磁共振成像在诊断脑小血管病中应用的研究进展

赵金义,曾少良,张鑫淼,孙正莹,李洪义,邢 健

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院放射科,黑龙江 牡丹江 157011)

脑小血管疾病(CSVD)是指基于各种病理和神经过程的颅内微小血管疾病,且由于血管和脑实质的结构变化引起的不同临床表现和神经影像学特征的一类综合征,其可能导致中风和痴呆,情绪障碍和步态问题[1]。由于很难直接获取CSVD的病理,因此CSVD的诊断依赖于其影像学特征,包括白质高信号,近期皮质下梗死、腔隙、微出血、扩大的血管周围间隙以及脑萎缩。本文结合国内外对CSVD的影像研究, 探讨磁共振成像在CSVD诊断中的应用价值。

1 常规磁共振成像技术在诊断CSVD中的应用价值

MRI具有多参数、多序列,软组织分辨率高等特点,广泛应用于CSVD的诊断中。其常规序列包括弥散加权成像(DWI)、梯度回波成像(GRE)、磁敏感加权成像(SWI)、T1加权像、T2加权像、液体衰减反转恢复序列(FLAIR)等。

1.1 弥散加权成像DWI对急性脑缺血的敏感性和特异性比CT高,尤其应用于早期的急性脑梗死检出,表现为1～2 mm类圆形病灶,DWI像呈高信号,表观弥散系数(ADC像)呈低信号。

1.2 梯度回波成像GRE用于描述病变和组织中的顺磁性脱氧血红蛋白,高铁血红蛋白或铁血黄素,是检测微出血的敏感工具[2]。脑微出血在T2 GRE上表现为直径2～5 mm且均匀一致的卵圆形低信号。

1.3 磁敏感加权成像SWI是一种利用局部磁场的固有特性来增强图像对比度,并且通过提高各种磁化率来增强图像可见度的方法来帮助疾病诊断,增强了GRE的效果[2]。与常规GRE序列相比,SWI对微出血的检出更为敏感,并且描绘了弥漫性轴突损伤中明显较小的出血性病变。

1.4 T1、T2加权成像T1WI突出组织间T1纵向弛豫差别,适合观察解剖结构,常作为结构磁共振(SMRI)的基础,通过对脑实质进行分割、体积测量等用于检查整个大脑萎缩以及灰质萎缩。而病变显示不如T2加权成像,类如腔梗,微出血等病变在T1WI上多呈低信号[1]。T2WI突出组织间T2横向弛豫差别,适合观察组织病变。在观察脑白质病变的敏感性极高。脑白质病变主要分布于脑室周围、基底神经核区等,在T2WI及FLAIR上呈明显高信号。白质高信号分布的位置及形状不同,对应的病变也有所不同[3]。如脑白质脱髓鞘多发生于侧脑室前后脚旁及半卵圆中心,多成椭圆形。而由缺血导致的白质高信号多发生于深部白质,形状多不规则[4]。

2 新兴磁共振成像技术在诊断CSVD中的应用价值

2.1 超高场强MRI(UHF-MRI)近年来,已经出现了在7.0 T或更高的静磁场(≥300 MHz质子频率)下运行的新型MR系统,其可以通过明显增强信噪比来看到更精细的结构,并可以检测到较小的生理效应[5]。7.0 T MRI在中枢神经系统成像最明显的优势是获得更高的空间分辨率和对比度,被广泛应用于脑血管疾病中。高场强MRI可以检测出常规MR扫描及尸检中无法检测到的50 μm以上的皮质微梗塞,在7.0 T FLAIR图像上对脱髓鞘病变显示中央血管的检出率较3.0 T高一倍。使用7.0 T MRI还可以改善血管周间隙的描绘,并且比3 T时更清晰可见。在7.0 T下使用3D双回波T2加权序列增加了脑微出血(CMB)的检测数量,提高了CMB描述的可靠性,当CMB的定位不在明显的伪影区域时,由于区域中较强的信号移相导致7.0 T的SWI比3.0 T的SWI对描绘受试者的CMB更为敏感[6]。这些成像标准可用于将来的研究中,从而为CSVD的病理生理学提供新的见解。

2.2 弥散张量成像(DTI)DTI基于DWI扫描,沿许多不同方向进行扩散编码,以每个像素为基础计算扩散张量。近年来,DTI已成为脑部研究及临床实践最受欢迎的MRI技术之一。DTI可实现二维和三维白质的可视化,自从1994年采用这种方法以来,一直用于研究正常和患病大脑,如多发性硬化、中风、衰老、痴呆、精神分裂症等的白质结构和完整性。相较于常规MR技术,DTI提供更高的图像对比度、白质的独特信息以及神经元通路的3D可视化。通过对脑白质纤维束的微细结构改变的观察,DTI有助于认识白质病变部位和皮质功能活动,从而帮助预测脑白质病变的进展[7]。骨架化平均扩散度(PSMD)是基于骨骼化和直方图分析的DTI度量单位,消除了脑脊液(CSF)的污染,而基于直方图的方法则增强了大脑中细微、弥漫性疾病的能力[8]。PSMD的峰宽作为一种新颖且全自动的MRI生物标记物,已被提议作为与CSVD相关的全自动成像标记。研究表明,PSMD与DTI及常规MRI相比,对血管病理学的敏感性更高,可捕捉整个大脑的不同类型的脑血管改变,具有检测微血管结构损伤的能力,且用于弥漫性白质损伤更为稳健[9]。全自动扩散张量图像分割技术(DSEG)是一种完全自动化的DTI分割算法,能观察到的细微的脑部结构和脑部变化。可以基于对DTI图像的分析来衡量CSVD的严重程度,并可预测由CSVD导致的痴呆[10]。

2.3 灌注加权成像(PWI)PWI是一种MR动态磁化率对比方法,可对脑血流量(CBF)和脑血容量(CBV)提供可靠的定量测量[11]。其常与常规MR序列结合来评估对脑实质的缺血性损伤,当患者出现脑卒中时,最常见的MRI表现是PWI病变大于DWI病变。在卒中发作后的最初6 h内成像的患者中,大约有70%表现出这种PWI/DWI不匹配,这种不匹配可能表示存在严重的灌注不足但尚未梗塞的组织。与梗死面积大的患者相比,那些表现出较大PWI病变而DWI病变较小的患者被认为可以从再灌注治疗中受益更多,并且显示出更好的临床效果。当前最流行的灌注成像方法是使用T2 加权梯度回波脉冲序列的动态磁化率对比(DSC)MRI。通过使用顺磁性造影剂,可以分析T2 加权图像强度的演变,以提供定量的血流动力学图。脑灌注测量方法还包括动脉自旋标记法(ASL),其研究程度比DSC-MRI灌注小,可应用于研究脑卒中和慢性血管疾病患者的灌注异常[12]。

2.4 血氧水平依赖性功能磁共振成像(BOLD-fMRI)其应用于具有不同功能性的大脑区域的血流动力学变化以获取大脑活动图像[13]。当激活区的脑血流量显着增加时,血氧水平以及含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的相对比例将增加,导致相应区域顺应性的变化,从而在MRI上发生信号改变。BOLD-fMRI主要有两种模式：任务状态和静止状态。静止状态功能磁共振成像(rs-fMRI)通过MRI扫描检测到大脑神经元活动,并确定相关大脑区域的网络连接,反映出静止状态下的自发性脑功能活动。有研究表明,rs-fMRI有助于深入研究由CSVD导致的血管性认知障碍(VCI)的发病机理,并为早期诊断和鉴别诊断提供客观参考依据[14]。与任务状态功能磁共振成像相比,rs-fMRI具有相对简单,易于操作、易于被受试者接受以及易于进行大样本量研究等特点,在CSVD的应用中具有良好的发展前景。

2.5 磁共振弹性成像(MRE)及波谱成像(MRS)MRE可通过外部激发装置使组织内部产生低频剪切波,并获得反应剪切波传播情况的MR图像,能够进一步评估包括大脑在内的手无法触及的组织的机械性能[15]。大脑僵硬度可作为阿尔兹海默病(AD)的生物标志物,患有AD的受试者整体脑部僵硬度降低。由于血管性痴呆和认知障碍多继发于CSVD,通过MRE技术可以无创地观察和测量大脑的机械特性。因此很可能在未来应用于CSVD的诊断中。 磁共振波谱成像(MRS)是用于检测活体细胞代谢物含量的分子水平方法,具有无创性的优点。由于疾病发展过程中,代谢改变要早于结构改变,MRS就是利用这一特性对疾病提出早期诊断。有研究表明,部分CSVD患者早期灰质区损伤,其正常灰质区的代谢参数发生轻微改变[16],可以通过MRS对人脑正常灰质区的代谢物进行测量,来有效预防关键部位发生腔隙性脑梗塞。

2.6 T1加权和液体衰减反转恢复图像的纹理分析(TA)先进的影像技术如DTI可显示白质纤维束损伤,评估脑白质病变程度,然而DTI并非临床实践的常规手段。与DTI相比,TA对白质超微结构变化的敏感性可能不如DTI,但可以使用常规MR扫描来评估白质损伤。有研究表明,CSVD患者与正常人的几种纹理参数(TP)有着显著差异。在CSVD人群中,TP与其他磁共振成像参数如大脑体积,腔隙计数等高度相关[17]。

3 其他影像学技术

3.1 CT及CT血管成像(CTA)CT在诊断CSVD的应用价值有限,对显示脑微出血,腔梗等病变不如MRI。CTA是指将造影剂持续注入静脉,通过CT成像技术来显示血管病变的一种检查手段,广泛应用于颅内动脉瘤,血管狭窄等病变。两者在显示脑血管壁钙化具有优越性[18]。

3.2 数字减影血管造影(DSA)DSA是一种可以通过静脉内造影剂注射进行高质量血管造影的方法,被认为是脑血管病诊断的金标准。但其为有创检查,伴有并发症风险,且其图像质量容易受到患者心输出量和制动的影响,较少应用于CSVD的诊断中。

3.3 正电子发射断层扫描(PET)PET是核医学领域比较先进的影像检查技术,与CT和MRI仅能够检测出形态学病变不同,PET在病变发生结构改变之前,通过可视化大脑区域的脑功能来支持临床诊断。应用于CSVD时,18F-FDG PET可以清楚地区分局灶性皮层及皮层下的低代谢的区域,这与AD中常见的典型代谢模式不同,并具有明显的低代谢。其他PET示踪剂还可以进一步支持痴呆类型的诊断,提供有关潜在病理生理学的信息,为CSVD合并血管性AD提供依据[19]。

4 结语

CSVD是导致认知障碍及痴呆的主要原因,目前尚没有具体的预防或治疗措施来改善这种状况。由于新兴影像技术的飞速发展,使我们对CSVD的诊断以及发现其与认知关系的理解得到了扩展,从而帮助临床医生更准确地对认知障碍进行分类,为进一步的治疗试验提供依据。