穆可涛,覃媛媛,张顺,江晶晶,胡杉,石晶晶 综述 朱文珍 审校
RSNA2012中枢神经系统影像诊断方面的研究进展和新技术的应用概况主要体现在以下几个方面。
主要采用酰胺质转移(APT)成像、扩散峰度成像(DKI)、多b值非高斯扩散成像、动脉自旋标记(ASL)、超高场弹性成像(SWI)及直方图分析法等进行胶质瘤术前分级、肿瘤分子生物学行为评估及肿瘤真、假性进展的鉴别。
酰胺质子转移(amide proton transfer,APT)是用来检测酰胺质子的一种对特定化学物质交换饱和成像技术,可用于胶质瘤的术前分级。对15例经手术证实的弥漫性胶质瘤患者进行MRI扫描获得APT图,并对标本进行免疫组化染色评估不同病理分级Ki-67指数。将兴趣区放在肿瘤实质部分,测得Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级胶质瘤 APT的平均强度分别为1.8%±0.5%、2.4%±0.8%和4级4.0%±0.4%,Ⅱ级与Ⅳ级、Ⅲ级与Ⅳ级间的差异有统计学意义。且肿瘤的APT信号强度与Ki-67指数成负相关关系。APT图能为弥散性胶质瘤的恶性程度及组织病理学分级提供有价值的信息,可用于术前评估或监测疗放化疗的疗效。
扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)测量体素内符合高斯扩散模型的水分子运动偏差。对35例0~20岁脑肿瘤患者行DKI,21例为Ⅰ级肿瘤,7例为Ⅱ级,7例为Ⅳ级。Ⅰ级和Ⅲ级肿瘤的平均峰度值与Ⅳ级差异有统计学意义。Ⅰ级与Ⅳ级平均扩散值之间差异有统计学意义,Ⅰ级与Ⅳ级间差异无统计学意义。表明平均峰度值对于肿瘤分级较平均弥散性和各向异性更为敏感,DKI可以更准确评估小儿脑肿瘤并可对临床治疗进行规划和预测。
通过多b值非高斯扩散模型(分数阶微积分模型,fractional order calculus model,FROC)获得的多个参数与组织成分的不均质或微结构相关。27例经组织病理学证实的脑肿瘤患者,行多b值(12个b值,0~4000mm2/s)DWI扫描,获得扩散系数D、组织非均质指数β和平均自由扩散长度μ,并与传统b为1000mm2/s序列比较。研究结果表明FROC图较常规ADC图对肿瘤边界显示更清,且能对肿瘤进行分级,高级别肿瘤与低级别肿瘤的上述各项参数之间差异均有统计学意义。FROC图为鉴别低级别和高级别肿瘤提供了更多的定量参数。
超高场磁共振弹性成像(SWI)在脑肿瘤的应用:23例经组织学分级的肿瘤患者(低级别5例,高级别18例)行增强前及增强后的7TSWI和T1WI扫描,计算肿瘤增强前后的变化率。高级别肿瘤的变化率较低级别明显升高,表明SWI图像变化率可以对胶质瘤级别进行非侵入性鉴别,能为立体定向肿瘤活检提供更准确帮助。SWI能显示神经鞘瘤的微出血,有助于前庭神经鞘瘤和桥小脑角A区脑膜瘤的鉴别。
VISIBLE(volume isotropic simultaneous interleaved brightand black-blood examination)是一种新的 MRI序列,可了解肿瘤和血管的关系,能同时获得两个相位图像,第一个相位对血管有抑制(黑图)和第二个相位无血管抑制(亮图)。对怀疑有脑肿瘤的患者行3T磁化准备快速梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo,MPRAGE)序列和 VISIBLE序列扫描,VISIBLE序列对血管抑制效果好,其亮图可以更好的显示血管与病灶之间的关系,较常规MPRAGE序列对脑转移瘤有更准确的显示。
对脑肿瘤血管通透性的研究:采用3T灌注磁敏感加权成像可以观察肿瘤的血管,研究脑肿瘤全切的可能性。rCBV和K-trans分别反映大脑血容量失调和血管通透性改变。研究结果显示最大rCBV与K-trans图上的最大通透性区域有75%不一致,并表现为多种形式,哪一种类型可以反映组织学上的实际变化尚需要进一步研究。
DWI和PWI的直方图分析法(Histogram analysis)对胶质瘤真性和假性进展的鉴别:35例胶质母细胞瘤患者,术后经180天放化疗后病灶增强的范围增大和出现新病灶,在后期随访中多次进行DWI和PWI检查,根据病理学确定为肿瘤假性进展或真性进展。计算肿瘤新增强化灶和强化增大区域rCBV变化率和ADC值的直方图。结果显示,在24例假性进展和11例真性进展患者中,对新增强化灶和增加的强化区域进行多参数分析,可有效提高肿瘤真性恶化和假性恶化的诊断特异性;使用类似的研究方法,对胶质母细胞瘤的真性进展和假性进展进行分析,计算b=1000和3000mm2/s时的ADC直方图,显示b值为3000mm/s2时的直方图分析有利于真性和假性进展的鉴别。
对高级别胶质瘤大鼠模型(GI261)在种植肿瘤后每间隔4天进行MRI多模态扫描和定量分析,当大鼠出现恶性进展、神经系统症状或体重减轻超过15%时将其处死,提取肿瘤RNA并做实时荧光定量PCR,收集MR图像的相关参数数据(T2*WI,DWI and PWI maps)。研究结果表明mADC值由于肿瘤的坏死三周后开始增加。mT2*值在三周后开始下降之后再上升,与血管生成转变相一致。CBV在第二周后上升。MTT稳定上升。mADC与肿瘤标记物EGF、IDH1和IGFBP有相关性(P<0.05)。T2*m 与 GLUT3和 CBFm,CBV 与 VEGF-A、VEGFR2、HIF1α、GLUT3、EGF、EGFR、CDH5 (VE-chaderin)、IDH1、IGBF2、CD71 (TfR1);MTT 与 VEGF-A、VEGFR2、EGF、CD51(integrin)、BIRC5(AIP14)、CDH5和 CA9具有相关性。获得了GI261模型鼠的MRI和基因特征,使得MRI作为替代肿瘤基因标记应用于临床生物靶向治疗成为可能。
主要采用APT、DKI/DTI、ASL技术获得缺血区域的PH值变化、非高斯分布扩散变化、血流灌注信息以及急性卒中病人运动障碍的恢复与皮质脊髓束的关系。
动物实验发现酰胺质子转移(APT)成像可检测急性缺血区域的的pH变化。然而,关于人类急性缺血性卒中患者的APT成像有待进一步研究。对7例急性缺血性脑卒中患者进行3TMRI(Achieva TX,Philips Healthcare,NL)扫描,检查时间在24h以内3例,24~48h2例,48h~4d2例。APT效应的测量是通过在±3.5ppm之间计算磁化转移率(MTRasym)的不对称性,除以在-160ppm处获得的参考值。结果显示,梗死区域的 MTRasym(0.5~1.8%,1.1%±0.5%),与正常脑实质区域(1.3%~2.9%,2.1%±0.6%)比较明显减低(P<0.05),与动物实验的结果一致。表明APT成像对急性脑梗死区域pH非常敏感,有助于缺血损伤的准确描述。
扩散峰度是一个无量纲的测量参数,用来定量分析高斯分布下的水分子扩散偏差。对15例脑梗死患者采用3.0TMR扫描仪(Siemens Magnetom Verio)行扩散峰度成像,自症状出现到检查时间为3h~5周。运用平面回波扩散加权成像序列来采集扩散峰度数据,b值等于1000和2000mm2/s,30个扩散方向。扩散峰度成像得到的参数包括轴向峰度图(Kax images)和径向峰度图(Krad images)。同时评估同一组数据得到的扩散加权纤维束图像(Dtrace图)。研究结果显示Kax images在早期脑梗死区升高,相对于DWI图它较早地出现下降。表明早期梗死组织轴突内扩散存在较大改变,扩散峰度成像可得到超早期梗死组织的更多信息。
超急性脑梗死患者行重组织型纤溶酶原激活剂(recombinant tissue plasminogen activator,r-tPA)溶栓治疗可显著地改善其临床症状。动脉自旋标记(arterial spin-labeling,ASL)MRI可提供脑组织的血流灌注信息,和DWI结合或可以很好地描述缺血半暗带。对15例超急性缺血性卒中患者,在r-tPA溶栓治疗前后24h内行 MRI扫描,包括DWI及ASL-MRI。通过NIHSS(National Institutes of Health Stroke Scale)评价r-tPA溶栓治疗效果。研究结果显示没有灌注缺陷的患者预后较好,灌注减低区域大而扩散-灌注成像不匹配(diffusion-perfusion mismatch,DPM)区域小的患者则预后均很差。表明ASL-MRI是诊断超急性脑梗死的理想检查方法,可提供脑组织的灌注信息并预测预后。
卒中患者运动功能的恢复是神经修复要达到的目标之一。13例急性缺血性大脑中动脉卒中患者在症状出现1天、21天分别进行轻瘫下肢的运动缺陷检查(Fugl-Meyer量表),第21天时均行DTI扫描。分别测量病变侧和正常侧皮质脊髓束3个兴趣区的FA值:内囊后支(posterior limb of internal capsule,PLIC)、大脑脚(cerebral peduncle,CP)和脑桥(pons,P)。对运动缺陷评分和受累侧3个ROI的FA值进行了相关性分析,结果显示均为正相关关系,r值依次为0,54(P=0.013)、0,56(P=0.009)和0,53(P=0.013)。表明运动障碍恢复与FA之间的相关性在P、PLIC区弱于CP区,后者为梗死区域累及内囊后支的结果。因此,观察相关性最好的ROI位于CP区。FA可测量皮质脊髓束结构的完整性,用于预测急性卒中患者运动障碍的恢复。
MRI愈来愈多的用来评估颈动脉斑块的性质。在Pubmed和Embase数据库中查询颈动脉领域文献,并进行Meta分析。结果显示使用MRI观察颈动脉斑块的性质是一种具有较高诊断准确性的方法,且重复性很好。然而,需要更多高质量的研究来提高其检测脂质坏死核心(lipid-rich necrotic core,LR/NC)、纤维帽、斑块内钙化的准确性,以及磁共振定量分析斑块成分的可能性。
经超声诊断颈动脉斑块的36例患者纳入本研究,共72个颈动脉斑块行能谱CT及DSA检查。DSA得到颈动脉的前后位及侧位像,颈动脉的狭窄程度采用NASCET标准来评估。动脉粥样硬化斑块的成分在能谱CT碘基图、钙基图、脂基图、铁基图上测得。纤维帽破溃、斑块内出血、钙化也同时在能谱CT及DSA图像上评估。结果显示能谱CT及DSA在评估狭窄程度上一致性很好(Kappa=0.882,P<0.01)。两种方法评估纤维帽破溃的差异有统计学意义(分别为34和10个,P<0.01),且37个有斑块内出血的血管和71个发生斑块内钙化的血管在能谱CT上发现而在DSA上未见。表明能谱CT在评价颈动脉狭窄程度上是一种可靠的检查方法,它在检测纤维帽破溃、斑块内出血、钙化方面优于DSA。
脑白质疏松症即脑白质病,大多与高血压和年龄有关,而脑白质疏松症与颈动脉疾病之间的关联尚有争议的。前瞻性研究54例颈动脉内膜切除术前颈内动脉狭窄的患者,接受颈动脉CTA和脑MRI(T2-FLAIR)扫描,基于CTA对斑块主要成分(脂肪、混合和钙化)进行分类,FLAIR序列测量脑白质疏松症病灶体积。结果显示,脑白质疏松症严重程度与脂肪型斑块显著相关。基于CTA的斑块分类型可以预测脑实质中小血管缺血性疾病的严重程度。
通过时间延迟是动脉自旋标记(ASL)技术定量分析局部脑血流量(CBF)时出现误差的一个重要因素。54例行动态磁敏感增强(DSC)及ASL成像的moyamoya患者纳入本研究。选择颈内动脉(ICA)、大脑中动脉(MCA)供血区域的整个脑实质进行参数分析,主要分析由DSC计算出的CBF、MTT以及由ASL计算出的CBF。结果显示,在颈内动脉、大脑中动脉供血区域由ASL、DSC计算出的CBF之间的相关系数在平均通过时间(MTT)增加时趋向于降低。在整个脑组织、灰质,MTT的标准化系数(β)为负值,差异具有显著意义(β≤-0.113,P≤0.0020)。在白质区域的差异无显著性意义(ICA:β=-0.098,P=0.175;MCA:β=-0.090,P=0.224)。表明 ASL和 DSC得到的CBF在MTT延长时相关性减弱。ASL上CBF的通过时间延长效应在灰质区域比较小。了解通过时间延长效应对ASL的影响,有助于理解临床上缺血性脑血管病导致通过延迟时间延长时的ASL图。
74例行脑CTA的患者随机分为两组,对照组行常规120kVp CT扫描,实验组行能谱CT扫描,并图像重建成120kVp的多能图像及40~140keV的单能图像。对常规120kVp图像及最佳单能图像行血管减影,随后行脑血管VR重组。计算并比较脑动脉强化后的CT值、背景噪声、对比噪声比及信号噪声比。研究结果表明,与常规120kVp CT扫描相比,采用CT能谱成像55keV单能图像的血管减影法可提供脑动脉的高质量图像。
研究共纳入34例多发性硬化(MS)患者及34例年龄性别匹配的志愿者,20例患者在最初的MRI图像上有可见的MS病灶,称为MRI+,14例无或仅少量的MS病灶,称为MRI-。使用完全自动化的脑分割SyMRI诊断系统(SyntheticMR AB,Sweden)来测量白质分数(WMF)、灰质分数(GMF)、脑脊液分数(CSFF)、脑实质分数(BPF)和颅内体积(ICV)的剩余组织分数(NF)。结果显示,MRI+的 MS组与正常组相比BPF少5.9%,WMF少7.2%,均有统计学差异;而 MRI-的 MS组与正常组比较为BPF差别1.4%、WMF为2.1%,差异无统计学意义;三组的GMF近似。基于定量MRI的完全自动化脑分割可以精确测量脑组织体积,是一项快速、精确且不依赖于使用者的技术。
内侧颞叶癫痫(mesial temporal structures,MTLE)是难治性癫痫最常见的一种类型,但是临床上缺乏一种可靠的生物学标志来监测其临床进程和疗效。磁共振扩散加权成像(DWI)是描述MTLE结构变化的有效手段之一。对10例左侧MTLE患者和20例年龄性别相匹配的对照组均行3.0T磁共振DKI及T1WI。MTLE的诊断主要是基于患者有部分癫痫发作史,同时常规MRI检查发现一侧海马硬化或者发作时视频脑电图提示一侧痫样放电。通过DKI扫描得到DTI和DKI参数图,然后采用基于体素的分析方法(VBA)生成微结构的变化图。研究结果显示,MTLE患者的平均峰度值(mean kurtosis,MK)显示出广泛的微结构异常,包括双侧海马、海马旁回白质区、扣带旁区域、额叶、眶额部及顶枕部均出现显著的MK值下降,患者病灶同侧的海马旁区域及双侧眶额部MD值显著升高,双侧海马旁白质及病灶同侧丘脑的FA值显著降低。相对于DTI和组织结构测量,DKI能够提供MTLE患者更敏感的微结构变化信息,有利于治疗计划的制定。
现今基于解剖标志的脑白质的数据图易将不同的纤维束混杂,DTI纤维追踪法对交叉纤维显示欠佳。新的无伪影低角度分辨力扩散数据(artifact-free low angular resolution diffusion data)可得到高质量大角度分辨力扩散成像(high angular resolution diffusion imaging,HARDI)的脑模板,并在 HARDI模板利用MRtrix实现多种子纤维束追踪。不仅可追踪出大的纤维束,包括胼胝体、皮质脊髓术、前纵束和后纵束、下额枕束、扣带、穹窿、钩状束和脑干的纤维束等,对交叉纤维束也可很好地显示,且得到的信息与已知的脑解剖结构一致。研究结果表明用高质量HRADI数据可得到基于纤维束示踪的空间概率图(probabilistic tract-based atlas),这种新的概率图可显著提高临床上白质分割的精确性。
MRI可现实脑外伤铁沉积的慢性改变及外源性EPCs移植可加强受损组织的血管修复。
24例轻度脑外伤(mild traumatic brain injury,MTBI)患者和12例匹配的健康志愿者纳入本研究。所有患者均行两个时间点(外伤2月内和1年后)的 MRI及神经心理学评估,均在3.0T磁共振机上完成磁场相关性(magnetic field correlation,MFC)检查。在MFC参数图上选取深部灰质区域作为兴趣区进行MFC测量,然后进行MFC的组间分析。MTBI患者在初始及随访中丘脑的总体及微观MFC值均高于对照组(P=0.02),同时额叶白质总体MFC初始值稍高且随访发现其显著升高(P=0.093)。表明定量分析MFC值可发现MTBI患者脑铁沉积的慢性改变,提示灰质和前额叶白质内的铁沉积。
将脑外伤(traumatic brain injury,TBI)大鼠模型分为两组,分别于TBI后6和12h自尾静脉注射SPIO标记的外源性血管内皮祖细胞(exogenous endothelial progenitor cells,EPCs),随后分别在72、120和168h行MRI灌注成像。动物处死后行普鲁士兰染色和CD31染色。研究结果显示,SPIO标记组中,损伤区域MRI信号明显减低且染色阳性,且低信号范围随着时间逐渐扩大,同时染色阳性颗粒亦随着时间而扩大;CBF、CBV和损伤区域的表面渗透性随着时间逐渐减低;损伤区域及周围组织内CD31阳性细胞计数及微血管密度随时间逐渐增多,且差异具有统计学意义(P<0.001)。表明外源性EPCs移植可加强受损组织的血管修复,有助于TBI后异常血流灌注的恢复。
研究内容主要集中在对阿尔茨海默病认知功能和卒中患者运动功能的成像和分析。
研究采用一种崭新的3D假连续性动脉自旋标记(ASL)技术进行全脑的CBF分析,同时可最大化标记效率。三组病例包括24例阿尔茨海默病 (AD),17例轻度认知障碍(MCI)以及21例年龄性别匹配的健康对照被纳入本研究,均行3.0T磁共振扫描,数据采用SPM8进行空间预处理。被试标记层面和参考层面之间的灌注差异图平均之后得到被试者全脑CBF图。与健康对照组相比,AD患者双侧颞-顶-枕皮层均表现为显著的CBF值下降,同时双侧丘脑、小脑上蚓部以及右侧颞叶脑白质内CBF值升高;MCI患者右侧后扣带回、双侧下颞叶皮层、右侧中颞叶皮层以及右侧上顶叶CBF降低,同时双侧额叶皮层和皮层下区以及左侧颞叶脑白质CBF升高。同AD患者相比,MCI患者表现为左侧顶叶皮层CBF降低,右侧颞-枕叶、双侧额叶尤其是左侧前扣带回CBF降低。表明3DASL技术能够提供MCI和AD患者脑血流量变化的信息,且由于其易于采集且无创等特点,3DASL有望成为AD研究中的一项重要补充手段。
人类的注意功能随着老龄化而下降。注意网络即所谓的任务激活网络,在静息状态下表现为与默认模式网络(DMN)在时间关系上呈现负相关。对18例年轻人和22例老年人行EPI功能磁共振扫描。采用基于种子点的时间相关分析方法,分别选取DMN内的后扣带(PCC)和腹内侧前额叶(vmPFC)作为种子点。使用SPM5和REST V1.4软件包进行数据处理。研究结果显示,与年轻人相比,老年组注意网络功能连接明显降低。腹内侧前额叶负性网络主要表现为中线区域(主要包括辅助运动区,SMA)脑功能活动减弱,而后扣带回负性网络表现为外侧额-顶区域脑功能活动减弱。老年组注意网络功能连接减低,反映了静息状态下自发神经元网络受损,有助于人脑变性机制的研究。
根据NINCDS/ADRDA标准纳入拟诊为AD的患者36例(20例女性)。所有患者经临床仔细评估,采用神经精神症状量表(neuropsychiatric inventory,NPI)进行行为和痴呆心理症状评分,在3TMR扫描仪上采集T1-MPRAGE序列图像,使用Freesurfer软件进行皮层重建及容积分割。全部NPI评分与局部皮层厚度测量值进行相关分析。结果显示,全部NPI得分与左侧顶上小叶、右侧顶上小叶、右侧楔前叶皮层厚度明显正相关;与左侧颞中叶皮层厚度呈显著负相关。冷漠评分与左侧楔前叶、左侧下顶叶、左侧缘上回、左外顶叶、右顶上回及右侧海马区皮层厚度显著正相关。表明不同区域皮层厚度的变化可能会预示AD神经心理学评分的神经解剖学定位,但AD患者神经精神症状的精确神经生理学定位有待进一步的研究。
前瞻性研究12例轻度-中度AD患者进行加兰他敏(galantamine)治疗后的效果。6例患者每日用加兰他酶治疗,共计12个月;另外6例患者前6个月使用安慰剂,另6个月使用加兰他酶。所有受试者最开始及治疗后约一年都进行了神经心理学测试(CERAD test battery)和静息态磁共振扫描。结果显示,不同组患者和不同时期的CERAD-TB评分均没有显著性差异。功能MRI显示最开始两组之间的默认模式系统(defaultmode network,DMN)功能连接并没有显著性差异,但先使用安慰剂组与药物治疗组比,DMN中心区域后扣带回皮层连接的显著减少。表明即使临床上认知功能没有大差别,静息态磁共振依然能够反映AD患者治疗后的变化。进展期AD患者常常在早期表现为功能连接的丧失,长期的加兰他酶治疗能够预防后扣带回功能连接的这种变化。对临床表现轻微、治疗效果不易察觉的AD患者,功能MRI的静息态连接是很好的临床监测指标。
对25例临床怀疑为AD的患者行ASL灌注成像及HMPAO SPECT扫描。16例最终诊断为AD,9例为非AD。结果显示,1.5TMRI的ASL与SPECT对AD的诊断效能基本相等。1.5TMR 3D-ASL成像较3TMR的磁敏感伪影显著减少,但仍需要注意血流动力学的影响。
大脑后正中回对人面部感觉功能的支配作用仍存在争议,有上下颠倒、反转或同心(洋葱样)等多种模型。27例志愿者在面部三叉神经不同分支支配的3个不同区域(前额、脸颊和下颌)通过一个带塑料膜的气动设备轻压给予无痛性刺激,在3T MR上采用T2*-EPI序列,用SPM5进行后处理,分析Brodmann分区(BA)中1、2和3b区的激活。研究结果显示,BA并没有特定的躯体感觉代表区域,面部感觉代表区是一个洋葱皮样的结构,这在将来评价面部感觉障碍时有潜在应用价值。
卒中患者恢复的神经相关性至今尚未明确。24例右利手的亚急性缺血性卒中患者(均有单侧上肢轻偏瘫)纳入本研究。所有对象随机分为 常规恢复训练(conventional rehabilitation training,CRT)和功能性电刺激(functional electrical stimulation,FSE)组。在训练前后均进行运动功能评分和静息态MRI扫描。结果显示,FSE组的运动功能评分的每个指数均较CRT组显著升高。在FSE治疗组中,病变对侧的楔前叶及中间的扣带回与病变侧运动皮层相比功能连接(FC)值明显升高。表明FSE疗法对有单侧上肢轻瘫的亚急性缺血性卒中患者有益,其诱导的潜在恢复过程与长期的FC值改变相关。MRI可指导卒中恢复过程中选择最佳的、最有效的治疗干预。
采用4D相位对比成像研究特发性脊髓空洞症患者脑脊液血流动力学变化。对11例特发性脊髓空洞症患者和10例健康志愿者采用1.5TMRI心电门控4D-相位对比成像,扫描颅颈交界区和颈椎椎管部位,然后进行定性和定量的流量分析。结果显示,与健康志愿者相比,特发性脊髓空洞症患者颅颈交界水平收缩期脑脊液流速显著增加,且患者脑脊液收缩期血流峰值速度的显着增加心动周期后期,这意味着动脉和脑脊液波之间存在相位偏移。4D-相位对比成像可以对特发性脊髓空洞症患者脑脊液血流动力学的改变进行全面的定性和定量分析,有助于提高我们对特发性脊髓空洞症患者空洞形成机制的认识。-