血栓各項指標，比如大小、強度以及信號的變化等，并且以低信號形式加以呈現，有利于制定科學、精準的治療方案。

SWI能夠精準定位血栓位置，識別影響神經正常功能的危害性病理變化。相關科學研究顯示[31,32]，SWI在責任血管的顯示上具有良好效果，能夠以低信號形式精準定位血栓栓子并測量栓子大小，而這些指標利用常規磁共振血管造影是無法準確檢測的。Lou M等[33]認為SWI可以在缺血性腦卒中患者的責任血管中發現血栓，且可能發現MRA不能識別的遠端血栓，甚至可以提供血栓構成方面的信息，從而對于動脈內溶栓治療有很好的指導意義。朱麗[34]等認為SWI在發現早期急性缺血性腦卒中患者顱內動脈血栓方面表現出了較高的診斷優勢，特別是在發現微小血管內的血栓方面。而在SWI上顯示的急性梗死血管走形區域不規則點、條狀低信號，而且低信號寬度大于對側正常血管管徑直徑，被稱作磁敏感血管征（Susceptibility vessel sign，SVS）。Thomas[35]研 究 指 出，相 較 于 HMCA 和FLAIR HVS 征象，SVS 征象能夠靈敏地檢測到急性腦卒中的動脈血栓。夏等[36]經過研究指出SVS的長度能夠可靠地反映出梗死范圍，二者存在密切關聯。一般而言，SVS會在癥狀持續14天后逐漸消失，否則表明患者預后效果欠佳。

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

功能磁共振成像DTI的顯著特點在于能夠做到實時成像，讓檢測人員能夠立體地觀察到纖維束是否完整以及結構之間的連通性，從而對腦功能進行評價診斷。DTI針對DWI存在的不足提出了改進方案，進而演變成一項更適用于臨床檢查的影像技術，與其他技術相比，其最大特點在于能夠實現對于神經元傳導束走向、位置、數量和纖維連接關系的立體觀察。鑒于彌散張量成像效果突出，可以實現纖維束走行方向和完整性的精確探測，對開展患者預后工作具有重要價值。

各向異性分數（FA）是DTI中一個重要的指標，其數值能夠反映腦組織局部水分子運動方向的異行性，而且與神經纖維排列的緊密性和髓鞘的完整性存在密切聯系，FA數值大小取決于神經傳導功能的強弱。梁志堅[37]等通過研究發現，DTI非常適用于在出現腦梗死癥狀后對神經纖維束變性的研究，用以衡量順行性變性和逆行性變性，而且研究表明FA值的大小與持續時間成正比，FA值越小，腦功能修復越困難。朱才松[38]等研究認為，不同時期腦梗死灶的DTI參數值具有規律性，因此可以利用DTI對腦梗死進行分期診斷。湯亞云等學者[39]認為，與一般磁共振成像相比，DTI更適用于缺血性腦卒中疾病的檢測，優勢顯著。DTI不但能夠精準檢測出普通檢測技術難以發現的腦梗死病灶，還能夠揭示病灶周圍水分子如何運動，為診斷提供依據；更為重要的是，實現了對腦白質纖維束內部結構、病灶位置等的立體直觀觀察，極具臨床價值。

3 小結

概而述之，隨著醫療技術的發展和完善，各種新型檢測技術不斷涌現，對急性缺血性腦卒中的檢測手段也層出不窮，且不同技術各具優勢，但評價不夠全面。多模態MRI成像技術克服了其他影像技術存在的不足，能夠為診斷、治療提供精確的檢查結果，同時對預后工作也具有極大價值。不斷改進和完善多模態MRI技術在病情診斷、評估中的應用，有利于建立標準化和規范化的診療體系，從而使治療方案更加科學、合理，更好地服務于患者。