磁共振成像在診斷腦小血管病中應用的研究進展

趙金義,曾少良,張鑫淼,孫正瑩,李洪義,邢 健

(1.牡丹江醫學院；2.牡丹江醫學院附屬紅旗醫院放射科,黑龍江 牡丹江 157011)

腦小血管疾病(CSVD)是指基于各種病理和神經過程的顱內微小血管疾病,且由于血管和腦實質的結構變化引起的不同臨床表現和神經影像學特征的一類綜合征,其可能導致中風和癡呆,情緒障礙和步態問題[1]。由于很難直接獲取CSVD的病理,因此CSVD的診斷依賴于其影像學特征,包括白質高信號,近期皮質下梗死、腔隙、微出血、擴大的血管周圍間隙以及腦萎縮。本文結合國內外對CSVD的影像研究, 探討磁共振成像在CSVD診斷中的應用價值。

1 常規磁共振成像技術在診斷CSVD中的應用價值

MRI具有多參數、多序列,軟組織分辨率高等特點,廣泛應用于CSVD的診斷中。其常規序列包括彌散加權成像(DWI)、梯度回波成像(GRE)、磁敏感加權成像(SWI)、T1加權像、T2加權像、液體衰減反轉恢復序列(FLAIR)等。

1.1 彌散加權成像DWI對急性腦缺血的敏感性和特異性比CT高,尤其應用于早期的急性腦梗死檢出,表現為1～2 mm類圓形病灶,DWI像呈高信號,表觀彌散系數(ADC像)呈低信號。

1.2 梯度回波成像GRE用于描述病變和組織中的順磁性脫氧血紅蛋白,高鐵血紅蛋白或鐵血黃素,是檢測微出血的敏感工具[2]。腦微出血在T2 GRE上表現為直徑2～5 mm且均勻一致的卵圓形低信號。

1.3 磁敏感加權成像SWI是一種利用局部磁場的固有特性來增強圖像對比度,并且通過提高各種磁化率來增強圖像可見度的方法來幫助疾病診斷,增強了GRE的效果[2]。與常規GRE序列相比,SWI對微出血的檢出更為敏感,并且描繪了彌漫性軸突損傷中明顯較小的出血性病變。

1.4 T1、T2加權成像T1WI突出組織間T1縱向弛豫差別,適合觀察解剖結構,常作為結構磁共振(SMRI)的基礎,通過對腦實質進行分割、體積測量等用于檢查整個大腦萎縮以及灰質萎縮。而病變顯示不如T2加權成像,類如腔梗,微出血等病變在T1WI上多呈低信號[1]。T2WI突出組織間T2橫向弛豫差別,適合觀察組織病變。在觀察腦白質病變的敏感性極高。腦白質病變主要分布于腦室周圍、基底神經核區等,在T2WI及FLAIR上呈明顯高信號。白質高信號分布的位置及形狀不同,對應的病變也有所不同[3]。如腦白質脫髓鞘多發生于側腦室前后腳旁及半卵圓中心,多成橢圓形。而由缺血導致的白質高信號多發生于深部白質,形狀多不規則[4]。

2 新興磁共振成像技術在診斷CSVD中的應用價值

2.1 超高場強MRI(UHF-MRI)近年來,已經出現了在7.0 T或更高的靜磁場(≥300 MHz質子頻率)下運行的新型MR系統,其可以通過明顯增強信噪比來看到更精細的結構,并可以檢測到較小的生理效應[5]。7.0 T MRI在中樞神經系統成像最明顯的優勢是獲得更高的空間分辨率和對比度,被廣泛應用于腦血管疾病中。高場強MRI可以檢測出常規MR掃描及尸檢中無法檢測到的50 μm以上的皮質微梗塞,在7.0 T FLAIR圖像上對脫髓鞘病變顯示中央血管的檢出率較3.0 T高一倍。使用7.0 T MRI還可以改善血管周間隙的描繪,并且比3 T時更清晰可見。在7.0 T下使用3D雙回波T2加權序列增加了腦微出血(CMB)的檢測數量,提高了CMB描述的可靠性,當CMB的定位不在明顯的偽影區域時,由于區域中較強的信號移相導致7.0 T的SWI比3.0 T的SWI對描繪受試者的CMB更為敏感[6]。這些成像標準可用于將來的研究中,從而為CSVD的病理生理學提供新的見解。

2.2 彌散張量成像(DTI)DTI基于DWI掃描,沿許多不同方向進行擴散編碼,以每個像素為基礎計算擴散張量。近年來,DTI已成為腦部研究及臨床實踐最受歡迎的MRI技術之一。DTI可實現二維和三維白質的可視化,自從1994年采用這種方法以來,一直用于研究正常和患病大腦,如多發性硬化、中風、衰老、癡呆、精神分裂癥等的白質結構和完整性。相較于常規MR技術,DTI提供更高的圖像對比度、白質的獨特信息以及神經元通路的3D可視化。通過對腦白質纖維束的微細結構改變的觀察,DTI有助于認識白質病變部位和皮質功能活動,從而幫助預測腦白質病變的進展[7]。骨架化平均擴散度(PSMD)是基于骨骼化和直方圖分析的DTI度量單位,消除了腦脊液(CSF)的污染,而基于直方圖的方法則增強了大腦中細微、彌漫性疾病的能力[8]。PSMD的峰寬作為一種新穎且全自動的MRI生物標記物,已被提議作為與CSVD相關的全自動成像標記。研究表明,PSMD與DTI及常規MRI相比,對血管病理學的敏感性更高,可捕捉整個大腦的不同類型的腦血管改變,具有檢測微血管結構損傷的能力,且用于彌漫性白質損傷更為穩健[9]。全自動擴散張量圖像分割技術(DSEG)是一種完全自動化的DTI分割算法,能觀察到的細微的腦部結構和腦部變化?？梢曰趯TI圖像的分析來衡量CSVD的嚴重程度,并可預測由CSVD導致的癡呆[10]。

2.3 灌注加權成像(PWI)PWI是一種MR動態磁化率對比方法,可對腦血流量(CBF)和腦血容量(CBV)提供可靠的定量測量[11]。其常與常規MR序列結合來評估對腦實質的缺血性損傷,當患者出現腦卒中時,最常見的MRI表現是PWI病變大于DWI病變。在卒中發作后的最初6 h內成像的患者中,大約有70%表現出這種PWI/DWI不匹配,這種不匹配可能表示存在嚴重的灌注不足但尚未梗塞的組織。與梗死面積大的患者相比,那些表現出較大PWI病變而DWI病變較小的患者被認為可以從再灌注治療中受益更多,并且顯示出更好的臨床效果。當前最流行的灌注成像方法是使用T2 加權梯度回波脈沖序列的動態磁化率對比(DSC)MRI。通過使用順磁性造影劑,可以分析T2 加權圖像強度的演變,以提供定量的血流動力學圖。腦灌注測量方法還包括動脈自旋標記法(ASL),其研究程度比DSC-MRI灌注小,可應用于研究腦卒中和慢性血管疾病患者的灌注異常[12]。

2.4 血氧水平依賴性功能磁共振成像(BOLD-fMRI)其應用于具有不同功能性的大腦區域的血流動力學變化以獲取大腦活動圖像[13]。當激活區的腦血流量顯著增加時,血氧水平以及含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的相對比例將增加,導致相應區域順應性的變化,從而在MRI上發生信號改變。BOLD-fMRI主要有兩種模式：任務狀態和靜止狀態。靜止狀態功能磁共振成像(rs-fMRI)通過MRI掃描檢測到大腦神經元活動,并確定相關大腦區域的網絡連接,反映出靜止狀態下的自發性腦功能活動。有研究表明,rs-fMRI有助于深入研究由CSVD導致的血管性認知障礙(VCI)的發病機理,并為早期診斷和鑒別診斷提供客觀參考依據[14]。與任務狀態功能磁共振成像相比,rs-fMRI具有相對簡單,易于操作、易于被受試者接受以及易于進行大樣本量研究等特點,在CSVD的應用中具有良好的發展前景。

2.5 磁共振彈性成像(MRE)及波譜成像(MRS)MRE可通過外部激發裝置使組織內部產生低頻剪切波,并獲得反應剪切波傳播情況的MR圖像,能夠進一步評估包括大腦在內的手無法觸及的組織的機械性能[15]。大腦僵硬度可作為阿爾茲海默病(AD)的生物標志物,患有AD的受試者整體腦部僵硬度降低。由于血管性癡呆和認知障礙多繼發于CSVD,通過MRE技術可以無創地觀察和測量大腦的機械特性。因此很可能在未來應用于CSVD的診斷中。 磁共振波譜成像(MRS)是用于檢測活體細胞代謝物含量的分子水平方法,具有無創性的優點。由于疾病發展過程中,代謝改變要早于結構改變,MRS就是利用這一特性對疾病提出早期診斷。有研究表明,部分CSVD患者早期灰質區損傷,其正常灰質區的代謝參數發生輕微改變[16],可以通過MRS對人腦正常灰質區的代謝物進行測量,來有效預防關鍵部位發生腔隙性腦梗塞。

2.6 T1加權和液體衰減反轉恢復圖像的紋理分析(TA)先進的影像技術如DTI可顯示白質纖維束損傷,評估腦白質病變程度,然而DTI并非臨床實踐的常規手段。與DTI相比,TA對白質超微結構變化的敏感性可能不如DTI,但可以使用常規MR掃描來評估白質損傷。有研究表明,CSVD患者與正常人的幾種紋理參數(TP)有著顯著差異。在CSVD人群中,TP與其他磁共振成像參數如大腦體積,腔隙計數等高度相關[17]。

3 其他影像學技術

3.1 CT及CT血管成像(CTA)CT在診斷CSVD的應用價值有限,對顯示腦微出血,腔梗等病變不如MRI。CTA是指將造影劑持續注入靜脈,通過CT成像技術來顯示血管病變的一種檢查手段,廣泛應用于顱內動脈瘤,血管狹窄等病變。兩者在顯示腦血管壁鈣化具有優越性[18]。

3.2 數字減影血管造影(DSA)DSA是一種可以通過靜脈內造影劑注射進行高質量血管造影的方法,被認為是腦血管病診斷的金標準。但其為有創檢查,伴有并發癥風險,且其圖像質量容易受到患者心輸出量和制動的影響,較少應用于CSVD的診斷中。

3.3 正電子發射斷層掃描(PET)PET是核醫學領域比較先進的影像檢查技術,與CT和MRI僅能夠檢測出形態學病變不同,PET在病變發生結構改變之前,通過可視化大腦區域的腦功能來支持臨床診斷。應用于CSVD時,18F-FDG PET可以清楚地區分局灶性皮層及皮層下的低代謝的區域,這與AD中常見的典型代謝模式不同,并具有明顯的低代謝。其他PET示蹤劑還可以進一步支持癡呆類型的診斷,提供有關潛在病理生理學的信息,為CSVD合并血管性AD提供依據[19]。

4 結語

CSVD是導致認知障礙及癡呆的主要原因,目前尚沒有具體的預防或治療措施來改善這種狀況。由于新興影像技術的飛速發展,使我們對CSVD的診斷以及發現其與認知關系的理解得到了擴展,從而幫助臨床醫生更準確地對認知障礙進行分類,為進一步的治療試驗提供依據。