多模态MRI检查技术在急性脑梗死诊断及预后评估中的研究进展

高铖铖 励杨晟 钱琦 胡成一 林敏

作者单位：310053 浙江中医药大学第三临床医学院（高铖铖 励杨晟）310005浙江中医药大学附属第三医院（钱琦 胡成一林敏）

脑梗死在我国是一种常见疾病，脑动脉病变引起组织局部缺血坏死，在临床上发病率高、致残率高、病死率高，严重威胁患者的生命安全［1］。急性脑梗死（acute cerebral infarct，ACI）发病迅速且凶险，而发病前常无任何征兆，因此，进行合理的影像学检查，对疾病的早发现、早诊断、早治疗具有重要的意义。目前常规CT和MRI检查难以确诊，且一般不易发现缺血半暗带（ischemic penumbra，IP），所获取的影像学信息有限。而多模态MRI检查技术，是指在常规MRI平扫的基础上合理选用功能成像技术，通过综合分析，较好反映ACI的病理和生理改变，从而为ACI的早期诊断、治疗指导和预后评价提供依据。本文主要对多模态MRI在ACI诊断和疗效评估中的研究进展进行相关的综述分析。

1 弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI成像主要基于水分子的弥散运动，在生物体内能无创地控制水分子的磁化状态，却不影响弥散过程。该过程的定量参数客观准确，被称为表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）。正常情况下细胞间隙正常，水分子以一定的速率进行弥散，而在某些病理情况下会导致细胞间隙增大或缩小，其间的水分子弥散状态发生异常改变。在ACI中，细胞缺血缺氧产生细胞毒性水肿，细胞体积增大而导致细胞间隙缩小，在DWI上表现为异常高信号，ADC值表现为低信号，与水肿发生的时间几乎同步，而其他常规序列早期常无阳性表现，因此，DWI是诊断ACI最敏感的序列［2］。对于ACI的诊断，DWI与T2WI的敏感性分别为94%、33%，特异性分别为100%、73%，相较于常规T2WI序列，DWI的敏感性与特异性均更高［3］。临床上对DWI成像表现出异常的高信号的测量，能计算ACI的缺血灶体积大小并开展相应诊疗。在Barak等［4］的研究中表明，54例患者DWI成像显示异常区域＞72ml，且无论是否进行溶栓治疗，患者的预后效果均较差。另一研究发现发病后（4.1±2.3）h进行DWI检查，异常信号＞70ml的患者成功行动脉溶栓治疗后，预后仍无法得到有效改善，异常信号＞100ml进行再灌注后出血风险明显增加。然而有报道指出DWI的异常信号会产生逆转，有学者［5］认为脑组织被救活并不是大面积信号逆转的真正原因，而是经过再灌注后ADC值出现短时间回升，并推测ADC更能准确显示梗死病灶的范围，更具临床指导作用。在ADC阈值≤0.62μm2/ms情况下，预测梗死灶时ADC值的敏感性（69%）和特异性（78%）均较高。在此基础上，有学者通过测量ADC值来判断IP，并计算出相对ADC值（rADC），rADC=患侧病灶ADC值/健侧镜像区ADC值，Shimosegawa等［6］研究指出IP的rADC值阈值约为0.93；马丽等［7］研究认为梗死灶核心区rADC值＜0.65，IP的rADC值区间为0.65～0.85，正常组织rADC阈值＞0.85。

针对上述观点，作者认为差异的主要影响因素包括扫描机器的厂家型号、磁场类型强度、样本数量等，要获得统一的界定值，需进一步扩大样本量，根据不同的机型场强具体分析。DWI图像分辨率较低，信噪比不高，尤其是病灶成分较为复杂或病灶较小时容易漏诊或误诊［8］。同时，肿瘤、癫痫等疾病均可表现为DWI弥散受限的异常高信号，有时与ACI的影像表现相近，需要通过结合临床和其它检查序列加以鉴别。但DWI在ACI的诊断中仍是重要的检查序列，因其扫描时间短、可重复性强，且具有较高的诊断效能。

2 磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）

SWI成像主要基于磁场局部不均匀性产生的磁化率效应，利用血氧合水平依赖效应的细微差异，反映组织间磁敏感性的不同，获取相位图和磁距图，并进行最小密度投影后处理，可清楚展示小静脉情况。在ACI中，梗死区每单位体积的摄氧需求增多，引起周围毛细血管和引流脑静脉血管的顺磁性物质去氧血红蛋白占比升高，T2自旋弛豫明显缩短，相应组织磁场信号降低，在SWI图像上可敏感表现为低信号，为ACI诊断及预后提供重要信息。在ACI责任血管血栓诊断中，头颅CT检查提示大脑中动脉高密度，但灵敏度仅 22.6%～40%［9］。Rovira等［10］研究发现，通过 SWI诊断动脉血栓的灵敏度为83%，特异度为100%。出血性转化是常见并发症，SWI表现为梗死区周围片状低信号，较常规序列具有更高检出率［11］。关于脑梗死的隐匿性微出血灶（Cerebral Microbleeds，CMBs），Cheng 等［12］研究发现，114 例均呈类圆形无水肿的SWI低信号，与背景区分明显，解剖结构清晰，并认为SWI比GRE可靠性和灵敏性更高，是量化CMBs计数的首选序列。因此，SWI可指导ACI分级并个性化选择血管再通治疗方法，有效避免复发性脑梗死。还有学者［13-14］结合SWI和DWI不匹配区，分析缺血灶周围侧支循环和血流灌注情况。早期IP发生时，缺血灶需氧量增多，氧摄取分数升高，脱氧血红蛋白含量显著增加，与正常磁化率明显不同，SWI很快出现脑表面皮层静脉增多、增粗的低信号。而当病灶周围有效侧支循环建立后，血氧供应逐渐恢复，原先引流静脉扩张的征象将会减轻，甚至表现为正常。

目前在ACI检查中，SWI越来越受关注和重视，但仍存在MRI场强、检查时长、伪影干扰等限制因素，尚不能在影像学检查中广泛应用。相信随着技术的更新及进步，未来SWI将会更好应用于包括ACI在内的脑血管病变诊疗中。

3 磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）

MRA成像包括非对比剂增强MRA以及对比剂增强MRA两种方案，对于颅内的血管评估，前者常见的三维时间飞跃法磁共振血管成像（3D time-of-flight MRA，3D-TOF-MRA）是基于血液流动效应作为成像对比，静脉血流进行饱带处理后，反向流动的动脉血流产生MRI信号。该技术空间分辨率不高，血管迂曲处信号不易采集，且扫描时间较长，经常由于患者运动伪影导致成像质量有所降低，但简便、无创，无需注射对比剂等优势，使其成为重要检查序列［15］。后者需要在血管内团注外源性对比剂（contrast enhanced MRA，ceMRA），能更准确地显示成像血管的解剖路径，对于明确ACI细小责任血管及狭窄程度效果更佳。关于颅内大血管近端闭塞的研究［16］显示，MRA检查不如CTA检查准确，前者的灵敏度和特异度分别为84%和85%，而后者的灵敏度和特异度分别为92%和94%。但相较于临床上越来越普及的CTA，MRA不存在碘过敏现象，其安全性对部分受检者而言更加适用。

4 灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）

PWI属于MRI功能成像技术的一种，用于体现微血管分布情况和血流灌注水平。其在颅脑中的常用序列包括T2加权动态磁敏感对比增强磁共振成像（dynamic susceptibility contrast，DSC）和动脉自旋标记增强磁共振成像（arterial spin labeling，ASL），两者在ACI的诊疗中主要用于评估动态变化的IP情况。

DSC经静脉引入对比剂后，周围毛细血管的磁敏感效应增强，引起磁场不均匀分布，缩短后T2信号形成与之对应的动态影像，能迅速而准确地评估局部微循环到血流动力学情况，包括脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、脑血流容量（cerebral blood volume，CBV）和平均通过时间（mean transit time，MTT）、达峰时间（time to peak，TTP）等，并根据定量、半定量数值变化，判断扫描区域的灌注情况［15］。局部组织MTT增加时，CBV下降为低灌注状态，反之为侧支循环形成；MTT减少时，CBV升高为血流再灌注状态，显著则为过度灌注。当发生血管闭塞，PWI的信号异常区提示低灌注，而PWI/DWI不匹配区提示为IP，如未及时挽救可发展为ACI。因此临床上常采用PWI/DWI错配模型来综合判断ACI并指导溶栓治疗。有研究［17］表明，在前循环病变患者发生急性缺血性脑卒中的24h内，DWI/PWI的错配程度＞50%，且109例患者中有61例错配体积大于原本的1.6倍。PWI存在一定缺陷，例如需注射对比剂，无法通过定量指标划分异常信号等。因此，Kidwell等［18］尝试应用多参数模型进行评估预测，更客观的结果使更多ACI患者能接受个体化溶栓治疗。

ASL通过动脉内自由扩散的水分子作为内源性示踪剂，利用反转脉冲标记成像平面的上游血液，使其处于自旋弛豫状态，待被标记的血液对组织灌注后再进行首次图像采集，在相同参数条件下对未标记血液再次图像采集，两次图像剪影处理后获得CBF图，此定量参数可以有效评价脑血流灌注情况。

三维动脉自旋标记（three-dimension arterial spin labeling，3D-ASL）相比传统ASL技术，有效地克服回波平面成像（EPI）造成的磁敏感伪影现象，从而缩短扫描时长，提升信噪比，可在短期内进行多次扫描，实现动态观察。3D-ASL安全无创，不存在对比剂过敏风险，同时全脑灌注成像，可准确定位病变，在临床应用上具有较大潜力。Bokkers等［19］研究者发现，3D-ASL与DSC显示灌注/扩散不匹配区的敏感性与准确性相似。张水霞等［20］研究发现，CBF图显示脑梗死受累部位出现灌注异常的概率3D-ASL（87.50%）高于DSC（65.63%）。3D-ASL在脑血管疾病的应用中仍存在较多局限性［21］。后标记延迟（post label delayed，PLD）时间是CBF采集的影响因素，对于部分血管病变复杂的患者，需要多PLD测量才能达到准确诊断的要求。另外，空间分辨率低、信噪比不足、对运动敏感等均会增加灌注测量的难度。但随着检查技术的改良，3D-ASL应用前景将会十分广阔。

5 弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）

DTI是在弥散加权成像基础上开展的新技术，基本原理是布朗运动，通过建立多个方向扩散的敏感梯度磁场，无创性地探测组织中水分子弥散的各向异性。该技术描述白质空间弥散轨迹，常采用的定量参数包括平均扩散率（MD），各向的异性分数值（FA）以及相对各向异性值（RA）。在ACI中，脑组织发生缺血缺氧，脑白质纤维内的微观髓鞘结构变化，病灶中心FA下降，和边缘区差异显著，提示细胞结构发生受损情况不一致，病灶边缘出现IP。因此，DTI利用ADC与FA值的定量变化，在ACI中能诊断病变并评估预后。对DTI扫描数据进行后处理，神经纤维束信息三维显示的方法，称为弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）。在Lin等［22］与正常对照对比研究中，发生梗死的实验组患者皮质脊髓束（cortico spinal tract，CST）明显减少，FA值也显著降低。王玫等［23］研究发现ACI患者出现肢体乏力症状，与CST存在高度的相关性。DTT能更直观地展示病灶区CST的位置关系及形态改变，并进行损害相关程度定量分析，揭示组织治疗后恢复机制。张步环等［24］对34例ACI患者行DTT检查，发现CST受累程度严重者运动障碍明显，功能恢复欠佳。但DTI由于长时间扫描对运动敏感，导致图像质量下降；CST受损程度及参数测量基于主观操作，故产生误差等［25］。因此，更加客观、准确的DTI技术有待于进一步研究。

6 磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）

MRS是利用原子核发生化学位移和自旋耦合从而对其化合物代谢变化开展检测的技术，能够无创性地分析ACI病程各个阶段的乳酸（lactate，Lac）、N-乙酰天门冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）、胆碱化合物（choline，Cho）、肌酸（creatine，Cr）等物质波峰生化改变规律，定量分析病灶及周围区域动态过程。Lac在急性缺血缺氧时由星形胶质细胞产生，升高表示脑组织缺血缺氧。William等［26］发现乳酸峰在ACI患者病灶侧均可测得，证实其急性期的临床诊断意义。NAA主要标记神经元的功能和活性，学者认为NAA下降，表示神经细胞功能受损甚至死亡，即脑梗死灶缺血状态不可恢复［27］。ACI患者NAA正常或轻度减低，而Lac出现峰值时的区域为IP，并认为Lac/NAA比值＞1.0为梗死区，＜1.0为非梗死区。Cho反映的是细胞膜的代谢改变，在ACI中其变化规律并不一致。少数文献报道发现Cho浓度在ACI组与对照组无明显差异。尚文文等［28］研究显示超急性脑梗死患者病灶中心与周围相比Cho浓度明显减低，差异具有统计学意义。Cr是能量代谢水平的标志，受全身性疾病等多种因素影响，在ACI诊断中存在个性化差异。卓丽华等［29］研究中梗死中心区Cr浓度明显低于IP。MRS的多体素扫描通过反映发生脑梗死时各种代谢物的浓度情况，对病灶中心区、半暗带区及正常区的改变做出诊断，但在实际应用中，MRS仍存在定位不准确、空间分辨率不高、后处理复杂等局限。

7 血氧水平依赖成像（blood oxygenation level dependent，BOLD）

BOLD以内源性血红蛋白为对比剂，基于脑血管中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白比例的变化引起T2改变，无创性地反映大脑局部区域的皮层活动［30］。在ACI患者缺血发生时，动脉血供中断或减少，局部脑组织氧反应增加，小静脉内氧合血红蛋白浓度降低，而脱氧血红蛋白浓度升高，两者比例相应改变，缺血梗死区、半暗带、周围低灌注区信号发生不同程度改变。Takechi等［31］研究证明，ACI发生时，大脑网络控制节点变化，BOLD上激活区出现差异。Khalil等［32］研究发现通过使用BOLD延迟可以检测出ACI脑灌注的相关变化。Kroll等［33］认为BOLD可在局部缺血上增加微血管水平的信息，从而进一步描述神经功能网络，指导预后。张金凤等［34］研究利用BOLD对ACI患者进行临床诊疗评价，在溶栓时间窗外观察患者运动功能恢复机制。在Manganotti等［35］的研究中发现，2例ACI患者的BOLD激活与临床恢复之间的相关性较弱。关于BOLD的临床常规普及，目前仍需要大量样本进一步研究。

8 小结与展望

ACI发病率逐年递增，早诊断、早治疗将极大改善患者预后。MRI检查技术可以对颅脑进行多平面、多参数的扫描，使得病变能更准确的显示出来［14］。而在临床上，常规序列MRI检查技术对于ACI诊疗的帮助较为局限。联合应用多个特殊序列进行多模态检查，能够提供更丰富的形态学、血流动力学、代谢和功能等信息，对早期诊断与鉴别、病情观察与治疗、预后判断和评估等具有重要意义。DWI成像时间短、敏感性高，SWI有助于排除微出血灶，MRA可以明确责任血管，PWI能动态观察灌注，DTI显示神经纤维束受累情况，MRS反映代谢物浓度改变，BOLD揭示脑功能变化。国内外相关研究显示［36］，多模态MRI检查技术通过对各个序列进行互补，可以为ACI的早期诊断、个体化治疗方案的制定、疗效和预后的评价提供较为客观的参考依据，其临床应用价值已经得到一致认可，但扫描时间长、难度大、费用高，在实际应用中仍有许多不足。作者相信在不久的将来，随着MRI场强的提高，扫描技术的完善，优化的多模态MRI检查方案将在ACI的诊疗过程中发挥越来越重要的作用。