多发性硬化的非均匀磁化传递成像研究

康 钰，洪 楠*，吴 冰

(1.北京大学人民医院放射科，北京 100044；2.通用电气医疗集团MR科研部，北京 100176)

磁化传递(magnetization transfer， MT)是指自由水中的质子和与大分子结合的质子之间的相互作用。施加偏共振射频时，大分子结合的质子被磁化饱和，进而通过MT效应将饱和效应转移到自由水的质子，而导致自由水组织信号下降[1]。MT效应可通过施加射频脉冲前后信号强度的差异进行量化，这种差异称之为MT比(MT ratio, MTR)。脑白质受MT效应的影响，因而理论上可通过MTR的变化评价脑白质脱髓鞘病变；然而研究[2]发现MTR的变化通常很小，同时结果的可重复性差。量化MT(quantitative MT, qMT)经高级算法模型矫正，可提高诊断的特异度。既往研究[3]均假定MT效应均匀对称，而实际上白质髓鞘存在多层脂质结构，MT效应并不均匀，因此MTR及qMT均不能完全真实地反映脑白质结构的变化。本研究探讨非均匀MT(inhomogeneous MT, ihMT)成像技术在多发性硬化(multiple sclerosis, MS)脱髓鞘病变中的应用价值。

表2 MS组与对照组ihMT参数比较(±s)

表2 MS组与对照组ihMT参数比较(±s)

组别MTRqMTihMTRqihMTMS组(n=18)2 404.03±497.22570.04±128.26110.48±25.1825.02±8.60对照组(n=16)2 844.23±262.63754.38±66.78184.12±14.3275.96±6.25t值5.3098.64617.23432.503P值<0.001<0.001<0.001<0.001

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2017年8月—2018年6月我院18例MS患者(MS组)的ihMT成像和临床资料，男4例，女14例，年龄26～38岁，平均(31.5±3.2)岁；均符合2017年McDonald诊断标准[4]，病程4～12年，临床分型均为复发-缓解型。由同1名神经内科副主任医师对所有患者进行神经学检查及临床扩展致残量表评分(expanded disability status scale, EDSS)。收集同期性别、年龄相匹配的16名健康志愿者为对照组，男4名，女12名，年龄22～36岁，平均(28.8±4.3)岁。本研究通过我院伦理委员会审核，并获得所有受试者的知情同意。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery MR750W 3.0T超导型MR扫描仪，24通道相控阵头颈联合线圈。扫描序列包括常规T1 FLAIR(TE 24 ms，TR 1 750 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵320×256，层厚5 mm)、T2 FLAIR(TE 95 ms，TR 8 600 ms，TI 2 100 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵288×224，层厚5 mm)及ihMT序列。轴位3D ihMT序列扫描时定位线与T2 FLAIR一致，TE 2.6 ms，TR 11.5 ms，FOV 24 cm×24 cm，矩阵192×192，层厚5 mm，激励次数1，共采集22期。

1.3 图像分析 采用ihMT软件生成MTR、qMT、非均匀MT率(inhomogeneous MT ratio, ihMTR)及非均匀量化MT(inhomogeneous quantitative MT， qihMT)参数图。于4个参数图上，由2名分别有6年及10年中枢神经系统MRI诊断经验的主治医师在T2 FLAIR图像清晰显示的MS病灶(共46个病灶，主要分布于额颞枕叶白质、内囊及胼胝体)上勾画ROI，大小约为5～10 mm2，测量3次，取平均值；同时在健康志愿者对应部位正常脑白质区(额颞枕叶白质16个，内囊和胼胝体各15个)勾画相同大小ROI，计算MS病灶及健康志愿者相应部位的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。以K-S拟合优度检验数据分布，MS组和对照组的MTR、qMT、ihMTR及qihMT数据均符合正态分布，以±s表示；2组间比较采用两独立样本t检验。使用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评价2名医生间测量结果的一致性(ICC<0.4为一致性较低；0.4≤ICC≤0.80为一致性中等；ICC>0.8为一致性好)。采用Spearman相关分析评价MS患者的MTR、qMT、ihMTR及qihMT值与EDSS评分的相关性(|r|<0.4为弱相关；0.4≤|r|<0.6为中等相关；0.6≤|r|<0.8为强相关；|r|≥0.8为极强相关)。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在MTR、qMT、ihMTR及qihMT图上，对照组白质呈均匀高信号，MS组脱髓鞘病灶信号较正常白质信号减低(图1、2)。

2名医师对MS组脱髓鞘病灶和对照组的ihMT各参数测量结果的一致性好(ICC均>0.8，表1)。MS组脱髓鞘病灶的MTR、qMT、ihMTR及qihMT均低于对照组脑白质(P均<0.001，表2)。MTR和qMT与EDSS呈中等负相关(r=-0.440、-0.572，P=0.004、0.002)；ihMTR和qihMT与EDSS呈强负相关(r=-0.704、-0.739，P均<0.001，图3)。

表1 2名医师对MS组和对照组ihMT成像各参数测量结果的ICC值

3 讨论

MS是一种自身免疫性脱髓鞘病变，其病理改变包括血管周围炎症、髓鞘脱失、胶质增生及轴突损伤等，白质髓鞘脱失是其最具特征性的改变。常规MRI是诊断MS及评估病情进展的首选方法，T2 FLAIR序列能敏感地检出MS病变斑块，但形态学成像不能发现MS所致细微病变，也无法量化评价髓鞘脱失的程度，因此在评价病变进展及指导治疗方面存在一定局限性。MR功能成像能在细胞分子水平反映病变特征，在揭示MS的病理及代谢变化方面具有更大优势[5]。扩散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)可通过测量水分子的扩散运动间接反映白质髓鞘的完整性。郭油油等[6]报道，MS患者听觉传导通路的部分FA显著减低，而平均扩散系数(mean diffusivity, MD)升高。陈璇等[7]采用MRS对MS的病变进行成像，谱线表现为氮-乙酰天门冬氨酸(N-acetylaspartate, NAA)峰下降，且下降幅度与病变严重程度有关。

图1 健康志愿者男，28岁 A～E.分别为T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT图，ihMT各参数图均显示灰白质对比良好，白质信号较高 图2 MS患者女，32岁 A～E.分别为T2 FLAIR、MTR、qMT、ihMTR和qihMT图，ihMT各参数图均显示病灶信号较白质降低(箭)

图3 ihMT各成像参数与EDSS相关性散点图 A.MTR; B.qMT； C.ihMTR； D.qihMT

在中枢神经系统MT成像中，有报道[8]MTR改变与髓鞘结构的变化直接相关，这是因为髓鞘结构属于氢质子结合池，因而髓鞘的脱失会导致MTR下降；但在MS的MT成像研究中，对于MTR的变化报道不一。Mottershead等[9]观察MS患者死后的新鲜大脑标本，发现MTR主要与髓鞘含量相关；而Vavasour等[10]认为MTR和qMT的影响因素主要是白质内水的含量，而水含量与病变部位水肿及炎症的进展有关。近年来研究[11-13]发现，对于髓鞘这类含多层脂质的结构而言，两侧依次施加相同偏中心射频产生的MT效应与一次同时施加相同的偏中心射频并不一致，其MT效应的差异比率即ihMTR。Zhang等[14]研究表明，ihMT成像得到的ihMTR等参数在健康志愿者中具有很好的稳定性。本研究进一步探讨ihMT在MS中的应用，结果表明，在ihMT参数图中，MS脱髓鞘斑块信号均低于正常白质，提示ihMT有助于检出脱髓鞘病变。此外，对于传统MT成像与临床症状之间的关系也存在争议。Vrenken等[15]报道称EDSS与看似正常白质(normal appearing white matter, NAWM)的MTR值呈显著负相关，而与病变白质的MTR值相关性较低；而Amann等[16]指出MS病情进展与白质病变有关，而与NAWM无关。上述不同结果提示MS病变存在可能多种病理生理机制，其综合效应影响最终的MT信号。本研究中白质病变的MTR和qMT与EDSS呈中等负相关，而ihMTR和qihMT与EDSS呈强负相关，与Van Obberghen等[17]的研究结果一致。ihMT反映白质髓鞘的完整性，与临床症状直接相关，而MT与髓鞘的完整性和水含量均有关，因此与EDSS相关性相对较低。ihMT成像过程也可以得到MT的定量参数，这为全面了解MS的病理机制提供了可能。

本研究存在一些不足，首先，样本量较小，需要更大样本量并结合病程分析，以得到更稳定的结果；且本组病例中包括部分MS复发患者，与首发MS患者的EDSS的评分结果有所区别，因而会影响研究结果。其次，受扫描条件限制，本研究未能测量T2值以评估水含量，对于ihMT与MS脱髓鞘及水含量的关系仍需进一步探讨[18]。再次，目前ihMT扫描序列的分辨率较低，且MS病灶均较小，测量结果会受到部分容积效应的影响[19]；同时此序列扫描时间较长，运动伪影可能影响测量结果。

综上所述，ihMT成像能准确反映白质髓鞘含量的变化，其定量参数与MS临床症状有较好的相关性，具有潜在临床应用价值。