脑小血管病磁共振新技术的应用进展

2018-01-19胡海梦何慧瑾

中国医学计算机成像杂志 2018年4期

胡海梦何慧瑾

前言

脑小血管病（cerebral small vessel disease，SVD）是指由脑内微动脉、小动脉、毛细血管及小静脉的各种病变所导致皮质下深部结构损害的一组异质性较大的症候群[1]。近年来，临床医生和研究者已经逐渐认识到SVD并不是预后良好的疾病，相反，它可以引起认知、心理以及生理上的残疾，是卒中和痴呆的重要病因。SVD具有复发率高而病死率低的特点，其常见的影像学表现包括：腔隙性梗死（lacunar infarction，LI）、脑白质疏松症（leukoaraiosis，LA）、脑微出血（cerebral microbleeds，CMB）、血管周围间隙扩大（enlarged perivascular spaces，EPVS）以及血脑屏障（blood brain barrier，BBB）破坏。这些表现可同时存在也可以单独出现，虽然它们的存在高度提示被检查者可能患有SVD，但是这些不是SVD所特有的表现。近年来，研究者们将一些磁共振相关的新技术应用于SVD，希望能在SVD的诊断、疾病进展评估、疗效评价以及病理研究上有所突破。本篇综述就这些新的磁共振技术在SVD中的应用进行总结，包括弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）、超高场强MRI、磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）、静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）和磁共振灌注加权成像（perfusion-weighted imaging，PWI）。

磁共振新技术

1．DTI

DTI是一种通过测量组织内水分子弥散的程度和方向从而显示脑白质纤维束并定量测定其损害程度的技术。DTI 基于水分子弥散原理，提供多个参数，包括各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、平均弥散率（mean diffusivity，MD）、轴向弥散率（axial diffusivity，AD）和径向弥散率（radial diffusivity，RD），其中最常用的是FA和MD，FA值降低，MD值增高是白质结构完整性受损在DTI中的典型表现。DTI可以通过评估脑白质微结构的完整性，发现常规MRI中表现为正常区域的超微结构损伤，从而有助于SVD的早期诊断。

有研究认为白质纤维完整性受损与SVD患者的认知功能有关。Tuladhar等人[2]认为特定区域的白质微结构完整性的丧失与特定的认知障碍有关，比如胼胝体膝部和压部的微结构完整性与全脑认知功能和执行功能最相关。Kim等人[3]利用DTI技术结合图论（graph theory）构建及分析大脑的白质纤维束结构网络（脑白质网络）的特性，认为白质网络中断与SVD病人的皮质萎缩和认知障碍相关，并且Reijmer等人[4]发现脑白质中心网络的连接强度与认知功能下降的相关性更高。但也有一些结果认为DTI具有局限性，Van Uden等人[5]对SVD老年病人5年随访发现，大脑白质和海马的体积是痴呆发病的主要预测因素，DTI参数（包括FA和MD）没有额外的诊断价值。

有研究表明DTI参数还与SVD的临床表现、病情的严重程度及预后等方面相关。抑郁是SVD病人重要的临床表现，已有研究发现SVD患者的抑郁症与FA值相关；全脑的MD增高与死亡率相关；患有帕金森病的SVD病人脑室周围额叶的脑白质病变区域的白质完整性与帕金森病有关，这意味着DTI可能用于研究SVD病人伴随帕金森症状的潜在机制。Baykara等人[6]将DTI数据的两种处理技术（骨架化和直方图分析）结合起来定义一种新的影像学标志——骨架化平均弥散率峰宽（peak width of skeletonized mean diffusivity，PSMD），他们用Trail Making Test的结果建立反应速度评分来代表疾病的严重程度并发现PSMD与所有受试者（包括CADASIL、散发性SVD患者和高WMH负担且具有认知功能损害的SVD患者）的反应速度评分间有着紧密的联系。由于其计算是完全自动化、快速而又可靠的，因此可以常规应用于大样本。所以PSMD对于SVD研究具有极大的价值。

1．1 DKI：DKI是DTI技术上的延伸，它采用非高斯分布模型，较DTI更符合组织内水分子实际弥散分布情况。DKI技术除了能够获得DTI相关指标（MD、FA等），还可以同时得到其特有指标（如峰度、平均峰度等），为临床研究提供更丰富的信息。另外，DKI对组织微观结构的改变更敏感，能为组织微观结构变化及某些疾病早期的组织细微损伤探测提供更为先进、准确的评价。虽然目前还未见DKI应用于SVD研究的报道，DKI在这方面的研究一定有很大的空间和应用前景。

2．超高场强 MRI

目前临床上用于疾病诊断SVD的最高场强是3T，具有明显的局限性：虽然可以看到大的颅内基底血管，但是对引起SVD病变的穿支小动脉显像不佳。近年来，7T超高场强成像已经用于人类MRI科研试验，由于其提供更高的信噪比（signal to noise ratios，SNR）和空间分辨率，所以可以在可视化血管病理水平上提高我们对SVD的认识。对于SVD脑实质损害的检查，7T显像具有优越性。Conijn等人[7]研究发现，与1．5T 3D T2*加权图像相比，7T双重回波T2*加权图像中可检测到多达三倍的CMBs，这说明在常规场强下的MRI可能仅检测到CMBs的冰山一角。对于PVS和腔隙，在7T上比在3T上显示的更为详细、可视化[8]。对于脑血管成像，7T的MRA成像能描绘出大脑中动脉分支更多的解剖学细节，显示更多主要脑动脉的一级和二级分支。7T在颅内血管发生明显狭窄之前即可检测到动脉粥样硬化和其他血管壁病理表现，确定颅内粥样斑块在腔隙性脑梗死发病机制中的作用[8]。但是7T超高场强MRI广泛应用于临床还存在许多技术挑战，需要进一步研究来证实、完善和推广。

3．SWI

SWI根据不同组织之间的磁化率差异来进行成像，是检测CMBs 的强有力技术之一。而CMBs是SVD常见的影像学表现之一，因此SWI已被应用于各种临床试验来探索CMBs与SVD的病因、临床表现等之间的关系。Chai等人[9]研究表明新发生的CMBs是认知功能障碍的危险因素，并且CMBs的位置可能与认知损害相关；Chung等人[10]则证实了脑叶上的CMBs（而非深部或者小脑幕下的CMBs）与认知功能变化相关，特别是视觉空间执行功能。

4．rs-fMRI

Rs-fMRI是让受试者在静息状态下进行全脑MRI扫描，检测基线状态下脑区的自发神经元活动，判断功能相关脑区之间的网络连接情况，反映基础状态下自发脑功能活动。利用rs-fMRI技术，Schaefer等人[11]发现，在早期SVD患者中额顶叶的功能连接强度降低，而小脑的网络功能连接强度增加，这可能有助于SVD的早期诊断。对于SVD是否已经发生了痴呆等临床表现的研究，Kim等人[12]试验发现，具有血管性痴呆的SVD患者在额叶内侧、额上回和前岛叶中的功能连接强度降低。

目前对于rs-fMRI在SVD上的研究有限，样本量相对较小，缺乏纵向的研究数据，而rs-fMRI作为一种无创性探测脑功能的影像学技术，在SVD的研究中还有很大的潜能。

5．PWI

PWI是一种用来反映组织的微血管分布和血流灌注情况、提供血流动力学方面信息的磁共振功能成像技术，其常用的序列包括动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility weighted contrast cehanced，DSC）灌注成像和动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）磁共振成像。DSC的评价参数主要有脑血容量（cerebral blood volume，CBV）、脑血流量（cerebral blood flow，CBF）、平均通过时间（mean transit time，MTT）和达峰时间（time to peak，TTP）。ASL仅能够准确量化CBF，但是其具有良好的重复性。

近年来，ASL应用较为广泛。WMH是SVD的影像学表现之一，有研究表明WMH容积与脑组织低CBF相关：Crane等人[13]研究发现WMH容积与额叶和基底神经节的CBF呈负相关；在van Dalen等人[14]的试验中，具有WMH的高血压病人中，WMH容积与WMH区域的低灌注有关，而与其他表观正常的白质或者灰质的CBF无关。

另有研究表明认知功能下降与脑血流灌注有关。Sun等人[15]在对皮层下血管认知损伤（subcortical vascular cognitive impairment，SVCI）的研究发现，与非痴呆型皮层下缺血性血管疾病（subcortical ischemic vascular disease，SIVD）患者相比，SVCI病人脑内血流灌注弥漫性降低，并且颞叶、额叶、海马、丘脑和岛叶的缺血性灌注程度与认知障碍程度相关，这一结果也为SVCI患者认知缺陷机制提供了依据。

由于DSC需要注射外源性对比剂，应用有一定局限性，近年来在SVD的研究中应用较少，而ASL作为一种非侵袭性检查技术，在SVD的研究中日趋增多，今后也具有很大的研究前景。