多模態MRI 對急性缺血性腦卒中診斷及預后評估的研究進展

秦元林，于昊，陳月芹*

作者單位：1.濟寧醫學院臨床醫學院，濟寧 272013；2.濟寧醫學院附屬醫院醫學影像科，濟寧 272029

腦卒中是指多種原因引起的腦部血管突然破裂或血管栓塞造成血液不能流入大腦所致局限性或全面性腦組織損傷的一組疾病。急性缺血性腦卒中（acute ischemic stroke,AIS）是我國最常見的卒中類型，約占我國腦卒中的70%，因其高發病率、高致殘率和高病死率的特點，已造成嚴重的社會和經濟負擔。早期診斷、早期治療對改善患者預后具有重大意義。近年來，隨著診療技術的進步，對于一部分發病時間超出傳統時間窗的患者也可以從再灌注治療中獲益[1-2]。多模態MRI可以通過多序列、多參數對腦實質、腦血管、腦血流動力學情況進行綜合評估，準確反映AIS 患者的病理生理狀態，進而為患者診療計劃的制訂與預后效果的評估提供合理的證據與指導。本文就多模態MRI 在AIS 診斷及預后評估中的研究進展進行綜述。

1 T2液體衰減反轉恢復序列

T2液體衰減反轉恢復（T2 fluid attenuated inversion recovery, T2-FLAIR）序列是顱腦MRI 檢查中的常規序列，可以抑制自由水信號并產生重T2加權像，在AIS的診斷、評估發病時間、預后預測中發揮重要作用。研究表明FLAIR-擴散加權成像（diffusion-weighted imaging, DWI）不匹配提示發病時間小于4.5 h[3-4]，可以作為靜脈溶栓治療的證據。此外，在部分AIS 患者FLAIR 序列中可以發現FLAIR 血管高信號征（FLAIR vascular hyperintensity, FVH），即位于蛛網膜下腔的點狀、條狀或管狀高信號。一般認為FVH的形成與缺血區血流緩慢有關，可以用于評估大血管閉塞（large vessel occlusion,LVO）、側支循環、組織灌注及臨床預后[5]。Legrand 等[6]發現FVH-DWI不匹配可以作為評估缺血半暗帶的替代方法。FVH 作為預測AIS預后與轉歸的影像標記物成為研究熱點，然而FVH與預后的相關性存在爭議，究其原因為FVH 受眾多因素影響，比如時間、梗死模式、血管受累程度等[7-9]。有研究發現FVH征可提示接受再灌注治療的急性大血管閉塞性缺血性卒中（AIS-LVO）患者預后良好。Jiang 等[10]通過研究37 例AIS-LVO患者再灌注治療前FVH1 評分和再灌注治療后FVH2 評分發現預后良好組FVH1 評分高于預后不良組，而FVH2 評分低于后者；3個月后改良Rankin量表（modified Rankin Scale, mRS）評分與FVH1評分呈負相關而與FVH2評分呈正相關。Zhu等[11]對發病4.5 h 內的190 例接受靜脈溶栓治療的AIS-LVO 患者研究發現FVH 評分可能是預測患者預后的獨立危險因素，對預后具有良好預測價值[受試者工作特診曲線下面積（area under the curve, AUC）=0.853]，并且與出院時的美國國立衛生研究院卒中量表（National Institute of Health Stroke Scale, NIHSS）評分和第1、3、6 個月時mRS 評分呈顯著負相關。然而部分研究報道FVH 與未接受再灌注治療患者的不良預后相關，Kim 等[12]研究發現對于未接受再灌注治療的AIS 患者，FVH可能是預后不良的獨立預測因素。近期也有學者將深度學習方法應用到研究之中[3]，通過深度學習方法提取DWI 序列信息合成FLAIR圖像，該圖像與FLAIR序列獲取的圖像相關性良好，從而可以縮短AIS 患者掃描時間，但其價值還需前瞻性多中心試驗進一步驗證。

2 磁共振血管成像

顱腦磁共振血管成像（magnetic resonance angiography,MRA）是AIS 常規檢查序列，主要用于檢測動脈閉塞情況及評估側支循環。常用方法包括時間飛躍法MRA（time-of-flight MRA, TOF-MRA）和對比增強MRA（contrast enhancement MRA,CE-MRA）。TOF-MRA無需注射對比劑，在臨床得以廣泛開展，其對狹窄性、閉塞性病變的敏感性較高，但容易因血管解剖因素引起部分飽和效應或湍流失相位導致血流信號減低或消失，造成血管狹窄評估不準確。CE-MRA 通過注射外源性對比劑，通過剪影處理增強前后圖像獲得血管影像。CE-MRA圖像質量優于TOF-MRA，但是因需要注射外源性對比劑，可能引起腎源性系統性纖維化，對于腎功能不全患者應用受限，該方法在明確閉塞位置及評估側支循環方面優于TOF-MRA[13-14]。陳廣浩等[15]對機械取栓治療的AIS 患者研究發現MRA 側支循環與預后相關，軟腦膜側支循環豐富提示預后相對較好。隨著MRI技術的進步，血管壁成像技術逐漸應用于臨床，其對動脈粥樣硬化型缺血性腦卒中具有重要評估價值。高分辨血管壁MRI（high-resolution vessel wall MRI, HR-VW-MRI）可以直接顯示動脈粥樣硬化性斑塊形態及強化程度，分析斑塊成分、斑塊負荷、易損性等特征，有研究[16]發現斑塊強化是預測卒中發生風險的有效標記物。實際臨床工作中，MRA可迅速檢出血管狹窄，亦可通過評估側支循環對預后有一定的預測價值。

3 DWI

DWI具有掃描時間短、可重復性強、診斷效能高的特點，并可以通過表觀擴散系數（apparent diffusion coefficient,ADC）定量反映組織水分子的微觀運動情況，是目前AIS 檢出最具敏感性的檢查技術，發病3 h及6 h內的檢出敏感度分別達到73%～92%、95%～100%[17]。DWI 是預測AIS 預后的可靠影像標記物。Raoult等[18]研究發現，對于接受動脈取栓的患者，DWI所示病灶體積大于80 mL是3個月預后不良敏感性和特異性最高的獨立危險預測因素；同時證明DWI 病灶體積聯合年齡、治療前NIHSS評分及發病時間預測動脈取栓術后3個月功能預后的算法具有較高的預測價值。有研究[19-20]發現接受血管內治療的患者，患者治療前、后DWI 梗死體積及DWI 梗死體積增長與3個月mRS評分均呈正相關，且對臨床預后具有較高的預測價值。然而DWI存在一定可逆性，即DWI所示病變體積不能代表最終梗死體積[21]。幾種先進的DWI 技術如擴散張量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、擴散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）等已應用于AIS的評估中。DTI可以很好地反映白質纖維束走向，通過計算各向異性分數（fractional anisotropy, FA）來反映腦白質受損情況。對于AIS患者，腦白質微觀結構發生變化FA值降低，隨著時間推移FA值沒有恢復正常則提示不可逆損傷。DTI可以通過分析不同神經束的受損情況評估AIS 患者預后，比如預測運動功能及語言功能的臨床恢復情況[22]。DKI 是DTI 的延伸，可定量分析峰度參數進而描述細胞內外水分子非高斯分布特點，能夠較DWI、DTI 提供更準確的組織微結構信息。Yin 等[23]探討AIS 患者入院時DWI、DKI 參數與發病一個月后組織預后的關系，結果發現平均峰度（mean kurtosis, MK）圖所示病變體積及數目與隨訪（T2WI）最終梗死體積及數目的相關性顯著高于DWI。雖然研究發現DKI可以更精確地評估缺血核心，然而其不同腦組織的MK 本身存在差異，因此其臨床可行性還需進一步研究證實[21]。

4 磁敏感加權成像

磁敏感加權成像（susceptibility weighted imaging,SWI）在T2*加權梯度回波序列的基礎上同時獲得相位信息及強度信息，經后處理使具有不同磁敏感性的組織對比成像[24]。SWI 是檢測急性卒中患者顱內出血、動脈血栓、微出血及出血性轉化的有效成像方式。SWI-DWI 不匹配亦可評估缺血半暗帶[25-26]。近年來，突出靜脈征（prominent veins sign, PVS）、磁敏感血管征（susceptibility vessel sign, SVS）與預后的關系成為研究熱點。

PVS是SWI序列患側大腦半球皮髓質靜脈低信號較對側增多及增粗的征象，分為顯著皮質靜脈征（prominent cortical veins, PCV）、不對稱顯著皮質靜脈征（asymmetrically prominent cortical veins, APCV）和深髓質靜脈征（deep medullary veins,DMV）。其形成機制和腦組織缺血缺氧與血管擴張有關。Oh等[27]報道了PCV在AIS 再灌注治療患者中的臨床意義，研究發現在前循環AIS-LVO 患者中，廣泛PCV 顯影與多時相CT 血管造影（multiphase CT angiography, mCTA）掃描示軟腦膜側支循環良好呈負相關；對于接受再灌注治療的患者，PCV 陽性患者血管成功再通的可能性降低約20%。APCV 表現為患側大腦半球皮質靜脈數目、長度及管徑均超過健側，是AIS 患者常見征象。APCV 顯影區域與灌注圖像平均通過時間受損區域相匹配，表明APCV 可以反映組織灌注減低，APCV 陽性可提示預后不良[24]。Lu 等[28]發現APCV 的動態變化與靜脈血氧飽和度相關，治療后APCV 消失提示靜脈血氧飽和度增高、預后良好。DMV 在SWI 上表現為腦室周圍白質內或垂直于側腦室長軸的細小低信號，DMV 陽性提示預后不良與APCV 價值相仿[29]。PVS陽性往往提示顱內大動脈的嚴重狹窄或閉塞，提示病情嚴重、預后相對較差。

SVS 表現為閉塞血管內低信號，其直徑超過對側血管。SVS 可以顯示血栓形態、大小、長度[30]。Soize 等[31]發現SVS 陽性檢出取決于從發病至成像的時間，發病時間越長，SVS 陽性檢出率越高。Lee 等[32]報道血栓長度為支架機械取栓術再通失敗的預測因子，血栓長度過長與再通成功率顯著下降相關。He等[33]對臨床癥狀輕微的AIS-LVO患者研究發現SVS所示血栓長度與早期神經功能惡化（early neurological deterioration,END）風險相關，SVS≥9.45 mm 是END 的獨立預測因子。一項薈萃分析[34]表明SVS 陽性患者接受機械取栓治療更可能獲得良好預后；而對于僅接受靜脈溶栓治療或未進行再灌注治療的患者，SVS 陽性往往提示預后不良。在臨床工作中，對于符合再灌注治療條件的SVS陽性AIS患者，應優先進行機械取栓治療以期獲得良好預后。

5 灌注加權成像

灌注加權成像（perfusion weighted imaging, PWI）是AIS患者MRI掃描方案的重要組成部分，用于評估腦組織的缺血核心、缺血半暗帶以及指導再灌注治療。臨床工作中應用較多的是注射對比劑的動態磁敏感對比增強PWI（dynamic susceptibility contrasts enhanced PWI, DSC-PWI）及無需注射對比劑的動脈自旋標記（arterial spin labeling, ASL）。PWI是評估組織窗的最佳檢查方式之一。近年來，隨著大型臨床隊列研究成果相繼發表，再灌注治療的選擇標準越來越重視組織窗的評估[1-2]。

DSC-PWI是通過靜脈快速團注順磁性對比劑后進行多時相重復掃描獲得相應動態圖像的檢查方法，檢查時間短、分辨率高。根據對比劑首次流經腦組織時引起的MR信號強度的變化，獲得組織對比劑濃度—信號強度曲線，并計算出相關灌注參數，包括腦血流量（cerebral blood flow, CBF）、腦血容量（cerebral blood volume, CBV）、平均通過時間（mean transient time, MTT）、達峰時間（time to peak, TTP）及殘余功能達峰時間（time to maximum of the residual function, Tmax）。目前指南和專家共識依據Tmax來決定組織窗，從而指導血管內治療。相關研究[1-2]定義缺血區為Tmax＞6 s、梗死核心為ADC 值＜620×10-3mm2/s的腦組織，缺血區與梗死核心區的不匹配區域為缺血半暗帶。低灌注強度比值（hypoperfusion intensity ratio, HIR）由灌注成像獲得，定義為Tmax＞10 s 與Tmax＞6 s的組織體積比，低HIR 可以提示良好側支循環。Seners 等[35]通過對具有大梗死核心的AIS-LVO患者研究發現PWI有助于選擇可能從機械取栓治療中受益的患者。Jiang等[36]對機械取栓治療前后PWI 參數的研究中發現MTT 和TTP 可能有助于預測治療后早期再發梗死病灶的發生。Shin等[37]報道在接受機械取栓治療前后的PWI各參數中，治療后即刻TTP參數的恢復與良好預后及早期神經功能改善相關。盡管PWI 需要注射外源性對比劑，有引起腎源性系統性纖維化的潛在風險，但是該技術在AIS評估中仍是臨床常用的手段。

ASL技術標記動脈血液中的水質子作為內源性示蹤劑，反映了某一時刻腦血流量的大小及分布，通過測量CBF 反映血流灌注的減低或增加。ASL根據標記方式的不同分為連續式動脈自旋標記（continuous arterial spin labeling, CASL）、脈沖式動脈自旋標記（pulsed arterial spin labeling,PASL）以及準連續式動脈自旋標記（pseudo-CASL, pCASL）。Liu等[38]研究證實ASL與DSC-PWI在識別缺血半暗帶方面具有中～高度一致性。Lu 等[39]研究發現對于機械取栓術后的AIS患者，術后ASL高灌注與血管成功再通相關，并可能為90 d神經功能恢復良好的獨立預測指標。Thamm 等[40]發現健側大腦半球定量CBF是單側大腦半球急性梗死患者90 d臨床預后的重要預測因子。ASL還可以準確評估側支循環[41-42]，當標記血液到達組織的時間長于標記后延遲時，延遲血流流速緩慢在ASL圖像上表現為高信號，這些高信號被定義為動脈穿行偽影（artery transmit artifact, ATA）或動脈內高信號（intra-arterial high-intensity signal, IAS）。ATA位于皮質代表動脈閉塞導致的軟腦膜側支循環，IAS 發生在近端代表動脈閉塞血流停滯，兩個征象對于評價側支循環及明確閉塞部位有重要意義[43]。Nam 等[43]發現多時相ASL 顯示灌注受損與AIS 患者早期復發性缺血病變（early recurrent ischemic lesions, ERLIs）的發生呈顯著相關，當伴發ATA時這種相關性減弱而伴發IAS增強時，表明ASL相關參數可能有助于識別急性期發生ERLIs的高危患者。Mccullough-Hicks 等[44]報道ASL 上明亮血管征（bright vessel sign, BVS）診斷LVO 較梯度回波序列（gradient echo, GRE）SVS 征更敏感，然而仍需進一步研究證實其診斷價值。綜上，ASL可定量評估側支循環、缺血半暗帶、腦灌注情況及確定血管閉塞部位，同時有一定的預后預測價值，在特定情況下可以作為DSC-PWI的替代檢查方法。

6 酰胺質子轉移成像

酰胺質子轉移（amide proton transfer, APT）成像技術是一種基于化學交換飽和轉移（chemical exchange saturation transfer, CEST）原理的分子影像新技術，可以無創性反映被檢組織的pH值和游離酰胺質子濃度。Cheung等[45]提出APT技術可以將PWI/DWI 不匹配區細分為基于酸中毒的缺血半暗帶（灌注和pH 值均減低）和良性低灌注區（灌注減低，pH 值正常）。Song等[46]研究發現APT技術可以反映AIS不同病理生理階段，APT 加權（APT weighted, APTw）信號強度隨發病時間的延長而升高，同時APTw 信號異質性（APTwmax-min）隨發病時間的延長而減小。Yu 等[47]通過隨訪觀察臨床常規支持治療的AIS患者APTw信號變化，發現治療有效的患者APTw信號強度顯著升高而癥狀加重的患者則降低，表明APTw 信號可以作為評估AIS 治療效果的影像標記物。Lin 等[48]研究發現ΔAPTw（缺血區APTw 信號與對側正常腦組織APTw 信號相對值）與NIHSS 評分及mRS 評分具有良好相關性，預后不良組的APTwipsi（缺血區）和Δ APTw 信號均顯著低于預后良好組，預后不良組APTwmax-min明顯高于預后良好組，表明定量分析APTw 參數可以用來評估AIS 患者病情程度及預測預后；此外梗死區域APTw信號的異質性（APTwmax-min）也可以作為判斷臨床預后的影像標記物。Momosaka等[49]研究不同預后的兩組患者發現預后不良組APTw 信號低于預后良好組，伴有大面積梗死且梗死區ADC值低、NIHSS 及mRS 評分高的患者APTw 信號低，與Lin 等[48]研究結果一致。多項研究[46-47,49]表明梗死區APT 信號隨發病時間的延長而增高，原因為梗死區組織pH 值逐漸升高。然而，人體組織環境的異質性對于準確量化APT 信號來說是一項難關，其會受到傳統磁化轉移效應以及核奧氏效應（nuclear overhauser effet, NOE）等影響。近年已有研究[50-51]通過比較不同成像參數及量化方法以尋求最佳診斷標準。但是，APT檢查技術受MRI 設備及檢查時間等限制，尚未在臨床常規開展。

7 小結與展望

MRI 組織分辨率高，對AIS 的診斷具有超高敏感性和特異性，在臨床工作中得到認可并廣泛開展。多模態MRI 通過常規序列聯合特殊序列反映缺血腦組織病理生理變化，不僅局限于診斷，還可以提示側支循環、血流動力學、分子代謝等信息，為患者治療方式的選擇、療效和預后的評估提供強有力的影像證據。多模態MRI 臨床應用價值巨大，但同時面臨著序列選擇及檢查時間相對較長的問題。選擇合適的技術取決于檢查目的及實用性，因此如何制訂最佳的檢查方案依舊存在挑戰。未來隨著MRI 技術的進步、新型程序的開發、人工智能技術以及深度學習技術的應用，會有更優方案以在最短檢查時間內對AIS 患者完成檢查，同時迅速對大量圖像數據進行分析以精確評估患者病情。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。