多發性硬化的非均勻磁化傳遞成像研究

康 鈺，洪 楠*，吳 冰

(1.北京大學人民醫院放射科，北京 100044；2.通用電氣醫療集團MR科研部，北京 100176)

磁化傳遞(magnetization transfer， MT)是指自由水中的質子和與大分子結合的質子之間的相互作用。施加偏共振射頻時，大分子結合的質子被磁化飽和，進而通過MT效應將飽和效應轉移到自由水的質子，而導致自由水組織信號下降[1]。MT效應可通過施加射頻脈沖前后信號強度的差異進行量化，這種差異稱之為MT比(MT ratio, MTR)。腦白質受MT效應的影響，因而理論上可通過MTR的變化評價腦白質脫髓鞘病變；然而研究[2]發現MTR的變化通常很小，同時結果的可重復性差。量化MT(quantitative MT, qMT)經高級算法模型矯正，可提高診斷的特異度。既往研究[3]均假定MT效應均勻對稱，而實際上白質髓鞘存在多層脂質結構，MT效應并不均勻，因此MTR及qMT均不能完全真實地反映腦白質結構的變化。本研究探討非均勻MT(inhomogeneous MT, ihMT)成像技術在多發性硬化(multiple sclerosis, MS)脫髓鞘病變中的應用價值。

表2 MS組與對照組ihMT參數比較(±s)

表2 MS組與對照組ihMT參數比較(±s)

組別MTRqMTihMTRqihMTMS組(n=18)2 404.03±497.22570.04±128.26110.48±25.1825.02±8.60對照組(n=16)2 844.23±262.63754.38±66.78184.12±14.3275.96±6.25t值5.3098.64617.23432.503P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2017年8月—2018年6月我院18例MS患者(MS組)的ihMT成像和臨床資料，男4例，女14例，年齡26～38歲，平均(31.5±3.2)歲；均符合2017年McDonald診斷標準[4]，病程4～12年，臨床分型均為復發-緩解型。由同1名神經內科副主任醫師對所有患者進行神經學檢查及臨床擴展致殘量表評分(expanded disability status scale, EDSS)。收集同期性別、年齡相匹配的16名健康志愿者為對照組，男4名，女12名，年齡22～36歲，平均(28.8±4.3)歲。本研究通過我院倫理委員會審核，并獲得所有受試者的知情同意。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery MR750W 3.0T超導型MR掃描儀，24通道相控陣頭頸聯合線圈。掃描序列包括常規T1 FLAIR(TE 24 ms，TR 1 750 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩陣320×256，層厚5 mm)、T2 FLAIR(TE 95 ms，TR 8 600 ms，TI 2 100 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩陣288×224，層厚5 mm)及ihMT序列。軸位3D ihMT序列掃描時定位線與T2 FLAIR一致，TE 2.6 ms，TR 11.5 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩陣192×192，層厚5 mm，激勵次數1，共采集22期。

1.3 圖像分析 采用ihMT軟件生成MTR、qMT、非均勻MT率(inhomogeneous MT ratio, ihMTR)及非均勻量化MT(inhomogeneous quantitative MT， qihMT)參數圖。于4個參數圖上，由2名分別有6年及10年中樞神經系統MRI診斷經驗的主治醫師在T2 FLAIR圖像清晰顯示的MS病灶(共46個病灶，主要分布于額顳枕葉白質、內囊及胼胝體)上勾畫ROI，大小約為5～10 mm2，測量3次，取平均值；同時在健康志愿者對應部位正常腦白質區(額顳枕葉白質16個，內囊和胼胝體各15個)勾畫相同大小ROI，計算MS病灶及健康志愿者相應部位的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。以K-S擬合優度檢驗數據分布，MS組和對照組的MTR、qMT、ihMTR及qihMT數據均符合正態分布，以±s表示；2組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。使用組內相關系數(intraclass correlation coefficient, ICC)評價2名醫生間測量結果的一致性(ICC<0.4為一致性較低；0.4≤ICC≤0.80為一致性中等；ICC>0.8為一致性好)。采用Spearman相關分析評價MS患者的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值與EDSS評分的相關性(|r|<0.4為弱相關；0.4≤|r|<0.6為中等相關；0.6≤|r|<0.8為強相關；|r|≥0.8為極強相關)。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

在MTR、qMT、ihMTR及qihMT圖上，對照組白質呈均勻高信號，MS組脫髓鞘病灶信號較正常白質信號減低(圖1、2)。

2名醫師對MS組脫髓鞘病灶和對照組的ihMT各參數測量結果的一致性好(ICC均>0.8，表1)。MS組脫髓鞘病灶的MTR、qMT、ihMTR及qihMT均低于對照組腦白質(P均<0.001，表2)。MTR和qMT與EDSS呈中等負相關(r=-0.440、-0.572，P=0.004、0.002)；ihMTR和qihMT與EDSS呈強負相關(r=-0.704、-0.739，P均<0.001，圖3)。

表1 2名醫師對MS組和對照組ihMT成像各參數測量結果的ICC值

3 討論

MS是一種自身免疫性脫髓鞘病變，其病理改變包括血管周圍炎癥、髓鞘脫失、膠質增生及軸突損傷等，白質髓鞘脫失是其最具特征性的改變。常規MRI是診斷MS及評估病情進展的首選方法，T2 FLAIR序列能敏感地檢出MS病變斑塊，但形態學成像不能發現MS所致細微病變，也無法量化評價髓鞘脫失的程度，因此在評價病變進展及指導治療方面存在一定局限性。MR功能成像能在細胞分子水平反映病變特征，在揭示MS的病理及代謝變化方面具有更大優勢[5]。擴散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可通過測量水分子的擴散運動間接反映白質髓鞘的完整性。郭油油等[6]報道，MS患者聽覺傳導通路的部分FA顯著減低，而平均擴散系數(mean diffusivity, MD)升高。陳璇等[7]采用MRS對MS的病變進行成像，譜線表現為氮-乙酰天門冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)峰下降，且下降幅度與病變嚴重程度有關。

圖1 健康志愿者男，28歲 A～E.分別為T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT圖，ihMT各參數圖均顯示灰白質對比良好，白質信號較高 圖2 MS患者女，32歲 A～E.分別為T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT圖，ihMT各參數圖均顯示病灶信號較白質降低(箭)

圖3 ihMT各成像參數與EDSS相關性散點圖 A.MTR; B.qMT； C.ihMTR； D.qihMT

在中樞神經系統MT成像中，有報道[8]MTR改變與髓鞘結構的變化直接相關，這是因為髓鞘結構屬于氫質子結合池，因而髓鞘的脫失會導致MTR下降；但在MS的MT成像研究中，對于MTR的變化報道不一。Mottershead等[9]觀察MS患者死后的新鮮大腦標本，發現MTR主要與髓鞘含量相關；而Vavasour等[10]認為MTR和qMT的影響因素主要是白質內水的含量，而水含量與病變部位水腫及炎癥的進展有關。近年來研究[11-13]發現，對于髓鞘這類含多層脂質的結構而言，兩側依次施加相同偏中心射頻產生的MT效應與一次同時施加相同的偏中心射頻并不一致，其MT效應的差異比率即ihMTR。Zhang等[14]研究表明，ihMT成像得到的ihMTR等參數在健康志愿者中具有很好的穩定性。本研究進一步探討ihMT在MS中的應用，結果表明，在ihMT參數圖中，MS脫髓鞘斑塊信號均低于正常白質，提示ihMT有助于檢出脫髓鞘病變。此外，對于傳統MT成像與臨床癥狀之間的關系也存在爭議。Vrenken等[15]報道稱EDSS與看似正常白質(normal appearing white matter, NAWM)的MTR值呈顯著負相關，而與病變白質的MTR值相關性較低；而Amann等[16]指出MS病情進展與白質病變有關，而與NAWM無關。上述不同結果提示MS病變存在可能多種病理生理機制，其綜合效應影響最終的MT信號。本研究中白質病變的MTR和qMT與EDSS呈中等負相關，而ihMTR和qihMT與EDSS呈強負相關，與Van Obberghen等[17]的研究結果一致。ihMT反映白質髓鞘的完整性，與臨床癥狀直接相關，而MT與髓鞘的完整性和水含量均有關，因此與EDSS相關性相對較低。ihMT成像過程也可以得到MT的定量參數，這為全面了解MS的病理機制提供了可能。

本研究存在一些不足，首先，樣本量較小，需要更大樣本量并結合病程分析，以得到更穩定的結果；且本組病例中包括部分MS復發患者，與首發MS患者的EDSS的評分結果有所區別，因而會影響研究結果。其次，受掃描條件限制，本研究未能測量T2值以評估水含量，對于ihMT與MS脫髓鞘及水含量的關系仍需進一步探討[18]。再次，目前ihMT掃描序列的分辨率較低，且MS病灶均較小，測量結果會受到部分容積效應的影響[19]；同時此序列掃描時間較長，運動偽影可能影響測量結果。

綜上所述，ihMT成像能準確反映白質髓鞘含量的變化，其定量參數與MS臨床癥狀有較好的相關性，具有潛在臨床應用價值。