视神经脊髓炎和多发性硬化磁共振成像研究进展

马笑笑，娄昕

视神经脊髓炎和多发性硬化磁共振成像研究进展

马笑笑，娄昕*

视神经脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)和多发性硬化(multiple sclerosis，MS)在病理生理、发病机制及治疗方式上存在很大差异。治疗不及时及治疗方式的不当可能会促进疾病的恶化甚至复发，严重影响患者的生活质量。因此在治疗前准确地鉴别两者对于患者治疗方案选择及预后有着重要的意义。常规磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)可以显示病变形态及分布，MRI新技术有助于观察病变的病理学改变，显示潜在的损伤。本文主要对常规的MRI和MRI新技术在MS和NMO研究中的应用进行综述。

视神经脊髓炎；多发性硬化；磁共振成像

视神经脊髓炎(neuromyelitis optica，NMO)和多发性硬化(multiple sclerosis，MS)是中枢神经系统常见的自身免疫性炎性脱髓鞘疾病。自19世纪首次报道以来，NMO一直被认为是MS的亚型。随着特异性水通道蛋白-4(AQP4)抗体的发现，NMO逐渐成为一种独立于MS的疾病[1-4]。2015年NMO的诊断标准中将NMO扩大为NMO谱系疾病(NMO spectrum disorder，NMOSD)[5]。NMO/NMOSD和MS好发于中青年，病灶主要累及脑、脊髓、视神经等。两者在病理生理、发病机制及治疗方式上存在很大差异[6-9]。研究发现NMO可能起自血管周围间隙，AQP4抗体攻击少突胶质细胞的AQP4是NMO发病的关键，补体激活在整个发病过程中起着重要作用[7-9]。而MS则不同，炎症反应贯穿了MS发病的不同阶段及斑块的不同类型[7]。Bogdan等认为局部血管周围脑膜炎及弥漫性脑膜炎在早期MS的发病中起着重要作用。炎症从脑膜及蛛网膜下腔延伸到皮层、皮层下，继而到深部白质，引起继发性髓鞘脱失及神经退行性变[7]。发病机制的差异导致两者治疗方式的不同，MS稳定期以免疫调节剂为主而NMO/ NMOSD以免疫抑制剂为主。治疗不及时及治疗方式的不当可能会促进疾病的恶化甚至复发，严重影响患者的生活质量，甚至导致失明、截瘫。因此在治疗前准确地鉴别两者对于患者治疗方案选择及预后有着重要的意义[6]。常规的磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)在两者的诊断、鉴别诊断、指导临床用药及预后评估起着重要作用。近年来，随着MRI新技术的不断引进，其在MS和NMO/ NMOSD的应用越来越广泛。本文主要对MS和NMO/NMOSD的磁共振成像研究进展进行综述。

1 常规MRI对于MS和NMO/NMOSD的研究

常规的MRI主要包括T2 加权成像(T2 weighted image，T2WI)、T2 加权液体衰减反转恢复序列(fluid attenuated inversion recovery，T2 FLAIR)。T2WI基于常规的FSE序列，T2 FLAIR则采用反转恢复脉冲序列，将游离水抑制。T2WI及T2 FLAIR能比较清楚地显示病变的信号特点及形态。MS和NMO/NMOSD脱髓鞘病变呈稍长T1、稍长T2信号，有液化坏死时呈长T1、长T2信号，没有明显的占位效应。注射对比剂后病变强化提示病变处于急性期，不强化提示病变处于稳定期，以此来判断该患者是否复发，指导临床用药。

1.1 MS和NMO/NMOSD脑内病变差异

MS和NMO/NMOSD 都可以累及到脑实质。MS累及脑实质更加常见，主要累及脑室旁、近皮质、幕下3个典型区域，同时也可累及胼胝体及皮层[10]。NMO/NMOSD患者病变常常位于AQP4富集的区域，部分病变也可位于AQP4非富集的区域[11-13]。常见的分布部位主要有：(1)AQP4富集的第三脑室及中脑导水管的室管膜周围；(2)紧邻第四脑室的脑干背侧，主要包括最后区及孤束核；(3)围绕侧脑室室管膜周围，主要包括胼胝体及血管周围病变；(4)皮质脊髓束。病变通常是连续的，沿着椎体束广泛分布，可以通过内囊后肢延伸至中脑大脑脚或者脑干；(5)大脑半球白质[6，11-12，14-15]。

病变紧邻第四脑室的脑干背侧是NMO/ NMOSD的特征性表现。大约7%～46%的NMOSD患者病变可以累及到此区域[12-13]。当累及到脊髓-延髓交界区，主要表现为顽固性呃逆、头痛、呕吐等NMO/NMOSD特有的临床表现[6，11，13-16]。MS和NMO/NMOSD病变均可累及胼胝体、脑室周围、下丘脑。当MS病变累及脑室周围时一般是分散的、卵圆形的、垂直于脑室分布沿着静脉延伸(MS典型征象：垂直征)；而NMO病变累及脑室时通常是肿胀的、异质的，紧靠侧脑室，沿着室管膜内层播散[6，13-15，17]。MS病变累及胼胝体时通常表现为胼胝体下缘点线征[18]，NMO/NMOSD病变累及胼胝体时，急性期主要表现为大理石花纹征(病变比较大、多发、肿胀，信号不均)，累及全层时表现为拱桥征[6，13-15，19-20]。MS病变累及下丘脑时通常比较小，分叶状或三角形，而NMO病变比较广泛[6，15，21-22]。

总而言之，卵圆形的垂直于侧脑室的病变、累及U形纤维的孤立近皮质病变、卵圆形/圆形孤立的皮层病变是MS所独有的；长阶段的皮质脊髓束病变、广泛的大脑半球病变、侧脑室周的室管膜周病变、延髓最后区病变是NMO/NMOSD所特有的[1]。

1.2 MS和NMO/NMOSD脊髓病变差异

MS和NMO/NMOSD病变均可以累及脊髓。MS病变累及脊髓时好发于颈胸髓。主要累及脊髓外周白质，以侧索和后索多见。病变多发、短节段、非对称性[23]。累及脊髓节段很少超过2个，累及范围不超过脊髓横截面积的1/2。NMO/NMOSD病变累及脊髓时也好发于颈髓及胸髓上段，主要累及AQP4丰富的中央灰质，典型的NMO/NMOSD脊髓病变累及≥3个脊髓节段[6，15，23-24]。急性期NMO/NMOSD病变在T1WI常常表现为低信号，而MS 病变T1WI低信号很少见[14]。

1.3 MS和NMO/NMOSD的视神经病变差异

MS和NMO/NMOSD病变均可累及视神经，即视神经炎(optic neuritis，ON)在常规MRI表现为视神经鞘增厚，急性期T2WI病变呈高信号，增强扫描可见强化[14-15，20]。近几年来，越来越多的研究发现NMO/NMOSD-ON与MS-ON存在着差异[25-26]。MS-ON累及视神经范围窄；NMO/ NMOSD-ON累及视神经范围广泛，可以延伸到视神经后部，甚至累及视交叉，病变通常是对称性分布的[14，25-26]。

2 MRI新技术对于MS和NMO/NMOSD的研究

目前用于MS和NMO/NMOSD研究的主要新技术有弥散张量成像(diffusion tensor image， DTI)、磁化传递成像(magnetization transfer imaging，MTI)、结构性磁共振成像(structural MRI)、脑功能成像(function MRI，fMRI)、磁共振波谱成像(MR spectroscopy， MRS)、双反转恢复成像(double inversion recovery imaging，DIR)、铁质沉积成像、以7.0 T为代表的高场强的MRI。与常规MRI相比，这些新技术使得MS和NMO/NMOSD的研究不断深入，从定性到定量，从单纯的部位、信号研究到功能研究，从宏观领域到微观领域，多角度分析疾病的病理生理学及发病机制。

2.1 DTI

DTI是利用水分子的扩散各向异性进行成像，间接反映白质纤维的完整性，可以检测常规MRI不能显示的白质微观病理改变。主要参数包括各向异性分数(fractional anisotropy，FA)、径向扩散率(radial diffusion，RD)、横向扩散率(axial diffusion，AD)、平均扩散率(mean diffusivity，MD)等。MD反映水分子的平均扩散率，主要受细胞大小及组织完整性的影响。FA反映了扩散过程中各向异性的程度，可以评估白质结构的完整性及纤维束内结构平行排列的程度。RD代表垂直于轴突方向的扩散率，主要反映了髓鞘的脱失。AD代表平行于轴突方向的扩散率，主要反映了轴突的完整性。

MS和NMO/NMOSD均可累及白质纤维束，在DTI上表现异常。MS主要在穹窿、左侧放射冠、下纵束、双侧视辐射、部分胼胝体区域，表现为FA值降低、RD值升高[27]。NMO/NMOSD可以累及白质及脊髓，主要集中在皮质脊髓束及视辐射，表现为MD值升高[28-29]。Klawiter等[30]研究表明，与MS相比，NMO的脊髓RD值更高，提示NMO的脊髓损伤更严重。

2.2 MTI

MTI基于自由水和结合水的相互作用，选择性饱和结合水，使其信号强度降低。其量化参数为磁化传递率(magnetization transfer ratio，MTR)，间接反映大分子的密度。在中枢神经系统，MTR可以反映髓鞘的完整性。MTR降低提示髓鞘脱失及轴突损伤。大量文献研究表现病变MTR值明显降低。Amann等采用MTI 对71例MS患者研究发现，与正常组织相比，MS患者白质、皮层、丘脑病变的MTR降低，而基底节区没有明显差异[31]。NMO的MTI研究结果不一。Rocca等[32]研究发现NMO患者看似正常的脑灰质区域的MTR值降低，提示看似正常脑灰质区有潜在的损伤。而Pichiecchio[33]研究却发现，与正常志愿者对比，NMO患者皮层和深部灰质区域的MTR值没有明显的统计学差异。目前采用MTI研究MS和NMO/ NMOSD脑内差异尚未见报道。

2.3 结构性磁共振成像(structural MRI)

结构性磁共振成像主要采用基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry，VBM)对数据进行处理分析，VBM是在体素水平对脑的影像进行自动分析的方法，能够定量测量局部灰白质的密度和体积的改变，精确地显示脑组织形态学改变。VBM可以对大脑各部位同时进行测量，时间短，无人为干预。基于VBM的结构性磁共振成像以其独有的优势已经越来越多地被用于对比研究MS、NMO/NMOSD、正常志愿者的灰白质结构。基于VBM的结构磁共振成像对MS和NMO及正常志愿者灰白质体积研究发现，与正常志愿者对比，NMO患者局部皮层萎缩主要见于额叶、颞叶、右顶下小叶、右岛叶[34]，这可能与NMO易累及与视觉和运动相关区域有关。与NMO比较，MS在丘脑、尾状核、乳头体、海马旁回、右侧海马、右侧岛叶灰质体积减少更加明显。Chanson等[35]及Blanc等[36]研究则表明，虽然NMO和MS白质体积均明显降低但灰质体积却存在差异，MS灰质体积降低，而NMO却没有明显改变。Weier等[37]采用基于VBM的结构磁共振成像对比研究MS和NMO，结果表明MS的全脑体积降低更明显，颈髓上段降低不明显，而NMO颈髓上段体积降低明显。

2.4 fMRI

fMRI基于神经元功能活动对局部氧耗量和脑血流影响程度不匹配所导致的局部磁场性质变化原理，通过测量去氧血红蛋白的水平来反映神经元的活动。常见的fMRI主要有两种形式：(1)任务态fMRI：被检测者在完成特定任务期间检测其去氧血红蛋白的水平；(2)静息态fMRI：被检测者处于休息时来检测BOLD信号低频波振动[23]。Rocca等[38]采用任务态fMRI研究NMOSD结果显示，NMOSD患者中存在除了运动网络外如视觉网络等其他模态网络的改变。fMRI功能改变与脊髓损伤之间的相关性表明皮层的功能改变在NMOSD预后中起着自适应的作用[38]。

Liu等[2]针对丘脑对37个MS、39个NMO、40个正常志愿者进行多模态MRI研究，结果显示丘脑的结构改变在MS和NMO是相似的，但MS的病理学改变更严重；功能改变(低频振幅、自发低频活动的相关系数、加权功能连接强度)仅在MS丘脑的几个亚区出现，这一指标可以用来鉴别MS和NMO。

2.5 MRS

MRS是对活组织的代谢产物进行定量分析。检测主要产物有N-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate，NAA)、肌酸(creatine)、胆碱(choline，Cho)、乳酸(lactic acid，Lac)、肌醇(myoinositol，mI)、脂质(lipid，Lip)。NAA峰是神经元的标记物，其降低提示神经元的损害。Cho峰是细胞膜转换的标记物，是髓鞘磷脂崩解的标志。mI主要存在于神经胶质细胞，mI峰升高提示胶质增生及髓鞘化不良。

Ciccarelli等[39]采用MRS研究结果发现，与正常志愿者及MS相比，NMO/NMOSD病变区mI峰降低明显；与正常人相比，MS的NAA降低明显。mI峰反映少突胶质细胞的功能，NAA峰反映髓鞘和神经纤维丝蛋白的损伤。这项研究从一定程度反映了两者发病机制的差异[39]。MS表现为细胞免疫，主要以炎性反应为主。NMO/NMOSD表现为体液免疫，主要表现为少突胶质细胞抗原-抗体反应。另外，还有两项针对MS和NMO的MRS研究，主要针对的是两者看似正常的脑灰白质区域代谢情况，研究认为NMO在看似正常的脑白质及脑灰质区域NAA峰(与轴突损伤有关)、Cho峰(与炎性反应有关)、mI峰(与胶质增生有关)没有明显异常[40-41]。而MS在常规MRI正常表现的脑白质及脑灰质区域多表现为NAA峰降低、Cho峰的升高，尤其在脑白质区域更加明显[15]。这些研究结果表明MRS可能可以用来鉴别MS和NMO。

2.6 DIR

DIR利用两个反转脉冲，依据T1时间不同分别抑制脑脊液及大脑白质信号，选择性突出大脑灰质，提高灰质病变的检出率。Seewann等[42]研究认为DIR可以检测出18%的经组织病理学证实的皮层病变，是3D FLAIR序列检出率的1.6倍。越来越多的影像学及病理研究表明皮层病变在NMO比较罕见而在MS并不少见，有时甚至可以作为MS首发表现[4，43-48]。皮层病理生理改变与患者的认知及运动功能息息相关。Calabrese等[46]采用DIR对30个复发缓解型MS (relapsing-remitting MS，RRMS)、30个NMO、30个正常志愿者进行研究，发现66.7%的 RRMS患者有皮层病变而所有的NMO患者均没有皮层病变。与正常人比较，NMO患者的中央前回、中央后回、距状回的皮层厚度轻度减少，丘脑的体积轻度萎缩。这可能与脊髓及视觉通路前部炎性反应所继发的轴突退行性改变有关[46]。

2.7 铁沉积成像

铁质沉积成像主要包括T2*序列、磁敏感成像(susceptibility weighted imaging，SWI)、定量磁敏感成像(quantitative susceptibility mapping，QSM)、三维增强磁敏感加权成像(3D-enhanced susceptibility-weighted angiography，ESWAN)。铁质沉积成像主要基于梯度回波序列(gradient echo sequence，GRE)，对于显示静脉血管、血液成分、钙化、铁沉积等非常敏感。Zivadinov等[49]、Habib等[50]和Langkammer等[51]采用铁质沉积成像，发现MS患者深部灰质内有铁质沉积，以尾状核、苍白球、壳核、丘脑枕部多见。Doring等[52]采用QSM研究NMO与正常志愿者发现，NMO患者红核的磁敏感值降低，这可能与此区域铁质代谢紊乱有关。Chen等[53]采用ESWAN技术对比研究MS和NMO，认为MS深部灰质的铁质沉积要多于NMO和正常志愿者。与正常志愿者相比，NMO在苍白球、壳核、尾状核、丘脑、红核、黑质、齿状核区域的铁质沉积没有明显差异[53]。

2.8 高场强MRI (以7.0 T为主)

高场强MRI具有更高的信噪比，能够在亚毫米水平观察脑部结构及病理学改变，更加清晰地显示病变形态内部特征。Tallantyre等[54]对比了RRMS患者在3.0 T 和7.0 T MRI病变及中央静脉显示，发现7.0 T T2*序列可以检测到94%病变及87%病变内中央静脉高于3.0 T T2*序列。场强的提高能够更加清楚地显示脑部的细微结构，增加病变与血管的对比度，对于小血管的显示具有很大的优势，有助于显示脱髓鞘斑块内部中央静脉。

大量的7.0 T MRI研究表明MS主要位于血管周围区域，病变内有中央静脉的比例远远高于NMO/ NMOSD[4，48，55-56]。7.0 T T2*FLASH序列显示MS病变周围的低信号环常见，比较典型明显；NMO病变周围出现低信号环比较罕见，边界模糊不清[4]。MS白质病变主要位于脑室周围，典型表现为垂直征；而NMO/NMOSD白质病变主要位于深部白质。MS患者皮层病变并不少见，NMO/ NMOSD皮层病变非常罕见。32%的MS病变在T2*序列的相位图上表现为环状高信号，14%的病变表现为结节状高信号。在NMO只有2%的病变表现为环状高信号，2%的病变表现为结节状高信号[55]。MS病变周围的低信号环及相位图上的环状高信号可能由富含铁质的吞噬细胞、微胶质细胞等形成，相位图上结节状高信号可能是富含铁质的少突胶质细胞、血管周血红蛋白的渗出及逆磁性髓鞘的脱失所引起的铁质沉积[55]。

综上所述，常规MRI主要从病变形态、部位、典型征象来区别MS和NMO/NMOSD，信息量有限。新技术可以从病理生理学角度表明两者发病机制的差异。高场强的MRI和铁质沉积成像可以更加清楚地显示病变形态及病变内部特征；DTI、MTI及基于VBM的结构性磁共振成像可以检测出脑灰白质潜在的损伤，DTI主要针对白质纤维束的完整性，MTI主要反映了髓鞘的脱失及轴突的损伤，基于VBM的结构性磁共振成像更加清楚地检测出全脑及脑灰白局部体积及密度的改变；DIR有助于显示皮层病变；fMRI可以直观地反映脑网络的连接；MRS主要是反映组织的代谢情况。常规MRI及8种MRI新技术各有优势，因此需要结合多个MRI技术，开展MS和NMO/NMOSD的多模态MRI研究，从结构到功能、从病变到灰白质到网络连接、从形态学到潜在的病理生理学，全方位、多角度评估MS和NMO/NMOSD，为临床诊断、鉴别诊断、预后评估、疗效评价提供影像学依据。

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MR study on neuromyelitis optica and multiple sclerosis: A review on different MRI technique

MA Xiao-xiao, LOU Xin*
Department of Radiology, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

Neuromyelitis optica (NMO) has different pathophysiology, approaches to treatment and prognosis from multiple sclerosis (MS). Not timely and improper treatment may lead to deterioration or even relapse of the disease, seriously affecting the life quality of patients. Correctly differentiation of NMO from MS plays a pivotal role in prognosis and treatment strategy. Morphology and distribution of lesions can be observed on conventional MRI. Additionally, advanced MRI provides an insight into the underlying pathology. This literature review summarizes the study on NMO and MS using conventional and advanced MRI.

Neuromyelitis optica; Multiple sclerosis; Magnetic resonance imaging

Lou X, E-mail: louxin301@gmail.com

Received 10 Oct 2016, Accepted 25 Nov 2016

国家自然科学基金项目(编号：81671126)

解放军总医院放射诊断科，北京100853

娄昕，E-mail:louxin301@gmail.com

2016-10-10

接受日期：2016-11-25

R445.2；R744.3

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.12.011

马笑笑, 娄昕. 视神经脊髓炎和多发性硬化磁共振成像研究进展. 磁共振成像, 2016, 7(12): 945-950.*

ACKNOWLEDGMENTSThis work was part of National Natural Science Foundation of China (No. 81671126).