缺血性脑卒中的多模态磁共振成像与研究进展

程嵩，陈爱华

（三峡大学人民医院·宜昌市第一人民医院放射科，湖北 宜昌 443000）

0 引言

缺血性脑卒中具有发病率高、致残致死率高等特点，极具危害性，作为一种脑血管疾病在临床上较为高发，能够造成机体神经功能不全，从而出现诸多症状，例如面部肌肉无力、肢体麻木、语言表达能力下降等。根据流行病学相关统计数据，当前人群中心脑血管疾病患者人数日渐增多，而且缺血性脑卒中已经成为导致患者死亡的主要疾病之一，给患者生活、自理、健康等带来了极大困扰[1]。缺血性脑卒中治愈难度较大，易于复发，故而应当在日常生活中进行预防，避免此疾病的发生。而用常规磁共振检查技术无法有效检测出此病患者的病情，随着医疗技术的日臻成熟，越来越多的磁共振技术得以开发和应用。研究显示，采用多模态MRI[2]检查在治疗急性缺血性脑卒中患者时能够取得最佳的治疗效果。学术研究成果表明，多模态磁共振技术能够更为清晰地分辨出脑血管疾病的病理生理改变，据此制定最佳方案，实现精细化治疗，同时也为预后治疗提供了依据[3]，具有重要的临床价值。

1 缺血性脑卒中的发生机制

急性缺血性脑卒中病因在于脑动脉血流量出现不足或者中断，造成供血、供氧不足，脑组织受损，继而致使机体部分神经功能丧失[4]。由此可见，脑组织供血动脉由于病理生理改变造成血流通道过窄甚至闭塞导致了疾病的发生。脑组织维持其功能的能量几乎全部依赖于循环血液的供给，自身并不储能。若血流量骤然减小到15-18mL/100mg/min，将会影响脑电活动的正常进行，出现“电衰竭”。低于10mL/100mg/min这一关键数值时，细胞膜将会因为各种因素的综合作用出现结构显著异常变化，也就是“膜衰竭”。此时若及时干预，在电衰竭和膜衰竭之间的细胞功能障碍能够可逆性的恢复[5,6]。若此时缺血进一步加重，脑细胞将不能维持离子和水的稳定，细胞内钙、钠、氯离子浓度增加，脑组织内的细胞将会因为离子浓度过大而出现毒性水肿，如果不及时治疗，血脑屏障将会受到影响，极易引发血管源性水肿。如果上述水肿症状不能有效缓解，会进一步诱发神经元死亡和胶质增生。

2 缺血性脑卒中的多模态磁共振成像技术与应用

多模态MRI成像是在常规MRI扫描成像的基础上合理的选用扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、灌 注 加 权 成 像（perfusion weighted imaging，PWI）、液 体衰减反转恢复成像（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）、 高分辨率磁共振血管壁成像(High resolution magnetic resonance vessel wall imaging，HR-VWI)、 磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）、弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）等成像序列，从多个角度对病变进行综合分析，为临床诊断和制定治疗方案提供清晰的影像信息，从而为缺血性脑卒中患者制定与自身情况相符的治疗措施，达到更好的治疗效果。

2.1 扩散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）和灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）

DWI是当下仅有的能够实现对活体水分子微观运动立体观察的影像学检测技术，组织细胞膜和基底膜结构的整体性会因为病理变化而发生损伤，此外蛋白质等大分子物质在细胞内外分布上的改变也会造成DWI信号出现显著异常现象。DWI基于此原理可以实现对脑血管疾病的诊断评估。信号弥散慢，则相应的衰减也会小，当用DWI技术检查时，会表现出高信号，相反则表现为低信号[7]。DWI序列能够无创检测出组织内部水分子运动信息，有利于分析微观环境下水分子移动、跨膜转运等情况，从而通过综合运算得到b值和表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC），以区分正常脑组织、缺血半暗带与梗死中心区域。DWI和ADC在急性患者的梗死灶的检测上具有显著的灵敏性，梗死灶在影像上表现为DWI上高信号、相应ADC图上低信号。缺血时间持续延长，ADC值随之增加[8]。

PWI包括动态磁敏感对比（Dynamic susceptibility contrast DSC）和动脉自旋标记（Arterial spin labeling imaging，ASL）技术。动态磁敏感对比（DSC）技术是传统的磁共振灌注成像技术，在静脉团注对比剂（Gd-DTPA）后，药物将会快速通过脑组织毛细血管网，局部组织磁化率会出现显著变化，导致组织信号出现强弱变化[9]。而动脉自旋标记技术 (ASL)并不利用到静脉团注，它是以动脉血中的水质子作为内源性示踪剂进行成像的MRI灌注方法，ASL可以提供高性能的灌注成像，而且具有其他诸多优点，比如无需对比剂且无创、易于操作、成本小、能够重复利用等[10]。PWI 在检测脑血流异常灌注信息时具有时间早、灵敏度高等特点，形成血流动力学时间-信号强度曲线，进而获取血流动力学信息的变化，如相对脑血流量（CBF）、相对脑血流容量（CBV）、平均通过时间（MTT）以及达峰时间（TTP）的变化。

缺血半暗带有助于AIS患者的预后护理，所谓缺血半暗带是指急性脑缺血后局部血流量降低，局部脑细胞处于休眠状态或者半休眠状态，一旦恢复血供后，该组织仍可以存活的区域。缺血半暗带脑组织在灌注量得到有效保证下仍存在恢复活性的可能[11]。DWI和PWI的联合应用可以确定缺血半暗带的存在。Simonsen 等[12]学者指出，联合应用PWI和DWI 能够灵敏检测脑梗死病灶信息，比单纯使用 DWI诊断脑梗死病灶时效果更好。与此同时，部分学者指出PWI和DWI并非能够完全适用于缺血性脑卒中的诊断，会有不匹配的现象。Neumann等[13]表示，当梗死病灶区域灌注量较小，且TTP 延长超过 6s时，二者会存在不匹配，病灶范围会扩大，在此情况下能够反映出缺血半暗带；如果4s＜TTP ＜6s 时，二者的联合应用仍有效检测出病灶。张艳波等[14]研究发现，多模态MRI检查中PWI/DWI融合图像可以准确评估急性缺血性脑卒中患者灌注-弥散不匹配情况，诊断效能高，对评估具有重要意义。基于联合应用PWI和DWI是否能够准确识别缺血半暗带的分布区域和大小尚存在诸多争议，但研究人员仍在不断改进和完善。

2.2 液体衰减反转恢复成像（fluid-attenuated inversion recovery，FLAIR）

FLAIR序列是一种反转恢复序列，基于有效抑制脑脊液信号的前提下得到的重T2加权图像，该序列对于脑实质病变的分析起着极其重要的作用[15]。T2 FLAIR序列极大程度地对自由水信号进行了抑制，能够清晰显示患者的早期病理性变化，统计数据显示，超过6H的阳性发现率已经达到了90%[16]，已经成为多模态MRI检测技术中重要的序列。传统T2WI脑脊液在成像图上以显著的高信号形式加以呈现，而FLAIR像可以完全抑制脑脊液并呈现出低信号。因此，FLAIR 序列能够灵敏地检测出脑病变信息，尤其是在检测皮层及脑室旁出现的梗死灶时具有较好的对比显示效果，有助于病情的诊断。

Cosnard[17]等作者于1999 年首次发现，患者T2-FLAIR 图像上，脑组织的主要供血动脉区会存在一些异常高信号影，学者将其命名为高信号血管征（HVS）。当下，利用HVS现象评估缺血性脑卒中患者的血管病变情况及病情严重程度已为众多学者所追捧。首先，利用HVS能够评估脑血流灌注信息。Cosnard等[18]研究指出，HVS和低灌注区在分布区域上具有极高的一致性，而HVS阳性患者在此区域病情恶化为脑梗死的几率高达85%。Haussen等[19]研究指出，基于HVS和DWI的联合应用，可以对缺血半暗带进行准确判断。研究发现，DWI高信号范围之外的HVS区域存在脑灌注显著异常的现象，HVS与DWI之间的失配区域可视为缺血半暗带。另外，HVS能够在一定程度上反映缺血区侧支循环的存在。Lee等[20]选取52例患者展开了静脉溶栓治疗并就其预后效果进行统计研究，结果发现有HVS比无HVS的预后效果表现更佳，这与有HVS患者存在侧支循环密切相关。冯学军等[21]学者研究指出，HVS在急性缺血性脑卒中患者病情的综合诊疗上发挥着重要作用，包括诊断、病情评估、治疗及预后工作等。

2.3 高分辨率磁共振血管壁成像(High resolution magnetic resonance vessel wall imaging，HR-VWI)

HR-VWI作为近年新出现的一种影像学检查技术，在检测管壁结构上具有清晰度高的优势。当下医学检测技术不断发展，各种检测技术不断涌现，临床上缺血性脑卒中检测技术多种多样，比如磁共振血管造影、CT血管造影等等[22-23]。尽管这些检查技术可以显示出血管的大体形态和结构，但它们不能有效、准确的评估血管狭窄及闭塞情况。高分辨率磁共振血管壁成像技术的研发便是瞄准了动脉血管壁，空间分辨率与先前技术相比有了极大提升，达到了空前的亚mm级，利用此技术可以清晰观察到责任血管壁的病变状况，进而为诊断、治疗提供可靠依据。同时，该技术也是仅有的一项能够在活体对颅内血管壁进行非侵入性成像的检查技术。

Skarpathiotakis等[24]研究发现，发病时间在4周以内的缺血性脑卒中患者，其颅内责任血管壁的动脉斑块强化现象清晰可辨，研究结果进一步表明，斑块因时间的持续会出现强度下降的趋势，因此据以判断其与急性缺血性脑卒中有一定联系。此外，HR-VWI 能够帮助研究人员清晰地观察动脉管壁的具体情况，有助于后续对发病机理的研究分析[25-26]。而Havenon等[27]研究证实，HR-VWI和DSA在对血管狭窄程度的评估上呈现一致性。Sun 等[28]通过该技术发现颅内动脉粥样硬化斑块负荷的大小和1年后复发性卒中存在一定关联。斑块负荷能够在一定程度上影响斑块稳定性，负荷越大，斑块越可能出现破裂，进而导致脑卒中。除此之外，HR-VWI在动脉重构、斑块分布、斑块成分分析等方面均有应用以及研究。

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

SWI属于GRE序列，也就是三维梯度回波序列，通过BOLD（血氧水平依赖）效应和重建相位信息在磁共振图像的对比度增强技术。根据不同组织具有的磁敏感度存在强弱差异，能够准确实现对抗磁和顺磁物质的区分，诸如钙和脱氧血红蛋白、铁蛋白、含铁血黄素等[29]。磁敏感加权成像的一项重要功能是实现了对流速较低的动脉和静脉的安全、无创显示。该技术能够灵敏的识别出铁质沉积物和血红蛋白代谢物，精准显示血栓位置，为病情诊断奠定了坚实基础[30]。鉴于此，SWI能够综合检测血栓各项指标，比如大小、强度以及信号的变化等，并且以低信号形式加以呈现，有利于制定科学、精准的治疗方案。

SWI能够精准定位血栓位置，识别影响神经正常功能的危害性病理变化。相关科学研究显示[31,32]，SWI在责任血管的显示上具有良好效果，能够以低信号形式精准定位血栓栓子并测量栓子大小，而这些指标利用常规磁共振血管造影是无法准确检测的。Lou M等[33]认为SWI可以在缺血性脑卒中患者的责任血管中发现血栓，且可能发现MRA不能识别的远端血栓，甚至可以提供血栓构成方面的信息，从而对于动脉内溶栓治疗有很好的指导意义。朱丽[34]等认为SWI在发现早期急性缺血性脑卒中患者颅内动脉血栓方面表现出了较高的诊断优势，特别是在发现微小血管内的血栓方面。而在SWI上显示的急性梗死血管走形区域不规则点、条状低信号，而且低信号宽度大于对侧正常血管管径直径，被称作磁敏感血管征（Susceptibility vessel sign，SVS）。Thomas[35]研 究 指 出，相 较 于 HMCA 和FLAIR HVS 征象，SVS 征象能够灵敏地检测到急性脑卒中的动脉血栓。夏等[36]经过研究指出SVS的长度能够可靠地反映出梗死范围，二者存在密切关联。一般而言，SVS会在症状持续14天后逐渐消失，否则表明患者预后效果欠佳。

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

功能磁共振成像DTI的显著特点在于能够做到实时成像，让检测人员能够立体地观察到纤维束是否完整以及结构之间的连通性，从而对脑功能进行评价诊断。DTI针对DWI存在的不足提出了改进方案，进而演变成一项更适用于临床检查的影像技术，与其他技术相比，其最大特点在于能够实现对于神经元传导束走向、位置、数量和纤维连接关系的立体观察。鉴于弥散张量成像效果突出，可以实现纤维束走行方向和完整性的精确探测，对开展患者预后工作具有重要价值。

各向异性分数（FA）是DTI中一个重要的指标，其数值能够反映脑组织局部水分子运动方向的异行性，而且与神经纤维排列的紧密性和髓鞘的完整性存在密切联系，FA数值大小取决于神经传导功能的强弱。梁志坚[37]等通过研究发现，DTI非常适用于在出现脑梗死症状后对神经纤维束变性的研究，用以衡量顺行性变性和逆行性变性，而且研究表明FA值的大小与持续时间成正比，FA值越小，脑功能修复越困难。朱才松[38]等研究认为，不同时期脑梗死灶的DTI参数值具有规律性，因此可以利用DTI对脑梗死进行分期诊断。汤亚云等学者[39]认为，与一般磁共振成像相比，DTI更适用于缺血性脑卒中疾病的检测，优势显著。DTI不但能够精准检测出普通检测技术难以发现的脑梗死病灶，还能够揭示病灶周围水分子如何运动，为诊断提供依据；更为重要的是，实现了对脑白质纤维束内部结构、病灶位置等的立体直观观察，极具临床价值。

3 小结

概而述之，随着医疗技术的发展和完善，各种新型检测技术不断涌现，对急性缺血性脑卒中的检测手段也层出不穷，且不同技术各具优势，但评价不够全面。多模态MRI成像技术克服了其他影像技术存在的不足，能够为诊断、治疗提供精确的检查结果，同时对预后工作也具有极大价值。不断改进和完善多模态MRI技术在病情诊断、评估中的应用，有利于建立标准化和规范化的诊疗体系，从而使治疗方案更加科学、合理，更好地服务于患者。