定量磁敏感成像與磁敏感加權成像在原發性高血壓患者腦內微出血中的診斷應用

賽音烏其日拉，牛廣明

定量磁敏感成像與磁敏感加權成像在原發性高血壓患者腦內微出血中的診斷應用

賽音烏其日拉，牛廣明

腦內微出血是腦內微小血管病變所導致的腦實質亞臨床損害，主要特征為腦實質內微小出血灶，臨床無明確的癥狀與體征，常出現在腦和神經變性疾病如腦淀粉樣血管病、阿爾茨海默病、高血壓，也可在正常老年人群中發現，表示潛在的血管病理改變。作者就定量磁敏感成像和磁敏感加權成像應用于腦內微出血中的臨床進展作一綜述。

磁共振成像；磁敏感加權成像；定量磁敏感成像；腦內微出血；原發性高血壓

目前，腦內微出血(cerebral microbleeds，CMBs)的臨床意義越來越引起學者們的注意，而對其有效的檢查只能依靠影像學方法實現。較早時，學者們試圖通過MRI中的彌散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)來顯示CMBs。DWI序列屬功能成像，通過組織內水分子擴散運動顯示病灶，反映的是組織內水分子的運動情況，但CMBs病灶最典型病理變化為在其漫長而緩慢的形成過程中，隨時間變化所含血液內的含鐵血黃素在CMBs病灶內的沉積，很多學者已證實DWI效果不如梯度回波T2?加權成像以及后來的磁敏感加權成像(susceptibility weighted imaging，SWI)[1-3]。梯度回波 T2?加權成像與SWI是診斷CMBs最主要的檢查方式，利用CMBs內含鐵血黃素引起的局部磁場的改變來顯示病灶。磁感性是物質的基本物理特性之一，可由磁化率表示[4]。隨著MRI后處理技術的不斷發展，利用人體內磁感性物質的信息反映疾病狀況的探索得到了長足的進步。SWI優勢在于幅度信號損耗和相位信息，該方法依靠組織之間的磁化率差異產生的相位變化，提高了圖像的對比度，揭示關于組織和靜脈脈管解剖和生理信息。定量磁敏感成像(quantitative susceptibility mapping，QSM)是SWI序列的發展與延伸，通過數值計算解決了逆源效應問題，從測得的磁場分布得到局部組織的磁化率源頭，是反映相位信息的梯度回波序列[5]。

1 CMBs

CMBs是腦內微小血管病變所導致的腦實質亞臨床損害，主要特征為腦實質內微小出血灶，臨床無明確的癥狀與體征[6]。首次由Scharf等[7]在1994年提出，當時使用出血性腔隙綜合征(haemorrhagic lacunes，HL)這一名稱，發現腦出血(intracerebral hemorrhage，ICH)組比非ICH組更高頻率發生HL，存在HL的患者腦出血的風險較高。CMBs最初的定義為梯度回波序列上直徑2～5 mm的信號缺失區，周圍無水腫帶，也有學者認為其上限應為10 mm[8]。Greenberg等[9]認為CMBs常出現在腦和神經變性疾病，如腦淀粉樣血管病(cerebral amyloid angiopathy，CAA)、阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)；也可在正常老年人群中發現，表示潛在的血管病理改變。CMBs在CAA與AD患者中的發現率分別為80%和30%。Pettersen等[6]認為CAA和AD患者認知功能減退的程度與CMBs位置及程度有關，腦梗死患者的發生率為18%～65%，自發性ICH中發生率為47%～80%[10-11]，正常老年人群中的發病率可高達23.5%[12]，這些現象引起對CMBs的病理意義的關注。神經影像學領域關注到CMBs與血管危險因素(年齡、高血壓)和小血管病變間關系，如腔隙性梗死和腦白質高信號，并已經注意到缺血性腦梗死和出血性腦梗死患者的CMBs的高發生率[13]。上述結果都強烈支持CMBs可作為小血管病變的額外標志[14]。一些組織病理學研究反映了CMBs相關的血管異常，老年CMBs與CAA和高血壓導致的血管病變有關[15-17]。CAA由β淀粉樣肽在皮質和軟腦膜動脈血管壁上積聚引起，而腦血管長期在高血壓的影響下，小血管管壁發生脂質成纖維玻璃樣變性，從而影響大多數深部動脈。因CAA與高血壓所影響的血管分布區域不同，CMBs預期會遵循以下分布特點:①CAA多位于皮質-皮質下區；②高血壓則多位于深部白質、基底節、丘腦、腦干、小腦部位[18]。有研究報道，患有皮質-皮質下區CMBs的老年人體內載脂蛋白Eε4等位基因高度表達，更容易出現CAA[12]。相比之下，深部CMBs與血管危險因素腔隙性梗死和腦白質信號增高有關，而與載脂蛋白Eε4等位基因表達的關系不大，進一步印證了CMBs的空間分布可能存在的某種規律。Brundel等[19]已通過病理學證實了CMBs周圍存在組織損傷。Sch?fer等[20]提出，CMBs的存在可能是華法林相關原發性腦內出血的一個獨立危險因素。在患者腦內有大量CMBs時，傳統觀念中比抗凝劑更加安全的抗血小板劑仍會提高ICH的風險[21-22]，因此對CMBs患者進行合理的、個體化的抗凝治療非常必要。

雖然CMBs病因可能有多種，但CMBs的出現與高血壓有密切關系[23-26]。高血壓作為腦血管疾病的危險因素，可導致微血管壁發生變性，使微量血液從變形的血管壁滲出，引發CMBs。有研究指出，發生在基底節區及幕下的CMBs與收縮壓增高有關[27]。作為CMBs的獨立危險因素，高血壓是引起CMBs最重要的危險因素，并能為高血壓性ICH的預測提供可靠信息[28]，提示癥狀性ICH的風險增高[29-30]，CMBs可用來預警患潛在出血傾向的腦血管疾病。已有研究通過觀察CMBs病灶的數目、直徑、分布部位對CMBs病灶進行診斷，但目前尚未建立對CMBs病灶客觀定量測量的方法[31]。一旦發生CMBs，就會誘發臨近的多處正常小動脈管壁的變性，并最終形成更多的CMBs。隨著時間推移，CMBs數量會累積，CMBs的形成以及其數量可預測新CMBs形成的風險[32-33]。CMBs和ICH之間可能存在一個出血體積轉化閾值，當CMBs體積達到這一閾值，就有可能轉變為ICH[34-36]。

2 CMBs檢測方法的發展演變

磁化率是指物質進入外磁場后，該物質的磁化強度與外磁場強度的比率，磁化率越大物質的磁感性越大，磁化率能夠準確地反映組織內成分[37-38]。出血后，紅細胞的一小部分可能被小膠質細胞或巨噬細胞所吞噬，大部分紅細胞最終裂解，血紅蛋白降解成高鐵血紅蛋白和含鐵血黃素。出血初期，氧合血紅蛋白內的鐵輔基與卟啉環位于一個平面，此時氧合血紅蛋白是弱抗磁性的；氧合血紅蛋白丟失2個氧分子后，卟啉環位置改變，使得鐵輔基暴露，變成強順磁性脫氧血紅蛋白。臨床上，影像學方法是唯一能對CMBs作出診斷的方法。CMBs作為直徑≤10 mm微小病變，其診斷方法要滿足高靈敏度和高空間精度的基本要求。因對含鐵血黃素等血液降解產物內順磁性鐵的高度敏感性，T2?加權梯度回波序列廣泛應用于CMBs的診斷[9]，這些序列能檢出直徑200 μm的出血灶[15]。在幅度圖上，CMBs顯示為小類圓形信號減低區域，但幅度圖無法有效區分順磁性鐵與其他能改變局部磁場的物質，如鈣化。而且，去相位效應導致幅度圖上的信號減低范圍大于實際含鐵沉積物所占區域，往往造成對CMBs病灶實際大小的放大、高估，并妨礙相互比鄰的多發CMBs病灶的區分。

SWI被公認為目前最成熟的CMBs檢查方法，由Haacke等[39]于1997年發明。該成像方法將分別采集到的強度數據以及相位數據相互疊加，經后處理計算得到圖像。該方法優勢在于幅度信號損耗和相位信息，揭示關于組織和靜脈脈管解剖和生理信息，依靠由于組織之間的磁化率差異產生的相位變化，提高圖像的對比度[40]。但不足之處在于:①SWI無法提供磁化率的定量數據，而隨著現代醫學發展，只對組織內順磁性物質的定性分析已不能滿足臨床醫學的發展。在SWI的基礎上，對組織的磁化率定量分析已成為工作重點[40-41]。②SWI序列通過結合幅度圖與相位信息，放大腦內含鐵區域的組織對比度[42]，但是梯度回波序列里的相位圖和SWI相位分布之間的關系是非局域性的，其相位同時依賴于磁化率的空間分布和相對于主磁場的方向，此外相位值取決于病變的幾何形狀，以及它在主磁場的相對位置[20]。③因“開花效應”[43-44]的存在，可導致SWI幅度圖中CMBs的大小超出實際大小約300%[45-46]。磁敏感加權圖像中的相位圖提供了出色的組織對比度。然而，相位圖受組織幾何形狀以及組織在主磁場相位B0中相對位置的影響，相位值變化會超出磁感性的變化范圍[6，20]。

因此，有學者利用逆傅立葉為基礎的方法分析人腦、人腦切片、狨猴腦切片，發現用此方法所計算出來的平均磁化率值接近真實的組織磁化率值[47]。另一項研究則顯示，QSM能夠區分抗磁性物質與順磁性物質[48-49]。而且，含鐵病變磁化率涉及鐵的濃度，QSM也可以非侵入性定量CMBs等病變內的鐵濃度。Barbosa等[50]利用電子順磁共振(一個能夠準確量化順磁離子濃度并且提供有關的順磁中心電子結構信息設備)對死亡患者腦組織內金屬離子測量，并與定量磁敏感成像進行比較，證實QSM測量鐵離子的敏感性，是目前唯一能夠對體內金屬含量與磁化率定量的影像學方法[51-52]，可應用于診斷腦鐵沉積[53-55]、組織鈣化[56]、腦部微出血[57]等；也可以非創傷性手段測量，如檢測白質束和皮質灰質中的髓鞘[58]、缺氧或功能退化血液中的鐵含量、非氯化血紅素鐵沉積[12，59]等。因此，QSM已被建議作為體內量化腦中的金屬濃度最敏感的技術，比SWI、相位圖、幅度圖更適合精確地識別CMBs。

總之，CMBs是腦內小血管病變的標志，能為臨床提供診斷或預測信息。雖然近十年來對CMBs病理臨床意義了解加深了許多，但仍有很多問題沒得到充分揭示，新MRI技術的誕生(如QSM)可能從其內部成分與磁化率等新角度揭示CMBs。雖然精確無創檢測鐵濃度仍然困難，但QSM至少校正了梯度回波幅度、相位和SWI圖像中的非局部影響，可能成為實驗模型和臨床CMBs的一個重要診斷工具。

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The application of susceptibility weighted imaging and quantitative susceptibility mapping in essential hypertension complicated by cerebral microbleeds

Saiyinwuqirila，NIU Guangming
(Department of Medical Imaging，Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University，Hohhot Inner Mongolia 010050，China)

Cerebral microbleeds(CMBs)are the essence of subclinical brain damage of tiny blood vessels in the brain caused by the disease，mainly characterized by small parenchymal hemorrhage，no clear clinical symptoms and signs.It often appears in the brain and neurodegenerative diseases，such as cerebral amyloid angiopathy(CAA)，Alzheimer’s disease(AD)，essential hypertension(EH)，also finds in normal elderly population.It represents a potential change of vascular pathology.This article reviews the clinical progression of susceptibility weighted imaging(SWI)and quantitative magnetic susceptibility mapping(QSM)applied in CMBs.

Magnetic resonance imaging(MRI)；Susceptibility weighted imaging(SWI)；Quantitative magnetic susceptibility mapping(QSM)；Cerebral microbleeds(CMBs)；Essential hypertension(EH)

R445.2；R743

A

2095-3097(2016)06-0376-05

10.3969/j.issn.2095-3097.2016.06.015

2016-03-31 本文編輯:馮 博)

國家自然科學基金(81460259)

010050內蒙古呼和浩特，內蒙古醫科大學附屬醫院影像科(賽音烏其日拉，牛廣明)